大型礦井巷道貫通測量方法與誤差分析

李 亮

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)靈北煤礦，山西 介休 032000）

1 巷道貫通工程背景

山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)靈北煤礦為年產(chǎn)240萬t的大型現(xiàn)代化礦井，靈北礦51001工作面位于530軌道巷的東側(cè)，5904工作面的北邊，距5904工作面34m（5904工作面推進(jìn)方位為270°），切眼緊貼井田邊界和保利鐵新煤業(yè)有限責(zé)任公司相鄰。51001工作面由軌道順槽、膠帶順槽和開切眼三條巷道組成。膠帶順槽及軌道順槽的掘進(jìn)方位都是90°，掘進(jìn)長度都是2057.1m；開切眼掘進(jìn)方位角是180°，掘進(jìn)長度是204.2m，預(yù)計(jì)總掘進(jìn)長度4318.4m。三條巷道都為矩形巷道，其中軌道順槽、膠帶順槽寬4.2m，高3.0m，開切眼寬6.2m，高3.0m。

2 貫通測量方案及測量誤差估算

2.1 巷道貫通測量方案制定

本貫通工程是同一采區(qū)內(nèi)的貫通，屬于一井貫通，貫通導(dǎo)線全長4500余米。貫通導(dǎo)線以+530軌道巷內(nèi)7″級導(dǎo)線GD13→GD15（方位角0°00′30″）為起始方位，以GD13號點(diǎn)（坐標(biāo)X=2088.916，Y=3891.351，H=515.523）和GD15（坐標(biāo) X=2191.006，Y=3891.366，H=514.799）分別敷設(shè)導(dǎo)線，貫通后形成閉合導(dǎo)線。

由于本工程是由煤層底板掘進(jìn)貫通，故在貫通中不考慮豎直方向上的誤差，僅考慮在水平方向上的誤差。根據(jù)靈北礦對該工作面的專題會(huì)議，研究決定該工程在水平重要方向的貫通誤差小于0.5m，導(dǎo)線全長相對閉合差不超過1/6000。

儀器：TOPCON GTS-332N防爆型全站儀，精度2″。

水平角觀測方法：測回法，即后—前—前—后。

整平：儀器與前視占標(biāo)整平都要求不超過長水準(zhǔn)管氣泡的1/2格。

儀器高、占標(biāo)高量?。喊匆?guī)程規(guī)定，儀器高、占標(biāo)高的量取應(yīng)在作業(yè)前后各進(jìn)行一次，用5m小卷尺或5m塔尺量取，兩次量取互差不得大于5mm，取兩次的平均值作為最終結(jié)果。

前視：在觀測中，前視采用棱鏡+對點(diǎn)器+腳架，對中采用650g的活動(dòng)垂球?qū)χ?，對中誤差不得大于1mm。

觀測方法：觀測時(shí)，對中、整平嚴(yán)格按要求執(zhí)行，并要對所使用點(diǎn)位確認(rèn)。即檢查后視邊距離，只有在距離不大于5mm時(shí)才能使用，否則繼續(xù)檢查以前的點(diǎn)。

距離、高差測量，采用一測回測水平距離、高差，水平距離要求絕對限差不大于5mm，相對限差不小于1/8000，取平均值作為一測回結(jié)果。

指導(dǎo)巷道施工觀測：一測回坐標(biāo)取平均值作為指導(dǎo)施工的依據(jù)，根據(jù)導(dǎo)線測量的成果不斷修正數(shù)據(jù)。

2.2 貫通測量誤差估算

以貫通相遇點(diǎn)K為坐標(biāo)原點(diǎn)，以切眼方向?yàn)閄′軸（X′為水平重要方向），垂直于切眼方向?yàn)閅′軸，建立假定坐標(biāo)系，在該假定坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)，如表1所示。

