老矿井延深皮带大巷与回风立井高精度贯通测量方案优化

谭志喜

（晋能控股煤业集团煤峪口矿， 山西 大同 037003）

1 工程概况

随着大同煤田开采深度的增加，煤峪口矿向下延深开采石炭二叠系3-5 号煤层，煤层厚度0.55～37.95 m，平均16.75 m，设计采用综放一次采全高采煤法。原有的基本控制系统是建国初期布设的三角点测量系统，参考椭球采用前苏联克拉索夫斯基椭球体，投影方式采用高斯克吕格投影。利用多种测量手段完成地面基本控制测量、井下联系测量工作之后，重新构建了煤峪口矿基本控制网。

三条盘区大巷（皮带大巷、辅运大巷、回风大巷）布置在煤层中，由于火成岩入侵，煤体的完整性受到破坏，皮带大巷不沿导向层掘进。延深石炭系回风立井已开凿到位，井筒深度为473 m。通过回风联巷与皮带大巷贯通，为下一步布置回采工作面做好准备。此次贯通测量工程为两井间的贯通，回风立井与皮带大巷的井下贯通导线长度为2 880 m，井上下闭合导线长度7 369 m，属于大型贯通测量。贯通点（K点）确定在皮带大巷，与回风立井呈“丁”字形贯通。

2 贯通测量方案

2.1 地面平面的控制测量

针对地面平面的测量，在方案设计时需要采取GPS 定位技术，在布置设计的过程中需要将其布置为D 级的控制网。在此基础上，需要将其主斜井靠近近井点以及回风立井的近井点控制在一个等级的控制网当中，同时需要将其进行联测。此外，还需设置出一个时长能够达到5 s 的光电测距导线，同时也需要满足一个最基本的特征，就是在地面连接导线ZJ2—ZJ1—曹家窑—近2—近4。

2.2 联系测量

在测量进行过程中，需要对回风立井进行相应的一井定向操作，为了能够更好地达到测量效果，需要进行两次单独的测试。同时还要在井下进行H1—H2 边陀螺仪定向操作，从而能够合理保证测量误差在±15″范围内。

2.3 井下贯通测量路线

皮带大巷：由主斜井近井点ZJ1、ZJ2 起敷设7″级导线至盘区皮带大巷，再至贯通点K，共设21 站。由回风立井井下H1—H2 边为起算方位，钢丝地面投点为起算坐标，敷设7 秒级导线，至贯通点K共设3 站。为了合理完成相应的施工作业操作，需要在井下导线边J—P1，皮1—皮2、H1—H2 上添加精准的测量设备测陀螺定向边，同时还需要保证同一定向边两次陀螺经纬仪定向测得的平均值的中误差在正负±15″范围内。

