崔鵬艷，楊宮印，孔文瓊

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

貫通測量技術(shù)在礦山、交通、鐵路、電力等工程建設(shè)中起著不可或缺的作用，貫通測量的研究及應(yīng)用十分廣泛。關(guān)于礦山貫通測量的方案設(shè)計[1-4]及誤差傳播[5-7]對礦井貫通測量的精度起著決定性的作用。將測量新技術(shù)新方法與礦山貫通測量相結(jié)合，解決了貫通測量一些難題，其中利用GPS進行貫通測量控制布設(shè)方法簡單、有效[8]，將陀螺定向與井下導(dǎo)線角度測量相結(jié)合，減小了誤差的積累[9]，結(jié)合相應(yīng)的誤差處理方法[10]，為合理貫通提供參考。本文針對高良煤礦，結(jié)合已有地面控制點數(shù)據(jù)，根據(jù)巷道貫通測量的原理，設(shè)計了該礦區(qū)副斜井與回風(fēng)立井間巷道的貫通測量方案。利用測量中數(shù)據(jù)誤差傳播的理論，對設(shè)計的巷道貫通方案進行誤差預(yù)計計算和分析。

1 礦區(qū)概況

高良煤礦是高平市主要煤炭支柱企業(yè)之一，其生產(chǎn)規(guī)模為90萬t/年，井田地處太行山中南段的澤州盆地北部，總面積為8.50 km2，批準開采3#到9#煤層。高良煤礦井田貫通工程位于9#煤層，路線由副斜井到回風(fēng)立井之間，貫通巷道為沿煤層頂板掘進的巷道，貫通類型為兩井間沿導(dǎo)向?qū)悠较镓炌ā?/p>

2 貫通測量方案設(shè)計

2.1 地面控制測量

由于所測礦區(qū)的小區(qū)域性，而且地面空曠平坦，無障礙物，地面采用GPS測量的方法進行平面控制測量，根據(jù)精度要求及測量規(guī)范，使用GPS的D級網(wǎng)測量(如表1所示)。高良煤礦地面已有控制點分別為G1點和G3點，其空間位置信息如表2所示，依據(jù)GPS在礦區(qū)的布網(wǎng)原則，在高良煤礦近井口附近布設(shè)一個新的GPS控制點G4點，以近井點G1點和G3點為起算數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS靜態(tài)定位的方法進行控制網(wǎng)測量，計算獲取G4點的空間位置信息。利用三個GPS控制點G1點、G3點和G4點分別向高良煤礦的副斜井和回風(fēng)立井布設(shè)地面5″級控制導(dǎo)線點，來測量兩個近井點F0、Q0的坐標和高程，建立地面井口定向基點(兼高程基點)Q0和F0，具體布網(wǎng)形式如圖1所示。

表1 礦區(qū)GPS控制測量D級網(wǎng)技術(shù)指標

表2 已知數(shù)據(jù)

圖1 地面GPS控制網(wǎng)

2.2 聯(lián)系測量

由于本例中參與貫通的為回風(fēng)立井與主斜井，因此本例中只需對回風(fēng)立井進行一井定向即可。利用高良煤礦地面GPS控制測量所得的近井點F0空間位置信息，根據(jù)導(dǎo)線布設(shè)原則布設(shè)測量導(dǎo)線到回風(fēng)立井井口F11點處。結(jié)合一井定向的方法步驟，在F11點處進行坐標導(dǎo)入和高程導(dǎo)入，其中礦區(qū)地面高程導(dǎo)入井下的示意圖為圖2所示，將地面已知坐標及高程系統(tǒng)引入井下位于9#煤層巷道內(nèi)，建立井下導(dǎo)線起算點。

圖2 導(dǎo)入高程

2.3 井下貫通測量

在位于9#煤層巷道內(nèi)進行井下貫通7″級主導(dǎo)線初測與復(fù)測，單程長度約1 300 m，復(fù)測長度2 600 m。由于是兩個井筒情況不大一樣，所以在此分為斜井的井下測量和井下平巷的控制測量。

副斜井的控制測量，從Q0點開始，如圖3所示，利用徠卡TS09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Q4點。利用Q3和Q2兩個已測得的控制點來聯(lián)測Q11，得到Q11的精度較高的坐標。利用徠卡TS09全站儀進行四等三角高程測量，可測得Q11點的高程，為貫通測量腰線的測設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

井下貫通測量的導(dǎo)線布置分別從Q10點和F11點開始，按照《煤礦測量規(guī)程》進行井下控制導(dǎo)線測量，在井下進行導(dǎo)線測量時，提高測量精度的方法是從提高測角精度和量邊精度兩方面進行。受井下環(huán)境的影響，測角誤差在一些轉(zhuǎn)點處容易增大，因此進行井下貫通測量是，利用陀螺定向方法可以減小測角誤差的積累。在本次貫通測量過程中，本方案設(shè)計了四條陀螺邊(分別為Q4-Q10邊，Q13-Q14邊，F(xiàn)12-F13邊以及F15-F16邊)，來提高礦井下的導(dǎo)線的精度。測量前先在井上對陀螺儀的儀器常數(shù)進行兩到三次的觀測，井下對定向邊進行陀螺方位角測定后，仍需再次在井上對陀螺儀常數(shù)進行2～3次觀測，其任意兩次觀測差值不得超過40″。

