吳偉軍

（吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司，吉林 磐石132311）

為解決吉林吉恩鎳業(yè)富家礦深部煤層的開采，改善通風(fēng)條件，決定對(duì)該礦南翼石門進(jìn)行貫通。現(xiàn)工程掘進(jìn)情況是：南翼石門巷道全長(zhǎng)2.621km，為加快該工程進(jìn)度采取兩井同時(shí)以全斷面相向掘進(jìn)的施工方法，決定在距新付井1.204km處K點(diǎn)貫通，南風(fēng)井段長(zhǎng)度為1.417km。本次貫通測(cè)量設(shè)計(jì)內(nèi)容包括地面控制測(cè)量、礦井聯(lián)系測(cè)量和井下控制測(cè)量的方案設(shè)計(jì)、誤差預(yù)計(jì)、方案的優(yōu)化與選擇、施工測(cè)量方法與新技術(shù)等。

1 貫通規(guī)范依據(jù)及允許誤差

1.1 規(guī)范依據(jù)

由《煤炭測(cè)量規(guī)程》的限差規(guī)定求得［1］：

（1）地面導(dǎo)線的測(cè)角中誤差mβ上＝±2.5″。

（2）GAK1型陀螺經(jīng)緯儀定向資料分析陀螺取一次定向中誤差m＝±15″。

（3）根據(jù)規(guī)程得7″級(jí)井下基本控制導(dǎo)線測(cè)角中誤差mβ下＝±7″。

（4）井下量邊誤差系數(shù)a＝0.000 4，b＝0.000 05。

（5）井下三角高程測(cè)量誤差：根據(jù)規(guī)程反算求得每千米的高差中誤差為mhLV＝±50mm。

1.2 貫通允許誤差

貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向上的允許偏差不得超過±0.5m，在高程方向上的允許偏差不得超過 ±0.2m［2］。

2 貫通測(cè)量方案設(shè)計(jì)

2.1 平面控制測(cè)量

2.1.1 地面平面控制測(cè)量

（1）光電測(cè)距導(dǎo)線

采用光電測(cè)距儀和經(jīng)緯儀組合測(cè)量導(dǎo)線建立地面獨(dú)立平面控制導(dǎo)線“近1－KD1－KD2－近2導(dǎo)線”，KD1，KD2兩個(gè)四等點(diǎn)為已知堅(jiān)強(qiáng)點(diǎn)。由表1數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)線誤差預(yù)計(jì)為［3］：

式中：mx′l上為量邊誤差；mx′β上為測(cè)角誤差。

表1 地面平面控制導(dǎo)線測(cè)角誤差數(shù)據(jù)

（2）GPS控制網(wǎng)

在兩已知點(diǎn)KD1和KD2設(shè)基準(zhǔn)站，按靜態(tài)控制的標(biāo)準(zhǔn)來測(cè)設(shè)南風(fēng)井、新付井附近的近井點(diǎn)，由于兩近井點(diǎn)近1與近2間不通視，所以與KD1和KD2形成“近1－KD1－KD2－近2導(dǎo)線”，這樣在由近井點(diǎn)近1和近2向南風(fēng)井和新付井施測(cè)連接導(dǎo)線時(shí)，便可以分別將KD1、KD2作為后視點(diǎn)，從而消除了起始邊的坐標(biāo)方位角中誤差對(duì)貫通的影響。

對(duì)GPS靜態(tài)控制測(cè)量的數(shù)據(jù)需要利用Topcon GPS后處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、基線解算處理和GPS基線向量網(wǎng)平差處理。導(dǎo)線誤差預(yù)計(jì)如下：

式中：Ms為近井點(diǎn)之間邊長(zhǎng)誤差；α為S邊與貫通重要方向之間夾角。

2.1.2 定向測(cè)量

（1）兩井定向

用懸掛鋼絲的方法向井下定向測(cè)量，并傳遞平面坐標(biāo)［4］。原理圖如圖1，誤差預(yù)計(jì)如下：

式中：m上為井上連接誤差；m下為井下連接誤差，θ為投向誤差。

圖1 兩井定向原理圖

（2）陀螺經(jīng)緯儀定向

用陀螺定向方法向井下傳遞方向，采用GAK1型陀螺經(jīng)緯儀在每個(gè)井筒均獨(dú)立進(jìn)行2次。誤差預(yù)計(jì)如下：

定向邊一次定向的中誤差為

式中：mT陀為定向邊一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角的中誤差；mΔ為一測(cè)回測(cè)定儀器常數(shù)中誤差；n為定向邊測(cè)定陀螺方位角的測(cè)回?cái)?shù)；nΔ為地面測(cè)定儀器常數(shù)的測(cè)回?cái)?shù)。

