礦山測量系統(tǒng)在井下巷道貫通中的探究

劉智波 王靈杰

摘 要：對于煤礦開采工程來說，測量工作是十分重要的，測量的準(zhǔn)確性直接對生產(chǎn)的安全性造成影響，因此提升煤礦測量精確度是當(dāng)前煤礦行業(yè)需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。本文結(jié)合具體工程，對礦山測量系統(tǒng)在井下巷道貫通中的應(yīng)用問題進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：礦山測量系統(tǒng)；井下巷道貫通；

引言：

煤礦一直以來都是我國能源的重要組成部分，在未來的很長一段時(shí)間內(nèi)，還將持續(xù)發(fā)揮作用。安全、高效的開采是現(xiàn)代煤礦企業(yè)開展生產(chǎn)經(jīng)營活動最需要注意的問題，在煤礦開采過程中，貫通測量屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果貫通測量的精確度不高，就會導(dǎo)致巷道貫通出現(xiàn)偏差，從而引發(fā)巷道損壞和一系列安全問題。測量尺和光學(xué)儀器是煤礦行業(yè)進(jìn)行貫通測量是最常使用的工具，但是這些工具存在精確度低、任務(wù)量大等問題，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前日趨復(fù)雜的井下施工環(huán)境要求。隨著新技術(shù)和新理念的出現(xiàn)，當(dāng)前GPS技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于煤礦貫通測量工作中，并有效提升了巷道貫通測量的精確度。

一、工程概況

本次研究的礦井實(shí)際生產(chǎn)能力是161萬t/a，行人和總回風(fēng)是該礦井回風(fēng)立井的主要用途，在礦井生產(chǎn)后期，能夠?qū)仫L(fēng)立井進(jìn)行改造升級，成為副井筒，井筒斷面形狀設(shè)計(jì)為圓形，井下開口設(shè)計(jì)在+988米水平，井深533米，并經(jīng)過一個(gè)坡度約為25度的下山斜巷，同三采取區(qū)回風(fēng)石門相接。從三采區(qū)回風(fēng)石門的位置上向回風(fēng)井的方向進(jìn)行同時(shí)施工，在接近+988米水平平向大約掘進(jìn)0.75米，然后停止施工，其余的米數(shù)借助對向貫通來實(shí)現(xiàn)。

二、GPS 布網(wǎng)的布設(shè)與觀測

（一） GPS 布網(wǎng)

由于三角形具有較高的穩(wěn)定性，因此將礦井的GPS網(wǎng)絡(luò)布局成三角網(wǎng)的形狀，并且也能為各個(gè)觀測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供方便。采用該方法進(jìn)行布設(shè)的優(yōu)勢就是：能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中相鄰點(diǎn)之間基線的經(jīng)度的均勻分布，來更好對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。本次研究共設(shè)置了20個(gè)觀測點(diǎn)，形成四等GPS控制網(wǎng)，在所有觀測點(diǎn)中有3個(gè)已知點(diǎn)，其余17個(gè)為未知點(diǎn)。GPS網(wǎng)格的平均邊長為1.5千米，其中最長邊長為3千米，最短為0.6千米，能夠組成53個(gè)最小三角形同步環(huán)，65個(gè)異步環(huán)。該網(wǎng)格有31條獨(dú)立的基站，有15條為必要觀測基站，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（二）觀測

在實(shí)施外業(yè)測量工作時(shí)，需要使用四臺GPS接收機(jī)對測量信號進(jìn)行接收，GPS型號為北極星9600。同時(shí)需要對GPS接收點(diǎn)進(jìn)行定時(shí)測量，每間隔一小時(shí)以上就要完成一次測量任務(wù)，但可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。GPS 測量的精確度可能受測量時(shí)間的影響，因此在測量時(shí)需適當(dāng)調(diào)整接收機(jī)天線的高度，在對接收點(diǎn)實(shí)施測量的前后一段時(shí)間，還要測量天線的高度，保證精確度在毫米級。天線高度的誤差不能超過3毫米，最終數(shù)據(jù)取兩次測量的平均值。在第對數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測時(shí)，需要隨時(shí)檢查衛(wèi)星歷元數(shù)，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，就要聯(lián)系其他儀器，根據(jù)具體情況延長測量時(shí)間，保證最終測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。本次在對礦井外業(yè)進(jìn)行測量時(shí)，礦井使用的接收機(jī)能夠正常工作，信號接收方面也較為穩(wěn)定，衛(wèi)星數(shù)量都超過5顆，多于規(guī)定的4顆；接收器點(diǎn)位集合的圖形可以較清晰的展示出來，圖形強(qiáng)度因子低于6，并且野外觀察效果較好，為后期工作提供了便利。

三、貫通方案設(shè)計(jì)

