井下陀螺定向、7″級控制導(dǎo)線布設(shè)方案研究與應(yīng)用

梁西棟 任鄧君

摘要：本項目主要用于布設(shè)礦井井下控制網(wǎng)，運用布設(shè)陀螺加強邊的方式將各采區(qū)控制網(wǎng)進行連接，以提高各巷道施工精度及貫通精度。針對礦區(qū)沖擊地壓顯現(xiàn)頻繁、大巷風(fēng)速大等施工難度，自主設(shè)計制作新型永久點基樁，并采用等高四連腳架法進行7″級導(dǎo)線聯(lián)測，極大地提高了井下控制網(wǎng)布設(shè)精度，為井下安全生產(chǎn)提供了保障

關(guān)鍵詞：陀螺加強邊;采區(qū)控制網(wǎng);支導(dǎo)線;等高四架法;沖擊地壓;貫通精度

1、項目概況

礦井位于國家規(guī)劃的十三個大型煤炭基地之一的彬長礦區(qū)西北部，占地面積560畝，井田面積219平方公里。礦井由井底車場巷道向南部延伸經(jīng)過輔助運輸巷和膠帶機巷和風(fēng)巷分支出各個順槽進入采區(qū)。為了盡早達到設(shè)計年產(chǎn)量，保證礦井順利進行建設(shè)生產(chǎn)，為日后西部和南部采區(qū)順槽順利貫通打下基礎(chǔ)，需要進行南部一盤區(qū)和西部采區(qū)井下控制測量，把西部采區(qū)和南部采區(qū)控制網(wǎng)進行連接。

2、任務(wù)內(nèi)容及完成情況

2.1工程主要內(nèi)容

1、西區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)膠帶大巷頂板永久銅樁點埋設(shè);

2、西區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)膠帶大巷迎頭測設(shè)陀螺定向邊;

3、西區(qū)輔助運輸大巷-一盤區(qū)輔助運輸大巷-一盤區(qū)膠帶大巷施測7″控制導(dǎo)線;

2.2主要完成的工作內(nèi)容和工作量

1、西區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)膠帶大巷共埋設(shè)永久銅樁點22個。

2、西區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)膠帶大巷各測設(shè)陀螺定向邊一條，共測設(shè)三條陀螺定向邊。

3、西區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)膠帶大巷建立井下7"級控制導(dǎo)線系統(tǒng)，共施測控制導(dǎo)線4.35公里;

4、成果、成圖資料的編制。

3、技術(shù)依據(jù)

（1）現(xiàn)行《煤礦測量規(guī)程》;

（2）《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）;

4、主要技術(shù)指標(biāo)

4.1 采用的坐標(biāo)系統(tǒng)

4.1.1 平面坐標(biāo)系統(tǒng)

本工程成果為1980西安坐標(biāo)系，3°帶高斯正形投影，中央子午線108°。

4.1.2 高程系統(tǒng)

高程系統(tǒng)為1985國家高程基準(zhǔn)成果。

4.2 測量成果精度要求

a.井下三角高程測量：

6、井下7″級控制導(dǎo)線施測

6.1井下平面觀測

6.1.1 井下永久銅樁點的埋設(shè)

礦井井下地壓較大，井下導(dǎo)線點經(jīng)常由于沖擊地壓被破壞或擠壓位移。在導(dǎo)線和陀螺施測前，首先實地踏勘本工程控制導(dǎo)線途徑巷道，發(fā)現(xiàn)途徑巷道已經(jīng)全部成型及整飾完畢，為了長久保存測量控制點，根據(jù)測量規(guī)范要求及礦方生產(chǎn)建設(shè)的需要，導(dǎo)線途徑巷道全部埋設(shè)永久性銅樁點，本次埋設(shè)的銅樁點長約40cm，頂端為6cm銅制穿線點。用充電式電鉆打孔埋入頂板，較為穩(wěn)定穩(wěn)固。每個點埋設(shè)完成后隨即噴上點名、掛好線繩，為下步測量工作做好了準(zhǔn)備。

6.1.2 井下導(dǎo)線起算點的確定

本次井下導(dǎo)線起算點為2015年施測的陀螺邊“T1-T2-T3”，此組控制點位于西區(qū)輔助運輸大巷內(nèi)，皆為保存完好的永久銅樁點。經(jīng)檢核，夾角、距離、高差相對關(guān)系良好，可以作為本次井下控制的起算點（起算點坐標(biāo)為礦地測科提供的1980西安坐標(biāo)系成果）。

