馬保稷

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦，山西 大同 037000）

在礦井生產(chǎn)中，由于地質(zhì)構(gòu)造的不同，在施工過程中會(huì)出現(xiàn)較多的彎道和岔道，而使用常用的測(cè)量方法標(biāo)定曲線都會(huì)有一定的困難[1-2]。在巷道掘進(jìn)過程中，每掘進(jìn)30～40 m 進(jìn)行一組中線點(diǎn)標(biāo)定，用來(lái)指示巷道掘進(jìn)方向，因而，在很長(zhǎng)的巷道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)中線點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，所有的中線點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)不可能都位于巷道的設(shè)計(jì)方位上，這樣就造成巷道平移，巷道的直線度不能得到保障[3-4]。因此，為了較好地解決這一問題，根據(jù)實(shí)踐測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，對(duì)巷道直線段的測(cè)量采用中線延伸方法，巷道曲線段的測(cè)量采用中線標(biāo)定方法。

1 工程概況

云崗礦隸屬于同煤集團(tuán)，礦井的核定生產(chǎn)能力為480 萬(wàn)t/a，目前主要開采的是3#、5#和8#煤層。8602 工作面位于一采區(qū)上部，巷道的總工程量為192.5 m。在巷道中有多處彎道，通常情況下，對(duì)彎道的測(cè)量是根據(jù)巷道的施工進(jìn)度提交要線申請(qǐng)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定曲線段的方位以及腰線等參數(shù)，由于要線時(shí)間過早或過晚，會(huì)造成施工不滿足要求或方位出現(xiàn)偏差，致使巷道成型效果差。因此，需要對(duì)曲線段的施工測(cè)量方法進(jìn)行研究。

2 中線測(cè)量技術(shù)

2.1 直線中線延伸

對(duì)巷道直線段部分采用中線延伸的測(cè)量方法，將所有的中線點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)都設(shè)計(jì)在同一方位上，確保巷道的直線度。在理想狀態(tài)下，中線點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)是一條直線，但由于測(cè)量過程中多少都會(huì)存在誤差，不會(huì)完全處在一條直線上。因此，在測(cè)量前先建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)井下測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，允許中線誤差與設(shè)計(jì)方位的誤差為±1'[5]。按照每掘進(jìn)40 m，延長(zhǎng)一組中線來(lái)計(jì)算，掘進(jìn)迎頭偏移設(shè)計(jì)方位約7 mm 時(shí)，符合巷道掘進(jìn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

為了確保測(cè)量的精度，以三個(gè)中線點(diǎn)為一組進(jìn)行標(biāo)定，一個(gè)組內(nèi)點(diǎn)與點(diǎn)的距離大于2 m，在每個(gè)點(diǎn)下掛1 m 長(zhǎng)的垂線，方便進(jìn)行給向瞄視。巷道每掘進(jìn)30 m，用經(jīng)緯儀設(shè)定一組中線點(diǎn)，選其中一個(gè)點(diǎn)作為導(dǎo)線點(diǎn)，巷道掘進(jìn)至300～800 m 時(shí)，設(shè)計(jì)基本控制測(cè)量導(dǎo)線。

在測(cè)量前對(duì)檢驗(yàn)角進(jìn)行施測(cè)，防止導(dǎo)線點(diǎn)移動(dòng)或錯(cuò)用導(dǎo)線點(diǎn)[6]，如果檢驗(yàn)角超出限定，后退一站再進(jìn)行測(cè)量，直到檢驗(yàn)角施測(cè)合格。根據(jù)已有的導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行中線標(biāo)定，確保儀器站點(diǎn)和測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)的誤差與設(shè)計(jì)方位的誤差小于±1'。由于后視方向處的方位角誤差也在±1'以內(nèi)，采用正倒鏡的方法進(jìn)行中線標(biāo)定，一般是3～4 個(gè)點(diǎn)。標(biāo)定完一組中線后，讓三點(diǎn)成一條直線，測(cè)量回轉(zhuǎn)角，測(cè)量方位角和設(shè)計(jì)方位的誤差，查看是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，如果誤差不在±1'以內(nèi)，重新進(jìn)行標(biāo)定。

2.2 曲線中線標(biāo)定

由于井下巷道內(nèi)有較多的彎道和岔道，因巷道各曲線中心都處于同一平面，因而巷道的曲線段都是圓曲線，一般根據(jù)車輛行駛的速度和車軸距等參數(shù)來(lái)計(jì)算，通常為10～25 m。對(duì)曲線段的標(biāo)定，在設(shè)計(jì)時(shí)合理地設(shè)定曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)以及曲線半徑和轉(zhuǎn)角等參數(shù)[7-9]。由于曲線巷道的中線是彎曲的，不能直接像直線巷道進(jìn)行中線延伸，只能在一定范圍內(nèi)近似用直線來(lái)代替。因此，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，用弦線代表圓弧，用內(nèi)接線代表圓曲線。

