趙燕兵

(西山煤電股份有限公司 西曲礦，山西 古交 030200)

貫通測(cè)量是指采用兩個(gè)或多個(gè)相同或同向掘進(jìn)的工作面掘進(jìn)同一井巷時(shí)，為了使其按照設(shè)計(jì)要求在預(yù)定地點(diǎn)正確貫通而進(jìn)行的測(cè)量和計(jì)算工作。貫通巷道接合處的偏差值可能存在3 種，即中線方向上的長(zhǎng)度偏差，橫向誤差和縱向誤差。后兩種偏差對(duì)于巷道質(zhì)量有直接影響，稱為貫通重要方向的偏差，本文主要考慮橫向貫通誤差。

為了保證巷道沿設(shè)計(jì)方位掘進(jìn)，滿足巷道貫通測(cè)量的精度，必須選定合理的貫通測(cè)量方案，并做出誤差預(yù)計(jì)。在確定貫通測(cè)量方案和方法的同時(shí)，既要保證精度使巷道正確貫通，也要做到不盲目追求過(guò)高精度而增加測(cè)量工作量和成本。

本文借鑒隧道施工測(cè)量誤差“等影響”分配原則［1］，結(jié)合西山煤電集團(tuán)公司西曲礦統(tǒng)計(jì)誤差參數(shù)，對(duì)巷道貫通過(guò)程中不同階段測(cè)量的精度及其對(duì)橫向貫通誤差的影響進(jìn)行了分析研究，提出了基于統(tǒng)計(jì)誤差參數(shù)的貫通限差“等影響”分配原則進(jìn)行貫通誤差預(yù)計(jì)的方法，有效地提高了預(yù)計(jì)精度，可為今后的誤差預(yù)計(jì)提供比較直觀的理論參考。

1 誤差分析

通過(guò)對(duì)西曲礦日常測(cè)量的記錄和結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)精度分析，得出西曲礦統(tǒng)計(jì)誤差參數(shù)為:7″、15″級(jí)，導(dǎo)線測(cè)角中誤差分別為±4.2″和±9.1″，具體統(tǒng)計(jì)方法參照文獻(xiàn)［2］.

參照《煤礦測(cè)量規(guī)程》，取橫向貫通限差為±300 mm，限差按2 倍的中誤差計(jì)算，橫向貫通中誤差是150 mm，以此作為巷道貫通測(cè)量影響設(shè)計(jì)的依據(jù)［3］.

巷道橫向貫通誤差的來(lái)源包括:地面平面控制測(cè)量誤差、定向測(cè)量誤差和井下平面控制測(cè)量誤差，且為三個(gè)互不影響，相對(duì)獨(dú)立的測(cè)量階段，所以對(duì)橫向貫通誤差的影響可以表示為:

因西曲礦是通過(guò)平硐進(jìn)行測(cè)量的，井下導(dǎo)線的起始方位就是地面控制網(wǎng)的方位角，故式(1)可以表示為:

借鑒隧道施工測(cè)量誤差“等影響”分配原則，認(rèn)定各個(gè)測(cè)量階段誤差相同，所以，每個(gè)誤差因素對(duì)于橫向貫通誤差的影響值可表達(dá)為:

式中:

Mq—巷道橫向中誤差允許值;

n—誤差因素的個(gè)數(shù)。

影響西曲礦巷道貫通的測(cè)量誤差有4 個(gè)因素:巷道貫通面兩側(cè)的支導(dǎo)線起始邊方位角誤差和導(dǎo)線測(cè)量誤差。按式(3)計(jì)算得起始邊方位角誤差與支導(dǎo)線測(cè)量誤差影響值均為75 mm.

1.1 由起始邊的方位角誤差引起的橫向貫通誤差

井下導(dǎo)線沿巷道布設(shè)，貫通前一般為直伸支導(dǎo)線。起始邊方位角誤差對(duì)支導(dǎo)線終點(diǎn)的位置有顯著的影響:其對(duì)支導(dǎo)線終點(diǎn)的點(diǎn)位影響與終點(diǎn)和導(dǎo)線起點(diǎn)的連線在Y 軸上的投影長(zhǎng)度有關(guān)(圖1).

