太原東山李家樓煤業(yè)貫通方案與精度預(yù)計

石虎彪

（太原東山李家樓煤業(yè)有限公司，山西 太原 030000）

本文以東山李家樓煤礦為例，利用GPS 技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)，結(jié)合貫通測量原理，設(shè)計該礦區(qū)新建回風(fēng)立井貫通方案，并進(jìn)行誤差預(yù)計，分析實測精度，闡述貫通測量工作的主要任務(wù)。

1 工程概況

太原東山李家樓煤礦位于清徐縣城西北6.0 km處桃園村附近，年生產(chǎn)能力120 萬t/a。為了滿足礦山開采發(fā)展需要，原回風(fēng)立井旁重新布設(shè)新風(fēng)井，貫通工程位于2 號煤層，并完成舊立井與回風(fēng)巷道間的貫通方案。

2 貫通方案設(shè)計

2.1 地面平面控制測量

鑒于礦區(qū)地面遮擋物較少，故地面在工業(yè)廣場范圍內(nèi)采用GPS 進(jìn)行平面控制測量。測區(qū)布設(shè)E 級GNSS 控制網(wǎng)，聯(lián)測SXCORS 控制網(wǎng)；共布設(shè)E 級GNSS 近井點8 個，其中4 個為D 級點，已經(jīng)坐標(biāo)和高程。點位位于小山包或工業(yè)廣場建筑物頂上，標(biāo)志直接打眼嵌入公路邊側(cè)堅硬路面中。

E級點編號以“E”+“點號”表示，點號取兩位數(shù)，如E006。采用GPS 接收機(jī)進(jìn)行作業(yè)。觀測結(jié)束后，委托山西省測繪工程院解算GNSS 控制網(wǎng)，解算成果為CGCS2000 空間直角坐標(biāo)和1980 西安坐標(biāo)系。

2.2 高程控制測量

由于本區(qū)高差較大，有不少點交通不便，水準(zhǔn)測量因為視線短、轉(zhuǎn)點多，特別在本區(qū)地形條件下，若全部用水準(zhǔn)測量進(jìn)行高程傳遞非常困難，有時甚至不能實施，因此本次利用全站儀進(jìn)行測距同時觀測目標(biāo)的垂直角，計算兩點間的高差。為了保證高程控制測量精度，比較電磁波測距三角高程與GPS 擬合高程結(jié)果，差值表見表1。

通過計算對比可以看出各測段電磁波測距高程與GPS 擬合高差相符合，因此本次高程成果采用電磁波測距高程高差。

表1 兩種方法的高程差值表

2.3 井上下聯(lián)系測量

2.3.1 一井定向

結(jié)合本次工程實際，采用單井物理定向方法進(jìn)行。投點使用滾桶直徑大于250 mm 的小絞車及直徑小于1.5 mm 的鋼絲投點，井下懸掛80 kg 的重錘，以水做穩(wěn)定液，并坐罐籠檢查鋼絲是否有靠邦、纏繞等現(xiàn)象，重錘穩(wěn)定2 個小時后，停風(fēng)10 min 后，井上下兩臺儀器進(jìn)行聯(lián)測工作。

以近井點E002、E003 作為起算邊，使用全站儀按5″級復(fù)測支導(dǎo)線測量，水平角施測左右角各一個測回，邊長往返測的互差相對誤差小于1/6000邊長，垂直角觀測直接測量測站儀器中心至覘標(biāo)棱鏡中心的高差，根據(jù)儀器高和覘標(biāo)高計算實際高差。

為了提高測角精度，在導(dǎo)線邊上加測高精度的陀螺定向邊，陀螺定向采用中天法，以2-2-2-2的形式進(jìn)行測量。首先在地面近井點E002 安置陀螺全站儀，以E002—E003 為起始邊，陀螺北方向測定已知邊陀螺方位兩個測回；然后至回風(fēng)立井井下T1—T2 導(dǎo)線邊的T1 點安置陀螺全站儀，測定T1—T2 邊陀螺方位兩個測回；又到主斜井下KZ4′-KZ5 邊，在KZ4′點安置陀螺全站儀，測定KZ4′-KZ5 邊陀螺方位兩個測回，再返回地面近井點E002 安置陀螺全站儀測量E002—E003，測定其陀螺方位兩個測回。

