超长距离巷道贯通测量精度控制技术

秦凯锋

（山西沁和能源集团有限公司候村煤矿，山西 晋城 048000）

矿山测量主要为了确保掘进巷道中腰线是否严格按照设计施工，长距离掘进时根据施工进度定期延伸中腰线，标定新的导线点，对新开口巷道现场标定开口位置，根据各条巷道实测标高，及时下发过巷通知和预报，是指导矿井安全生产和规范化管理的基础技术工作。 贯通测量是井巷施工的重要环节，要求贯通前必须确保精度和偏差符合贯通标准。 但在实际过程中由于人为误差、仪器误差与累计误差，尤其对于长度超过1 km 的巷道超长距离贯通，误差更大，一旦出现贯通失误，将对后期采煤工作面的设备布置，支架安装，以及皮带铺设等造成严重影响；出现较大贯通失误时，甚至可能导致巷道在空间层位上和平距上出现较大错差，造成巷道无法准确贯通，影响贯通效果[1]。因此，在超长距离巷道贯通中，采取有效措施确保测量精度，顺利贯通，具有现实意义。

1 工程概况

1.1 工作面概述

候村煤矿二盘区205 工作面位于盘区西南侧，顺槽走向长度为4 975 m，切眼沿倾向布置，长度为286 m，属于大型长距离综采工作面。 其中，回风顺槽在掘进至3 976 m 后停掘，同步施工的胶带顺槽正常掘进，至切眼后，与回风顺槽反向掘进实现贯通。 除工作面上下两巷与切眼长度外，还有延伸导线进行大巷基准点导入的闭合测量工程合计超过10.5 km，属于超长距离闭合测量，对于测量精度控制具有较大难度。205 工作面贯通如图1 所示。

图1 205 工作面贯通施工

1.2 贯通测量设计思路

在开始测量前，先设定好总体测量标准和基准参数，按照《矿山控制测量手册》相关要求，设定此次测量的基准高程为1956 黄海高程系，经纬坐标为54 北京坐标系，并以高斯投影的第36 带和108°中央子午线作为基准。 由于测量预定线路过长，为减少人员计算和操作失误的误差影响，精选五名测量水平熟练的技术人员实施闭合测量。 具体分工如下：1 人负责观测，1 人记录观测结果，2 人站位打前后视，1 人负责居中协调联络。 每人现场操作时各配备手持式对讲机，确保通讯畅通，数据记录回传准确。

为确保导入到工作面顺槽的导线点准确无误，首先确保从轨道大巷开始的起始基准点导线数据没有偏差移动，对原始资料进行实测后数据比对。 在验证起始点坐标和高差未受到巷道变形影响后，方可开始按照站点测量[2]。本次测量选用NikonDtm532C 型的误差精度2″级全站仪，实测精度选择7″等级。由于受到工作面布置条件的限制，绕道车场、绞车坡和运输联巷等的测点布置无法做到有效的直线连接。 因此，根据长短边直线布置要求，测量一共布置47 条边，共计47 个导线点。

此外，除对轨道大巷永久导线点作为基准起始点进行原始资料校正外，还需要考虑205 工作面回风与胶带顺槽长期受到地应力的影响。 巷道支护挤压变形严重，原定于U 型钢梁上的导线点随着支护变形，也会产生高程和坐标的偏移，造成与原始数据之间的误差。 所以，在测量过程中如实记录实测数据，并与原始资料进行比对，避免数据直接拿来复核运用，造成人为误差失误，影响巷道贯通。

2 贯通测量实施方案

2.1 闭合导线测量

在使用尼康全站仪进行井下基准点起始测量时，首先校准第一条起始边的精准度，尤其需要将基准点坐标和高程与原始资料进行数据比对，查验有无受到巷道挤压变形造成的数据误差；在确认无误的前提下，才开始下一步的控制点测量。 在井下采用7″导线精度进行施测，利用水平角对相邻导线点之间进行两个测绘闭合验证，利用垂直角验证一个测回，测量两次控制点边长，且要求所有测量数据符合允许误差精度标准。 在高程角度测量时气泡允许偏差不得超过一格；选用棱镜法测量时，水平角测量时要将视线对准悬挂的线绳；对竖直角和测距时则要对准棱镜的中心。 在进行实际测量观察时，为减少累计误差影响，应尽量延长控制导线点的测量边长，并根据顶板稳定条件和巷道变形情况设置巷道内的永久导线点作为基准点，便于后期测量施工减少工程量[3]。此外，为减少测量误差因素的影响，还通过利用挡风板减少巷道内风流对测量对中误差的影响，尽量加长实际施测边长以减少测站数，从而减少测站累计误差和工程量增加产生的测量和计算误差。 角度计算时，采用加权平均法，对边长计算的修订要考虑温度、仪器加乘常数以及气压等的影响；测量结果修正后，采用光电测距的方法对支导线进行再次核算，得出最终结果，如表1 所示。