如果不考慮地面起始邊坐標(biāo)方位角誤差和子午線收斂角的誤差，則一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角中誤差mT陀＝mΔ＝m。

2.1.3 井下控制測(cè)量

（1）光電測(cè)距儀—經(jīng)緯儀導(dǎo)線測(cè)量

采用光電測(cè)距儀和經(jīng)緯儀組合測(cè)量導(dǎo)線建立井下獨(dú)立平面控制導(dǎo)線，以井下定向邊為起始邊，向貫通點(diǎn)測(cè)設(shè)光電測(cè)距支導(dǎo)線。誤差預(yù)計(jì)如下：

式中：mx′β下為測(cè)角誤差；mx′l下為量邊誤差。

（2）全站儀導(dǎo)線測(cè)量

采用全站儀建立以井下定向邊為起始邊，向貫通點(diǎn)測(cè)設(shè)的全站儀支導(dǎo)線。誤差預(yù)計(jì)如下：

2.2 高程控制測(cè)量

2.2.1 地面高程控制測(cè)量

（1）水準(zhǔn)控制測(cè)量法［5］

采用S3水準(zhǔn)儀施測(cè)，在南風(fēng)井建立井口水準(zhǔn)基點(diǎn)和新付井2個(gè)，按四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)格在礦區(qū)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，誤差預(yù)計(jì)如下：

式中：L為水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度；mhL為地面水準(zhǔn)測(cè)量每千米長(zhǎng)度的高差中誤差，mhL＝±23mm。

（2）采用三角高程測(cè)量方法

采用J2級(jí)的經(jīng)緯儀測(cè)量垂直角，采用1km測(cè)距中誤差不超過±10mm的光電測(cè)距儀測(cè)量邊長(zhǎng)，可以和光電測(cè)距精密附和導(dǎo)線平面控制測(cè)量一起進(jìn)行。誤差估計(jì)如下：

式中：mhl為每公里三角高程中誤差，取±50mm／km。

2.2.2 豎井導(dǎo)入高程

（1）光電測(cè)距儀法導(dǎo)入高程［6］

在井口附近G安置測(cè)距儀，在井口上方架置反射鏡E，使鏡與水平呈45°夾角，在井底水平安置反射鏡F，用測(cè)距儀測(cè)得光程長(zhǎng)度S（S＝GE＋EF），減去測(cè)距儀到井口反射鏡的長(zhǎng)度l（l＝GE），求得井深H＝S－l＋ΔL，置經(jīng)緯儀，在井上、下分別安置水準(zhǔn)儀，讀取立于E、A及F、B處水準(zhǔn)尺的讀數(shù)e、a和f、b。誤差預(yù)計(jì)如下：

式中：mH光為光電測(cè)距儀中誤差；mH水為水準(zhǔn)誤差。

（2）長(zhǎng)鋼尺法導(dǎo)入高程

將長(zhǎng)鋼尺通過井蓋導(dǎo)入井下，到達(dá)井底后掛上一個(gè)垂球，以拉直鋼尺，使之居于自由懸掛位置，與放下鋼尺同時(shí)，在地面井下安置水準(zhǔn)儀，分別在井上A和井下B兩個(gè)高程點(diǎn)立水準(zhǔn)尺，讀取讀數(shù)a和b，然后將水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)鋼尺分別讀取井上和井下的鋼尺讀數(shù)m和n。誤差預(yù)計(jì)如下：

式中ΔH為兩次導(dǎo)入允許互差。

2.2.3 井下高程控制測(cè)量

（1）水準(zhǔn)測(cè)量

井下平巷高程控制測(cè)量采用Ⅰ級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，水準(zhǔn)測(cè)量用S3水準(zhǔn)儀，誤差預(yù)計(jì)如下：

式中mh0為井下每公里長(zhǎng)高差中誤差，取±17.7mm／km。

（2）斜巷采用三角高程法

采用J2級(jí)的經(jīng)緯儀測(cè)量垂直角，采用1km測(cè)距中誤差不超過±10mm的光電測(cè)距儀測(cè)量邊長(zhǎng)。誤差估計(jì)如下：

式中mhl為每公里三角高程中誤差，取±50mm／km。

3 測(cè)量方案的選擇與優(yōu)化

3.1 貫通方案的選擇

在貫通誤差允許范圍內(nèi)，根據(jù)礦區(qū)經(jīng)濟(jì)、人力、環(huán)境等綜合因素考慮，貫通方案選擇如下：地面平面控制方案選±2.5″光電測(cè)距導(dǎo)線；定向方案選一井陀螺定向和兩井幾何定向；井下平面控制方案選±7″經(jīng)緯儀－光電測(cè)距儀導(dǎo)線；地面高程控制測(cè)量方案選水準(zhǔn)高程控制測(cè)量；導(dǎo)入高程方案選長(zhǎng)鋼尺法導(dǎo)入；井下高程控制測(cè)量方案選平巷用水準(zhǔn)高程控制測(cè)量，斜巷用三角高程測(cè)量。

