于 水，郭超奇，陳小繩，李凱軍，王 悅

(1.煤炭綠色安全高效開采國家地方聯(lián)合工程研究中心，陜西 西安 710065；2.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065；3.陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 店頭 727306；4.陜煤集團神木紅柳林礦業(yè)有限公司，陜西 神木 719300)

0 引言

貫通測量是煤礦生產(chǎn)的一項基礎(chǔ)工作，也是礦山測量人員的重要任務(wù)。測量人員要保證各掘進工作面沿著設(shè)計的方向掘進，使貫通接合處的偏差不超過規(guī)定限度。無論是貫通測量過程中發(fā)生差錯而未能貫通，或是在貫通接合處的偏差超限，都將影響巷道質(zhì)量，有時甚至造成巷道報廢等嚴(yán)重后果，帶來巨大的損失。長距離巷道貫通測量本身具有測線距離遠，測量工作量大等特點，因此要求礦山測量人員必須不斷改進貫通測量的方法、手段和技術(shù)，以保證貫通工程優(yōu)質(zhì)、高效、順利地完成。貫通測量工作一般應(yīng)遵循兩個原則：一是在確定測量方案和方法時保證貫通所必需的精度，過高或過低的精度都是不正確的；二是對完成的測量和計算工作應(yīng)有客觀的檢查，杜絕出現(xiàn)一切粗差[1-3]。

隨著電子與航天技術(shù)的不斷發(fā)展，測量技術(shù)發(fā)生了日新月異的變化。測量內(nèi)業(yè)和外業(yè)的自動化程度及最終精度得到很大地提高，在給測量工作者帶來了更大便利的同時，也給礦井生產(chǎn)帶來了更好地促進和保障[4-6]。在日常進行貫通測量設(shè)計時就有了更多的選擇，盡量使設(shè)計方案更科學(xué)、經(jīng)濟和可靠，從而更好地為礦井生產(chǎn)服務(wù)。國內(nèi)各煤礦在巷道貫通方面，一般工作面走向長度在2～3 km左右，但就工作面長達5 000 m的貫通測量，借鑒先例較少。文中根據(jù)黃陵二號煤礦二盤區(qū)205長距離工作面各巷道用途及生產(chǎn)要求合理確定巷道貫通允許偏差，并在此基礎(chǔ)上制定了合理的測量方案，保證了巷道的精準(zhǔn)貫通。

1 測量工程概況

1.1 測量概況

陜西黃陵二號煤礦二盤區(qū)205工作面位于該盤區(qū)西南方向，工作面走向方位角339°，走向長度4 912 m，傾向長度284 m，屬于長距離綜采工作面。回風(fēng)巷于2013年2月開工，由掘一隊施工至3 967 m停止。運輸巷于2013年1月10日開始施工，掘進至4 912 m后拐切眼284 m，切眼到位后拐回風(fēng)巷(205回風(fēng)巷里段)，剩余1 265 m與回風(fēng)巷(外段)相向貫通，該工程貫通導(dǎo)線閉合長度為10.358 km。貫通概況如圖1所示。

圖1 205工作面回風(fēng)巷貫通工程示意圖

1.2 測量設(shè)計

本次測量依據(jù)《煤礦測量規(guī)程》《礦山控制測量手冊》。測量工作平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954北京坐標(biāo)系，高斯投影3°帶第36帶投影，中央子午線為108°；高程系統(tǒng)采用1956黃海高程系。測量小組由5人組成，作業(yè)過程中，一人觀測，一人記錄，一人前視照明，一人后視照明，一人負(fù)責(zé)前后聯(lián)絡(luò)。測量儀器為NikonDtm532C型2″級全站儀。

利用黃陵二號煤礦主井下導(dǎo)線起始邊，分別對205工作面回風(fēng)巷、運輸巷控制導(dǎo)線進行測量，等級為7″，兩條順槽內(nèi)導(dǎo)線在直線巷道內(nèi)按直線形布置，因受客觀條件限制，邊長做不到等邊布置，最長邊365.659 m，最短邊60.356 m。共47條邊，47個導(dǎo)線點；利用黃陵二號煤礦主井下的高程基準(zhǔn)點，利用三角高程測量，對205工作面回風(fēng)巷、運輸巷進行高程控制。

