王 鐸

(陜西彬長(zhǎng)胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽(yáng) 713600)

0 引言

胡家河煤礦井建設(shè)規(guī)模5.0 Mt/a，井田東西長(zhǎng)8.1 km，南北寬6.5 km，胡家河礦井地質(zhì)儲(chǔ)量819.75 Mt，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為395.44 Mt。本礦井為高瓦斯礦井和沖擊地壓礦井，需進(jìn)行“三區(qū)聯(lián)動(dòng)開(kāi)采”，首采區(qū)的401、402兩盤區(qū)內(nèi)形成的3個(gè)分區(qū)僅能滿足5年左右的開(kāi)采時(shí)間，需提前接續(xù)403盤區(qū)。為保證礦井生產(chǎn)能力的穩(wěn)定性和連續(xù)性，解決礦井403、405盤區(qū)及周邊3號(hào)煤區(qū)域的通風(fēng)問(wèn)題，在中羅堡村附近設(shè)置一對(duì)進(jìn)、回風(fēng)立井，并兼礦井安全出口。二號(hào)風(fēng)井建設(shè)項(xiàng)目涉及二號(hào)進(jìn)風(fēng)立井與回風(fēng)立井貫通及副立井與二號(hào)風(fēng)井貫通，兩處貫通均屬于兩井間的巷道貫通，其中副立井與二號(hào)風(fēng)井的貫通距離長(zhǎng)，技術(shù)難度大。為保證貫通測(cè)量的順利完成，對(duì)貫通測(cè)量涉及的新設(shè)備、新技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了貫通測(cè)量方案，實(shí)施了副立井聯(lián)系測(cè)量和已掘進(jìn)巷道的導(dǎo)線測(cè)量工作。

1 貫通測(cè)量的不利因素分析

依據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》和實(shí)際情況，確定本項(xiàng)目貫通的橫向偏差不大于±0.3 m，高程偏差不大于±0.2 m[1]。綜合考慮各種因素，對(duì)副立井與二號(hào)風(fēng)井貫通測(cè)量的不利因素進(jìn)行分析。

1.1 貫通測(cè)量線路超長(zhǎng)

胡家河煤礦工業(yè)廣場(chǎng)與二號(hào)風(fēng)井廣場(chǎng)直線距離約5 km，副立井與二號(hào)風(fēng)井間井下巷道長(zhǎng)度超過(guò)8 km。井下導(dǎo)線超長(zhǎng)，為保證貫通精度必須采取措施提高井下導(dǎo)線測(cè)量精度。

1.2 超深井筒的豎井聯(lián)系測(cè)量

井筒中的氣流是引起鋼絲垂線偏斜的主要根源，且井筒越深，影響越大[2-4]。胡家河煤礦的井筒均屬于井筒深度較大的立井，其中副立井井深為563.3 m，直徑為8.5 m，二號(hào)風(fēng)井井深為763.0 m，直徑為7.5 m。根據(jù)實(shí)際情況，本項(xiàng)目擬采用單重?cái)[動(dòng)投點(diǎn)，制定有效措施減少投點(diǎn)時(shí)鋼絲擺幅，提高投點(diǎn)精度。

1.3 井下導(dǎo)線測(cè)量不利條件

由于該礦為高瓦斯突出礦井，井下供風(fēng)量很大，嚴(yán)重影響儀器對(duì)中、觀測(cè)精度[5-7]。井下導(dǎo)線測(cè)量時(shí)應(yīng)采用應(yīng)對(duì)措施，減少巷道內(nèi)風(fēng)流對(duì)對(duì)中、觀測(cè)的影響。

2 貫通測(cè)量設(shè)計(jì)及誤差預(yù)計(jì)

2.1 貫通測(cè)量方案設(shè)計(jì)

主要對(duì)技術(shù)難度大的副立井與二號(hào)風(fēng)井之間貫通進(jìn)行討論。

貫通線路：副立井與二號(hào)風(fēng)井之間貫通測(cè)量線路為：副立井→中央二號(hào)輔助運(yùn)輸大巷→北西輔助運(yùn)輸大巷→二號(hào)進(jìn)風(fēng)巷道→二號(hào)進(jìn)風(fēng)井，長(zhǎng)度約8.3 km，如圖1所示。

