煤矿巷道贯通测量精度及增强策略研究

李 芸

（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

山西兴盛鸿发煤业有限公司煤矿主采4#煤层，煤质主要为无烟煤、烟煤，煤层平均厚度在1.9～2.6m之间，采用的主副井立井开拓方式，主井埋深达到512m，直径为6m，底板标高为-416m，风井在二采区浅层布置，埋深为362m，与主井之间的距离为2615m。本矿井在生产过程中，为确保生产安全与建井需要，需将风井和主井与102轨道上山、102运输上山、102回风上山进行贯通，这3条巷道均采用平行布置的方式，长度均在3km左右。其中，102回风上山主要沿着4#煤层底板施工，轨道上山、运输上山按照同一坡度平行施工，3条巷道采用平行作业的方式，按照设计在巷道中部实现贯通。其中对于贯通精度的要求是，水平方向与垂直方向的最大偏差控制在30cm以内。在本次贯通的过程中，面临的困难较为突出，例如，立井淋水量较大，超过了15m³/h，风速也相对较大，超过了9m/s，风井与立井之间的最低标高差距大，△h=186m。同时，贯通巷道的斜坡总体较多，曲线也大量存在。为确保这3条上山均按照设定的精度进行贯通，需对测量方案进行优化，有效控制井下导线测量、井筒连接测量、地面测量等，提升贯通精度。

2 贯通方案设计

2.1 贯通方案选择

（1）地面控制测量方案。根据山西兴盛鸿发煤业有限公司煤矿整个矿区的分布情况，设计了地面GPS控制网络，其中选择了3个起算点。在风井、主井的工业广场布置设计了6个GPS控制点，分别为主近1、风近1、风近2、风近3及1#、2#宿舍楼等。见图1所示。

（2）地面水准测量方案。地面水准测量作为地面测量的重要组成部分，对于确保测量效果有着重要的作用。在本次巷道贯通测量过程中，设计了3等水准点进行控制测量，同时在风井、主井周边选择了4等水准点，并以“风近2”“主近1”作为本次测量的高程基准点。

图1 GPS测量控制网络图

（3）井下陀螺定向与联系测量方案。在主井、风井坐标传递时，使用Φ1.5mm的钢丝进行，单独进行3次测量，提升测量精度。使用全站仪激光测距的方式将主井、风井的高程进行导入，完成高程传递，并使用钢丝对导入的高程进行复核。在风井、主井底部均设置定向边，并将高程、坐标等传递到边，作为井下导向测量的起始边。在进行陀螺定向时使用逆转点法。

（4）井下导向测量。选择使用2级防爆全站仪进行井下巷道控制测量，控制精度在7″以上，由于本次贯通测量过程中，风速较大，对于风速较大的位置，使用三架方法对高程、坐标进行传递，对于风速较低位置，将高程、坐标等传递到巷道顶板永久导线点，并将这些导线点作为巷道施工基础控制点，在角度测量时选择测回法，单独进行3次测量，每次测量2个测回，并使用三角高程进行双向往返观测。

2.2 具体实施

（1）地面控制测量的实施。本次贯通测量的过程中，选择TOPCON Hiper型双频GPS接收机，数量为4台，组成GPS控制网。在进行观测时，分4个时段进行观测，在每个时段中，观测时间均为50min，在每个时段进行观测时，设置6条基准线与3个同步环。对每天采集得到的数据使用Gpsadj静态GPS数据处理系统进行处理解算，并使用Pinnacle对本次测量所布置的GPS网进行约束平差。在本次测量过程中，使用自动安平水准仪TOPCON与双面水准尺进行测量，且设计测量顺序为“后—前—前—后”，测量得到的数据，使用NASEW98软件对平差进行计算，从而得到4等水准点的高程。

（2）实施联系测量。具体主要有井下连接测量、高程导入、陀螺定向、投点及测量等。具体实施为：

① 使用TOPCON GTS311全站仪按照精度在5″的范围内进行导线连接，在水平观测角测量时，选择了2个测回，在进行边长测量时，选择了3个测回，其中，“主1”控制点到钢丝之间的距离，选择使用钢尺进行测量，对于测量结果使用全站仪小棱镜检验。

② 选择单重稳定投点的方式实施平面联系测量，使用Φ1.5mm的碳素弹簧钢丝作为投点钢丝，并悬挂重跎（70kg），并将垂球放置到盛满水的水桶中，在进行投点测量时，将手摇绞车固定到稳定物体上。