回風(fēng)井的貫通是本次研究的礦井的大型貫通工程，因此回風(fēng)井的貫通精度直接對礦井的后期生產(chǎn)能力造成影響。在預(yù)計(jì)好回風(fēng)立井的貫通誤差后，需要結(jié)合礦井實(shí)情，以礦井和灌漿站作為起點(diǎn)，順著副井，經(jīng)過回風(fēng)下山設(shè)置七級復(fù)測支導(dǎo)線，并對支導(dǎo)線進(jìn)行復(fù)測。本次測量使用尼康 531-E全站儀[1]。為了提升井筒測量的準(zhǔn)確性，消除測量誤差，在1050車場的測量點(diǎn)也布置七級導(dǎo)線，以與回風(fēng)立井距離較近的觀測點(diǎn)為起點(diǎn)，選擇一點(diǎn)布設(shè)五級閉合導(dǎo)線，并做好平差工作。

四、井筒施工時(shí)期的測量工作內(nèi)容

（一）中心線測設(shè)

根據(jù)回風(fēng)立井周圍情況的特點(diǎn)，結(jié)合五級導(dǎo)線的布線要求布設(shè)導(dǎo)線，并設(shè)置井筒十字線，形成十字基點(diǎn)，對每個(gè)基礎(chǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確測量。參考井筒十字基點(diǎn)，將井筒的中心線標(biāo)注出來，并確定井口與中心位置的標(biāo)高。要將下線中心孔牢固焊接在井口風(fēng)口盤上。中心線選擇直徑為1.4毫米的質(zhì)量較高的鍍鋅鋼絲繩，繩子下段需要懸掛質(zhì)量為30千克左右的重錘，根據(jù)井筒深度增減重錘重量，通常情況下，井筒深度達(dá)到五十米時(shí)需要將重錘質(zhì)量控制為五十千克，在油桶上放置重錘，避免因重錘擺動而影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。在對井下回風(fēng)巷進(jìn)行施工時(shí)，需要沿井筒方向，以十字基點(diǎn)為起點(diǎn)，在地面上懸掛兩個(gè)鋼絲繩，采用擺動投點(diǎn)的方法固定鋼絲繩，這樣可以對總回風(fēng)巷的施工方向進(jìn)行指示。

（二）檢測井筒施工標(biāo)高

按照之前設(shè)計(jì)的測量方案要求在近井點(diǎn)位置上設(shè)置標(biāo)高，要參照四等水準(zhǔn)儀的標(biāo)準(zhǔn)要求測定標(biāo)高，獲得十字點(diǎn)的標(biāo)高，并將該標(biāo)準(zhǔn)作為井上下對照的基準(zhǔn)。在對井下的硐室進(jìn)行施工時(shí)，需要將這一標(biāo)高傳導(dǎo)到封盤口的位置上，然后使用鋼尺把標(biāo)高導(dǎo)入到目標(biāo)硐室，對硐室標(biāo)高進(jìn)行有效控制。

（三）井底硐室的測量

參考設(shè)計(jì)好的貫通方案，需要組建一支技術(shù)團(tuán)隊(duì)對硐室進(jìn)行測量。測量儀器使用尼康 DTM-531E 全站儀。為了提升測量的準(zhǔn)確性，在正式測量之前需要對儀器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化校驗(yàn)，并且嚴(yán)格測定測量現(xiàn)場的溫度和氣壓等環(huán)境參數(shù)，保證基本參數(shù)準(zhǔn)確，為邊長測量的準(zhǔn)確性提供保障。在礦井停產(chǎn)檢修時(shí)，從副井筒開始，需要向三采區(qū)回風(fēng)石門的方向引入七級導(dǎo)線。同時(shí)，為了防止在測量過程中由于風(fēng)的原因而在此測量誤差，需要在1050車場段與礦井地面之間的點(diǎn)位上布置巷道底板和前后視棱鏡基座，并且按照標(biāo)準(zhǔn)化要求進(jìn)行對中操作，分別將七級閉合導(dǎo)線布置在三采區(qū)的回風(fēng)石門上、軌道下山處和回風(fēng)處，在巷道頂板上布設(shè)點(diǎn)位，并使用紅色油漆進(jìn)行標(biāo)識[3]。

五、結(jié)語

綜上所述，本次研究的工程巷道是比較復(fù)雜的貫通測量項(xiàng)目，一共布設(shè)了4524米長的導(dǎo)線，并且布設(shè)了42個(gè)觀測點(diǎn)。貫通測量的預(yù)期高程誤差為0.15米，中線誤差為0.2米，實(shí)際高程誤差為0.05米，中線誤差為0.081米。預(yù)期貫通導(dǎo)線相對閉合差是0.00125，實(shí)際為0.00003。貫通巷道的閉合差縱軸與橫軸方向分別是0.55米和0.047米。通過對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，本次巷道貫通精度相對較高，誤差在允許的誤差范圍內(nèi)。實(shí)踐表明，在對礦山巷道貫通情況進(jìn)行測量時(shí)，使用井下全站儀和GPS控制網(wǎng)，能夠有效提升測量的準(zhǔn)確度，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張賢名，劉新普.PC6B 型潮式砼噴射機(jī)摩擦板的研究[J].礦山機(jī)械，2001 ，（12）：20 - 21.

[2] 王慶東，楊景旺，李竹梅.混凝土噴射機(jī)自動除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械，2010 ，（21）：25 - 27.

[3] 郭勝均.礦用氣動濕式孔口除塵器的研發(fā)及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，（05）：74 - 78.