此次黃陵二號煤礦205工作面的貫通測量工作，由于回風(fēng)巷、運輸巷全部采用“U”型鋼支護，巷道應(yīng)力很大，地質(zhì)條件復(fù)雜，這將會給巷道頂板上導(dǎo)線點的設(shè)置、保存以及永久利用帶來不便，將給此次貫通測量工作帶來較大的困難。

2 貫通方案

2.1 井下導(dǎo)線測量

井下起始邊的校驗測量：采用尼康全站儀對井下起始邊進行檢校，在該起始邊可靠的前提下，作為導(dǎo)線測量的起始邊。本次貫通選用F20303、F20302兩個基本控制點。

井下導(dǎo)線測量：井下導(dǎo)線采用尼康全站儀按7″導(dǎo)線精度施測，水平角觀測兩個測回，垂直角觀測一個測回，邊長測量兩次，各種測量數(shù)據(jù)限差符合技術(shù)要求。測角時水準(zhǔn)氣泡不得偏離一格，采用懸掛棱鏡法和擋風(fēng)簾擋風(fēng)，測水平角時瞄準(zhǔn)懸掛棱鏡的線繩，測量豎直角及距離時瞄準(zhǔn)懸掛棱鏡的中心。導(dǎo)線點均設(shè)在頂板上，盡量加大邊長，并每隔一定距離設(shè)立永久點。測距時測定氣壓讀至100 Pa，氣溫讀至1 ℃，每條邊的測回數(shù)不少于2個。在井下使用全站儀應(yīng)嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。

減少誤差措施：施測中將所測導(dǎo)線獨立進行兩遍，并且還采取了擋風(fēng)措施以減少風(fēng)流影響，減少對中誤差。施測邊長盡可能比設(shè)計加長，減少測角站數(shù)，從而降低測角對貫通帶來的影響。另外施工中堅持按規(guī)范和貫通設(shè)計要求及時測量和復(fù)測施工導(dǎo)線，及時布設(shè)控制導(dǎo)線，且每次對施測結(jié)果進行嚴(yán)格把關(guān)平差。角度計算采用加權(quán)平均方法計算，邊長改正計算加入溫度，氣壓，儀器加、乘常數(shù)，傾斜和兩向投影改正。各項改正計算完成后，采用光電測距支導(dǎo)線要求計算出各點最終測量計算成果。具體測量指標(biāo)見表1。

表1 測量指標(biāo)

2.2 井下高程測量

煤礦主井的井下高程測量以井下起始水準(zhǔn)點為高程基點，采用三角高程測量施測，觀測垂直角2個測回，測斜距，精確量取儀器高。高程測量中按《煤礦測量規(guī)程》有關(guān)水準(zhǔn)測量的要求施測。每組水準(zhǔn)點間往返各測一次，每站用兩次儀器高，互差不大于3 mm。往返測允許閉合差為土50R mm(R為水準(zhǔn)點間的路線長度，以km為單位)，水準(zhǔn)測量高差的互差不超過限差時，取往返測的平均值(或按測站數(shù)進行分配)作為測量結(jié)果。井筒和井下斜巷按《煤礦測量規(guī)程》之規(guī)定采用全站儀三角高程法進行，采用對向觀測，相鄰兩點往返測高差的互差不應(yīng)大于10 mm+0.3L(L為導(dǎo)線水平長度，以m為單位)，高程閉合差不應(yīng)大于100Lmm(L為導(dǎo)線長度，以km為單位)。

各種儀器必須經(jīng)過檢校方可使用，各項測量成果均由兩人獨立對算，以便檢校。

3 誤差預(yù)計

根據(jù)施工設(shè)計要求，本次貫通點設(shè)在205回風(fēng)巷切眼向外1 265 m處。從205回風(fēng)巷外段至貫通K點的導(dǎo)線水平總長度為3 967 m，205進風(fēng)巷起始導(dǎo)線點至貫通K點的導(dǎo)線水平總長度為6 418 m。以貫通K點為假定坐標(biāo)系的原點，沿現(xiàn)有205回風(fēng)巷方向為x′軸作為本次貫通測量的水平重要方向，垂直于205回風(fēng)巷為y′軸，建立誤差預(yù)計坐標(biāo)系統(tǒng)。