2.4 高程测量

曹家窑回风井至主井近井点采用地面四级水准复测高，井下采用三角测高。

3 测量方案

3.1 使用仪器

本次测量所需要使用的仪器采用进口的瑞士徕卡TS15 型全站仪以及该设备所对应的相关配套设施，所测量的标称精度需要控制在±1″、（1+1.5×10-6）mm。

3.2 测量方法

地面采用5″级控制导线施测，井下控制测量采用二级导线施测，测角中误差±7″。

3.3 观测技术要求

3.3.1 水平角观测技术要求

水平角观测技术要求如表1 所示。

表1 水平角观测技术要求

注：n为测站数，当边长小于30 m 时，对中次数为2次；当边长小于15 m 时，对中次数为3 次，测回数为3 测回。

3.3.2 水平角观测各测回间度盘整置整置位置σ 用下列公式计算：

式中：m为测回数；j为测回序号。

3.3.3 三角高程测量的技术要求

三角高程测量的技术要求如表2 所示。

表2 三角高程测量的技术要求

注：计算对面观测高差时，需要充分考虑到地球曲率以及相应的折射率差的影响；S为导线边长，km。

3.3.4 边长测量

应用测量控制线时，在测距时加上温度和气压；并将测量结果归一化到1 200 m 水平。

4 贯通误差预计

4.1 误差预计中所需基本参数的确定

1）地线测角误差mβ1=±5″。

2）井内7″水准线测角误差mβ2=±7″。

3）光电测距边缘误差ml=±（1+1.5×10-6L）mm（L为井下两条贯通导线的起算点连线在x轴上的投影长度）。

4）陀螺经纬仪方位误差mβ3=±15″。

4.2 贯通误差预计

所列公式中：Ry'为支导线终点K与该段支导线上各点连线在Y'轴上的投影长；L为导线各边长；α为导线边与X'轴夹角；mβ为测角中误差；η 为各段方向附合导线的重心O与该段导线各点连线在Y'轴上的投影长；ρ 为测量中进行计算时的一个常数，含义是1 弧度对应的秒值206 265″；为各段导线重心O的坐标。（注：地面、井下导线测量均独立进行两次观测。）

4.2.1 贯通相遇点K在水平重要方向X'轴上的误差预计

1）地面测角误差引起的K点在水平重要方向X'轴 上 的 误 差Mx'β上＝=±0.076 m。

2）地面量边误差引起的K点在水平重要方向X'轴上的误差Mx'l上＝=±0.012 m。

3）由陀螺定向误差引起的K点在水平重要方向X' 轴 上 的 误 差=±0.085 m。

4）井下测角误差引起的K点在水平重要方向X' 轴 上 的 误 差MX'β下＝±=±0.172 m。

5）井下量边误差引起的K点在水平重要方向X'轴上的误差=±0.005 m。

6） 贯通在水平重要方向X' 轴上的总误差= ±=±0.207 m。

7）贯通在水平重要方向上的总预计误差M总=2Mxk'=±0.414 m。

以上公式中的数据由贯通误差预计图（CAD 制图）上直接量取，取值精度为0.5 m。

4.2.2 贯通相遇点K在高程上的误差预计

1）地面水准测量误差引起的K点高程误差。地面四等水准点每公里高差中误差为±7 mm，水准路线以10 km 计算，则MH上=±mhL±22 mm。

2）井下三角高程测量引起的K点高程误差。井下三角高程每公里高差中误差为±35 mm，水准路线以2 880 m 计算，则MH下=±mhL±59 mm。

3）回风立井导入高程引起的K点高程误差MH风=±21 mm。

4）贯通在高程上的总中误差（以上各项高程测量均独立进行两次）MHK平==±47mm。

5）贯通在高程上的预计误差MH预=2MHK平=2×47 mm=94 mm。

5 贯通实际偏差

通过闭合导线计算后的数据显示，贯通在水平重要方向X'轴上总预计误差±0.414m，实际误差0.093 m；在高程上总预计误差±0.094 m，实际误差0.080 m，完全满足设计要求，贯通精度满足《煤矿测量规程》要求，贯通实际偏差较小，达到精品贯通工程水平。

6 结论

1）为了能够更精确地控制测量精度，尤其是在特殊的高程测量方面，需要特别注意井下的三角高度测量，因此在施工作业过程中需要严格按照规程进行作业施工，在仪器选择方面采用目前较为普遍的光电三角高程测量仪，以达到高精度测量的目的。

2）优化贯通测量方案。针对贯通测量方案进行优化，为保证测量的精度，具体的操作方式为加大测量使用导线的边长以及在定向测量精度方面予以有效提升。井下控制导线涉及双系煤层开采的测量系统联测，导线布设条件差、短边多，受生产影响会在测站上长时间停留。为了保证贯通精度，在观测条件差的线段加测陀螺边、多采用闭合导线测量检查导线粗差等方法克服困难，从而解决问题，使贯通精度的完成保持高水准。

3）在实际施工作业掘进方面，为进一步合理延长巷道中腰线以及贯通导线，需要严格对测量过程中腰线进行及时检查，从而保证操作的精度以及施工作业的安全性。当贯通距离只剩下20 m 时，则需要运用打钻的方式来达到钻孔掘巷成型的目的。通过长期的实际工程试验运用可以看出，该方法的可靠性极高，同时也能很好地满足高施工效率的需求。