孫 亞 勇

（潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)夏店煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

0 引 言

貫通測(cè)量是用于隧道、路橋、管線鋪設(shè)等基礎(chǔ)工程的測(cè)量技術(shù)，分為平面貫通測(cè)量和高程貫通測(cè)量，主要用于控制施工平面誤差和高程誤差[1-3]。煤礦井下的巷道貫通對(duì)平面和高程貫通測(cè)量均有需求。常村煤礦副斜井與回風(fēng)立井兩井間貫通屬于重要工程貫通，因此在貫通聯(lián)測(cè)前要進(jìn)行貫通測(cè)量設(shè)計(jì)并對(duì)誤差進(jìn)行預(yù)計(jì)分析。根據(jù)常村煤礦地表已知控制點(diǎn)的分布及地表地形情況，本次貫通測(cè)量設(shè)計(jì)將采用GPS 測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地面控制網(wǎng)布設(shè)，解決地面控制布設(shè)時(shí)由于測(cè)量距離過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的誤差積累，再結(jié)合相應(yīng)的誤差消除方法，為巷道的順利貫通提供保障。

1 工程概述

常村煤礦核定生產(chǎn)能力為90 萬(wàn)t/a，主采3-9#煤層。根據(jù)生產(chǎn)接替計(jì)劃，需要將副井與風(fēng)井進(jìn)行貫通。其中副井為斜井，風(fēng)井為豎井，副井井口所處位置地表多為開(kāi)闊平坦地勢(shì)，貫通巷道位于所采9#煤層中，沿煤層頂板掘進(jìn)。《煤礦測(cè)量規(guī)程》中規(guī)定，不論是軌道巷、膠帶巷還是切眼巷，貫通誤差應(yīng)限制在平面±300mm，高程±200mm[4-6]。

2 貫通測(cè)量設(shè)計(jì)

2.1 地面控制網(wǎng)布設(shè)

該礦井田面積為8.5km2，地表地貌多為平原，井口附近障礙物較少，根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》采用D 級(jí)地面控制網(wǎng)，表1 所示為D 級(jí)控制網(wǎng)技術(shù)參數(shù)。礦井地表有2 個(gè)已知控制點(diǎn)，G1（X：39645901.057，Y：19684131.178，Z：1042.369），G3（X：39645415.884，Y：19684986.237，Z：1011.887），因此結(jié)合已知控制點(diǎn)選擇使用GPS 靜態(tài)測(cè)量技術(shù)對(duì)地面控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)。

圖1 XX 礦地面控制網(wǎng)

根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》中對(duì)地表控制網(wǎng)的要求，利用已知控制點(diǎn)G1、G3為起算數(shù)據(jù)，在G1點(diǎn)與G3點(diǎn)之間采用GPS 靜態(tài)測(cè)量技術(shù)另行布置控制點(diǎn)G4，與G1點(diǎn)和G3點(diǎn)成三角形分布。控制點(diǎn)布設(shè)完成后，以G1點(diǎn)、G3點(diǎn)、G4點(diǎn)數(shù)據(jù)向副井口實(shí)測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)Q0，向風(fēng)井口實(shí)測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)F0，導(dǎo)線等級(jí)為5″級(jí)，導(dǎo)線點(diǎn)F0和Q0為近井口坐標(biāo)和高程起測(cè)點(diǎn)。圖1 為XX 礦地面控制網(wǎng)。

表1 礦區(qū)GPS 控制測(cè)量D 級(jí)網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)

2.2 豎井聯(lián)系測(cè)量

常村煤礦風(fēng)井為豎井，副井為斜井，本次兩井貫通測(cè)量設(shè)計(jì)采用一井定向技術(shù)對(duì)豎井進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量。聯(lián)系測(cè)量的目的是將副井口近井點(diǎn)F0的平面坐標(biāo)及高程數(shù)據(jù)傳遞到井下。根據(jù)已測(cè)得的導(dǎo)線點(diǎn)F0的具體數(shù)據(jù)，按測(cè)量規(guī)范將其導(dǎo)入至井下測(cè)得導(dǎo)線點(diǎn)F11、F12，并將其平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)導(dǎo)入豎井井下，完成井下聯(lián)測(cè)起算邊的建立。圖2 為豎井聯(lián)系測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

