吉林吉恩镍业富家矿南翼石门贯通测量实践

吴伟军

（吉林吉恩镍业股份有限公司，吉林 磐石132311）

为解决吉林吉恩镍业富家矿深部煤层的开采，改善通风条件，决定对该矿南翼石门进行贯通。现工程掘进情况是：南翼石门巷道全长2.621km，为加快该工程进度采取两井同时以全断面相向掘进的施工方法，决定在距新付井1.204km处K点贯通，南风井段长度为1.417km。本次贯通测量设计内容包括地面控制测量、矿井联系测量和井下控制测量的方案设计、误差预计、方案的优化与选择、施工测量方法与新技术等。

1 贯通规范依据及允许误差

1.1 规范依据

由《煤炭测量规程》的限差规定求得［1］：

（1）地面导线的测角中误差mβ上＝±2.5″。

（2）GAK1型陀螺经纬仪定向资料分析陀螺取一次定向中误差m＝±15″。

（3）根据规程得7″级井下基本控制导线测角中误差mβ下＝±7″。

（4）井下量边误差系数a＝0.000 4，b＝0.000 05。

（5）井下三角高程测量误差：根据规程反算求得每千米的高差中误差为mhLV＝±50mm。

1.2 贯通允许误差

贯通相遇点K在水平重要方向上的允许偏差不得超过±0.5m，在高程方向上的允许偏差不得超过 ±0.2m［2］。

2 贯通测量方案设计

2.1 平面控制测量

2.1.1 地面平面控制测量

（1）光电测距导线

采用光电测距仪和经纬仪组合测量导线建立地面独立平面控制导线“近1－KD1－KD2－近2导线”，KD1，KD2两个四等点为已知坚强点。由表1数据进行导线误差预计为［3］：

式中：mx′l上为量边误差；mx′β上为测角误差。

表1 地面平面控制导线测角误差数据

（2）GPS控制网

在两已知点KD1和KD2设基准站，按静态控制的标准来测设南风井、新付井附近的近井点，由于两近井点近1与近2间不通视，所以与KD1和KD2形成“近1－KD1－KD2－近2导线”，这样在由近井点近1和近2向南风井和新付井施测连接导线时，便可以分别将KD1、KD2作为后视点，从而消除了起始边的坐标方位角中误差对贯通的影响。

对GPS静态控制测量的数据需要利用Topcon GPS后处理软件进行数据预处理、基线解算处理和GPS基线向量网平差处理。导线误差预计如下：

式中：Ms为近井点之间边长误差；α为S边与贯通重要方向之间夹角。

2.1.2 定向测量

（1）两井定向

用悬挂钢丝的方法向井下定向测量，并传递平面坐标［4］。原理图如图1，误差预计如下：

式中：m上为井上连接误差；m下为井下连接误差，θ为投向误差。

图1 两井定向原理图

（2）陀螺经纬仪定向

用陀螺定向方法向井下传递方向，采用GAK1型陀螺经纬仪在每个井筒均独立进行2次。误差预计如下：

定向边一次定向的中误差为

式中：mT陀为定向边一测回测量陀螺方位角的中误差；mΔ为一测回测定仪器常数中误差；n为定向边测定陀螺方位角的测回数；nΔ为地面测定仪器常数的测回数。

如果不考虑地面起始边坐标方位角误差和子午线收敛角的误差，则一测回测量陀螺方位角中误差mT陀＝mΔ＝m。

2.1.3 井下控制测量

（1）光电测距仪—经纬仪导线测量

采用光电测距仪和经纬仪组合测量导线建立井下独立平面控制导线，以井下定向边为起始边，向贯通点测设光电测距支导线。误差预计如下：

式中：mx′β下为测角误差；mx′l下为量边误差。

（2）全站仪导线测量

采用全站仪建立以井下定向边为起始边，向贯通点测设的全站仪支导线。误差预计如下：

2.2 高程控制测量

2.2.1 地面高程控制测量

（1）水准控制测量法［5］

采用S3水准仪施测，在南风井建立井口水准基点和新付井2个，按四等水准测量规格在矿区进行水准测量，误差预计如下：

式中：L为水准路线长度；mhL为地面水准测量每千米长度的高差中误差，mhL＝±23mm。

（2）采用三角高程测量方法

采用J2级的经纬仪测量垂直角，采用1km测距中误差不超过±10mm的光电测距仪测量边长，可以和光电测距精密附和导线平面控制测量一起进行。误差估计如下：

式中：mhl为每公里三角高程中误差，取±50mm／km。

2.2.2 竖井导入高程

（1）光电测距仪法导入高程［6］

在井口附近G安置测距仪，在井口上方架置反射镜E，使镜与水平呈45°夹角，在井底水平安置反射镜F，用测距仪测得光程长度S（S＝GE＋EF），减去测距仪到井口反射镜的长度l（l＝GE），求得井深H＝S－l＋ΔL，置经纬仪，在井上、下分别安置水准仪，读取立于E、A及F、B处水准尺的读数e、a和f、b。误差预计如下：