圓可以看作是正無(wú)限多邊形，那么圓弧就是正無(wú)限多邊形中的一段，巷道曲線段可以看作由正無(wú)限多邊形中的一段組成，每條多邊形的邊長(zhǎng)即為巷道的弦長(zhǎng)。選定合適的弦長(zhǎng)，不能太短也不能太長(zhǎng)。如果弦長(zhǎng)過短，會(huì)增加中線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的數(shù)量，延長(zhǎng)測(cè)量的時(shí)間，進(jìn)而影響掘進(jìn)的速度；如果弦長(zhǎng)過長(zhǎng)，會(huì)使弦線靠近巷幫一側(cè)，弦兩端的通視效果變差。因此，對(duì)巷道曲線段部分，根據(jù)直線巷道的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，標(biāo)定曲線段的起點(diǎn)，根據(jù)轉(zhuǎn)角和弦長(zhǎng)來(lái)標(biāo)定曲線中線方向。

根據(jù)曲線要素和巷道寬度，確定劃分方案，盡量減少轉(zhuǎn)折點(diǎn)的數(shù)量，使弦線兩端足夠通視。根據(jù)已給的彎道設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)、轉(zhuǎn)向角、半徑、曲線長(zhǎng)度以及巷道寬度繪制1:100 的圖紙，如圖1。

圖1 曲線測(cè)量設(shè)計(jì)圖

根據(jù)選定的弦長(zhǎng)，確定曲線上的導(dǎo)線點(diǎn)。由等分?jǐn)?shù)公式得出：

式中：R為半徑；s為巷道寬度；α為圓心角；β為中心角；n為等分個(gè)數(shù)。

根據(jù)等分?jǐn)?shù)公式，取n=4，在曲線段上選三個(gè)等分點(diǎn)，四個(gè)導(dǎo)線邊。確定導(dǎo)線的邊長(zhǎng)和水平角，曲線上起點(diǎn)和終點(diǎn)的水平角相等，為β1= 180° ±；各分點(diǎn)的水平角也相等，為β2= 180° ±；導(dǎo)線弦長(zhǎng)為L(zhǎng)= 2Rsin。

確定好弦長(zhǎng)和轉(zhuǎn)角后，可以進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。為了方便施工，在標(biāo)定弦線時(shí)，用垂直法按邊距標(biāo)定巷道兩幫的位置，繪制弦線中線標(biāo)定大樣圖，如圖2。完成中線標(biāo)定后，按照中線延伸方向以及弦線到兩幫的距離，在圖上標(biāo)注巷道兩幫與弦線的相對(duì)位置，根據(jù)大樣圖進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。每間隔1 m 在弦線上作垂線，測(cè)量出垂足到巷道兩幫的距離，即為各位置的邊距。

圖2 弦線中線標(biāo)定大樣圖

根據(jù)車場(chǎng)的起算數(shù)據(jù)，以及設(shè)計(jì)曲線計(jì)算出的弦長(zhǎng)和水平角等數(shù)據(jù)，計(jì)算出各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，按閉合導(dǎo)線計(jì)算坐標(biāo)增量閉合差[10]，滿足以下要求：

3 效果分析

云崗礦施工示意圖如圖3。材料巷目前已掘進(jìn)到8 號(hào)點(diǎn)前50 m，巷道凈寬2.6 m，偏左幫0.5 m。運(yùn)輸巷已掘進(jìn)到9 號(hào)點(diǎn)前30 m，巷道凈寬3.2 m，偏右?guī)?.7 m，拐彎前后工作面的寬度不變，均為170 m。根據(jù)8 號(hào)點(diǎn)可以計(jì)算出運(yùn)輸巷上P 點(diǎn)的坐標(biāo)，方位角與材料巷方位角垂直，P 點(diǎn)偏右?guī)?.7 m。求出P 點(diǎn)的坐標(biāo)后，采用定弦定理求出弦長(zhǎng)。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，通過放樣得到拐點(diǎn)的位置，進(jìn)而標(biāo)定出中線，標(biāo)定的中線偏右?guī)?.6 m。

圖3 工程示意圖（m）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，中線標(biāo)定誤差與設(shè)計(jì)方位的誤差小于±1'?？梢姡瑢?duì)曲線段巷道采用中線標(biāo)定方法的效果較好，保證了巷道掘進(jìn)的直線度，巷道成型效果良好。

4 結(jié)論

（1）巷道直線段的測(cè)量采用中線延伸方法，巷道曲線段的測(cè)量采用中線標(biāo)定方法，要求曲線段中線標(biāo)定誤差與設(shè)計(jì)方位的誤差小于±1'。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，結(jié)果表明：對(duì)曲線段巷道采用中線標(biāo)定方法的效果較好，保證了巷道掘進(jìn)的直線度，巷道成型效果良好。