圖3 井下貫通測量控制導(dǎo)線網(wǎng)

3 精度分析

礦山貫通測量在貫通相遇點的偏差會產(chǎn)生在三個方向上：沿著巷道貫通的水平方向、水平面內(nèi)垂直于貫通方向的左右方向以及垂直于水平面的豎直方向。其中水平面內(nèi)垂直于貫通方向的左右方向和垂直于水平面的豎直方向的偏差對貫通質(zhì)量有影響。因此根據(jù)設(shè)計的貫通相遇點K，分別對其在水平面內(nèi)垂直于貫通方向的左右方向和垂直于水平面的豎直方向兩個方向的偏差進行預(yù)測，檢驗高良礦副斜井與回風(fēng)立井貫通測量方案設(shè)計的可行性。

利用GPS進行地面控制測量，礦區(qū)近井點Q0與F0之間的距離S的誤差為MS，其對應(yīng)的固定誤差為a，比例誤差系數(shù)為b，S邊與貫通水平方向x′之間的夾角為α，則地面GPS控制測量在水平方向上左右偏差產(chǎn)生的大小預(yù)計為式(1)所示，在礦區(qū)井下進行導(dǎo)線測量時，利用陀螺定向的方法減小測角誤差的積累，采用的陀螺經(jīng)緯儀的定向誤差為ma，則由于陀螺定向而引起的水平方向上的左右偏差計算為式(2)所示，根據(jù)礦區(qū)貫通測量的設(shè)計圖，獲取回風(fēng)立井的井下導(dǎo)線起點與貫通設(shè)計相遇點K點在y′軸上的投影長度，利用式(3)計算可得到三次獨立的立井定向引起的在貫通相遇點的水平方向上的左右偏差，儀器的測角誤差為mB下，則由于導(dǎo)線角度測量而在貫通相遇點的水平方向上的左右偏差為式(4)所示，距離測量導(dǎo)致貫通相遇點的水平方向上的左右偏差的計算為式(5)所示，結(jié)合上述因素考慮，可知貫通在水平方向上左右偏差的總中誤差如式(6)所示，因此，最終貫通測量在水平方向上的預(yù)計誤差為式(7)所示。

=±0.011×0.5=0.005 5 m

(1)

=1.245×10-3m

(2)

=6.47×10-3m

(3)

219 111.61+14 128.39+10 391.88}

=1.24×10-3m

(4)

=7.712×10-3m

(5)

=±0.011 6 m

(6)

(7)

高良煤礦礦區(qū)地面水準控制測量中，其水準路線的總距離為L，每千米水準路線的高差中誤差為mhL，則地面水準測量而引起的貫通相遇點的豎直方向上的偏差為式(8)所示，由礦區(qū)地面控制點向井下導(dǎo)入高程而產(chǎn)生的在貫通相遇點的豎直方向上的偏差見式(9)，井下進行貫通測量時，其水準路線總長為R，每千米水準路線的高差中誤差為mhL，利用式(10)可計算井下水準測量引起的貫通相遇點的豎直方向上的偏差，由貫通設(shè)計圖測得斜巷的長度為L，在斜巷中進行三角高程測量，該測量過程產(chǎn)生的豎直方向上的偏差為式(11)，獨立進行兩次高程測量，綜合上述因素，則在貫通測量中引起的相遇點的豎直方向上的偏差中誤差如式(12)所示，因此，最終貫通在豎直方向上的偏差如式(13)所示。

=0.029 m

(8)

(9)

=26 mm=0.026 m

(10)

=±0.044 m

(11)

=±0.041 4 m

(12)

MH預(yù)=MHK平=±2×0.041 4=±0.082 8 m

(13)

綜合上述偏差預(yù)計結(jié)果可知：高良煤礦貫通測量在水平面內(nèi)垂直于貫通方向的左右方向和垂直于水平面的豎直方向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 結(jié) 論

(1)根據(jù)高良煤礦地面已有的控制點數(shù)據(jù)，利用礦區(qū)巷道貫通的原理，設(shè)計了該礦副斜井與回風(fēng)立井間巷道的貫通方案，其內(nèi)容包括地面控制測量、井下貫通測量及立井聯(lián)系測量三個方面。

(2)根據(jù)測量誤差傳播理論，對設(shè)計的巷道貫通方案進行誤差分析，在水平面內(nèi)垂直于貫通方向的左右方向和垂直于水平面的豎直方向上均未超過容許的貫通偏差值，說明所設(shè)計的貫通測量的方案能滿足該礦區(qū)副斜井與回風(fēng)立井間巷道的貫通測量要求。