③ 使用陀螺经纬仪进行定向测量，在本次测量过程中，选择使用跟踪逆转点法，设置了5个跟踪逆转点，并使用平均值法对测量的逆转点的摆动值的平均数进行测量，每个点均完成了2个独立的定向。

④ 将“主近3”作为了高程基准点进行主井高程的导入，将“风井3”作为风井高程基准点进行高程的导入。通过井盖将钢尺下放到井中，并在最低处悬挂垂球，质量为9kg。在实施下放钢尺操作时，在地面上从安平水准仪上读取示数a、b，当整个钢尺全部悬挂好之后，再次读取示数c、d。同时，为了提升测量的精度，使用温度计读取测量过程中井下与井上的读数，根据温度差异，从拉力、温度、尺寸及钢尺自重等方面对风井、主井的导入高程进行微调。

⑤ 在主井井下的主基1安装全站仪，对主基2和钢丝之间的水平角进行测量，并使用钢尺对主基1与钢丝之间的距离进行测量，同时，主基1～2边上使用陀螺经纬仪进行定向。这个过程中，与风井测量平行作业，在风井基2点也使用全站仪，对风井基1点和钢丝之间的水平角进行测量，同时也用钢尺对基2与钢丝之间的距离进行测量。在测量的过程中，测量3次以上，待连续两次测量的误差均在3mm之内时结束。

（3）开展井下控制测量。按照井下控制测量设计，选择使用了尼康防爆全站仪进行测量，控制精度在7″范围内，水平角、边长在进行测量时控制在2个测回。在进行井下水准测量时，选择使用了TOPCONS3水准仪对大巷进行了往返测量，同时，待往返测量差距在50mm之内时，停止测量。对于斜巷测量，选择使用了三角高程测量，测回为2，高程闭合差控制在30mm范围内时停止测量。

（4）施工测量。在具体施工的过程中，选择使用蔡司030A以10″为导线精度进行测量，将基础作为控制测量布设点，对角度使用测回法，测回2次，以掘进20m为单位对精度8″导线进行延伸，同时对于延伸导线检查角控制在30″，在具体测量中，每个测量来回均设计了5个中线点，且控制距离在4m以内。在巷道完成贯通之后，对实际点的偏差进行测量，并计算闭合差。

3 贯通精度

根据本次贯通测量，绘制了贯通测量全图，具体见图2。

图2 贯通测量图

在巷道完成了贯通之后，对高程联测、导线联测进行了全面的复核，得到了如下主要技术指标。

（1）坐标闭合差，X轴、Y轴分别为25mm、29mm。

（2）方位角闭合差为26″，三条上山导线长度为4900m，导线精度为1/148950。高程闭合差为78mm。

4 本次测量过程中采取的增强策略

在本次井下巷道贯通测量过程中，为了提升测量精度，从2个方面采取了增强策略：

（1）构建了地面专用控制网。山西兴盛鸿发煤业有限公司长期沿用上世纪七十年代形成定位点位，但随着开采范围的不断扩大，部分三角点已经位于采空区的上部，由于采空区的沉陷，影响到本次测量精度。为了提升本次测量效果，在实施本次测量时，兴盛鸿发煤业南部设计了10个地面小三角网，通过平差后该网的单位权误差为15″，最弱边的相对误差为1/71200，点位误差为16mm，通过这些地面测量工作，确保地面控制网原始精度，有助于增强测量效果。

（2）增强井下导线测量精度。本次贯通测量工作量较大，一共设计了7″导线80站，为了提升井下导线测量精度，在本次测量时，选择使用三角架观测，降低瞄准对中带来的误差，同时，在对中的过程中，控制对中误差在1mm的范围内，水平气泡控制在偏斜半格，尽量多的加大边长、压缩测站数。

5 结束语

（1）从本次贯通测量得到的闭合差可看出，这些关键指标均小于设计要求，符合了实际贯通需求。这表明本次贯通测量精度高，满足了实际生产需求。

（2）井下贯通测量是一项较为复杂的工程，对方案设计、测量实施均有着较高的要求，且需要应对测量过程中遇到的突发情况，在具体测量过程中需要测量人员对测量环境等方面进行综合分析，研究制定出更符合需要的测量方案。