东风井和西风井1400m中段平巷贯通误差预计

田彦平

(中铁十九局集团矿业公司，辽宁 辽阳 111000)

1 巷道工程设计与工程概况

该工程设计开挖断面为10.75(井筒净直径为3.5 m)圆形竖井两条，深度分别为305 m和198 m，两条竖井之间贯通水平运输、通风平巷;两井筒直线距离为2.505 km，井下导线长度为3.314 km，井上、井下总测量距离为9.842 km，如此长距离的贯通属大型贯通工程。

2 贯通测量方案的选择

在两个不相连通的矿井之间进行水平巷道的贯通，单在井下是不能将贯通巷道两工作面联测起来的，必须还要进行两矿井的地面连接测量及联系测量。两矿井水平巷道的贯通采用激光指向仪控制掘进巷道的方向及坡度。施工由东风井、西风井1 400 m中段井底车场掘进石门，并按矿体走向方向掘进巷道;两井同时相向掘进，在K点贯通。为确保工程的顺利贯通，通过误差预计和反复研究，最终确定的方案是:地面用Nikon DTM-352型全站仪，在地表布设Ⅰ级闭合导线和国家四等水准网，建立了两个近井点(1002、西近)。闭合导线平差结果:测角中误差为5″，相对中误差为1/120 000，角度闭合差为9″;并由近井点给出两条竖井开掘位置。井下除在两竖井用陀螺仪定向外还加测两条陀螺定向边。采用瑞士产GAK-1型陀螺仪用逆转点法观测。高程方面，地表采用国家四等水准网，竖井采用长钢尺导入高程，井下用导线点兼作水准点，按井下Ⅰ级水准施测，为进行检核，在每一测站都改变仪器高，独立进行两次观测;仪器改变的高度大于10 cm。每站两次仪器高所观测高差之差不超过4 mm。每段水准路线长，以百米为单位。若闭合差不超过上述限度时，则取往返测量结果的平均值作为最终结果，闭合差则反号平均分配到各高差中。以上测量工作均独立进行两次。

3 两矿井之间巷道贯通的施测过程

1)两矿井间的地面连接测量。矿区地表控制测量采用全站仪对地表进行闭合导线测量，同时在井口建立近井点;由近井点给出两竖井开掘位置。

2)竖井联系测量。对两竖井分别进行坐标导入测量和导入高程测量。定向采用瑞士产GAK-1型陀螺经纬仪用逆转点法观测，标称精度为一次定向中误差20″。按25″级仪器观测限差要求进行观测。采用2-2-2观测顺序对东风井、西风井1 400 m中段进行陀螺定向测量，在东风井、西风井各放下一根钢丝进行测量。高程方面，竖井采用长钢尺导入高程。

3)贯通巷道两端的井下连接测量。从东风井的井下导线起算点开始，沿水平巷道向贯通巷道端点掘进，敷设7″级经纬仪导线，测角中误差不超过7″，从西风井的井下导线起算点开始，沿水平巷道向贯通巷道另一端点掘进，敷设7″级经纬仪导线，测角中误差不超过7″，在东西风井两侧各加测陀螺边。各点高程，从井底车场起始水准基点开始，按井下Ⅰ级水准测量的精度测定。

4)贯通巷道两端控制点的标设。先标设贯通巷道的端点，然后测定标设后的端点点位的实际坐标和高程。

5)贯通巷道的开切测量。先按端点的坐标和高程(将点位高程换算为底板高程)计算贯通巷道的方向和坡度(倾角)，再算出贯通巷道的指向角，并进行贯通巷道的开切测量。

6)贯通巷道掘进时的日常测量工作。巷道掘进利用激光指向仪给出巷道掘进方向及巷道坡度，并及时进行检查验收测量，并根据测量成果填绘贯通工程进度图(比例尺为1∶200和1∶2 000)。填图工作直接在设计图上进行。从设计图上可以直观的看出工程的进展情况及巷道掘进质量是否符合设计要求，并确定出需要修正方向和需要填平、条顶或拉底的地点。

每掘进100 m～150 m对掘进巷道的导线控制进行检查测量，并根据相向工作面最后点的坐标和高程，重新计算贯通巷道的中线方向和坡度，根据计算结果对巷道的掘进方向进行修正。最后一次标定贯通掘进方向时，两个工作面距离不小于50 m。

4 两矿井之间巷道贯通的误差预计

4.1 预计水平重要方向的贯通偏差

影响K点沿X轴方向的贯通误差的因素有:地面连接导线的测角误差、量边误差;东风井、西风井、竖井定向误差;井下导线的测角与量边误差。

1)地面导线测角误差的影响MXβ上:

其中，mβ上为地面导线测角中的误差，本工程取mβ上=±5;Ryi上为地面导线第i点与K点连线在假定的Y轴上的投影长度，Ryi上值从贯通测量大比例尺设计图上量取。

2)地面导线量边误差的影响MX1上:

其中，αi上为地面导线第i边与假定的X轴间的夹角;m1i上为地面导线第i边的量边误差，取

表1 的计算结果

表1 的计算结果

导线点号 Ryi R2yi西近1 320.0 1 742 400.0 1007 74.0 5 476.0 1005 372.0 138 384.0 1004 619.0 383 161.0 1006 660.0 435 600.0临一820.0 672 400.0 1002 1 186.0 1 406 596.0Ⅳ8 840.0 705 600.0∑R2yi 5 489 617.0

表2 ·cos2αi上的计算结果

表2 ·cos2αi上的计算结果

导线边号 li αi m1i m21i·cos2αi西近—1007 1 396.363 86°30' 0.005 0.09 ×10-6 1007—1005 258.255 86°00' 0.000 9 4.37 ×10-6 1005—1004 288.003 84°00' 0.001 0.01 ×10-6 1004—1006 156.743 16°00' 0.000 6 3.33 ×10-6 1006—临 1 285.936 87°20' 0.001 0.002 ×10-6临1—1002 268.853 29°00' 0.001 0.04 ×10-6 1002—Ⅳ8 941.304 24°30' 0.003 7.45 ×10-6 m21i·cos2αi=15.292 ×10-6

3)定向测量误差的影响MX0:

其中，mα0为定向误差，即井下导线起算边坐标方位角的误差;Ry0为井下导线起算点与K点连线在假定的Y轴上的投影长度。

因规程规定两次独立定向之差不得超过2'，故一次定向中误差取

Ry0从图上量取。所以东风井、西风井两竖井定向误差引起K点X坐标的误差分别为:

西风井:

东风井:

4)井下导线测角误差的影响MXβ下:

其中，Mβ下为井下导线测角中误差，本工程取 Mβ下=7″;Ryi下为井下导线第i点与K点的连线在假定的Y轴上的投影长度，Ryi下从设计图上量取。

5)井下导线量边误差影响M1下:

井下导线量边采用全站仪进行，导线量边误差约为±0.010 m。

6)上述各项误差的综合影响MX:

考虑各项测量工作都要独立进行两次，并取平均值，故K点X坐标总中误差的最后结果为:

表3 的计算结果

表3 的计算结果

导线点号 Ryi R2yi 导线点号 Ryi R2yi 1 1 332.0 1 774 224.0 1' 1 188.0 1 411 344.0 2 1 332.0 1 774 224.0 2' 1 188.0 1 411 344.0 3 1 332.0 1 774 224.0 3' 1 184.0 1 401 856.0 4 1 170.0 1 368 900.0 4' 970.0 940 900.0 5 877.0 769 129.0 5' 918.0 842 724.0 6 665.0 442 225.0 6' 764.0 583 696.0 7 418.0 174 724.0 7' 544.0 295 936.0 8 250.0 62 500.0 8' 296.0 87 616.0

7)贯通相遇点K在水平重要方向的预计误差MX预:

MX预小于规定的贯通允许偏差，本工程规定水平重要方向的允许偏差为±0.500 m，故拟定的贯通测量方案和方法能保证贯通精度是可靠的，可以付诸实施。

4.2 预计竖直重要方向的贯通偏差

影响K点在竖直方向贯通误差的因素有:地面导线的水准测量误差;东风井、西风井的竖直导入标高的误差;井下水平巷道几何水准测量的误差。

1)地面水准测量误差的影响MH水上:

其中，L为地面水准路线长度，km，本工程L=2.65 km;μ为每千米水准测量的中误差。

本工程采用四等水准测量，规程规定每千米水准测量的允许误差为±10 mm，故中误差取

2)导入标高误差的影响MH0:

其中，H为井筒深，m。

本工程东风井H东=305 m，西风井H西=198 m。

3)井下水准测量误差的影响MH水下:

其中，R为水准路线长度，以百米为单位;mh为单位长度水准测量的中误差。

4)上述各项误差的综合影响MH:

各项测量工作都要独立进行两次，并取平均值:

5)贯通相遇点K在竖直重要方向的预计误差MH预:

MH预小于规定的贯通工程在竖直重要方向的允许偏差。本工程规定的允许偏差为±0.300 m，误差预计结果说明，预先选择的测量方案和方法是可行的，能保证本贯通工程的质量。

5 误差预计结果

对以上方案进行误差预计，得到平巷水平面内预计误差为±0.364 m，竖直面内预计误差为 ±0.092 m。

6 测量方案评述

本测量方案可以保证巷道的正确贯通，节约了成本、时间和人力，提高了工作效率，为长距离平巷的贯通打下了坚实的基础。特别是不作竖井几何定向，仅用了2 h提升空隙时间作导入坐标测量，减少了占用井筒时间，有明显的经济效益，值得其他矿山参考和借鉴。

[1] 陈永奇.工程测量学[M].北京:测绘出版社，1995.

[2] 煤矿测量手册(修订本)[M].北京:煤炭工业出版社，1988.

[3] 虞定麒.利用贯通点相对误差椭圆预计横向贯通误差[J].工程勘察，1985(2):28-29.

[4] 彭先进.测量控制网的优化设计[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社，1991.