高良矿副斜井与回风立井贯通测量的方案设计及精度分析*

崔鹏艳，杨宫印，孔文琼

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

贯通测量技术在矿山、交通、铁路、电力等工程建设中起着不可或缺的作用，贯通测量的研究及应用十分广泛。关于矿山贯通测量的方案设计[1-4]及误差传播[5-7]对矿井贯通测量的精度起着决定性的作用。将测量新技术新方法与矿山贯通测量相结合，解决了贯通测量一些难题，其中利用GPS进行贯通测量控制布设方法简单、有效[8]，将陀螺定向与井下导线角度测量相结合，减小了误差的积累[9]，结合相应的误差处理方法[10]，为合理贯通提供参考。本文针对高良煤矿，结合已有地面控制点数据，根据巷道贯通测量的原理，设计了该矿区副斜井与回风立井间巷道的贯通测量方案。利用测量中数据误差传播的理论，对设计的巷道贯通方案进行误差预计计算和分析。

1 矿区概况

高良煤矿是高平市主要煤炭支柱企业之一，其生产规模为90万t/年，井田地处太行山中南段的泽州盆地北部，总面积为8.50 km2，批准开采3#到9#煤层。高良煤矿井田贯通工程位于9#煤层，路线由副斜井到回风立井之间，贯通巷道为沿煤层顶板掘进的巷道，贯通类型为两井间沿导向层平巷贯通。

2 贯通测量方案设计

2.1 地面控制测量

由于所测矿区的小区域性，而且地面空旷平坦，无障碍物，地面采用GPS测量的方法进行平面控制测量，根据精度要求及测量规范，使用GPS的D级网测量(如表1所示)。高良煤矿地面已有控制点分别为G1点和G3点，其空间位置信息如表2所示，依据GPS在矿区的布网原则，在高良煤矿近井口附近布设一个新的GPS控制点G4点，以近井点G1点和G3点为起算数据，结合GPS静态定位的方法进行控制网测量，计算获取G4点的空间位置信息。利用三个GPS控制点G1点、G3点和G4点分别向高良煤矿的副斜井和回风立井布设地面5″级控制导线点，来测量两个近井点F0、Q0的坐标和高程，建立地面井口定向基点(兼高程基点)Q0和F0，具体布网形式如图1所示。

表1 矿区GPS控制测量D级网技术指标

表2 已知数据

图1 地面GPS控制网

2.2 联系测量

由于本例中参与贯通的为回风立井与主斜井，因此本例中只需对回风立井进行一井定向即可。利用高良煤矿地面GPS控制测量所得的近井点F0空间位置信息，根据导线布设原则布设测量导线到回风立井井口F11点处。结合一井定向的方法步骤，在F11点处进行坐标导入和高程导入，其中矿区地面高程导入井下的示意图为图2所示，将地面已知坐标及高程系统引入井下位于9#煤层巷道内，建立井下导线起算点。

图2 导入高程

2.3 井下贯通测量

在位于9#煤层巷道内进行井下贯通7″级主导线初测与复测，单程长度约1 300 m，复测长度2 600 m。由于是两个井筒情况不大一样，所以在此分为斜井的井下测量和井下平巷的控制测量。

副斜井的控制测量，从Q0点开始，如图3所示，利用徕卡TS09全站仪按地面的控制测量方法布设7″级导线网施测到Q4点。利用Q3和Q2两个已测得的控制点来联测Q11，得到Q11的精度较高的坐标。利用徕卡TS09全站仪进行四等三角高程测量，可测得Q11点的高程，为贯通测量腰线的测设提供基础数据。

井下贯通测量的导线布置分别从Q10点和F11点开始，按照《煤矿测量规程》进行井下控制导线测量，在井下进行导线测量时，提高测量精度的方法是从提高测角精度和量边精度两方面进行。受井下环境的影响，测角误差在一些转点处容易增大，因此进行井下贯通测量是，利用陀螺定向方法可以减小测角误差的积累。在本次贯通测量过程中，本方案设计了四条陀螺边(分别为Q4-Q10边，Q13-Q14边，F12-F13边以及F15-F16边)，来提高矿井下的导线的精度。测量前先在井上对陀螺仪的仪器常数进行两到三次的观测，井下对定向边进行陀螺方位角测定后，仍需再次在井上对陀螺仪常数进行2～3次观测，其任意两次观测差值不得超过40″。