圖1 胡家河煤礦井平面位置示意

地面控制測(cè)量：在二號(hào)風(fēng)井廣場(chǎng)布設(shè)4個(gè)控制點(diǎn)，與胡家河煤礦已有地面控制點(diǎn)共同組成貫通測(cè)量的地面控制網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)的平面測(cè)量采用GNSS測(cè)量技術(shù)，執(zhí)行《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB18314—2009)有關(guān)D級(jí)控制網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)要求?？刂凭W(wǎng)的高程測(cè)量采用水準(zhǔn)測(cè)量施測(cè)，執(zhí)行《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB 18314—2009)有關(guān)四等水準(zhǔn)測(cè)量的相關(guān)技術(shù)要求，工業(yè)廣場(chǎng)與二號(hào)風(fēng)井間水準(zhǔn)線路長(zhǎng)約12 km。

立井聯(lián)系測(cè)量：本項(xiàng)目的平面聯(lián)測(cè)測(cè)量采用鋼絲投點(diǎn)導(dǎo)入坐標(biāo)，陀螺定向測(cè)定井下起始邊方位角，井下高程采用長(zhǎng)鋼尺導(dǎo)入?？紤]到項(xiàng)目立井井深均超過(guò)500 m，投點(diǎn)時(shí)采用單重?cái)[動(dòng)投點(diǎn)，并采取加大垂球重量、增加浸泡垂球液體密度(液體內(nèi)加入鋸末)等措施減少鋼絲擺動(dòng)幅度，以提高投點(diǎn)精度[8-10]。

井下導(dǎo)線測(cè)量：井下導(dǎo)線平均邊長(zhǎng)按150 m計(jì)算，需布設(shè)約55個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，且副立井和二號(hào)風(fēng)井的井下車場(chǎng)區(qū)域存在邊長(zhǎng)較短的導(dǎo)線邊。井下導(dǎo)線測(cè)量采用防爆型全站儀，按照礦井7″級(jí)基本控制導(dǎo)線的要求獨(dú)立施測(cè)，獨(dú)立觀測(cè)2次。導(dǎo)線測(cè)量時(shí)巷道內(nèi)氣流較大影響儀器對(duì)中時(shí)，采用擋風(fēng)板降低氣流影響；采用“三架法”，減少對(duì)中和整平次數(shù)，降低對(duì)中誤差；光電測(cè)距時(shí)，實(shí)地測(cè)量氣壓、溫度值計(jì)算距離常數(shù)。

陀螺定向測(cè)量：本項(xiàng)目在進(jìn)行副立井、二號(hào)進(jìn)風(fēng)井、二號(hào)回風(fēng)井的井底各測(cè)定1條陀螺邊提供導(dǎo)線的起始方位角，井下導(dǎo)線線路中加測(cè)4條陀螺邊(每隔1.5～2.0 km)，共測(cè)7條陀螺定位邊。

2.2 貫通誤差預(yù)計(jì)

以貫通點(diǎn)K為原點(diǎn)，橫向偏差方向?yàn)閄軸方向，縱向?yàn)閅軸方向，建立誤差預(yù)計(jì)假定坐標(biāo)系，進(jìn)行貫通誤差分析。

貫通相遇點(diǎn)水平重要方向誤差預(yù)計(jì)：①地面測(cè)量誤差引起的橫向偏差的中誤差計(jì)算見(jiàn)式(1)

(1)

式中，a—5 mm；b—3 mm/km；d—5 km；α—53°，計(jì)算得M地面為9 mm。

②井下測(cè)量誤差引起的橫向偏差的中誤差計(jì)算見(jiàn)式(2)

(2)

式中，Mβ—測(cè)角中誤差，取7″；Ry—K點(diǎn)到導(dǎo)線點(diǎn)在假定Y軸上的投影長(zhǎng)度。計(jì)算得Mβ=10.2 mm。