3.2 誤差預(yù)計(jì)

進(jìn)行貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)時(shí)，必須首先確定各種測(cè)量誤差參數(shù)。誤差參數(shù)主要包括測(cè)角中誤差、光電測(cè)距儀量邊誤差系數(shù)a和b、礦井定向誤差、導(dǎo)入高程誤差和單位長(zhǎng)度高差中誤差。上述各種誤差參數(shù)，均可以根據(jù)大量實(shí)測(cè)資料分析求得，也可根據(jù)理論公式計(jì)算求得［2］。

（1）貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向的誤差預(yù)計(jì)

式中：mx′上為地面平面控制導(dǎo)線總誤差；mx′新為新付井運(yùn)用陀螺定向誤差；mx南風(fēng)為南風(fēng)井運(yùn)用兩井定向誤差；mx下′為井下平面控制導(dǎo)線總誤差。

（2）貫通相遇點(diǎn)K在豎直方向的誤差預(yù)計(jì)

式中：MH上為地面水準(zhǔn)測(cè)量引起的高程誤差；mH導(dǎo)為一次導(dǎo)入中誤差；MH下為井下水準(zhǔn)總誤差。

以上計(jì)算說明該貫通巷道在水平和豎直方向上的誤差預(yù)計(jì)值均小于允許偏差的要求，則本設(shè)計(jì)所采用的方案在精度上可行能滿足貫通工程規(guī)定的要求。

4 貫通測(cè)量的技術(shù)路線

（1）依據(jù)選定的測(cè)量方案和方法，進(jìn)行施測(cè)和計(jì)算，每一施測(cè)和計(jì)算環(huán)節(jié)，均須有獨(dú)立可靠的檢核，并要將施測(cè)的實(shí)際測(cè)量精度與原設(shè)計(jì)書中要求的精度進(jìn)行比較。若發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)精度低于設(shè)計(jì)中所要求的精度時(shí)，應(yīng)當(dāng)分析其原因，采取提高精度的相應(yīng)措施，返工重測(cè)。

（2）根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算貫通巷道的標(biāo)定幾何要素，并實(shí)地標(biāo)定巷道的中線和腰線。

（3）根據(jù)掘進(jìn)巷道的需要，及時(shí)延長(zhǎng)巷道的中線和腰線，定期進(jìn)行檢查測(cè)量和填圖，并按照測(cè)量結(jié)果及時(shí)調(diào)整中線和腰線。貫通測(cè)量導(dǎo)線的最后幾個(gè)測(cè)站點(diǎn)必須牢固埋設(shè)。最后一次標(biāo)定貫通方向時(shí)，兩個(gè)相向工作面之間的距離不得小于50m。當(dāng)兩個(gè)掘進(jìn)工作面之間的距離在巖巷中剩下15～20m，煤巷中剩下20～30m，測(cè)量負(fù)責(zé)人應(yīng)以書面形式報(bào)告礦（井）技術(shù)負(fù)責(zé)人以及安全檢查和施工區(qū)隊(duì)等有關(guān)部門。

（4）巷道貫通之后，應(yīng)立即測(cè)量出實(shí)際的貫通偏差值，并將兩端的導(dǎo)線連接起來，計(jì)算各項(xiàng)閉合差。此外，還應(yīng)對(duì)最后一段巷道的中線和腰線進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)語

本次貫通測(cè)量設(shè)計(jì)達(dá)到了較為理想的效果，不僅滿足貫通測(cè)量精度要求，而且還在經(jīng)濟(jì)及人力資源允許范圍之內(nèi)。在以正文中得到的現(xiàn)象及研究分析為依據(jù)，可以得出以下內(nèi)容：（1）在貫通誤差預(yù)計(jì)中使用VB編程來實(shí)現(xiàn)貫通誤差的預(yù)計(jì)，雖然程序的設(shè)計(jì)及運(yùn)行還存在不少的問題，但其在處理誤差預(yù)計(jì)時(shí)仍然顯示出來操作簡(jiǎn)單、解算準(zhǔn)確等特點(diǎn)，所以這種新嘗試是成功的。當(dāng)然還需要在今后的實(shí)踐中不斷完善，這是一個(gè)長(zhǎng)期的探索工作。（2）由于設(shè)計(jì)中誤差預(yù)計(jì)是使用紙質(zhì)礦山圖來進(jìn)行圖測(cè)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，這樣既煩瑣又缺乏準(zhǔn)確性，所以在今后的工作中探索利用軟件來處理誤差預(yù)計(jì)。

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