图3 井下贯通测量控制导线网

3 精度分析

矿山贯通测量在贯通相遇点的偏差会产生在三个方向上：沿着巷道贯通的水平方向、水平面内垂直于贯通方向的左右方向以及垂直于水平面的竖直方向。其中水平面内垂直于贯通方向的左右方向和垂直于水平面的竖直方向的偏差对贯通质量有影响。因此根据设计的贯通相遇点K，分别对其在水平面内垂直于贯通方向的左右方向和垂直于水平面的竖直方向两个方向的偏差进行预测，检验高良矿副斜井与回风立井贯通测量方案设计的可行性。

利用GPS进行地面控制测量，矿区近井点Q0与F0之间的距离S的误差为MS，其对应的固定误差为a，比例误差系数为b，S边与贯通水平方向x′之间的夹角为α，则地面GPS控制测量在水平方向上左右偏差产生的大小预计为式(1)所示，在矿区井下进行导线测量时，利用陀螺定向的方法减小测角误差的积累，采用的陀螺经纬仪的定向误差为ma，则由于陀螺定向而引起的水平方向上的左右偏差计算为式(2)所示，根据矿区贯通测量的设计图，获取回风立井的井下导线起点与贯通设计相遇点K点在y′轴上的投影长度，利用式(3)计算可得到三次独立的立井定向引起的在贯通相遇点的水平方向上的左右偏差，仪器的测角误差为mB下，则由于导线角度测量而在贯通相遇点的水平方向上的左右偏差为式(4)所示，距离测量导致贯通相遇点的水平方向上的左右偏差的计算为式(5)所示，结合上述因素考虑，可知贯通在水平方向上左右偏差的总中误差如式(6)所示，因此，最终贯通测量在水平方向上的预计误差为式(7)所示。

=±0.011×0.5=0.005 5 m

(1)

=1.245×10-3m

(2)

=6.47×10-3m

(3)

219 111.61+14 128.39+10 391.88}

=1.24×10-3m

(4)

=7.712×10-3m

(5)

=±0.011 6 m

(6)

(7)

高良煤矿矿区地面水准控制测量中，其水准路线的总距离为L，每千米水准路线的高差中误差为mhL，则地面水准测量而引起的贯通相遇点的竖直方向上的偏差为式(8)所示，由矿区地面控制点向井下导入高程而产生的在贯通相遇点的竖直方向上的偏差见式(9)，井下进行贯通测量时，其水准路线总长为R，每千米水准路线的高差中误差为mhL，利用式(10)可计算井下水准测量引起的贯通相遇点的竖直方向上的偏差，由贯通设计图测得斜巷的长度为L，在斜巷中进行三角高程测量，该测量过程产生的竖直方向上的偏差为式(11)，独立进行两次高程测量，综合上述因素，则在贯通测量中引起的相遇点的竖直方向上的偏差中误差如式(12)所示，因此，最终贯通在竖直方向上的偏差如式(13)所示。

=0.029 m

(8)

(9)

=26 mm=0.026 m

(10)

=±0.044 m

(11)

=±0.041 4 m

(12)

MH预=MHK平=±2×0.041 4=±0.082 8 m

(13)

综合上述偏差预计结果可知：高良煤矿贯通测量在水平面内垂直于贯通方向的左右方向和垂直于水平面的竖直方向的偏差都在贯通允许范围之内，满足该矿区副斜井与回风立井贯通测量的设计要求。

4 结 论

(1)根据高良煤矿地面已有的控制点数据，利用矿区巷道贯通的原理，设计了该矿副斜井与回风立井间巷道的贯通方案，其内容包括地面控制测量、井下贯通测量及立井联系测量三个方面。

(2)根据测量误差传播理论，对设计的巷道贯通方案进行误差分析，在水平面内垂直于贯通方向的左右方向和垂直于水平面的竖直方向上均未超过容许的贯通偏差值，说明所设计的贯通测量的方案能满足该矿区副斜井与回风立井间巷道的贯通测量要求。