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        復(fù)雜地質(zhì)條件下大型貫通測量的研究

        2022-02-23 03:08:30
        山東煤炭科技 2022年1期
        關(guān)鍵詞:副井陀螺定向

        周 琳

        (鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 鶴壁 458030)

        大型貫通測量是礦山測量工作的一項(xiàng)重要工作[1]。礦井的順利貫通能夠有效加快礦井的建設(shè)速度,縮短建井的周期,提高礦井的年產(chǎn)量[2-4]。井下巷道的安全、準(zhǔn)確貫通出現(xiàn)失誤,將會給礦井的生產(chǎn)、安全帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。羊東礦面臨開采深度大、井下壓力大、地質(zhì)情況復(fù)雜、開采水平多等問題,因此要保證貫通測量的安全、準(zhǔn)確貫通,必須選擇合理的貫通方案,并采用現(xiàn)代先進(jìn)的測量技術(shù)。

        1 地面控制網(wǎng)的建立

        1.1 測區(qū)概況

        羊東礦位于太行山東麓,西側(cè)為山間盆地,東側(cè)是傾斜平原,最高海拔891 m,地勢平坦。新建工業(yè)廣場內(nèi)設(shè)計開鑿羊東副井和風(fēng)井。羊東副井開鑿到-850 m水平后施工水平大巷,在-850 m水平大巷施工52回風(fēng)巷道時與羊二井在回風(fēng)巷道中貫通。羊二井與羊東副井直線距離約4.1 km,井下貫通導(dǎo)線水平長度為6500 m,屬于大型貫通。羊二井井深約250 m,羊東副井井深約980 m,兩井高差730 m,屬于深井開采。在-400 m處的大巷巖層松動嚴(yán)重,穩(wěn)定性差,地質(zhì)條件復(fù)雜。該貫通測量屬于地質(zhì)條件復(fù)雜的深井大型貫通測量。

        1.2 GPS控制網(wǎng)設(shè)計方案

        羊東礦貫通測量地面控制網(wǎng)布設(shè)等級為E級GPS控制網(wǎng)[5],共測量7個控制點(diǎn),即:彭廂北、科技樓、變電所、604A、絞車房、皮帶走廊、蔣村東2。其中變電所、絞車房、皮帶走廊3個點(diǎn)為新布設(shè)點(diǎn),604A、科技樓為Ⅵ等三角點(diǎn),彭廂北、蔣村東2為Ⅵ等GPS點(diǎn)。布設(shè)的GPS控制網(wǎng)示意圖如圖1。

        圖1 羊東礦貫通測量地面控制網(wǎng)示意圖

        1.3 GPS控制網(wǎng)施測

        (1)GPS控制網(wǎng)共測量7個控制點(diǎn),觀測方案為四邊形網(wǎng)格法,即任兩點(diǎn)間均有兩個以上同步觀測時段,達(dá)到控制網(wǎng)最合理,各控制點(diǎn)等精度觀測。GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測采用四臺Trimble GPS接收機(jī)進(jìn)行精密相對定位觀測,采用3個時段進(jìn)行觀測,每個時段觀測1 h。每個時段觀測3個同步環(huán),6條基線邊。

        (2)GPS控制網(wǎng)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。外業(yè)觀測的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)在中海達(dá)HDS軟件中進(jìn)行基線解算和平差處理,對于兩臺及兩臺以上GPS接收機(jī)同步觀測值進(jìn)行獨(dú)立基線向量(坐標(biāo)差)的平差計算。其主要處理流程如圖2。

        圖2 基線解算流程

        (3)坐標(biāo)成果采用四點(diǎn)約束平差。蔣村東2、彭廂北為Ⅵ等GPS點(diǎn),604A、科技樓為Ⅵ等三角點(diǎn),其精度均為Ⅵ等。為了保持控制點(diǎn)成果的一致性,四點(diǎn)同時作為該網(wǎng)平面控制的起算點(diǎn)。平面距離平差結(jié)果見表1。

        表1 平面距離平差值

        其中,距離中誤差最小的邊為“彭廂北-變電所”、“變電所-蔣村東2”和“604A-變電所”,中誤差均為±4.7 mm;最大的邊為“變電所-絞車房”,中誤差為±7.1 mm。平差后平面點(diǎn)位精度最高的點(diǎn)為“變電所”,點(diǎn)位中誤差為±4.7 mm;平面點(diǎn)位精度最低的點(diǎn)為“絞車房”,點(diǎn)位中誤差為±6.5 mm。4個Ⅵ等點(diǎn)同時作為全控制網(wǎng)的起算點(diǎn),整個網(wǎng)精度均勻,保證新建GPS控制點(diǎn)的精度。

        根據(jù)對羊東礦E級GPS控制網(wǎng)的精度分析,選用4個高級點(diǎn)作為起算點(diǎn)的約束平差作為最終成果,達(dá)到平差方案優(yōu)化的目的,為礦井建設(shè)和井下大型貫通測量提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。最終的平差成果見表2。

        表2 控制網(wǎng)平面坐標(biāo)成果

        2 井下陀螺定向和導(dǎo)線測量

        2.1 陀螺定向

        (1)當(dāng)加測陀螺定向邊時,要考慮加測的陀螺定向邊的最佳位置的選定。因?yàn)楫?dāng)增加K條陀螺定向邊時,便將整個導(dǎo)線分成K+1段[6]。當(dāng)加測一條陀螺邊時,其導(dǎo)線終點(diǎn)位置橫向誤差的計算式為:

        式中:Mq為導(dǎo)線終點(diǎn)的橫向中誤差;mα為陀螺定向邊的定向中誤差(設(shè)各定向邊的定向中誤差相同);mβ為導(dǎo)線的測角中誤差;L為等邊直伸形導(dǎo)線邊長。

        根據(jù)要加測陀螺邊的最佳位置要求,即:橫向中誤差的平方和最小。同理當(dāng)加測K條陀螺邊時,橫向中誤差為:

        其中最佳位置為:

        式中:Ti表示加測的第i條陀螺定向邊(i=1、2、……K)。

        考慮到井下的環(huán)境,并綜合考慮各項(xiàng)誤差條件,最終將加測陀螺邊的最佳位置確定為5條,如圖3所示。

        圖3 陀螺定向邊位置示意圖

        (2)陀螺全站儀定向成果精度分析

        羊東礦井下5條邊的陀螺全站儀定向測量工作,共進(jìn)行6次定向測量,副井井下進(jìn)行4次,羊二井井下進(jìn)行2次,采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法[7]。陀螺定向成果見表3。

        根據(jù)表3計算數(shù)據(jù),定向精度均達(dá)到了該陀螺全站儀標(biāo)稱精度±20″的要求,達(dá)到了7″級基本控制導(dǎo)線的陀螺經(jīng)緯儀定向精度不得低于±10″的要求。

        表3 羊東礦井下陀螺定向成果匯總表

        2.2 井下導(dǎo)線布設(shè)

        井下平面控制網(wǎng)主要布設(shè)在井下的巷道中,受礦井客觀條件的限制,只能布設(shè)成導(dǎo)線的形式,井下導(dǎo)線施測方案為:

        (1)以羊二井V14、C30、846、845、A、F1為導(dǎo)線的平面起算數(shù)據(jù),C30、F1為高程起算數(shù)據(jù)進(jìn)行施測;

        (2)導(dǎo)線全長6 450.118 m,沿線布設(shè)66個導(dǎo)線點(diǎn),導(dǎo)線平均邊長94.855 m,導(dǎo)線測量嚴(yán)格按照井下7"導(dǎo)線要求測量;

        (3)在井下導(dǎo)線上加測5條陀螺定向邊以提高井下導(dǎo)線控制精度,滿足精度及施工要求。

        2.3 井下導(dǎo)線測量成果及精度分析

        貫通測量井下導(dǎo)線成果見表4、表5。

        由表4、表5可知測角中誤差±3.95″、最大點(diǎn)位中誤差±2.4 cm,最大點(diǎn)間中誤差±0.6 cm,最大角度閉合差Wa=-30.10″,最大導(dǎo)線全長相對閉合差1/66 208等具體精度指標(biāo)分析,說明羊東礦貫通測量導(dǎo)線精度高,各項(xiàng)精度符合井下7″導(dǎo)線的要求。

        表4 網(wǎng)形及精度統(tǒng)計表

        表5 導(dǎo)線段閉合差

        2.4 貫通精度分析

        (1)貫通相遇點(diǎn)處精度分析

        羊二井從井底C30,按照復(fù)測支導(dǎo)線要求,測至點(diǎn)549,羊東副井從井底F1,測至B4,貫通位于551—B4之間,貫通后測至549,因此方位角推算至549—551,點(diǎn)位推算至549。549點(diǎn)位坐標(biāo)推算比較見表6。

        從表6可以看出,高程差值為-0.127 m<±0.2 m;從點(diǎn)位誤差計算,支導(dǎo)線全長相對閉合差為1/8100<1/6000,完全符合規(guī)程要求。貫通位置如圖4。

        圖4 貫通位置示意圖

        貫通位置預(yù)計位于點(diǎn)551和B4之間。通過對貫通的中線偏差進(jìn)行實(shí)地量測,在貫通相遇點(diǎn)中線實(shí)際偏差為0.351 m,小于允許偏差0.400 m;腰線實(shí)際偏差為0.127 m,小于允許偏差0.200 m。貫通效果良好,達(dá)到了貫通工程精度要求。

        3 結(jié)論

        本文結(jié)合羊東礦大型貫通項(xiàng)目,對大型貫通測量方案進(jìn)行研究,羊東副井地面導(dǎo)線長1 101.608 m,井下貫通導(dǎo)線長6 450.118 m,貫通距離總長為12 872.883 m。取得以下研究成果:采用E級GPS控制測量,建立羊東礦的地面控制網(wǎng),并對GPS控制網(wǎng)布設(shè)方案進(jìn)行優(yōu)化,通過約束平差,經(jīng)過分析得出最優(yōu)平差結(jié)果。井下采用光電測距導(dǎo)線和陀螺定向,將井上坐標(biāo)投傳到井下,顯著提高了井下導(dǎo)線邊方位角的精度和可靠性。通過對井下最優(yōu)貫通位置的分析,確定最佳陀螺定向邊條數(shù)的配置,在井下導(dǎo)線上加測5條陀螺定向邊,提高井下導(dǎo)線控制精度,有效地控制貫通相遇點(diǎn)的點(diǎn)位誤差,確保了羊東副井至羊二井的順利貫通。經(jīng)現(xiàn)場測量和精度評定成果表明,本次貫通測量觀測成果全部達(dá)到并超過貫通設(shè)計及工程需要的精度,測量設(shè)計方案科學(xué)合理,行之有效,成果可靠。

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