式中：mH光为光电测距仪中误差；mH水为水准误差。

（2）长钢尺法导入高程

将长钢尺通过井盖导入井下，到达井底后挂上一个垂球，以拉直钢尺，使之居于自由悬挂位置，与放下钢尺同时，在地面井下安置水准仪，分别在井上A和井下B两个高程点立水准尺，读取读数a和b，然后将水准仪照准钢尺分别读取井上和井下的钢尺读数m和n。误差预计如下：

式中ΔH为两次导入允许互差。

2.2.3 井下高程控制测量

（1）水准测量

井下平巷高程控制测量采用Ⅰ级水准测量，水准测量用S3水准仪，误差预计如下：

式中mh0为井下每公里长高差中误差，取±17.7mm／km。

（2）斜巷采用三角高程法

采用J2级的经纬仪测量垂直角，采用1km测距中误差不超过±10mm的光电测距仪测量边长。误差估计如下：

式中mhl为每公里三角高程中误差，取±50mm／km。

3 测量方案的选择与优化

3.1 贯通方案的选择

在贯通误差允许范围内，根据矿区经济、人力、环境等综合因素考虑，贯通方案选择如下：地面平面控制方案选±2.5″光电测距导线；定向方案选一井陀螺定向和两井几何定向；井下平面控制方案选±7″经纬仪－光电测距仪导线；地面高程控制测量方案选水准高程控制测量；导入高程方案选长钢尺法导入；井下高程控制测量方案选平巷用水准高程控制测量，斜巷用三角高程测量。

3.2 误差预计

进行贯通测量误差预计时，必须首先确定各种测量误差参数。误差参数主要包括测角中误差、光电测距仪量边误差系数a和b、矿井定向误差、导入高程误差和单位长度高差中误差。上述各种误差参数，均可以根据大量实测资料分析求得，也可根据理论公式计算求得［2］。

（1）贯通相遇点K在水平重要方向的误差预计

式中：mx′上为地面平面控制导线总误差；mx′新为新付井运用陀螺定向误差；mx南风为南风井运用两井定向误差；mx下′为井下平面控制导线总误差。

（2）贯通相遇点K在竖直方向的误差预计

式中：MH上为地面水准测量引起的高程误差；mH导为一次导入中误差；MH下为井下水准总误差。

以上计算说明该贯通巷道在水平和竖直方向上的误差预计值均小于允许偏差的要求，则本设计所采用的方案在精度上可行能满足贯通工程规定的要求。

4 贯通测量的技术路线

（1）依据选定的测量方案和方法，进行施测和计算，每一施测和计算环节，均须有独立可靠的检核，并要将施测的实际测量精度与原设计书中要求的精度进行比较。若发现实测精度低于设计中所要求的精度时，应当分析其原因，采取提高精度的相应措施，返工重测。

（2）根据有关数据计算贯通巷道的标定几何要素，并实地标定巷道的中线和腰线。

（3）根据掘进巷道的需要，及时延长巷道的中线和腰线，定期进行检查测量和填图，并按照测量结果及时调整中线和腰线。贯通测量导线的最后几个测站点必须牢固埋设。最后一次标定贯通方向时，两个相向工作面之间的距离不得小于50m。当两个掘进工作面之间的距离在岩巷中剩下15～20m，煤巷中剩下20～30m，测量负责人应以书面形式报告矿（井）技术负责人以及安全检查和施工区队等有关部门。

（4）巷道贯通之后，应立即测量出实际的贯通偏差值，并将两端的导线连接起来，计算各项闭合差。此外，还应对最后一段巷道的中线和腰线进行调整。

5 结语

本次贯通测量设计达到了较为理想的效果，不仅满足贯通测量精度要求，而且还在经济及人力资源允许范围之内。在以正文中得到的现象及研究分析为依据，可以得出以下内容：（1）在贯通误差预计中使用VB编程来实现贯通误差的预计，虽然程序的设计及运行还存在不少的问题，但其在处理误差预计时仍然显示出来操作简单、解算准确等特点，所以这种新尝试是成功的。当然还需要在今后的实践中不断完善，这是一个长期的探索工作。（2）由于设计中误差预计是使用纸质矿山图来进行图测获取数据进行解算，这样既烦琐又缺乏准确性，所以在今后的工作中探索利用软件来处理误差预计。

［1］张国良.矿山测量学［M］.北京：中国矿业大学出版社，2005.

［2］朱红霞.矿山测量 ［M］.重庆：重庆大学出版社，2010.

［3］孔祥元，梅是义.控制测量学［M］.武汉：武汉大学出版社，2002.

［4］朱华统.矿山测量手册［M］.2版.北京：煤炭工业出版社，2007.

［5］王铁生，袁天奇.测绘学基础［M］.郑州：黄河水利出版社，2008.

［6］王跃忠，王本敏.陀螺定向和红外测距在大型贯通测量中的应用［J］.安徽理工大学学报，2003（1）：5－7.

［7］阎卫玺，董志胜.浅谈贯通测量工程提高测量成果可靠性的几种方法［J］.矿山测量，2006（1）：68－70.

［8］赵大江.侯庄矿区－340米水平斜井延伸贯通测量［J］.北京测绘，2012（1）：81－83.