煤巷工作面大型贯通测量工程优化与设计

李再朋

（永煤公司城郊煤矿，河南 永城 476000）

巷道贯通不同于地面测量，若测量误差过大，将会引起巷道贯通失败，影响工作面开采的进度，因此必须进行精密测量。本文以城郊21304工作面为研究对象，进行工作面的一井贯通。通过7″和15″导线精度的比较，最终确定以7″级导线测量对井下进行平面控制，采用电磁波测距三角高程控制测量的贯通方案。

1 工程概况

21304综采工作面位于小王庄以北，王楼以东，七里庙以西，赵庄以南，地表为大量农田以及赵庄、七里庙的部分建筑物和王楼小学。21304综采工作面东、西为实体煤，南为F20断层保护煤柱，北为二水平南翼轨道大巷、二水平南翼胶带大巷。

21304综采工作面二2煤层结构简单，煤层平均厚度为3.10m，平均坡度为4°，预计可采储量为124万t。21304轨道顺槽设计长度1749m，21304胶带顺槽设计长度1723m，21304工作面切眼设计长度185m，实际贯通距离3234m。

2 贯通设计

2.1 贯通总体设计

充分利用已知数据将该工作面中二水平南翼胶带大巷已有的基准点SYP11、SYP12、SYP13作为起算点，沿21304胶带顺槽、21304轨道顺槽、21304工作面切眼在顶板稳定的地方布置控制点。采用日本索佳防爆全站仪SET250/R，对二水平南翼胶带大巷的基准点SYP11、SYP12、SYP13进行检查，经检查实测夹角与原夹角偏差-10″，满足贯通测量的规范要求，可以作为21304综采工作面贯通测量的起算数据，分别沿21304轨道顺槽、21304胶带顺槽、21304工作面切眼实施导线测量。水平角观测时采用一次对中两个测回，边长观测两个测回，并进行对向观测。边长设置要适中，最短60m，最长不超过200m，以减小边长量测误差，提高测量的精度[1]。边长测量时一测回内读数较差不大于10mm，单程测回间较差不大于15mm，往返观测同一边长时，化算为水平距离（经气象和倾斜改正）后的互差，不得大于1/6000[2]。

井下高程测量采用电磁波测距三角高程测量，与井下导线测量同步进行。垂直角观测两个测回，垂直角互差不超过15″。仪器高和觇标高在观测开始前和结束后用钢尺各丈量一次，两次丈量的互差不能大于4mm，取其平均值作为丈量结果。相邻两点测高差的互差不大于10+0.3mm×l（l为导线水平边长，单位为m），三角高程的高差往返测互差不应大于 100mm L±（L为导线长度，单位为km）[3]。

贯通测量中，直接影响巷道质量因素主要有水平面内垂直于巷道中线的左右偏差△X'(如图1)和竖直面内垂直于巷道腰线的上下偏差△h'(如图2)。一井贯通在贯通面上的容许偏差，水平方向的容许偏差不能大于0.3m。垂直面内垂直于巷道腰线的上下偏差，即两腰线之间的容许偏差不能大于0.2m。

图1 贯通在水平重要方向的偏差示意图

图2 贯通在竖直重要方向的偏差示意图

2.2 贯通方案的选取

根据《煤矿测量规程》规定，并考虑煤矿的经济效益，有两种备选方案。基本控制导线采用7''或15''导线进行测量，测角中误差分别为mβ下=±7''，mβ下=±15''，边长量测误差采用索佳全站仪的标称精度mD=±（3+2×10-6D），其中D取平均边长110.4m，则mD=3.22mm[4]。井下高程测量，采用三角高程测量，依据相关规范标准，每千米三角高程的高差中误差容许限差为100mm，每千米三角高程的高差中误差0.05m。

本次导线控制测量拟定两种方案，对这两种方案分别对其在贯通相遇点K的水平重要方向x'和竖直方向进行误差估计，选取合理的贯通测量方案。

城郊矿21304综采工作面贯通为一井内巷道贯通，以二水平南翼胶带大巷的首级控制点SYP11-SYP12-SYP13作为检查角，以SYP12、SYP13作为导线测量起算点，边SYP11—SYP12坐标方位角作为导线起算方位角，分别沿21304胶带顺槽和21304轨道顺槽布设导线，巷道贯通后，形成闭合导线。巷道贯通精度只受井下导线测量时测角、量边和高程测量误差影响。根据计算得出测角误差引起的贯通相遇点K在水平重要方向x'上的误差（角度独立测量两次）、量边误差引起的贯通相遇点K在水平重要方向x'上误差（边长独立测量两次）如下：

综合测角和测边因素的总误差为：

贯通相遇点K在水平重要方向x'上的预计误差为2倍中误差：

在竖直方向上，由三角高程引起的贯通相遇点K点高程误差计算公式如下：

由于两次高程测量均为独立观测，所以高程中误差可由下式计算得到，预测误差在两倍中误差范围内，所以预测误差可由下式计算得到：

式中：

Ry-支导线终点K与该段导线各点的连线在y轴的投影长；

α-测量边的夹角。

根据设计文件，事先计算出

7''导线测量的中误差计算同15''导线计算方法相同，由以上公式算出测角误差引起的贯通相遇点K在水平重要方向x'上的误差（角度独立测量两次）为0.147m，测边误差引起的贯通相遇点K在水平重要方向x'上误差（边长独立测量两次）为0.003m，综合两者的总中误差为0.147m，估计在相遇点的预计误差为±0.294m，高程中误差为±0.138m。

根据以上计算，15″级导线贯通相遇点K在水平重要方向x'上的预计误差为0.632m，高程上的预计误差为0.138m，7''导线贯通相遇点K在水平重要方向x'上的预计误差为0.294m，在高程上的预计误差为0.138m。根据规程规范，15''贯通相遇点K在水平重要方向x'上的误差大于0.3m，不满足限差要求，因此最终确定了7''导线测量和三角高程测量为本次贯通的最终方案。

根据测量规范要求，贯通处煤矿测量规程允许偏差值为：中线偏差不大于300mm，高程偏差不大于200mm。贯通预计误差为: 贯通相遇点K在水平方向上的中线偏差为±223mm，在高程上的贯通偏差为±132mm。贯通后实际偏差为: 贯通相遇点K中线偏差+45mm，高程偏差-50mm。

贯通后联测角度闭合差为:fβ实=34''，允许闭合差为:fβ允=±405''，fβ实＜fβ允；坐标闭合差fx=40mm，fy=-54mm，导线全长闭合差f=65mm，相对闭合差f/[L]=1/59000＜1/ 8000。证明此次贯通精度较高，精密级数已经达到优级，验证了方案的正确性。

3 结论

通过对两种方案的对比分析，发现在水平方向上的误差中测角贡献比较大，而测边误差可以忽略不计，因为电磁波测距的精度较高，所以对水平重要方向的影响较小。在高程控制测量中，虽然高程引起的误差也比较大，但是可以通过多次独立观测，予以降低。测角虽也独立观测了两次，但15″级的二级导线已不能满足精度要求。两者比较，贯通面在竖直方向上更易达到测量规范和要求。在大型贯通面上采用电磁波测距三角高程测量即可满足巷道贯通的要求，重点是水平方向误差的控制。水平方向上可以采用高精度的观测方案，或者采用比较先进的测量方法来提高测量的精度，以保障工作面的成功贯通。