表1 測角誤差所引起的貫通相遇點(diǎn)在X′軸上的偏差計(jì)算表

根據(jù)表1及誤差計(jì)算公式計(jì)算貫通相遇點(diǎn)誤差：

（1）全站儀測角中誤差：井下測角誤差Mβ=±7''。

（2）mc=±（2mm+2ppm×D），D表示測量距離（km），ppm為百萬分之一，即10-6。

（3）測角誤差所引起的貫通相遇點(diǎn)在X'軸上的偏差

式中：

mβ-導(dǎo)線測角誤差；

RY'-導(dǎo)線點(diǎn)與K點(diǎn)連線之間在Y'軸向上的投影距離；

（4）量邊誤差對貫通相遇點(diǎn)K在X'軸上的偏差

式中：

ml-導(dǎo)線量邊測量中的誤差；

α'-導(dǎo)線各邊與設(shè)定的X'軸之間的夾角。

（5）測角誤差與量邊誤差綜合影響所形成的貫通相遇點(diǎn)K在X'軸上的誤差：

（6）導(dǎo)線獨(dú)立測量2次，則2次測量平均值中誤差為：

（7）K點(diǎn)在X'方向上的預(yù)計(jì)誤差為：

預(yù)計(jì)導(dǎo)線全長相對閉合差為：0.484/4318.4=1/8922＜1/6000

通過以上計(jì)算，貫通相遇點(diǎn)K點(diǎn)在水平重要方向上的誤差在允許范圍內(nèi)，精度能達(dá)到工程的要求，所以該貫通誤差預(yù)計(jì)方案可行。根據(jù)對貫通相遇點(diǎn)的誤差預(yù)計(jì)可得，在水平重要方向上的偏差主要是由于水平角觀測誤差所引起的，因此，在實(shí)際工作中應(yīng)盡量提高水平角觀測的精度。測站數(shù)是影響貫通精度的主要因素，工作中在條件許可的情況下，盡量加大邊長，以減少測站數(shù)，從而達(dá)到提高貫通精度的目的。

3 巷道貫通測量及精度控制措施

3.1 巷道貫通測量

礦井地質(zhì)測量部分成立專門的51001回采工作面回采巷道的貫通測量小組，具體負(fù)責(zé)巷道的貫通測量工作。對井下巷道掘進(jìn)單位進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督，按照巷道掘進(jìn)測量放線結(jié)果進(jìn)行作業(yè)，并定期對巷道掘進(jìn)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查以及誤差估算，對測量結(jié)果準(zhǔn)確程度及可靠性進(jìn)行評定。此外在測量過程中額外配備一臺尼康防爆全站儀，對全站儀精準(zhǔn)度進(jìn)行校對。

3.2 巷道貫通測量誤差控制

以礦井7''級測量控制網(wǎng)中的GD13以及GD15導(dǎo)線點(diǎn)為測量起點(diǎn)，以GD13號點(diǎn)（坐標(biāo)X=2088.916，Y=3891.351，H=515.523）和GD15（坐標(biāo) X=2191.006，Y=3891.366，H=514.799）分別敷設(shè)導(dǎo)線，貫通后形成閉合導(dǎo)線，最后達(dá)到切眼巷道貫通處K點(diǎn)。如表2、表3所示。

表2 全站儀誤差控制中各項(xiàng)限差值

表3 導(dǎo)線項(xiàng)誤差控制中各項(xiàng)限差值

在巷道貫通測量過程中應(yīng)考慮到巷道測量環(huán)境變化對巷道測量精度帶來的不利影響，例如：巷道溫度變化、掘進(jìn)區(qū)域破碎、粉塵大以及風(fēng)速較高等情況。當(dāng)井下測量過程中溫度較低，應(yīng)待溫度趨于穩(wěn)定之后再進(jìn)行觀測，盡量降低由于溫度變化對儀器測量精度造成的影響；當(dāng)巷道內(nèi)粉塵以及風(fēng)速較大時(shí)，采取適當(dāng)?shù)慕祲m以及防風(fēng)措施，并采用增大垂球質(zhì)量、光學(xué)對中以及增加測量對重次數(shù)等措施，提高全站儀的觀測精度；在觀測過程中嚴(yán)格按照規(guī)定對全站儀進(jìn)行整平；隨著巷道掘進(jìn)距離的增加，每測量一定距離（如200m）或者一定階段應(yīng)對測量導(dǎo)線的測量結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)、復(fù)測以及測量精度估算等工作。

3.3 貫通測量結(jié)果分析

隨著巷道掘進(jìn)距離的不斷增加，巷道在切眼巷道K點(diǎn)位置貫通，經(jīng)過對貫通后的巷道進(jìn)行閉合差測量，K點(diǎn)水平方向上的誤差為458mm，小于有關(guān)規(guī)程規(guī)定的500mm標(biāo)準(zhǔn)，表明采用的巷道貫通測量技術(shù)方案及精度控制措施是切實(shí)可行的，可以滿足長距離巷道貫通測量的需要。

4 結(jié)語

礦井的安全生產(chǎn)離不開測量工作的支持，巷道貫通測量是保證巷道安全掘進(jìn)的基礎(chǔ)工作。根據(jù)巷道貫通測量精度要求，合理的確定測量方案，并采取措施，對測量過程中的精度進(jìn)行控制。結(jié)果表明，51001回采工作面回采巷道采用的巷道貫通測量方案及誤差控制措施是切實(shí)可行的，保證了回采巷道的順利安全貫通。