煤礦特大型貫通測(cè)量探討

馬 菲

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030053)

隨著煤礦開(kāi)采發(fā)展，礦井建設(shè)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)提高，井巷工程越來(lái)越復(fù)雜。為滿足通風(fēng)、運(yùn)輸，安全規(guī)程等需要，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，礦井需要完成7 km以上的特大型貫通，同時(shí)滿足測(cè)量精度高、工期短、貫通點(diǎn)特殊等特點(diǎn)[1-2]。文中結(jié)合西山煤電集團(tuán)4個(gè)特大型貫通案例，提出特大型貫通控制系統(tǒng)建立、方案設(shè)計(jì)、測(cè)量施工等過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和方法，以及保證貫通的安全技術(shù)措施。

1 前期準(zhǔn)備

1.1 重新建立相關(guān)的地面控制系統(tǒng)

近年特大型貫通均要求時(shí)間緊、精度高、貫通難度大。由于導(dǎo)線距離長(zhǎng)，確保地面控制系統(tǒng)的精度十分重要[3]。實(shí)際工作中，可采用山西省建立的CORS基站中三個(gè)C級(jí)GPS點(diǎn)作為起始數(shù)據(jù)，采用GPS靜態(tài)定位模式對(duì)相關(guān)近井點(diǎn)進(jìn)行控制測(cè)量，建立高精度的地面控制系統(tǒng)。

1.2 人員投入和儀器設(shè)備

人員和設(shè)備是貫通工程的關(guān)鍵因素。日常的測(cè)量人才培養(yǎng)至關(guān)重要，特大型貫通需要選拔配備最好的人員，并且保證人員數(shù)量。由于常規(guī)的儀器設(shè)備不能保證工程精度要求，個(gè)別礦井的儀器設(shè)備不能滿足要求, 必須配備滿足工程精度的儀器，必要時(shí)可以考慮租賃先進(jìn)儀器。貫通測(cè)量開(kāi)始前，讓專業(yè)的鑒定機(jī)構(gòu)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行一次鑒定，測(cè)量技術(shù)人員及時(shí)檢測(cè)儀器設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，避免因儀器影響貫通精度[4]。

2 特大型貫通測(cè)量設(shè)計(jì)方案

2.1 貫通點(diǎn)的選取

礦井依據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)，制定施工計(jì)劃，在滿足生產(chǎn)要求的條件下，貫通點(diǎn)盡可能選擇在巷道的交叉口處等最佳位置，避免坡道貫通、相向貫通等人為規(guī)定貫通位置[5]。

2.2 編制貫通測(cè)量設(shè)計(jì)

礦井按照施工計(jì)劃和井巷的用途、類型及運(yùn)輸方式確定水平方向容許偏差和豎直方向容許偏差，初步選取導(dǎo)線級(jí)別，制1∶2 000的巷道貫通工程平面圖，分析繪底板等高線，預(yù)設(shè)基本控制點(diǎn)和導(dǎo)線邊長(zhǎng)，確定導(dǎo)線總長(zhǎng)度。選擇測(cè)量坐標(biāo)和高程的方法和儀器，預(yù)計(jì)貫通點(diǎn)在水平和豎直方向上誤差，如滿足貫通允許偏差，即可確定導(dǎo)線級(jí)別。通常在合適的地點(diǎn)還應(yīng)該加入陀螺定向做加強(qiáng)邊。

2.3 貫通測(cè)量設(shè)計(jì)的論證與批復(fù)

對(duì)于特大型貫通設(shè)計(jì)，西山煤電公司組織內(nèi)部專家召開(kāi)技術(shù)會(huì)論證，并出具批復(fù)意見(jiàn)。公司特大型貫通導(dǎo)線測(cè)量均采用徠卡2″級(jí)防爆型全站儀，按5″導(dǎo)線精度施測(cè)，水平角觀測(cè)限差符合表1要求，水準(zhǔn)高程測(cè)量的較差不應(yīng)大于50 mm。R為高程點(diǎn)間的線路長(zhǎng)度，以km為單位，光電測(cè)距三角高程垂直角、邊長(zhǎng)各項(xiàng)互差的限差規(guī)定符合表2要求。

表1 水平角所采用的儀器及觀測(cè)限差要求

表2 光電測(cè)距高程垂直角、邊長(zhǎng)各項(xiàng)互差的限差要求

3 特大型貫通測(cè)量施工

3.1 地面控制點(diǎn)選取和建立井下聯(lián)系控制系統(tǒng)

選取最佳的聯(lián)系測(cè)量路徑把地面控制準(zhǔn)確、高效地傳導(dǎo)到井下控制，是確保井下起始控制點(diǎn)精度的關(guān)鍵。結(jié)合西山煤電公司的貫通案例，選取風(fēng)速小、無(wú)邊坡、通視條件好的巷道實(shí)測(cè)5″級(jí)導(dǎo)線進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量。遇風(fēng)速干擾較大的巷道，使用地面投點(diǎn)或三架法進(jìn)行測(cè)量，在風(fēng)速較低位置的巷道頂板設(shè)置永久導(dǎo)線點(diǎn)，作為基本控制點(diǎn)。

