李 蕓

（山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局，山西 太原 030045）

1 工程概況

山西興盛鴻發(fā)煤業(yè)有限公司煤礦主采4#煤層，煤質(zhì)主要為無煙煤、煙煤，煤層平均厚度在1.9～2.6m之間，采用的主副井立井開拓方式，主井埋深達(dá)到512m，直徑為6m，底板標(biāo)高為-416m，風(fēng)井在二采區(qū)淺層布置，埋深為362m，與主井之間的距離為2615m。本礦井在生產(chǎn)過程中，為確保生產(chǎn)安全與建井需要，需將風(fēng)井和主井與102軌道上山、102運(yùn)輸上山、102回風(fēng)上山進(jìn)行貫通，這3條巷道均采用平行布置的方式，長度均在3km左右。其中，102回風(fēng)上山主要沿著4#煤層底板施工，軌道上山、運(yùn)輸上山按照同一坡度平行施工，3條巷道采用平行作業(yè)的方式，按照設(shè)計(jì)在巷道中部實(shí)現(xiàn)貫通。其中對(duì)于貫通精度的要求是，水平方向與垂直方向的最大偏差控制在30cm以內(nèi)。在本次貫通的過程中，面臨的困難較為突出，例如，立井淋水量較大，超過了15m3/h，風(fēng)速也相對(duì)較大，超過了9m/s，風(fēng)井與立井之間的最低標(biāo)高差距大，△h=186m。同時(shí)，貫通巷道的斜坡總體較多，曲線也大量存在。為確保這3條上山均按照設(shè)定的精度進(jìn)行貫通，需對(duì)測(cè)量方案進(jìn)行優(yōu)化，有效控制井下導(dǎo)線測(cè)量、井筒連接測(cè)量、地面測(cè)量等，提升貫通精度。

2 貫通方案設(shè)計(jì)

2.1 貫通方案選擇

（1）地面控制測(cè)量方案。根據(jù)山西興盛鴻發(fā)煤業(yè)有限公司煤礦整個(gè)礦區(qū)的分布情況，設(shè)計(jì)了地面GPS控制網(wǎng)絡(luò)，其中選擇了3個(gè)起算點(diǎn)。在風(fēng)井、主井的工業(yè)廣場(chǎng)布置設(shè)計(jì)了6個(gè)GPS控制點(diǎn)，分別為主近1、風(fēng)近1、風(fēng)近2、風(fēng)近3及1#、2#宿舍樓等。見圖1所示。

（2）地面水準(zhǔn)測(cè)量方案。地面水準(zhǔn)測(cè)量作為地面測(cè)量的重要組成部分，對(duì)于確保測(cè)量效果有著重要的作用。在本次巷道貫通測(cè)量過程中，設(shè)計(jì)了3等水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行控制測(cè)量，同時(shí)在風(fēng)井、主井周邊選擇了4等水準(zhǔn)點(diǎn)，并以“風(fēng)近2”“主近1”作為本次測(cè)量的高程基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖1 GPS測(cè)量控制網(wǎng)絡(luò)圖

（3）井下陀螺定向與聯(lián)系測(cè)量方案。在主井、風(fēng)井坐標(biāo)傳遞時(shí)，使用Φ1.5mm的鋼絲進(jìn)行，單獨(dú)進(jìn)行3次測(cè)量，提升測(cè)量精度。使用全站儀激光測(cè)距的方式將主井、風(fēng)井的高程進(jìn)行導(dǎo)入，完成高程傳遞，并使用鋼絲對(duì)導(dǎo)入的高程進(jìn)行復(fù)核。在風(fēng)井、主井底部均設(shè)置定向邊，并將高程、坐標(biāo)等傳遞到邊，作為井下導(dǎo)向測(cè)量的起始邊。在進(jìn)行陀螺定向時(shí)使用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法。

（4）井下導(dǎo)向測(cè)量。選擇使用2級(jí)防爆全站儀進(jìn)行井下巷道控制測(cè)量，控制精度在7″以上，由于本次貫通測(cè)量過程中，風(fēng)速較大，對(duì)于風(fēng)速較大的位置，使用三架方法對(duì)高程、坐標(biāo)進(jìn)行傳遞，對(duì)于風(fēng)速較低位置，將高程、坐標(biāo)等傳遞到巷道頂板永久導(dǎo)線點(diǎn)，并將這些導(dǎo)線點(diǎn)作為巷道施工基礎(chǔ)控制點(diǎn)，在角度測(cè)量時(shí)選擇測(cè)回法，單獨(dú)進(jìn)行3次測(cè)量，每次測(cè)量2個(gè)測(cè)回，并使用三角高程進(jìn)行雙向往返觀測(cè)。