由于本例中參與貫通的為回風(fēng)立井與副斜井，因此本例中只需對(duì)回風(fēng)立井進(jìn)行一井定向即可。利用該礦地面GPS 控制測(cè)量所得的近井點(diǎn)F0空間位置信息，根據(jù)導(dǎo)線布設(shè)原則布設(shè)測(cè)量導(dǎo)線到回風(fēng)立井井口F11點(diǎn)處。結(jié)合一井定向的方法步驟，在F11點(diǎn)處進(jìn)行坐標(biāo)導(dǎo)入和高程導(dǎo)入，其中礦區(qū)地面高程導(dǎo)入井下的示意圖為圖2 所示，將地面已知坐標(biāo)及高程系統(tǒng)引入井下位于9#煤層巷道內(nèi)，建立井下導(dǎo)線起算點(diǎn)。

圖2 豎井聯(lián)系測(cè)量

3 兩井井下貫通測(cè)量

3.1 井下控制網(wǎng)布設(shè)

兩井間導(dǎo)線長(zhǎng)度為1300m，井下貫通測(cè)量根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》要求，需要對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行不少于2 次的獨(dú)立測(cè)量，因此往返測(cè)導(dǎo)線長(zhǎng)度為2 600m。根據(jù)精度要求，本次貫通測(cè)量設(shè)計(jì)井下貫通聯(lián)測(cè)導(dǎo)線布設(shè)等級(jí)為7″級(jí)。

本次貫通測(cè)量選用拓普康OS—102 防爆型2″級(jí)全站儀作為主要測(cè)量?jī)x器。如圖3 布置，利用副井近井點(diǎn)Q0，按7″級(jí)控制網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)將控制點(diǎn)數(shù)據(jù)從副井斜巷測(cè)至Q4處，然后以測(cè)得的控制點(diǎn)Q2、Q3為起測(cè)邊，將數(shù)據(jù)聯(lián)測(cè)至導(dǎo)線點(diǎn)Q10、Q11處。測(cè)得導(dǎo)線點(diǎn)Q10、Q11的平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)。圖3 為井下控制網(wǎng)布設(shè)。

圖3 井下控制網(wǎng)布設(shè)

3.2 井下貫通測(cè)量

分別以導(dǎo)線點(diǎn)Q10、Q11與導(dǎo)線點(diǎn)F11、F12為導(dǎo)線起算邊，嚴(yán)格按照《煤礦測(cè)量規(guī)程》與《煤礦測(cè)量手冊(cè)》要求進(jìn)行井下貫通導(dǎo)線測(cè)量，避免出現(xiàn)不必要的誤差。測(cè)量誤差是由觀測(cè)者、觀測(cè)環(huán)境、觀測(cè)儀器引起的，而井下測(cè)量環(huán)境較為惡劣，貫通測(cè)量精度易受環(huán)境影響。因此，設(shè)計(jì)采用加設(shè)陀螺邊的方式來(lái)減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度，根據(jù)井下導(dǎo)線網(wǎng)的布設(shè)，將起算邊Q10、Q11和F11、F12設(shè)為陀螺邊，另外在巷道拐角處再增加兩組陀螺邊F12、F13以及F15、F16來(lái)進(jìn)一步保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)

貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)的原理是根據(jù)貫通測(cè)量設(shè)計(jì)，使用最小二乘法和誤差傳播理論，對(duì)巷道貫通精度的預(yù)計(jì)分析，預(yù)計(jì)巷道在貫通點(diǎn)的最大偏差范圍，因此，誤差預(yù)計(jì)只有概率意義，誤差預(yù)計(jì)的目的是優(yōu)化貫通測(cè)量設(shè)計(jì)，選擇適合的測(cè)量方法，來(lái)提高巷道的貫通精度。誤差預(yù)計(jì)主要分為兩種，一種是水平方向上左右偏差的誤差預(yù)計(jì)，另一種是豎直方向上的上下偏差的誤差預(yù)計(jì)。