2.3.2 高程導(dǎo)入

本次采用光電測距儀導(dǎo)入高程。用光電測距儀傳遞高程時，加工了專用的支架，使光電測距儀的視線豎直向下瞄準(zhǔn)井底的棱鏡，測量出垂直距離。再用全站儀測出地面高程基點（本次為地面鋼絲）與測距頭間的高差，及井下高程基點（T1）與井底棱鏡之間的高差，從而求算得T1 的高程。工作原理如圖1。

圖1 光電測距儀導(dǎo)入高程工作原理

2.4 井下貫通測量

井下的貫通導(dǎo)線分別從回風(fēng)立井K5 和J1 點開始，如圖2，沿副斜井導(dǎo)入至集中軌道大巷和井底繞道車場及西軌道大巷，全長約3.1 km。利用全站儀按地面的控制測量方法布設(shè) 7″級導(dǎo)線網(wǎng)施測到F009 點，采用TOPCON 332N 2″防爆型全站儀三架法進(jìn)行觀測，到貫通相遇點K 進(jìn)行聯(lián)測，按照《煤礦測量規(guī)程》進(jìn)行井下控制導(dǎo)線測量。

圖2 貫通方案示意圖

3 精度分析

貫通測量工作包括地面近井點控制測量、地面連接測量、立井定向、導(dǎo)入標(biāo)高測量以及副立井與回風(fēng)巷道的貫通測量。因此根據(jù)設(shè)計的貫通相遇點K，分別對其在水平重要方向和高程上兩個方向的偏差進(jìn)行預(yù)測，檢驗貫通測量方案設(shè)計的可行性。

3.1 貫通相遇點K 在水平重要方向的誤差預(yù)計

貫通相遇點在水平方向的誤差主要由地面控制測量、定向測量、井下導(dǎo)線測量及量邊誤差引起的。

地面采用GPS 進(jìn)行平面控制測量，布設(shè)E 級精度近井點，固定誤差為10 mm，比例誤差系數(shù)為2×10-6，近井點連線與貫通重要方向的夾角為α，則地面控制測量誤差引起的貫通相遇點K 在x'方向的誤差為：

3.2 貫通相遇點K 在高程上的誤差預(yù)計

綜合上述偏差預(yù)計結(jié)果可以看出，李家樓煤礦貫通測量在水平重要方向和高程上的偏差都在貫通允許范圍之內(nèi)，滿足該礦區(qū)副斜井與回風(fēng)立井貫通測量的設(shè)計要求。

4 貫通后實測精度分析

貫通測量工作通常都要獨立進(jìn)行兩次、三次甚至更多次，以便積累更多資料進(jìn)行精度分析，可以指導(dǎo)正在實施的貫通工程，以判斷原預(yù)計方案的可行性。

可見，最終的貫通實際誤差小于貫通預(yù)計誤差，這是因為依據(jù)實際測量精度的評定和誤差預(yù)計。盡管根據(jù)多次成果來評定，但只能估算出貫通偏差大小出現(xiàn)的可能，并不能給出實際貫通偏差的準(zhǔn)確數(shù)值。

5 結(jié)論

（1）從誤差預(yù)計值的大小可以看出，引起水平重要方向上的貫通誤差的諸多因素中，井下測角誤差和定向誤差是最主要的誤差來源。在引起高程測量誤差的諸多因素中，井下三角高程測量是最主要的誤差來源。

（2）在重要井巷的貫通工程前，根據(jù)測量方案最優(yōu)、測量方法合理、預(yù)計誤差小于容許偏差的原則，做貫通測量的誤差預(yù)計，作為施測的依據(jù)。井下高程點和導(dǎo)線點的高程，在主要水平巷道中，應(yīng)用水準(zhǔn)測量方法確定。井下基本控制導(dǎo)線一般每隔1.5～2.0 km 應(yīng)加測陀螺定向邊，改建井下平面控制網(wǎng)，以提高其精度。

（3）貫通的實測資料的精度分析盡管根據(jù)多次觀測數(shù)據(jù)評定計算，由于數(shù)據(jù)較少，評定結(jié)果不十分可靠，但在一定程度客觀地反映了實測成果的質(zhì)量，有利于在貫通測量的施測過程中及時掌握各個環(huán)節(jié)，同時可以積累礦井貫通實測資料，為將來的貫通誤差預(yù)計提供更準(zhǔn)確的預(yù)計參數(shù)。