③陀螺定向誤差影響的計(jì)算見(jiàn)式(3)

(3)

式中，MT—陀螺定向中誤差，取7″；RTY—K點(diǎn)到陀螺定向點(diǎn)在假定Y′軸上的投影長(zhǎng)度。計(jì)算得，MT=9 mm。

④量邊誤差影響的計(jì)算見(jiàn)式(4)

(4)

式中，ml—全站儀測(cè)距中誤差，取2 mm；α—導(dǎo)線邊和x′軸的夾角。計(jì)算得ML=2.2 mm。

⑤井下導(dǎo)線測(cè)量引起橫向偏差的中誤差計(jì)算見(jiàn)式(5)

(5)

計(jì)算得，M井下導(dǎo)線=0.138 m。

⑥投點(diǎn)誤差引起的橫向偏差計(jì)算見(jiàn)式(6)

(6)

式中，投點(diǎn)誤差按±kdhHv2/Q計(jì)算；k—影響系數(shù)，取0.005；d—鋼絲直徑，取2 mm；h—馬頭門高度，m；H—井深，m；v—風(fēng)速，m/s；Q—重錘重量，kg。計(jì)算得，M投點(diǎn)=36 mm。

⑦貫通相遇點(diǎn)橫向偏差的中誤差計(jì)算見(jiàn)式(7)

=0.142 m

(7)

計(jì)算得，M橫向偏差=0.142 m。按2倍的中誤差預(yù)計(jì)，貫通在水平重要方向的預(yù)計(jì)誤差不大于0.284 m，滿足0.3 m的設(shè)計(jì)要求。

貫通相遇點(diǎn)高程誤差預(yù)計(jì)：地面水準(zhǔn)測(cè)量引起的高程中誤差為0.069 m(按水準(zhǔn)線路12 km，每公里高差測(cè)量中誤差為20 mm計(jì)算)；井下高程導(dǎo)線測(cè)量引起的高程中誤差為0.086 m(按導(dǎo)線線路8.3 km，每公里高差測(cè)量中誤差為20 mm，獨(dú)立2次測(cè)量計(jì)算)；按照相關(guān)資料及經(jīng)驗(yàn)，副立井導(dǎo)入高程的中誤差為0.023 m，二號(hào)風(fēng)井導(dǎo)入高程的中誤差為0.034 m。綜合考慮，貫通相遇點(diǎn)高程測(cè)量中誤差為0.090 m，按2倍的中誤差預(yù)計(jì)，貫通的高程預(yù)計(jì)誤差不大于0.180 m，滿足0.2 m的設(shè)計(jì)要求。

3 副立井聯(lián)系測(cè)量及導(dǎo)線測(cè)量

3.1 副立井聯(lián)測(cè)測(cè)量

副立井導(dǎo)入高程測(cè)量：井上下均采用全站儀，用水平視線在鋼尺上以正倒鏡法讀取鋼尺的讀數(shù)，取平均值作為結(jié)果，計(jì)算鋼尺長(zhǎng)度；內(nèi)業(yè)計(jì)算進(jìn)行鋼尺長(zhǎng)度的溫度、自重、比長(zhǎng)改正，計(jì)算井下定向基點(diǎn)的高程。副立井導(dǎo)入高程測(cè)量獨(dú)立測(cè)量2次，2次互差1 mm，相對(duì)誤差為1/426233。

副立井平面投點(diǎn)測(cè)量：副立井聯(lián)系測(cè)量導(dǎo)線示意，如圖2所示。利用控制點(diǎn)GD03、GD04，測(cè)量連接導(dǎo)線點(diǎn)L1、L2；在L2架設(shè)全站儀，后視L1，前視鋼絲上的棱鏡，計(jì)算鋼絲的平面坐標(biāo)；井下在D7架設(shè)全站儀，后視D8，前視鋼絲上的棱鏡，在連續(xù)測(cè)量10個(gè)以上左右擺動(dòng)方向的角度讀數(shù)和距離讀數(shù)，取其平均值為最終觀測(cè)值，計(jì)算角度和距離；根據(jù)陀螺儀測(cè)定的D7～D8的方位角，計(jì)算推算D8點(diǎn)的坐標(biāo)，完成平面投點(diǎn)工作。井上下獨(dú)立測(cè)量2次，D8點(diǎn)坐標(biāo)較差12.6 mm。