4.1 水平方向上的誤差預(yù)計(jì)

GPS 靜態(tài)測(cè)量技術(shù)布設(shè)的地面控制網(wǎng)，副井近井控制點(diǎn)F0與風(fēng)井近井控制點(diǎn)F0的間距為S，距離誤差為MS，與測(cè)量距離無(wú)關(guān)的誤差設(shè)為a，與測(cè)量距離成正比的誤差設(shè)為b，距離S和巷道水平貫通方向x′間的夾角為α，那么公式（1）即為GPS 地面控制測(cè)量在水平方向上的誤差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

陀螺邊定向在井下貫通測(cè)量中的誤差設(shè)為ma，那么公式（2）即為陀螺邊定向誤差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

根據(jù)風(fēng)井豎井側(cè)起算導(dǎo)線與貫通點(diǎn)K 在y′軸上的投影長(zhǎng)度，公式（3）即為豎井測(cè)聯(lián)系測(cè)量在貫通點(diǎn)水平放上的誤差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

將全站儀的測(cè)角誤差設(shè)為mβ下，公式（4）即為因測(cè)角誤差引起的在貫通點(diǎn)水平方向上的左右偏差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

公式（5）為因距離誤差儀器的在貫通點(diǎn)水平方向上的左右偏差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

公式（6）貫通點(diǎn)水平方向上左右偏差的中誤差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

因此，公式（7）為貫通測(cè)量在水平方向上的誤差預(yù)計(jì)分析計(jì)算。

4.2 豎直方向上的誤差預(yù)計(jì)

貫通點(diǎn)K 在豎直方向上的誤差可按水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量的誤差公式分別計(jì)算，然后累積求和。

礦區(qū)地面的水準(zhǔn)控制測(cè)量路線總長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)，1km 水準(zhǔn)測(cè)量的高差中誤差設(shè)為mhL，那么公式（8）即為水準(zhǔn)測(cè)量引起的在貫通點(diǎn)豎直方向上的上下偏差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

公式（9）為高程向井下傳遞引起的在貫通點(diǎn)豎直方向上的上下偏差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

井下水準(zhǔn)測(cè)量路線長(zhǎng)度設(shè)為R，1km 的水準(zhǔn)測(cè)量長(zhǎng)度的高差中誤差為mhL，那么公式（10）即為井下水準(zhǔn)測(cè)量引起的在貫通點(diǎn)豎直方向上的上下偏差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

設(shè)斜井長(zhǎng)度為L(zhǎng)，那么公式（11）即為三角高程測(cè)量在斜巷中產(chǎn)生的豎直方向上的上下偏差計(jì)算分析；

公式（12）為兩次獨(dú)立的高程測(cè)量在貫通點(diǎn)豎直方向上偏差的中誤差預(yù)計(jì)分析計(jì)算；

公式（13）為貫通點(diǎn)豎直方向上的偏差預(yù)計(jì)分析計(jì)算。

誤差預(yù)計(jì)分析計(jì)算結(jié)果表明，通過(guò)本次貫通測(cè)量設(shè)計(jì)和測(cè)量方法所得出的貫通測(cè)量偏差結(jié)果在限差內(nèi)，能夠滿足常村煤礦兩井貫通需求。

5 結(jié) 論

常村煤礦兩井貫通設(shè)計(jì)包裹地面控制網(wǎng)布設(shè)、井下測(cè)量導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)、豎井聯(lián)系測(cè)量。通過(guò)誤差預(yù)計(jì)分析，貫通點(diǎn)在水平方向及豎直方向上的預(yù)計(jì)偏差均在限差范圍內(nèi)，貫通精度較高。表明該貫通設(shè)計(jì)能夠滿足常村煤礦兩井貫通的技術(shù)要求。