貫通測(cè)量技術(shù)在礦井開采巷道中的應(yīng)用分析

穆森茂

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)大同有限公司，山西 大同 037003）

為了減少開采巷道貫通事故的出現(xiàn)，確保貫通施工的安全問(wèn)題，需要在測(cè)量礦井巷道貫通時(shí)，保證貫通測(cè)量的精度，同時(shí)應(yīng)制定合理的貫通測(cè)量方案，解決實(shí)際巷道貫通作業(yè)中所遇到的問(wèn)題和難點(diǎn)。本文從儀器裝備、團(tuán)隊(duì)建設(shè)、方案設(shè)計(jì)等方面綜合考量，設(shè)計(jì)了貫通測(cè)量方案，在實(shí)踐中分析了貫通測(cè)量技術(shù)的影響因素和優(yōu)化措施，提高了礦井開采的貫通測(cè)量精度。

1 貫通工程概況

白洞煤礦的井田南北走向長(zhǎng)3 km，地處煤層主要為石炭系太原組煤層群，煤層層數(shù)共計(jì)6 層，總厚度為78.61 m，可開采煤層總計(jì)為5 層，厚度為24.59 m。俯瞰整個(gè)開采礦區(qū)，可以穩(wěn)定開采的煤層為5 層上層煤和6 層煤，其中5 層上層煤的厚度均值為12.07 m，6 層煤的厚度均值為2.99 m。此外，8 上層煤整個(gè)區(qū)域80%左右都可以開采，厚度均值為2.83 m，而9 上層煤只有部分區(qū)域可以開采，厚度均值為2.48 m，煤層傾角數(shù)值＜10°。

2 貫通測(cè)量方案

2.1 貫通工程概況

按照白洞煤礦開采計(jì)劃，計(jì)劃開采8 采區(qū)的5層煤，目前已搭建好5105 軌道，其水平鋪設(shè)長(zhǎng)度為1.2 km。該軌道作為聯(lián)絡(luò)巷道計(jì)劃與采煤區(qū)東大巷貫通，整個(gè)貫通工程項(xiàng)目屬于一個(gè)大型貫通項(xiàng)目，其貫通路線長(zhǎng)度為3.7 km，貫通形狀呈T 字形，同時(shí)在全巖巷道中實(shí)施斷面貫通。

2.2 貫通測(cè)量方案

參照北京坐標(biāo)系構(gòu)建與其相同的坐標(biāo)系統(tǒng)開展測(cè)量，該礦區(qū)使用獨(dú)立坐標(biāo)系對(duì)2105 巷道開展貫通工程，同時(shí)需在礦區(qū)內(nèi)搭建四等三角網(wǎng)絡(luò)（如圖1）。此次貫通測(cè)量工程從2105東大巷水平方向開展，選用8″級(jí)經(jīng)緯儀導(dǎo)線鋪設(shè)5105 軌道，其他軌道選用17″級(jí)經(jīng)緯儀導(dǎo)線，高程測(cè)量時(shí)利用三角高程測(cè)量技術(shù)開展。在貫通測(cè)量過(guò)程中需使用的測(cè)量?jī)x器包括DJ2 型經(jīng)緯儀、DJ6 型經(jīng)緯儀、鋼卷尺和直尺。根據(jù)精度控制標(biāo)準(zhǔn)，貫通工作面上兩中線之間的差值需＜0.2 m，兩腰線間的差值應(yīng)小于0.15 m。

圖1 貫通測(cè)量方法示意圖

貫通測(cè)量時(shí)使用水平角觀測(cè)技術(shù)[1]，當(dāng)使用8″級(jí)經(jīng)緯儀導(dǎo)線時(shí)，選擇儀器DJ2 型經(jīng)緯儀，選用測(cè)回法進(jìn)行貫通測(cè)量。若導(dǎo)線邊長(zhǎng)＜14 m，規(guī)定對(duì)中的頻率為三次，測(cè)回?cái)?shù)應(yīng)設(shè)置為三次；若導(dǎo)線邊長(zhǎng)處于14～29 m 之間，規(guī)定進(jìn)行兩次對(duì)中，兩次測(cè)回；當(dāng)導(dǎo)線邊長(zhǎng)＞29 m 時(shí)，規(guī)定對(duì)中一次，測(cè)回?cái)?shù)設(shè)置為兩次。當(dāng)使用17″級(jí)經(jīng)緯儀導(dǎo)線時(shí)，選擇DJ6型經(jīng)緯儀，使用復(fù)測(cè)法進(jìn)行貫通測(cè)量。當(dāng)導(dǎo)線邊長(zhǎng)＜14 m 時(shí)，與8″級(jí)導(dǎo)線要求一致；當(dāng)導(dǎo)線邊長(zhǎng)＞14 m 時(shí)，規(guī)定對(duì)中次數(shù)為一次，測(cè)回?cái)?shù)為兩次。