圖2 副立井聯(lián)系測(cè)量導(dǎo)線示意

3.2 已掘進(jìn)巷道井下導(dǎo)線測(cè)量

水平角測(cè)量：在擬定貫通線路中已掘進(jìn)巷道的井下導(dǎo)線測(cè)量工作，布設(shè)井下導(dǎo)線點(diǎn)39個(gè)，布設(shè)陀螺定向邊2條，測(cè)得導(dǎo)線線路長(zhǎng)5.5 km。水平角共測(cè)量37站，采用線路往返測(cè)獨(dú)立觀測(cè)2次，每次每測(cè)站2測(cè)回的作業(yè)方法。各次觀測(cè)的精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 井下導(dǎo)線水平角觀測(cè)精度統(tǒng)計(jì)

豎直角測(cè)量：豎直角共測(cè)量37站，采用線路往返測(cè)獨(dú)立觀測(cè)2次，每次測(cè)段往返測(cè)，每測(cè)段2測(cè)回的作業(yè)方法。各次觀測(cè)中指標(biāo)差互差最大12″，豎直角互差最大14″。

傾斜距離測(cè)量：傾斜距離共測(cè)38段，采用線路往返測(cè)獨(dú)立觀測(cè)2次，每次測(cè)段距離往返測(cè)量，往(返)各2個(gè)測(cè)回，每測(cè)回4個(gè)讀數(shù)的作業(yè)方法。各次觀測(cè)的精度統(tǒng)計(jì)如下。距離測(cè)量，測(cè)回內(nèi)讀數(shù)較差最大2 mm，單程測(cè)回間較差最大2 mm，往返觀測(cè)最大互差約為1/52 700。

各項(xiàng)測(cè)量精度均優(yōu)于《煤礦測(cè)量規(guī)程》關(guān)于7″導(dǎo)線的技術(shù)指標(biāo)。

3.3 陀螺定向測(cè)量及導(dǎo)線平差計(jì)算

陀螺定向測(cè)量：選擇副立井的一對(duì)地面控制點(diǎn)作為已知邊，采用HGG05全自動(dòng)積分式陀螺儀在井下測(cè)定3條陀螺邊。經(jīng)計(jì)算儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差為±6.4″；3條待定邊的一次定向中誤差分別為±2.6″、±5.5″、±5.7″。

井下導(dǎo)線平差計(jì)算：采用逐步趨近法，可對(duì)井下導(dǎo)線測(cè)量與陀螺定向聯(lián)合進(jìn)行方向附合導(dǎo)線的平差計(jì)算，最終得到本次測(cè)量井下控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)。井下導(dǎo)線2次獨(dú)立觀測(cè)水平角的平差計(jì)算精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)程規(guī)定的精度要求。

表2 2次獨(dú)立觀測(cè)角度閉合差精度統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

(1)井筒較深時(shí)，采取加大垂球重量、在浸泡垂球的液體內(nèi)加入鋸末以增加液體密度等措施減少鋼絲擺動(dòng)幅度，能有效提高投點(diǎn)精度，本項(xiàng)目563 m井深的副立井2次投點(diǎn)誤差為0.012 m。

(2)采用HGG05全自動(dòng)積分式陀螺儀與全站儀進(jìn)行方位角測(cè)定，精度優(yōu)于7″，已掘進(jìn)巷道內(nèi)井下導(dǎo)線2次獨(dú)立觀測(cè)角度閉合差均小于限差的1/3。表明采用陀螺邊作為井下導(dǎo)線的起始邊能大幅度提高井下導(dǎo)線的精度，減少貫通測(cè)量誤差。