3.1 由導(dǎo)線測角誤差引起K點在x′上的誤差預(yù)計

根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定，井下導(dǎo)線采用7″導(dǎo)線進行測量，取mβ=±7″，獨立測角兩次；則井下導(dǎo)線測角誤差引起K點在水平重要方向x′上的誤差Μx′β

=±0.142 m

3.2 由導(dǎo)線量邊誤差引起K點在x′上的誤差預(yù)計

井下導(dǎo)線量邊采用電磁波測距，獨立量邊兩次，根據(jù)尼康全站儀的測距標(biāo)稱精度

ΜD=±(2+2×10-6×D)mm

則由井下導(dǎo)線量邊誤差引起K點在水平重要方向x′上的誤差Mx′D

3.3 K點在水平重要方向x′上的總中誤差

=±0.142 m

3.4 貫通相遇點K在x′上的預(yù)計誤差

取2倍的中誤差作為貫通的預(yù)計誤差

Mx′預(yù)=2Mx′K=±2×0.142 m=±0.284 m

<0.3～0.5 m(允許偏差值)

從以上誤差預(yù)計結(jié)果可知：貫通相遇點K在水平重要方向x′上的預(yù)計誤差，說明上述所選定的測量方案和施工方法能夠滿足貫通精度要求，足以保證本次貫通的要求。由于205工作面兩巷道均沿煤底板掘進，故高程不做貫通誤差預(yù)計。

4 測量成果整理及貫通精度分析

4.1 測量成功整理

對一些大型貫通工程而言，通常都需進行多次測量，才能積累大量的實測數(shù)據(jù)，進而對這些資料進行精度分析，以此來評定實測成果的精度。

本次測量由多個測站的角度的兩次或多次獨立觀測值，分析導(dǎo)線的測角誤差；用多個邊的兩次或多次獨立觀測值分析測距誤差；將分析得到的數(shù)值與原誤差預(yù)計中要求的測角與測距誤差進行比較，看是否達到了要求的精度。由井下兩次或多次獨立導(dǎo)線測量所得的導(dǎo)線邊最終邊坐標(biāo)方位角的差值和導(dǎo)線最終點的坐標(biāo)差值來衡量導(dǎo)線實測的精度。雖然根據(jù)兩次或3次成果估算導(dǎo)線的中誤差的數(shù)據(jù)是少了一些，估算的方法也不嚴(yán)格，但在一定程度上這些差值是能夠反映實測成果質(zhì)量的。因而用它來評定精度可以作為衡量實測誤差的參考。

4.2 貫通結(jié)果分析

2015年6月26日10：25分205回風(fēng)巷(里端)與205回風(fēng)巷(外段)全斷面貫通。工作面貫通后，對兩順槽的導(dǎo)線進行了坐標(biāo)閉合和角度閉合，角度閉合公式如下

∑β=180°×(n-2)=8 100°

fβ實=8 100°-8 099.982 5°=0.017 5°

fβ實

坐標(biāo)閉合差：fx=-60 mm，fy=-110 mm

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

1/82 864的精度遠小于1/8 000(煤礦測量規(guī)程)要求精度，因此達到了煤礦測量規(guī)程的7″級導(dǎo)線的精度要求。

經(jīng)實測中線偏差125 mm，這一誤差小于貫通設(shè)計預(yù)計要求。同時兩巷均沿煤底板掘進，實測高程貫通誤差僅92 mm，兩項貫通指標(biāo)均滿足設(shè)計、施工要求。從以上數(shù)據(jù)可以看出這一貫通工程，屬長距離綜采工作面貫通測量工程。

5 結(jié)語

根據(jù)黃陵二號煤礦205長距離工作面的實際情況，提出了符合現(xiàn)場實測條件的井下導(dǎo)線及高程測量方案，通過對測量結(jié)果及誤差進行分析可知，測量誤差低于限差，滿足各項規(guī)程及貫通精度要求，實踐證明，該貫通方案是可行的。