6.1.3 導(dǎo)線測量實施技術(shù)要求

井下施測7"級控制導(dǎo)線，采用徠卡TC1202型全站儀（測角：2"，測距：2+2ppm）四架法觀測，導(dǎo)線邊長及高差采用正倒鏡、往返觀測。

井下控制導(dǎo)線最終要求測角中誤差不大于7″（實際每測回測角中誤差最大為3″），導(dǎo)線相對閉合差不超過 ，（實際相對閉合差遠(yuǎn)小于限差）。具體技術(shù)要求詳見下表：

注：n 為附合導(dǎo)線的總站數(shù);n1、n2分別為控制導(dǎo)線第一次和第二次測量的總站數(shù);mα1、mα2分別為附合導(dǎo)線起始邊和附合邊的坐標(biāo)方位角中誤差;mβ為導(dǎo)線測角中誤差。

6.1.4 井下導(dǎo)線測量

施測井下導(dǎo)線測量按7"級導(dǎo)線要求，采用了徠卡TC1202型全站儀測量，導(dǎo)線布設(shè)路線見7"導(dǎo)線控制示意圖，導(dǎo)線邊長及高差采用了正倒鏡、往返觀測，導(dǎo)線路徑：由西區(qū)輔助運輸大巷向東測至一盤區(qū)輔助運輸大巷經(jīng)過繞道進入一盤區(qū)膠帶大巷，導(dǎo)線點T7-T6-T5-T4-T3-T2-T1-Z5-Z6-Z7-F2-F3-F4-L1-L2-F5-L3-F7-F8-F9-F10-F11-F12-F13-L4-L5-F14-F15-F16。

最終導(dǎo)線方位與陀螺定向方位比較：“T6 - T7”～“F9 - F10”，符合差為-11″“F9 - F10”～“F15 - F16”符合差為+5″。

6.2井下高程測量

井下高程測量采用在測井下7"級控制導(dǎo)線時一并測設(shè)的三角高程成果。三角高程測量中儀器高（本工程所用全站儀儀器高與棱鏡高等高）。在觀測前和結(jié)束后用5m鋼卷尺各量一次，兩次限差4mm，相鄰兩點往返測高差不大于10mm+0.3mm*L（L為導(dǎo)線水平邊長，以m為單位）。

采用我處的三角高程測量方法可以代替等外水準(zhǔn)測量。采取的主要措施有：采用等高四架法，高差正倒鏡、往返觀測，只量取儀器高等等。我處的《大型貫通井下導(dǎo)線施測方法的研究》已獲得2008年度煤炭部級工法。

井下采用等高四架法施測井下導(dǎo)線時，作業(yè)人員配備7人（記錄一人，觀測一人，后視一人，對點一人，擋風(fēng)二人，送架腿一人）。

7、井下陀螺定向

7.1 陀螺定向邊位置確定

本次控制導(dǎo)線長度在4km以上，屬于長距離控制導(dǎo)線，為減小導(dǎo)線末端橫向誤差，提高導(dǎo)線精度，需加測陀螺定向邊，在西區(qū)輔助運輸大巷迎頭和一盤區(qū)輔助運輸大巷、膠帶大巷迎頭分別加測一條陀螺邊，用以控制西部采區(qū)和南部一盤區(qū)運煤順槽的導(dǎo)線精度。三條陀螺邊均為永久基樁點，通過7秒導(dǎo)線將整個控制導(dǎo)線連接成為方位附和導(dǎo)線。