3.2 井下導(dǎo)線測(cè)量

導(dǎo)線點(diǎn)一般設(shè)在穩(wěn)固的碹頂或巷道頂板的穩(wěn)定巖石中，并每隔300～500 m設(shè)立一組永久點(diǎn)。獨(dú)立施測(cè)導(dǎo)線3次，采取擋風(fēng)措施減少對(duì)中誤差。施測(cè)邊長(zhǎng)盡可能長(zhǎng)而均勻，減少測(cè)站數(shù)，降低測(cè)角誤差。高程測(cè)量可采用四等水準(zhǔn)往返測(cè)量和光電測(cè)距三角高程對(duì)向觀測(cè)。施工中，按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求及時(shí)測(cè)量和復(fù)測(cè)，測(cè)量數(shù)據(jù)三人對(duì)算。角度計(jì)算嚴(yán)格平差，邊長(zhǎng)改正計(jì)算加入氣壓、溫度、儀器常數(shù)、傾斜及投影改正。在遇觀測(cè)條件理想的區(qū)域，盡可能提高導(dǎo)線精度，使導(dǎo)線具有一定的精度冗余。

3.3 陀螺定向

西山煤電公司的特大型貫通測(cè)量，需要使用陀螺儀跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法做加強(qiáng)邊，以檢核導(dǎo)線坐標(biāo)方位。在施測(cè)量過(guò)程中，在巷道兩邊每隔1 500 m各加測(cè)了一條陀螺定向邊，選擇相同設(shè)備，相同人員，盡量減小影響因素，每條邊均完成了2個(gè)獨(dú)立的定向，并參與導(dǎo)線平差。

3.4 中腰線的標(biāo)定

中腰線點(diǎn)成組設(shè)置，每組至少布設(shè)3個(gè)，巷道中腰線點(diǎn)間距以不小于5 m，最前的中腰線點(diǎn)至掌子頭的距離控制在30～40 m內(nèi)。新開(kāi)口巷道中線用全站儀標(biāo)定，掘進(jìn)4～8 m時(shí)，必須檢查或重新標(biāo)定；巷道每掘進(jìn)30～100 m，延測(cè)一次巷道中腰線。

4 特大型貫通案例分析總結(jié)

4.1 斜溝礦18503工作面貫通

斜溝礦18503工作面膠輪車運(yùn)輸巷和膠帶巷均為7 100 m，切眼280 m，貫通點(diǎn)位于膠帶巷與切眼交叉處，屬于導(dǎo)線長(zhǎng)度超過(guò)14 km的超大型貫通。在實(shí)際測(cè)量中，由于通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)纫蛩兀枰趦蓷l巷道之間開(kāi)3條聯(lián)絡(luò)巷。經(jīng)方案優(yōu)化，每1 800 m施工一條聯(lián)絡(luò)巷，每條聯(lián)絡(luò)巷貫通后進(jìn)行導(dǎo)線聯(lián)測(cè)、平差后，再繼續(xù)施測(cè)導(dǎo)線，使貫通分解成為4個(gè)不超過(guò)4 km的大型貫通。實(shí)際貫通誤差在水平面方向?yàn)?96 mm，豎直方向?yàn)?87 mm。

4.2 古交運(yùn)煤通道貫通

古交運(yùn)煤通道東起東曲礦，西至古交興能電廠，全線貫通后作為一條膠帶運(yùn)輸大巷，直接把東曲礦電煤輸送至屯蘭電廠，巷道全長(zhǎng)7 158 m，導(dǎo)線長(zhǎng)度8 475 m。由于屬于兩井非沿導(dǎo)向?qū)犹卮笮拖嘞蜇炌?，起始控制?dǎo)線點(diǎn)地處兩處，實(shí)際工作中在起始地重新建立相關(guān)的地面控制系統(tǒng)，布設(shè)了D級(jí)GPS控制點(diǎn)，地面GPS控制測(cè)量前后施測(cè)、補(bǔ)測(cè)七次。獨(dú)立施測(cè)5″級(jí)基本控制導(dǎo)線5次，導(dǎo)線點(diǎn)均選用施工導(dǎo)線點(diǎn)，以方便對(duì)施工導(dǎo)線的檢查。在巷道兩邊各加測(cè)陀螺定向邊，參與導(dǎo)線平差。井下高程測(cè)量，傾角小于8°時(shí)，選擇水準(zhǔn)測(cè)量。傾角大于8°，選用光電測(cè)距三角高程測(cè)量。光電測(cè)距三角高程測(cè)量與導(dǎo)線測(cè)量同步，按照四等水準(zhǔn)進(jìn)行往返測(cè)量，并獨(dú)立施測(cè)兩次。實(shí)際貫通誤差在水平方向上的偏差值為256 mm，在豎直方向上差值為127 mm。