2.2 具體實(shí)施

（1）地面控制測(cè)量的實(shí)施。本次貫通測(cè)量的過程中，選擇TOPCON Hiper型雙頻GPS接收機(jī)，數(shù)量為4臺(tái)，組成GPS控制網(wǎng)。在進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，分4個(gè)時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)，在每個(gè)時(shí)段中，觀測(cè)時(shí)間均為50min，在每個(gè)時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，設(shè)置6條基準(zhǔn)線與3個(gè)同步環(huán)。對(duì)每天采集得到的數(shù)據(jù)使用Gpsadj靜態(tài)GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理解算，并使用Pinnacle對(duì)本次測(cè)量所布置的GPS網(wǎng)進(jìn)行約束平差。在本次測(cè)量過程中，使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀TOPCON與雙面水準(zhǔn)尺進(jìn)行測(cè)量，且設(shè)計(jì)測(cè)量順序?yàn)椤昂蟆啊啊蟆?，測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，使用NASEW98軟件對(duì)平差進(jìn)行計(jì)算，從而得到4等水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。

（2）實(shí)施聯(lián)系測(cè)量。具體主要有井下連接測(cè)量、高程導(dǎo)入、陀螺定向、投點(diǎn)及測(cè)量等。具體實(shí)施為：

① 使用TOPCON GTS311全站儀按照精度在5″的范圍內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)線連接，在水平觀測(cè)角測(cè)量時(shí)，選擇了2個(gè)測(cè)回，在進(jìn)行邊長測(cè)量時(shí)，選擇了3個(gè)測(cè)回，其中，“主1”控制點(diǎn)到鋼絲之間的距離，選擇使用鋼尺進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于測(cè)量結(jié)果使用全站儀小棱鏡檢驗(yàn)。

② 選擇單重穩(wěn)定投點(diǎn)的方式實(shí)施平面聯(lián)系測(cè)量，使用Φ1.5mm的碳素彈簧鋼絲作為投點(diǎn)鋼絲，并懸掛重跎（70kg），并將垂球放置到盛滿水的水桶中，在進(jìn)行投點(diǎn)測(cè)量時(shí)，將手搖絞車固定到穩(wěn)定物體上。

③ 使用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定向測(cè)量，在本次測(cè)量過程中，選擇使用跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，設(shè)置了5個(gè)跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)，并使用平均值法對(duì)測(cè)量的逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的擺動(dòng)值的平均數(shù)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)點(diǎn)均完成了2個(gè)獨(dú)立的定向。

④ 將“主近3”作為了高程基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行主井高程的導(dǎo)入，將“風(fēng)井3”作為風(fēng)井高程基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行高程的導(dǎo)入。通過井蓋將鋼尺下放到井中，并在最低處懸掛垂球，質(zhì)量為9kg。在實(shí)施下放鋼尺操作時(shí)，在地面上從安平水準(zhǔn)儀上讀取示數(shù)a、b，當(dāng)整個(gè)鋼尺全部懸掛好之后，再次讀取示數(shù)c、d。同時(shí)，為了提升測(cè)量的精度，使用溫度計(jì)讀取測(cè)量過程中井下與井上的讀數(shù)，根據(jù)溫度差異，從拉力、溫度、尺寸及鋼尺自重等方面對(duì)風(fēng)井、主井的導(dǎo)入高程進(jìn)行微調(diào)。

⑤ 在主井井下的主基1安裝全站儀，對(duì)主基2和鋼絲之間的水平角進(jìn)行測(cè)量，并使用鋼尺對(duì)主基1與鋼絲之間的距離進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，主基1～2邊上使用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定向。這個(gè)過程中，與風(fēng)井測(cè)量平行作業(yè)，在風(fēng)井基2點(diǎn)也使用全站儀，對(duì)風(fēng)井基1點(diǎn)和鋼絲之間的水平角進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)也用鋼尺對(duì)基2與鋼絲之間的距離進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量的過程中，測(cè)量3次以上，待連續(xù)兩次測(cè)量的誤差均在3mm之內(nèi)時(shí)結(jié)束。

