提升煤矿井下巷道贯通测量精度的实践分析

韩志强

（山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，山西 太原 030045）

1 工程概况

郭庄煤矿设计生产能力80万t/a，使用主井为原三矿主井，副井为原一矿副井，但是在生产过程中受到小窑破坏、超生产能力服务等方面因素影响，导致出现资源枯竭问题。为确保煤矿生产持续性，经过研究决定，对郭庄煤矿实施深部接替改造设计。因此，需将原三矿主井进行延伸，与原一矿轨道上山实现贯通，可形成郭庄煤矿深部煤炭资源开采、通风、运输通路。避免了在深部煤炭资源开采的过程中，绕到一六三五大巷，贯通后可直接通过轨道上山实现主井与副井之间连通，降低郭庄煤矿深部煤炭资源开采运输成本，有效满足矿井延伸之后的资源提升、回风等相关的要求。本次贯通测量主要为原三矿主井与原一矿副井之间实现贯通，井口之间的距离为1900m，井下导线长度在2650m左右，实际贯通的距离约为155m。见图1所示。

图1 巷道贯通示意图

2 巷道贯通要求及贯通方案选择

2.1 本次巷道贯通要求

井巷在贯通过程中允许有偏差存在，根据《煤矿测量手册》、《煤矿测量规程》等方面规定，结合本次轨道提升斜井贯通实际，为了确保在巷道贯通之后不会影响到后期的煤炭提升安全等，减少后期带来的巷道卧底、扩帮工程量，考虑当前郭庄煤矿实际测量水平，确定出本次贯通工程允许偏差水平方向在30cm以内，高程偏差在±20cm范围内。

2.2 本次巷道贯通方案设计

选择贯通路线。选择出最佳贯通测量路线是开展贯通测量的基础。从本次贯通情况来看，有3种贯通测量方向：（1）一矿副井—1589大巷—三矿主井；（2）一矿副井—1897南巷—1897西巷—轨道上山—三矿主井；（3）一矿副井—1578北巷—1578中巷—轨道上山—三矿主井。见图2所示。

图2 三套方案测量路线图

通过对这3种方案进行对比，得到：方案2相对于方案1导线长度增加明显，超过了300m，同时，其中包含的三角高程增加，有2个角度超过10°的夹角；方案3相对于方案1导线长度增加超过500m，有1个角度超过15°的夹角。具体见表1所示。

表1 三套方案对比

通过对方案1、方案2、方案3进行对比可知，方案1相对于其他方案有着较为明显的优势，因此，在进行本工程贯通测量时，选择方案1作为本工程贯通测量方案。

2.3 具体测量设计

（1）地面平面控制测量。根据矿区实际情况，选择了6个单三角控制网，从《国家三角测量与导线测量规范》入手，选择使用RC—356型全站仪开展地面控制测量，精度设计在15″范围内，在进行外业观测时，选择正倒镜、四测回进行2次读数，连续2次测量在5″内、三角形闭合差控制在9″内。

（2）地面高程测量。本次测量工程中，将BM808四等水准点作为起始点，使用2台DS3200型水准仪同时进行观测，整个过程中，同时使用了铝合金水准尺，独立开展3次测量，控制连续互差在2mm范围内。

（3）井下平面控制测量。井下总体的作业条件相对于井上有着较大的不同，环境较为恶劣，特别是对于巷道断面较大的位置，由于受到井下风流的影响，非常容易带来较大的误差，为了提升井下控制测量的精度，设计采用三架法进行导线测量，该种方法的优势主要在于不仅可提升测量速度，同时又可压缩测量过程中的对中次数。在本次井下三架法测量时，选择脚架3台、棱镜2个、全站仪1个。设计具体测量方式为：在A点将全站仪固定，并进行精准对中，确保平整，然后在B、C位置均安装1个棱镜，对于B、C位置也需进行对中。见图3所示。在具体测量时，设计将A位置的全站仪与缩进纽扣准备对焦，然后将照准位置取下，并移动到C点，这时，在C点将棱镜松开，将全站仪插入并照准，之后将钣扭锁紧。整个过程中，由于操作没有出现任何移动，全站仪进入到整平、对中状态，该点就是这个测站的测站点。在移动B时，也可以采用同样的方法。在后续的测量中，按照该种方法，依次完成所有的测量。

图3 三架法测量示意图

（4）井下高程控制测量。在进行高程控制时，选择了S3型水准仪，同时，配合使用铝合金水准尺，对于2点之间设计采用独立测量，所有站点使用2台测量仪器时，得到的互差距控制在±2mm之内。

3 贯通误差预计

在本次贯通施工中，设计采用导线测量、陀螺附、单井定向、GPS定位等方法。为了确保选择设计方案能够达到实际使用要求，对选择的贯通方案进行了误差预计，将轨道上山作为X轴，将轨道上山距离三矿副井最近的位置且垂直于轨道上山的位置作为Y轴，现从X、Y、Z三个方向上对贯通误差进行预计。

（1）地面控制测量误差预计

在进行地面控制测量时，采用卫星定位技术设计4等GPS控制网，通过现场实际测量分析得到，在本次控制测量中，通过GPS测量平差后，最弱边的中误差为1/8000＜1/40000要求，在X、Y轴方向的相对点位误差为Mx=±45.9mm、My=±65.8mm，两者均小于贯通重要方向上±80mm的要求。

（2）井下导线测量误差预计

大量贯通测量实践表明，在进行贯通测量时导向测量、陀螺附均能够达到井下7″导线精度要求。在进行本次贯通测量时，根据导线误差理论、方位附等，并编辑相关计算程序，将相关点坐标导入到其中，通过计算得到，Mx=±136mm、My=±154mm。

（3）竖向投点测量误差预计

结合该矿井实际，井上的近点传递到对应的钢丝误差，钢丝传递到控制点，得到Mx=±12mm、My=±14mm。

贯通相遇点误差计算：

通过上述3个方面的分析，结合误差传播定律，由于各个方面误差而带来的X轴、Y轴方面的误差，分别为：

选择预计误差的2倍作为本次贯通测量所能够产生的极限误差，则得到极限误差最大值分别为±304mm、±374mm，两者均小于两中线间贯通误差±500mm规定，可以达到本次工程施工要求。因此，设计的方案切实可行。

4 结束语

（1）采用选择的方案进行贯通施工，得到了水平方向的误差为52mm，高程方面的误差为69mm，两者均小于方案的预计误差，这表明本次工程贯通测量精度较高。

（2）本文设计了3种贯通方案，通过全面的对比分析，得到了最佳方案。