圖1 起始邊方位角誤差影響示意圖

起始邊方位角的誤差可用下式表示:

式中:

mao—起始邊方位角中誤差;

Rx，Ry—導(dǎo)線起點(diǎn)和終點(diǎn)連線在x，y 軸上的投影長(zhǎng)度，對(duì)單側(cè)橫向貫通誤差的影響就是方位角誤差與單側(cè)支導(dǎo)線在貫通面垂直方向上的投影長(zhǎng)度的乘積。

對(duì)于不同精度的起始邊方位角和Rx，Ry，可由式(4)分別算得起始邊方位角誤差(規(guī)程規(guī)定參數(shù)和實(shí)際統(tǒng)計(jì)參數(shù))對(duì)橫向貫通誤差的影響值，具體數(shù)值見(jiàn)表1.

表1 起始邊方位角誤差對(duì)橫向貫通誤差的影響表 mm

通過(guò)表1 可以看出:起始邊方位角誤差引起的橫向貫通誤差與巷道里程的延伸成正比，而巷道里程在貫通面上的投影長(zhǎng)度對(duì)其影響很小。起始邊方位角中誤差選取規(guī)程規(guī)定參數(shù)7″和實(shí)際統(tǒng)計(jì)參數(shù)4.2″，巷道單側(cè)長(zhǎng)度小于2 000 m 時(shí)，按照“等影響”原則，分配允許誤差都可以滿足貫通要求。但巷道單側(cè)長(zhǎng)度為3 000 m 時(shí)，選用實(shí)際統(tǒng)計(jì)參數(shù)4.2″可以滿足貫通要求，選用規(guī)程規(guī)定參數(shù)7″時(shí)，分配允許誤差加大，即井下導(dǎo)線測(cè)量必須高精度進(jìn)行。所以，巷道貫通設(shè)計(jì)時(shí)，貫通面單側(cè)巷道長(zhǎng)度盡量不超過(guò)3 000 m.選用實(shí)際統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為起始邊方位角中誤差，不僅可以滿足貫通分配誤差要求，而且可以為井下支導(dǎo)線測(cè)量分配更大的允許誤差。

巷道單側(cè)長(zhǎng)度必須大于3 000 m 時(shí)，實(shí)際統(tǒng)計(jì)參數(shù)和規(guī)程規(guī)定參數(shù)都不能滿足要求，比較實(shí)用的辦法:1)采用同一起始邊方位角，以忽略起始邊方位角誤差對(duì)于橫向貫通誤差的影響。2)采用加測(cè)陀螺邊方位角的方法，提高起始邊方位角的精度，以滿足貫通分配誤差的要求。

1.2 井下導(dǎo)線測(cè)量引起的橫向貫通誤差

井下導(dǎo)線測(cè)量誤差引起的橫向貫通誤差可表示為:

其中，Mq測(cè)為井下導(dǎo)線測(cè)量對(duì)于橫向貫通誤差的總影響;mqβ為井下導(dǎo)線測(cè)角誤差引起的橫向貫通誤差;mql為井下導(dǎo)線邊長(zhǎng)測(cè)量誤差所引起的橫向貫通誤差。

井下導(dǎo)線在巷道貫通前一般為支導(dǎo)線，所以(5)可以寫成［1］:

式中:

ρ—角度轉(zhuǎn)化為弧度的一個(gè)常數(shù)，取206 265.

式中:

Mq—單側(cè)導(dǎo)線測(cè)量引起的橫向貫通測(cè)量誤差影響值;

mβ—等精度測(cè)角中誤差。

利用式(7)，選擇不同巷道長(zhǎng)度2L(m)和規(guī)程要求的測(cè)角誤差和實(shí)際統(tǒng)計(jì)測(cè)角誤差，可得出不同邊長(zhǎng)的等邊直伸導(dǎo)線測(cè)量引起的橫向貫通誤差(cm). 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 等邊直伸導(dǎo)線誤差對(duì)橫向貫通誤差的影響表 mm

當(dāng)巷道布置為L(zhǎng) 型導(dǎo)線時(shí)，測(cè)角誤差和測(cè)距誤差都會(huì)影響貫通。2 條互相垂直的直伸支導(dǎo)線組成的L 型導(dǎo)線見(jiàn)圖2. 2 條夾角為45°的直伸支導(dǎo)線組成的L 型導(dǎo)線見(jiàn)圖3. 現(xiàn)假定導(dǎo)線轉(zhuǎn)點(diǎn)與坐標(biāo)軸原點(diǎn)一致，Y 軸與導(dǎo)線B－K 一致。由式(6)可得出:

圖2 90°L 型導(dǎo)線布設(shè)示意圖

圖3 45°L 型導(dǎo)線布設(shè)示意圖

測(cè)邊精度選用拓普康2″級(jí)防爆全站儀標(biāo)稱精度(2 +2 ×10－6D)mm，邊長(zhǎng)100 m，由式(8)計(jì)算可得不同長(zhǎng)度A－B 巷道測(cè)邊誤差所引起的單側(cè)橫向貫通誤差(cm)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 L 型導(dǎo)線測(cè)邊誤差對(duì)橫向貫通誤差的影響表 mm

從以上分析可知，測(cè)角誤差的影響對(duì)橫向貫通誤差起決定性的作用，離貫通面越遠(yuǎn)，影響越大，影響值與該導(dǎo)線點(diǎn)和貫通點(diǎn)的連線在垂直于貫通面的方向上的投影長(zhǎng)成正比。要減少測(cè)角誤差對(duì)橫向貫通誤差的影響，必須提高測(cè)角精度，加長(zhǎng)導(dǎo)線邊長(zhǎng)以減少測(cè)站個(gè)數(shù)，增加角度的測(cè)回?cái)?shù)并選用該礦積累和分析得到的測(cè)角中誤差。當(dāng)精度要求較高時(shí)，在井下要大幅度提高測(cè)角精度是比較困難的，所以在實(shí)際工作中，可以考慮在支導(dǎo)線中加測(cè)陀螺定向以提高測(cè)角精度的前提下，減小測(cè)角誤差對(duì)橫向貫通誤差的影響，從而保證巷道的正確貫通。

導(dǎo)線測(cè)邊誤差對(duì)于橫向貫通誤差的影響值與該邊在貫通面上的投影成正比，與該邊在導(dǎo)線中的位置無(wú)關(guān)。

2 實(shí) 例

西曲礦北三下組煤集中運(yùn)煤巷全長(zhǎng)3 400 m，導(dǎo)線布設(shè)為圖3 所示L 型導(dǎo)線，其中AB 段支導(dǎo)線2 000 m，起始邊方位角中誤差經(jīng)統(tǒng)計(jì)為9.2″，BK 段直伸導(dǎo)線1 400 m，起始邊方位角中誤差經(jīng)統(tǒng)計(jì)為4.2″，導(dǎo)線平均邊長(zhǎng)100 m.儀器采用拓普康2″級(jí)防爆全站儀，測(cè)邊精度為(2 +2 ×10－6)mm. 獨(dú)立誤差因素為4 個(gè)。

根據(jù)表2 與表3 的估算進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算，3 套測(cè)量精度設(shè)計(jì)與允許誤差分配方案見(jiàn)表4. 在滿足允許貫通誤差的前提下，結(jié)合“等影響”分配原則，適當(dāng)調(diào)整誤差分配方案，在滿足起始邊方位角允許誤差的前提下，適當(dāng)為井下導(dǎo)線測(cè)量多分配一定的允許誤差，避免了允許誤差分配不足或分配浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生。

表4 測(cè)量方案與允許誤差分配表 mm

結(jié)合底板等高線圖，考慮導(dǎo)線平均邊長(zhǎng)選100 m比較困難，而且對(duì)AB 段起始邊方位角重新測(cè)量工作量大，故選用方案C，導(dǎo)線獨(dú)立施測(cè)2 次，于2014 年8月貫通，導(dǎo)線全長(zhǎng)3 427.6 m，共計(jì)39 個(gè)測(cè)站，平均邊長(zhǎng)為88.4 m.最終貫通精度為:在巷道重要方向上，實(shí)際中線偏差為0.098 m，腰線偏差為0.092 m.

3 結(jié) 論

本文結(jié)合西曲礦積累和分析得到的統(tǒng)計(jì)參數(shù)誤差，論述了巷道貫通各個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)的誤差因素及數(shù)值規(guī)律。提出了從整體上對(duì)測(cè)量方案進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)，既保證巷道安全貫通，又確保測(cè)量工作各環(huán)節(jié)的順利完成。在誤差預(yù)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，參照“等影響”分配原則，在制定測(cè)量施工方案時(shí)根據(jù)精度要求按需分配允許貫通誤差，對(duì)保證巷道質(zhì)量，減少測(cè)量工作量都有重要的意義。

［1］ 李青岳，陳永奇.工程測(cè)量學(xué)［M］.第2 版.北京:測(cè)繪出版社，1995:243－250.

［2］ 張國(guó)良，朱家鈺，顧和和.礦山測(cè)量學(xué)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008:195－225.

［3］ 中華人民共和國(guó)能源部.煤礦測(cè)量規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1989:62－63.