（3）開展井下控制測(cè)量。按照井下控制測(cè)量設(shè)計(jì)，選擇使用了尼康防爆全站儀進(jìn)行測(cè)量，控制精度在7″范圍內(nèi)，水平角、邊長在進(jìn)行測(cè)量時(shí)控制在2個(gè)測(cè)回。在進(jìn)行井下水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，選擇使用了TOPCONS3水準(zhǔn)儀對(duì)大巷進(jìn)行了往返測(cè)量，同時(shí)，待往返測(cè)量差距在50mm之內(nèi)時(shí)，停止測(cè)量。對(duì)于斜巷測(cè)量，選擇使用了三角高程測(cè)量，測(cè)回為2，高程閉合差控制在30mm范圍內(nèi)時(shí)停止測(cè)量。

（4）施工測(cè)量。在具體施工的過程中，選擇使用蔡司030A以10″為導(dǎo)線精度進(jìn)行測(cè)量，將基礎(chǔ)作為控制測(cè)量布設(shè)點(diǎn)，對(duì)角度使用測(cè)回法，測(cè)回2次，以掘進(jìn)20m為單位對(duì)精度8″導(dǎo)線進(jìn)行延伸，同時(shí)對(duì)于延伸導(dǎo)線檢查角控制在30″，在具體測(cè)量中，每個(gè)測(cè)量來回均設(shè)計(jì)了5個(gè)中線點(diǎn)，且控制距離在4m以內(nèi)。在巷道完成貫通之后，對(duì)實(shí)際點(diǎn)的偏差進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算閉合差。

3 貫通精度

根據(jù)本次貫通測(cè)量，繪制了貫通測(cè)量全圖，具體見圖2。

圖2 貫通測(cè)量圖

在巷道完成了貫通之后，對(duì)高程聯(lián)測(cè)、導(dǎo)線聯(lián)測(cè)進(jìn)行了全面的復(fù)核，得到了如下主要技術(shù)指標(biāo)。

（1）坐標(biāo)閉合差，X軸、Y軸分別為25mm、29mm。

（2）方位角閉合差為26″，三條上山導(dǎo)線長度為4900m，導(dǎo)線精度為1/148950。高程閉合差為78mm。

4 本次測(cè)量過程中采取的增強(qiáng)策略

在本次井下巷道貫通測(cè)量過程中，為了提升測(cè)量精度，從2個(gè)方面采取了增強(qiáng)策略：

（1）構(gòu)建了地面專用控制網(wǎng)。山西興盛鴻發(fā)煤業(yè)有限公司長期沿用上世紀(jì)七十年代形成定位點(diǎn)位，但隨著開采范圍的不斷擴(kuò)大，部分三角點(diǎn)已經(jīng)位于采空區(qū)的上部，由于采空區(qū)的沉陷，影響到本次測(cè)量精度。為了提升本次測(cè)量效果，在實(shí)施本次測(cè)量時(shí)，興盛鴻發(fā)煤業(yè)南部設(shè)計(jì)了10個(gè)地面小三角網(wǎng)，通過平差后該網(wǎng)的單位權(quán)誤差為15″，最弱邊的相對(duì)誤差為1/71200，點(diǎn)位誤差為16mm，通過這些地面測(cè)量工作，確保地面控制網(wǎng)原始精度，有助于增強(qiáng)測(cè)量效果。

（2）增強(qiáng)井下導(dǎo)線測(cè)量精度。本次貫通測(cè)量工作量較大，一共設(shè)計(jì)了7″導(dǎo)線80站，為了提升井下導(dǎo)線測(cè)量精度，在本次測(cè)量時(shí)，選擇使用三角架觀測(cè)，降低瞄準(zhǔn)對(duì)中帶來的誤差，同時(shí)，在對(duì)中的過程中，控制對(duì)中誤差在1mm的范圍內(nèi)，水平氣泡控制在偏斜半格，盡量多的加大邊長、壓縮測(cè)站數(shù)。

5 結(jié)束語

（1）從本次貫通測(cè)量得到的閉合差可看出，這些關(guān)鍵指標(biāo)均小于設(shè)計(jì)要求，符合了實(shí)際貫通需求。這表明本次貫通測(cè)量精度高，滿足了實(shí)際生產(chǎn)需求。

（2）井下貫通測(cè)量是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工程，對(duì)方案設(shè)計(jì)、測(cè)量實(shí)施均有著較高的要求，且需要應(yīng)對(duì)測(cè)量過程中遇到的突發(fā)情況，在具體測(cè)量過程中需要測(cè)量人員對(duì)測(cè)量環(huán)境等方面進(jìn)行綜合分析，研究制定出更符合需要的測(cè)量方案。