4.3 官地礦南五膠帶巷貫通

官地礦南五與黃冶采區(qū)貫通屬于兩井沿導(dǎo)向?qū)迂炌?，南五膠帶巷和回風(fēng)巷相距15 m，同時(shí)在兩井間貫通，實(shí)際工作中在起始地重新建立相關(guān)的地面控制系統(tǒng)，布設(shè)了D級(jí)GPS控制點(diǎn)。由于工期和施工隊(duì)伍限制，需要提前完成膠帶巷貫通，形成特大型相向貫通。為保證精確貫通，兩支隊(duì)伍在兩個(gè)采區(qū)施工南五膠帶巷和回風(fēng)巷，在均施工一半后，兩條巷道之間施工聯(lián)絡(luò)巷，完成聯(lián)測(cè)、平差后，把誤差消除到聯(lián)絡(luò)巷。再由施工回風(fēng)巷的隊(duì)伍重新開(kāi)口，施工膠帶巷，降低貫通難度。實(shí)際貫通誤差在水平方向上的偏差值為284 mm,在豎直方向上差值為188 mm。

4.4 馬蘭礦南八南九運(yùn)煤大巷貫通

馬蘭礦南八南九運(yùn)煤大巷貫通橫跨910南大巷、南一采區(qū)、南五下組煤采區(qū)、南八南九膠帶機(jī)運(yùn)輸大巷，涉及井巷工程繁雜，時(shí)間跨度大，導(dǎo)線距離11 219 m，為同一巷道相向貫通。馬蘭礦為瓦斯突出礦井，風(fēng)大、導(dǎo)線有若干短邊，嚴(yán)重影響測(cè)量工作，很難提高精度。導(dǎo)線布設(shè)為閉合形，貫通兩邊起始控制點(diǎn)相同，無(wú)需重建井下控制系統(tǒng)。由于工期、通風(fēng)能力等因素，貫通點(diǎn)人為規(guī)定在南八南九膠帶機(jī)運(yùn)輸大巷中間，形成特大型相向貫通。在實(shí)際工作中，對(duì)已有巷道和現(xiàn)施工巷道均獨(dú)立施測(cè)5″級(jí)基本控制導(dǎo)線2次。在測(cè)設(shè)過(guò)程中，遇短邊或風(fēng)速較大等觀測(cè)條件不佳時(shí)，采用底板點(diǎn)，三聯(lián)架法觀測(cè)，減小因短邊及風(fēng)速較大產(chǎn)生的對(duì)中誤差，保證導(dǎo)線測(cè)量精度。在巷道兩邊各加測(cè)了一條陀螺定向邊，參與導(dǎo)線平差。此外還利用照準(zhǔn)導(dǎo)線點(diǎn)線繩頂端獨(dú)立傳導(dǎo)角度2次，參與角度計(jì)算，進(jìn)一步減小風(fēng)速的影響。通過(guò)放大導(dǎo)線邊長(zhǎng)、增加獨(dú)立觀測(cè)次數(shù)、短邊增加對(duì)中測(cè)回次數(shù)、加測(cè)陀螺邊、測(cè)量成果平差等技術(shù)手段，最終實(shí)際貫通誤差在水平方向上的偏差值為298 mm,在豎直方向上差值為192 mm。

4.5 保證特大型貫通采取的安全技術(shù)措施

為保證順利貫通，必須制定安全技術(shù)措施，才能保證實(shí)現(xiàn)高精度貫通。

1) 必須盡可能提高地面控制、井上下聯(lián)系測(cè)量、井下導(dǎo)線的精度, 否則難以實(shí)現(xiàn)特大型工程精確貫通。

2) 在測(cè)設(shè)過(guò)程中，遇短邊或風(fēng)速較大等觀測(cè)條件不佳時(shí)，應(yīng)采用底板點(diǎn)，三聯(lián)架法觀測(cè)，減小因短邊及風(fēng)速較大產(chǎn)生的較大對(duì)中誤差，保證導(dǎo)線測(cè)量精度。

3) 為提高精度，避免粗差，最好在貫通巷兩端加測(cè)陀螺邊定向邊。

4) 在貫通工程平面圖上及時(shí)填繪工程進(jìn)度，檢查測(cè)量精度和錯(cuò)誤。

5) 實(shí)測(cè)前必須對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行檢查測(cè)量，確定點(diǎn)位是否位移，測(cè)點(diǎn)是否正確，確認(rèn)符合規(guī)定限差后方可使用。

6) 在測(cè)設(shè)過(guò)程中條件不佳時(shí)，應(yīng)采用底板點(diǎn)、三架法，增加對(duì)中測(cè)回次數(shù)，保證導(dǎo)線測(cè)量精度。

7) 及時(shí)送發(fā)開(kāi)口、中腰線、停掘等通知單，貫通距離剩余60 m時(shí)送發(fā)貫通警報(bào)。貫通距離剩余30 m時(shí)，要求施工隊(duì)組務(wù)必沿中腰線方向施工探眼。待探眼打通，核實(shí)貫通處偏差，采取相應(yīng)技術(shù)措施后方可進(jìn)行貫通作業(yè)。

8) 在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)該按照《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定，出現(xiàn)巷道聯(lián)通或施工超過(guò)2 000 m進(jìn)行導(dǎo)線聯(lián)測(cè)，平差優(yōu)化。