矿山测量系统在井下巷道贯通中的探究

刘智波 王灵杰

摘 要：对于煤矿开采工程来说，测量工作是十分重要的，测量的准确性直接对生产的安全性造成影响，因此提升煤矿测量精确度是当前煤矿行业需要关注的重点内容。本文结合具体工程，对矿山测量系统在井下巷道贯通中的应用问题进行研究。

关键词：矿山测量系统；井下巷道贯通；

引言：

煤矿一直以来都是我国能源的重要组成部分，在未来的很长一段时间内，还将持续发挥作用。安全、高效的开采是现代煤矿企业开展生产经营活动最需要注意的问题，在煤矿开采过程中，贯通测量属于关键环节，如果贯通测量的精确度不高，就会导致巷道贯通出现偏差，从而引发巷道损坏和一系列安全问题。测量尺和光学仪器是煤矿行业进行贯通测量是最常使用的工具，但是这些工具存在精确度低、任务量大等问题，已经不能满足当前日趋复杂的井下施工环境要求。随着新技术和新理念的出现，当前GPS技术已经开始广泛应用于煤矿贯通测量工作中，并有效提升了巷道贯通测量的精确度。

一、工程概况

本次研究的矿井实际生产能力是161万t/a，行人和总回风是该矿井回风立井的主要用途，在矿井生产后期，能够对回风立井进行改造升级，成为副井筒，井筒断面形状设计为圆形，井下开口设计在+988米水平，井深533米，并经过一个坡度约为25度的下山斜巷，同三采取区回风石门相接。从三采区回风石门的位置上向回风井的方向进行同时施工，在接近+988米水平平向大约掘进0.75米，然后停止施工，其余的米数借助对向贯通来实现。

二、GPS 布网的布设与观测

（一） GPS 布网

由于三角形具有较高的稳定性，因此将矿井的GPS网络布局成三角网的形状，并且也能为各个观测点进行数据校验提供方便。采用该方法进行布设的优势就是：能根据网络中相邻点之间基线的经度的均匀分布，来更好对数据进行收集和处理。本次研究共设置了20个观测点，形成四等GPS控制网，在所有观测点中有3个已知点，其余17个为未知点。GPS网格的平均邊长为1.5千米，其中最长边长为3千米，最短为0.6千米，能够组成53个最小三角形同步环，65个异步环。该网格有31条独立的基站，有15条为必要观测基站，满足相关标准的要求。

（二）观测

在实施外业测量工作时，需要使用四台GPS接收机对测量信号进行接收，GPS型号为北极星9600。同时需要对GPS接收点进行定时测量，每间隔一小时以上就要完成一次测量任务，但可以根据实际情况进行调整。GPS 测量的精确度可能受测量时间的影响，因此在测量时需适当调整接收机天线的高度，在对接收点实施测量的前后一段时间，还要测量天线的高度，保证精确度在毫米级。天线高度的误差不能超过3毫米，最终数据取两次测量的平均值。在第对数据进行观测时，需要随时检查卫星历元数，若发现数据异常，就要联系其他仪器，根据具体情况延长测量时间，保证最终测量结果的准确性。本次在对矿井外业进行测量时，矿井使用的接收机能够正常工作，信号接收方面也较为稳定，卫星数量都超过5颗，多于规定的4颗；接收器点位集合的图形可以较清晰的展示出来，图形强度因子低于6，并且野外观察效果较好，为后期工作提供了便利。

三、贯通方案设计

回风井的贯通是本次研究的矿井的大型贯通工程，因此回风井的贯通精度直接对矿井的后期生产能力造成影响。在预计好回风立井的贯通误差后，需要结合矿井实情，以矿井和灌浆站作为起点，顺着副井，经过回风下山设置七级复测支导线，并对支导线进行复测。本次测量使用尼康 531-E全站仪[1]。为了提升井筒测量的准确性，消除测量误差，在1050车场的测量点也布置七级导线，以与回风立井距离较近的观测点为起点，选择一点布设五级闭合导线，并做好平差工作。

四、井筒施工时期的测量工作内容

（一）中心线测设

根据回风立井周围情况的特点，结合五级导线的布线要求布设导线，并设置井筒十字线，形成十字基点，对每个基础点的坐标进行准确测量。参考井筒十字基点，将井筒的中心线标注出来，并确定井口与中心位置的标高。要将下线中心孔牢固焊接在井口风口盘上。中心线选择直径为1.4毫米的质量较高的镀锌钢丝绳，绳子下段需要悬挂质量为30千克左右的重锤，根据井筒深度增减重锤重量，通常情况下，井筒深度达到五十米时需要将重锤质量控制为五十千克，在油桶上放置重锤，避免因重锤摆动而影响测量结果的准确性[2]。在对井下回风巷进行施工时，需要沿井筒方向，以十字基点为起点，在地面上悬挂两个钢丝绳，采用摆动投点的方法固定钢丝绳，这样可以对总回风巷的施工方向进行指示。

（二）检测井筒施工标高

按照之前设计的测量方案要求在近井点位置上设置标高，要参照四等水准仪的标准要求测定标高，获得十字点的标高，并将该标准作为井上下对照的基准。在对井下的硐室进行施工时，需要将这一标高传导到封盘口的位置上，然后使用钢尺把标高导入到目标硐室，对硐室标高进行有效控制。

（三）井底硐室的测量

参考设计好的贯通方案，需要组建一支技术团队对硐室进行测量。测量仪器使用尼康 DTM-531E 全站仪。为了提升测量的准确性，在正式测量之前需要对仪器进行标准化校验，并且严格测定测量现场的温度和气压等环境参数，保证基本参数准确，为边长测量的准确性提供保障。在矿井停产检修时，从副井筒开始，需要向三采区回风石门的方向引入七级导线。同时，为了防止在测量过程中由于风的原因而在此测量误差，需要在1050车场段与矿井地面之间的点位上布置巷道底板和前后视棱镜基座，并且按照标准化要求进行对中操作，分别将七级闭合导线布置在三采区的回风石门上、轨道下山处和回风处，在巷道顶板上布设点位，并使用红色油漆进行标识[3]。

五、结语

综上所述，本次研究的工程巷道是比较复杂的贯通测量项目，一共布设了4524米长的导线，并且布设了42个观测点。贯通测量的预期高程误差为0.15米，中线误差为0.2米，实际高程误差为0.05米，中线误差为0.081米。预期贯通导线相对闭合差是0.00125，实际为0.00003。贯通巷道的闭合差纵轴与横轴方向分别是0.55米和0.047米。通过对以上数据进行分析可以发现，本次巷道贯通精度相对较高，误差在允许的误差范围内。实践表明，在对矿山巷道贯通情况进行测量时，使用井下全站仪和GPS控制网，能够有效提升测量的准确度，提高工作效率。

参考文献：

[1] 张贤名，刘新普.PC6B 型潮式砼喷射机摩擦板的研究[J].矿山机械，2001 ，（12）：20 - 21.

[2] 王庆东，杨景旺，李竹梅.混凝土喷射机自动除尘系统的设计[J].矿山机械，2010 ，（21）：25 - 27.

[3] 郭胜均.矿用气动湿式孔口除尘器的研发及应用[J].煤炭科学技术，2012，（05）：74 - 78.