7.2 陀螺定向作業(yè)方法

7.2.1陀螺定向測量實施

a.陀螺地面常數(shù)觀測時，儀器、三腳架和電源部份避免陽光直射;井下對點時采用大塊擋風(fēng)布對陀螺儀進行遮擋，使巷道風(fēng)力減至最小程度。

b.測陀螺時儀器嚴(yán)格整平，觀測過程中管水準(zhǔn)氣泡偏離均不超過0.5格。每次測量后，由一個測回轉(zhuǎn)到下一個測回觀測前，停止陀螺轉(zhuǎn)動10—15min，重新安置陀螺儀、整平和對中儀器，并使度盤位置變換180°/n（n為測回次數(shù)）;

c.相鄰擺動中值互差和相隔擺動中值互差均小于規(guī)范允許誤差 35″和55″;

d.一測回的測前、測后方向值互差均小于規(guī)程允許的±10″。

e.采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點法觀測，連續(xù)觀測五個以上逆轉(zhuǎn)點，計算三個以上陀螺擺動中值。

f.陀螺全站儀的懸掛帶零位測前測后分別測量一次，最大為±0.35格，較差最大為±0.05格，小于規(guī)程規(guī)定的±0.5格和0.2格。井上下零位變化小于0.1格，計算時可不加入零位改正。

g.本次定向采用GAK-1型15秒級陀螺經(jīng)緯儀，采用“跟蹤逆轉(zhuǎn)點法”結(jié)合“中天法”來進行觀測，采用2—2—2的作業(yè)程序。已知邊為地面井田控制網(wǎng)控制點“E022—E021”。首先，在地面已知邊上進行兩個測回的儀器常數(shù)測定，然后施測西區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)輔助運輸大巷、一盤區(qū)膠帶大巷迎頭分別測設(shè)一條陀螺邊，每條邊用逆轉(zhuǎn)點法和中天法施測兩測回。上井后再在地面已知邊進行兩測回的儀器常數(shù)測定。陀螺定向工作在永久點埋設(shè)好后隨即進行。

7.2.2方位角計算

根據(jù)井上陀螺定向測量，計算出儀器平均常數(shù)△=T-T平，再利用公式α= T平+△-γ計算井下定向邊的坐標(biāo)方位角，其中γ=△L×sinB（L為陀螺儀所在位置的經(jīng)差，B為緯度）。井下起始定向邊精度滿足規(guī)范要求，成果可靠。

7.3 陀螺定向精度評定

同一定向邊兩測回陀螺方位角的最大互差8″（限差40″），測前測后儀器常數(shù)最大互差7″（限差40″）。

觀測限差規(guī)定如下：

（1）測前與測后零位值的互差，對15″級儀器不得超過0.2格，對其它儀器不得超過0.4格;

（2）采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點法觀測時，一般應(yīng)連續(xù)觀測五個逆轉(zhuǎn)點，計算三個陀螺擺動中值。相鄰和間隔擺動中值的互差應(yīng)符合下表的限差規(guī)定。

9、工程結(jié)論與總結(jié)

從控制導(dǎo)線平差的結(jié)果可以看出，實際中誤差均小于規(guī)范允許中誤差，表明制定的巷道控制測量設(shè)計方案能夠滿足控制導(dǎo)線測量精度的要求。

1、對于影響測角精度的主要因素-對中問題，我們采用四架法測量，不重復(fù)架站，減少對中對測量精度的影響;風(fēng)特別大時，采取有效的擋風(fēng)措施和大錘球以最大限度地減小對中誤差對導(dǎo)線測角的影響;盡最大限度的采用長邊導(dǎo)線，這些措施極大的提高了導(dǎo)線施測精度。

2、檢核原始資料的可靠性。我們對該工程的起始資料，包括方位、坐標(biāo)、距離、高程、坡度都進行了認(rèn)真的檢核。下井測量時對起算資料反復(fù)查對，確保準(zhǔn)確無誤。

3、精密導(dǎo)線的測量精度主要取決于測角的精度，本次井下導(dǎo)線布設(shè)為等邊直伸型，導(dǎo)線長度均勻，對貫通誤差的影響極小，經(jīng)成果分析，該精密導(dǎo)線測量成果可靠，達到技術(shù)設(shè)計的精度。

4、橫向誤差是導(dǎo)線點在長度的垂直方向產(chǎn)生的位移，是由測角誤差引起;縱向誤差是導(dǎo)線點在長度方向產(chǎn)生的位移，是由邊長誤差引起。測角誤差是橫向誤差主要的產(chǎn)生來源。四架法可以消除儀器對中產(chǎn)生的誤差，使用瑞士產(chǎn)15秒級GAK-1陀螺經(jīng)緯儀定向可以作為方位加強邊和定向邊指導(dǎo)巷道的開拓以提高施工精度。

（作者單位：陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司）