3 精度控制分析

3.1 確定誤差限值

按照礦井類型，巷道貫通可分為單井巷道貫通、兩井間的巷道貫通以及豎井貫通。單井巷道貫通是指導(dǎo)線鋪設(shè)的起止兩端都在一個(gè)巷道內(nèi)且可以直達(dá)貫通。兩井間的巷道貫通是指需要在兩個(gè)礦井之間的貫通巷道起止兩端鋪設(shè)導(dǎo)線，并且該導(dǎo)線可以與地面連接，必要時(shí)可同時(shí)進(jìn)行測(cè)試。立井貫通指的是從地面或者礦井提升底端進(jìn)行的立井式貫通[2]。貫通巷道常在連接處出現(xiàn)偏差，三種偏差值的許用偏差限值見表1。

表1 井巷貫通的容許偏差參考值

3.2 貫通精度分析

為了保證此貫通工程的安全性以及穩(wěn)定性，確保測(cè)量精度準(zhǔn)確，對(duì)于此項(xiàng)貫通工程，其地面獨(dú)立控制系統(tǒng)是基于光電測(cè)距技術(shù)，并使用對(duì)應(yīng)導(dǎo)線搭建完善系統(tǒng)，使用陀螺全站儀開展測(cè)量工作，同時(shí)在鋪設(shè)井下貫通導(dǎo)線時(shí)，輔助布置陀螺定向邊，同時(shí)進(jìn)行平差補(bǔ)充。

選擇全站儀并使用前視懸掛棱鏡法進(jìn)行高程測(cè)量，進(jìn)一步基于實(shí)測(cè)中收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析求得閉合差參數(shù)。根據(jù)高程誤差公式可測(cè)得實(shí)際中的誤差參數(shù)值，具體公式如下：

式中：mh0為高差中的誤差值，fh表示閉合差值，L為路線長(zhǎng)度。

根據(jù)式（1）可以得到預(yù)估的貫通誤差[3]為：

式中：MHK平表示兩次測(cè)量后的平均值誤差，可以計(jì)算得到1101 軌道和1102 軌道進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試后所產(chǎn)生的高程閉合差值為-36 μm，符合高測(cè)要求，該軌道的高程精度控制效率準(zhǔn)確。

3.3 實(shí)例貫通工程應(yīng)用

在對(duì)白洞礦巷道進(jìn)行掘進(jìn)貫通時(shí)，需要保證每間隔35 m 時(shí)使用經(jīng)緯儀對(duì)工作面的中線上的貫通點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)校驗(yàn)，保證貫通點(diǎn)在中線上，如果兩者之間的距離＜75″時(shí)，則保持中線貫通。在貫通工作相遇距離2030 m 處，需對(duì)整體導(dǎo)線進(jìn)行復(fù)測(cè)，確定末組中線方向。導(dǎo)線復(fù)測(cè)時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)注導(dǎo)線的方向，使用導(dǎo)線網(wǎng)從巷道外的起始點(diǎn)開始，使用兩隊(duì)測(cè)試人員，使用兩組不同的儀器開展測(cè)量，同時(shí)要保證后續(xù)繪制組和分析組及時(shí)跟進(jìn)，得到貫通數(shù)據(jù)（如圖2），如導(dǎo)線角度閉合差，以及新老導(dǎo)線的對(duì)比數(shù)據(jù)曲線，重點(diǎn)分析原導(dǎo)線的數(shù)據(jù)信息，可根據(jù)其測(cè)量參數(shù)和誤差值去進(jìn)一步合理選擇測(cè)量方法以及改進(jìn)測(cè)量環(huán)節(jié)應(yīng)注意的問(wèn)題，最終提到測(cè)量精度。

4 結(jié)論

本文以白洞礦東大巷的貫通測(cè)量工程作為應(yīng)用研究對(duì)象，將所設(shè)計(jì)的貫通測(cè)量方案進(jìn)行了應(yīng)用分析，并且按照工程的限差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了誤差估計(jì)，方案中使用了最適用此項(xiàng)目的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，具體應(yīng)用分析結(jié)果如下：

（1）通過(guò)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，三角高程測(cè)量單位長(zhǎng)度的高差中誤差值為±144.7 mm，預(yù)估貫通誤差值為±352 mm，符合工程的貫通要求。

（2）該設(shè)計(jì)方案根據(jù)巷道的掘進(jìn)貫通工作及時(shí)校驗(yàn)各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)，調(diào)整導(dǎo)線鋪設(shè)和位置，對(duì)比新老導(dǎo)線的數(shù)據(jù)，及時(shí)修正，保證誤差估計(jì)和測(cè)量精度的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。