文/魏啟明強明

羊場灣煤礦13采區(qū)回風立井與12采區(qū)邊界回風巷貫通技術(shù)及分析

文/魏啟明強明

為優(yōu)化13、14深部采區(qū)通風系統(tǒng)，緩解整個礦井的通風壓力，寧煤集團羊場灣煤礦決定對13采區(qū)進、回風立井及+980m車場進行系統(tǒng)改造。由于進風井設計深度581m,回風井設計深度541.2m，回風立井距12采區(qū)邊界回風巷160m,進風立井距12采區(qū)邊界輔運巷190m，羊場灣煤礦決定由12采區(qū)邊界回風巷開口反掘施工+980m，施工完成后，再進行回風通路與回風立井+980m回風通路相向掘進貫通，由此加快巷道貫通進度、盡快解決礦井通風壓力。

針對本次大型相向貫通，羊場灣煤礦采用GPS技術(shù)對地面控制系統(tǒng)進行聯(lián)測，井下連接測量采用全站儀點下加重錘球?qū)χ屑扒昂笠暅y角觀測、棱鏡下加重錘球測距，并在相向貫通前，加測陀螺全站儀加強邊提高導線方位角精度的方法，有效提高了貫通精度，為類似貫通提供了借鑒經(jīng)驗。

一、貫通測量方案

地面采用GPS靜態(tài)定位技術(shù)，在立井工廠布測3個GPS靜態(tài)D級控制點并聯(lián)測高程水準和標定井口坐標。

井下采用全站儀將導線經(jīng)地面測設至12采區(qū)邊界輔運巷+980m水平，導線延伸距地面超過9.76km。同時，為提高貫通精度，還在12采區(qū)邊界輔運巷加測一組陀螺經(jīng)緯儀定向邊T50-MT51，檢查并加強井下導線控制精度。

回風立井采用鋼絲定向投點并傳遞高程至+980m水平，并采用我國自主研發(fā)的GAT高精度磁懸浮陀螺全站儀，在立井回風通路碼頭門施工20m處加測陀螺邊，由此確定回風通路方位，控制導線測量方向的誤差。貫通測量主要路線如圖1所示。

圖1一分區(qū)12采區(qū)邊界回風巷與13采區(qū)回風立井貫通示意圖

二、精度分析

1.地面GPS控制點精度

地面采用全球定位系統(tǒng)（GPS）在13采區(qū)回風立井附近分別測設近井點G001和G002作為地面聯(lián)系測量的起始方向（G001與G002通視良好），嚴格按照D級GPS測量網(wǎng)精度要求實測。G001與G002之間弦長精度為0.013m，邊長相對中誤差為1/57692＜45000，均在《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》規(guī)定的數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)。

2.地面和井下陀螺定向精度

為確保井上、井下聯(lián)系測量方位的正確傳遞，采用GAT高精度磁懸浮全站儀對礦井回風立井井下通道測線F1～F2和副井井下回風大巷測線A52～A53進行陀螺定向測量。本次陀螺定向方案如下：

（1）在地面已知邊上采用兩測繪測量陀螺方位角，求得兩個儀器常數(shù)；

（2）在井下定向邊上采用兩測繪測量陀螺方位角；

（3）返回地面后，在原已知邊上再用兩測繪測量陀螺方位角，再求得兩個儀器常數(shù)。

定向測量使用的GAT陀螺全站儀標稱定向精度為5″，同一邊任意兩測繪測量陀螺方位角互差不超過15″。陀螺定向除去風力和振動干擾的原始數(shù)據(jù)，立風井定向測回最大較差為16″＜40″；儀器常數(shù)一測繪測量精度為6.4″，測繪間方位角較差為8″，測量中誤差為4.5″，均滿足《煤礦測量規(guī)程》陀螺定向精度的規(guī)定要求。

3.貫通精度分析

在+980m回風通路至13采區(qū)回風立井貫通的過程中，通過貫通誤差計算，預計水平方向誤差為± 0.296m，高程方向誤差為±0.188m。12采區(qū)邊界回風巷與13采區(qū)回風立井貫通后，將導線和腰線延伸至貫通點K處，實地測量數(shù)據(jù)顯示，兩相向貫通巷道在K點處中線方向偏差121mm，腰線上偏差210mm。

經(jīng)過導線閉合測量，在貫通點處測得導線閉合差為：δx=186mm，δy=267mm，δz=121mm，fα=0°01′03″＜85″，導線相對閉合差1/20538＜1／8000。貫通精度均符合平面誤差為0.3m、高程誤差為0.2m的測量規(guī)程要求。貫通平面誤差小于設計0.111m，高程誤差小于設計0.067m，完全滿足了工程使用要求。

三、兩項投影改正誤差的影響

13采區(qū)回風立井與12采區(qū)邊界回風巷為大型兩井相向貫通工程，羊場灣煤礦根據(jù)《煤礦測量規(guī)定》，在井下顧及兩項投影改正σ的影響，即導線邊長化歸到投影水準面的改正δM和投影到高斯-克呂格投影面的改正δG。

高斯投影理論可推得兩項投影改正的計算公式，即公式1：

式中，Hm和Ym分別為導線邊兩端點的高程平均值和y坐標平均值，以km為單位；R為地球的平均曲率半徑，可取6371km。l1和l2分別為同一長度在不同投影面上的長度值，現(xiàn)假設投影長度近似相等，記為l，即公式1可記為：

σ=(W1-W2)·l=Wl

式中W為2項改正的綜合影響系數(shù)。該數(shù)據(jù)對貫通相遇點K在水平重要方向x的影響與貫通圖有關(guān)，其對井下導線的綜合影響改正數(shù)為：

△Lx′=W·dx′

式中，dx′為井下兩條相向貫通導線的起始點連線在x′方向上的投影長度。由一號副斜井經(jīng)12采區(qū)邊界回風巷至+980m回風通路貫通點K的改正數(shù)為350mm；回風通路K點至13采區(qū)回風立井的改正數(shù)為163mm，兩段導線在K點處的總影響值到達513mm，對貫通的綜合影響較為明顯。

四、結(jié)論

羊場灣煤礦13采區(qū)回風立井與12采區(qū)邊界回風巷貫通工程采用GPS技術(shù)對地面控制系統(tǒng)進行聯(lián)測，保障了首級控制系統(tǒng)的統(tǒng)一。采用細鋼絲懸掛加重吊盤投點方法提高立井投點精度；井下連接測量采用全站儀“點下加重錘球?qū)χ屑扒昂笠暅y角觀測、棱鏡下加重錘球測距”的方法，提高測角、測距精度，并在相向貫通前，于最弱邊加測陀螺全站儀加強邊，提高了導線方位角精度。此外，因顧及了兩項投影改正誤差的綜合影響，有效提高了貫通質(zhì)量。目前，該工程已順利貫通，其測量方案與施測方法對類似的貫通具有較好的參考價值。

（作者單位：神華寧夏煤業(yè)集團羊場灣煤礦）

（責任編輯：周瓊）