表1 测量校正指标

2.2 高程测量

煤矿井下各基准点的测量，必须以地面基准测点的标高与坐标为标准，然后通过井上下联系测量进行校正核准，再以同一黄海高程为标准进行测量。 通常采用的测量方法是三角高程法，通过对两个垂直角进行测回，测出斜距后再量取仪器精确高度。 在每组水准点之间各往返测量一次，为避免误差影响，应测两遍仪器高，互差要求不大于3 mm，且往返测量时的允许误差值不得超过水准点之间路线长度的±50 倍，水准测量高差互差小于限差时，取往返值的平均值[4]。 测量之前必须确保仪器检验合格，测量结束后测量结果要求两人单独核算。

3 误差值的分析校准

由于本次测量施工是在胶带顺槽里侧，需要从回风顺槽经过切眼直到反掘巷道进行闭合测量，路线较长，且剩余贯通距离超过1 km，以贯通点设定K作为坐标原点，沿205 工作面回风顺槽反向测量方向作为X 轴水平方向，与X 轴垂直方向设定为Y 轴方向，由此建立坐标系统。 根据《煤矿测量规程》中的规定，当井下采用7″导线测量时，可取mβ=±7″，测角取两次数据，从而得出导线的测角误差水平轴上K 点发生的变化误差Mxβ，将实测数据代入公式（1）中，可得：

此外，井下采用电磁波对导线量边进行测距，再由独立两次的量边测量校准其观测精度Md，根据公式Md=±（2+2×10-6×d）mm，可得出测距误差值，再由井下的导线点量边误差求得K点的X轴线上水平方向误差Mxd，得到公式（2）：

综上求得K点沿水平轴X方向上的累计总中误差Mxk，按照公式（3）计算：

由上公式得出K 点的水平轴总中误差为±0.142 m。 所以，取K 点在X 轴线上的两倍中误差进行贯通误差预计，可得出Mx预计=2Mxk=±0.248 m，比实际的标准允许误差0.3～0.5 m 要小。 所以，根据计算验证，贯通点在水平轴X 方向上的预计误差满足测量精度和允许误差的范围要求，可以确保准确贯通。

4 测量内业数据的分析整理

4.1 内业数据整理

对于超长距离巷道的贯通测量，需要多次反复测量，得到多组数据后进行分析比较，从而反算测量误差，查找出最佳的测量数据，提高数据精度。 本次对于205 工作面两巷贯通的测量主要采用多次独立测量，对测角和量边数据进行不少于两次的复核，并对中误差值进行验算。 根据验算结果与规程标准规定进行比对，查验是否超出误差影响范围，从而得到较为准确的贯通数据。

4.2 测量结果验证分析

根据前期测量贯通数据对巷道掘进的指导，在巷道实现顺利贯通后，又再次对贯通点的坐标与角度进行了闭合测量。 主要测角闭合公式按照下式：

∑β=180°×（n-2）=8 100°

fβ=8 100°-8 099.982 5°=0.017 5°（实测误差）

fβ=±14″×=959 791″=±0.026 6°（允许误差）

得到的结果，实测误差为0.017 5°，小于允许测量误差值0.026 6°，满足误差精度要求。

根据坐标的闭合差值计算可得：fx=-60 mm，fy=-110 mm。

K=fk/L=125 mm/10 358 m=1/82 864

得到结果大大小于煤矿测量规程中关于1/8000 的7″级别精度要求，实现了整体贯通数据对贯通结果的预测与贯通实际误差的最小化，满足精度的控制。

5 结语

根据对超长距离多测边工作面巷道的贯通预测与实测分析，对多组测点和测角经过两次或以上的测量数据进行分析比对，有效提高测量数据的精度，通过对施工质量的严格管理，确保了巷道的顺利贯通，其误差满足规程允许的误差要求，为长距离巷道贯通提供可借鉴经验。