大型斜坡道分段多头掘进贯通工程测量技术应用

曹英莉，高金成

（1.烟台黄金职业学院，山东 招远 265401；2.招金矿业股份有限公司，山东 招远 265400）

1 工程概况

该工程工期短，要求其全部掘砌工期仅326天，月掘进进尺需600m以上；施工面多，需同时施工6个工作面，因此测量任务重，难度大，且贯通精度要求高。该矿经过近20年的扩建改造，测量系统不统一，测量精度也不确定，无法将井下原有数据直接用于该工程施工指挥中，为了确保井上下坐标系统的统一，必须重新进行井上下控制点的测量，重新从地表系统地进行三条竖井联系测量。该斜坡道工程开口处距2#矿区一期明竖井水平距离约4km，贯通测量路线除地表长距离导线控制测量外，还需经过井深分别为160m、225m、220m三个竖井的联系测量和井下平巷、斜坡道导线的控制测量，测量路线长，误差累积大。因此贯通方案的选择优化[1]及测量新技术的合理应用直接决定着工程的工期和贯通精度。

2 测量方案的优化选择

根据该矿工程布置情况，初步拟定以下两个测量方案：

方案一：由矿区地表控制网两控制点作为起始数据，分别施测地面导线、斜坡道导线指导地表斜坡道下向段施工，施测地面导线，经一期、二期、三期竖井的联系测量和井下控制导线指导-5m中段双向、-230m中段双向、-450m中段上向段工程施工。

方案二：由井下-5m水平和-230m水平各选两控制点做为两组起算数据，分别经井下导线、各级竖井联系测量和斜坡道导线形成独立闭合导线指导工程贯通施工。

方案分析与优化：两方案比较，方案一井下五个工程开口开工前，必须完成一期、二期、三期竖井的联系测量、三个中段水平的导线测量和复测工作，至少需要10天，直接影响工程开工日期。在贯通精度方面，-230m水平需经两个竖井的联系测量、-450m水平需进行三次的竖井联系测量，测量误差累积大、精度低。而方案二直接用井下生产系统可直接开工、只地表开口需经一期竖井联系测量后施测地面导线即可。同时考虑竖井联系测量误差对贯通精度影响较大，经分析研究，分别于-5m水平、-230m水平各选两个导线点做为单独闭合导线的起算点，这样就将一个大的空间闭合路线均匀分成三个小的空间闭合路线。三个竖井的深度基本相当，都在200m左右，误差分布均匀。优化后，方案二不仅能有效缩短工期，而且测量路线缩短三分之一，测量过程相对简单，能大大减少误差积累，十分有利于提高测量精度，所以选用第二种测量方案。

3 贯通测量精度要求

根据《煤矿测量规程》及该贯通工程安全生产的要求，结合该矿各方面实际条件[2]，确定该贯通工程水平重要方向的容许偏差为0.3m，垂直方向上容许偏差为0.2m。

4 测量方法[3]选择

（1）井上下平面控制测量。根据地表贯通工程两井口间地形高低不平，地势起伏较大的情况，两井口间连测采用5″级光电测距导线进行测量，仪器采用光谱FOCUS6型全站仪，测角精度为2″，测边精度为1mm+1mm/km，可测导线边最长为2100m。井下平面控制测量按7″级导线进行施测。

3.3.2 加强融资渠道建设，形成多元化融资渠道。通过政策引导商业银行服务农村，完善农村金融服务网络，实现金融服务由镇乡向村的下沉延伸；鼓励商业银行、农合银行、信用社金融机构跨地区经营，形成竞争；降低农村金融市场的准入门槛，发展多元化的农村合作金融组织，吸纳民间资本进入农业合作金融领域；建立融资服务机构，通过股权交易平台等融资渠道建设，让更多资金进入农业金融投资领域，逐步形成多元化的融资渠道。

（2）联系测量。竖井联系测量主要包括定向和导入高程两项工作，目前定向最常用的方法是几何定向法，本次定向仍然采用一井定向，为了提高定向精度，用三线连接四边形法代替传统的两线连接三角形法，即在一个井筒内不是下放两根定向钢丝，而是三根定向钢丝。三线定向法是后方交会和几何定向测量技术的综合应用，由于在地面连接测量中增加了三个多余观测数据，可以对数据进行严密平差，能有效提高测量数据的精度和可靠性。通过测量与计算，将地面坐标系统传递到井下。导入高程采用该矿常用的钢丝法，在井口设置比长台，定向工作结束后，在钢丝上、下作出标记，直接用比长台丈量钢丝两标记之间的长度，节省用钢尺法导入高程再次下放钢尺的时间，两次导入高程互差不超过竖井长度的1/8000。

（3）高程控制测量。由于地表不平坦，不能进行水准测量，而是在进行导线测量时直接进行三角高程测量，精度应能达到四等水准测量的精度要求。井下平巷内的高程测量采用水准仪两次仪器高观测，往返测量闭合差不大于±mm（R为单程距离，以千米为单位）。斜井中高程测量采用全站仪三角高程测量,与井下导线测量同时进行，导线的高程闭合差应不大于±mm（L为斜井中三角高程测量线路总长度，单位为千米）。

5 贯通误差预计

优化后贯通测量方案将一个大的贯通测量分解为三个小的贯通测量，且每个闭合线路内只需经过一个竖井的联系测量和井上、下导线测量即可。

在进行贯通误差预计时，①首先要进行所需基本误差参数的确定，参数确定最常用的方法是根据本矿以往积累的实测资料分析求得，也可借鉴相似的外单位的数据，或者根据《煤矿测量规程》中限差规定反算求得。②绘制一张比例尺为1：2000的误差预计图，在图上绘出贯通相遇点的位置，并在预计图上量出相关数据，进行误差预计。现以-5m水平下山与-230m水平上山贯通为例进行贯通误差预计[4]：

5.1 平面误差预计

（1）导线测量误差：实际施测时各段导线独立施测两次，取平均值作为最终成果。按下式计算导线测量误差。

根据本矿以往贯通实测资料求得式中导线测角中误差mβ=±10′′。

计算结果为：M导=±0.035m。

（2）定向测量误差，一井独立定向两次，取平均值，误差预计按下式计算。

计算结果为：M定=0.022m。

（3）水平方向的总误差为：

计算结果为：M平=±0.041m。

则水平方向的预计误差为M平预=2M平=±0.082m。

5.2 高程上的误差预计

（1）井下水准测量每百米高差中误差为mh水=±10mm,则水准测量误差为：

（2）井下三角高程测量每百米高差中误差为mh三=±15mm，则三角高程测量误差为：

（3）根据本矿以往实测资料分析求得竖井导入高程中误差为Mh0=±0.018m,则贯通在高程方向上总误差为：

以上测量独立进行两次,且取两倍中误差作为高程方向上的误差：

将以上预计误差与设计的工程容许偏差值进行比较，在水平重要方向上的预计误差为0.082m，高程上的预计误差为0.102m，均未超过贯通容许偏差0.3m和0.2m，并且从误差预计过程分析得到在后绪贯通测量过程中应重点关注的引起产生测量误差的因素，如在高程测量方面，斜坡道三角高程测量是最主要的误差来源，所以斜坡道高程测量时，应特别注意仪器的整平精度，并要考虑全站仪竖轴的倾斜改正问题，以尽量提高测量精度。

经过计算分解的三个贯通工程，预计误差均未超容许偏差，说明选定的测量方案和方法是切实可行的。本贯通工程属于两井间工程贯通，而且贯通距离长，属大型重要贯通，需编写完整详细的贯通测量设计书，作为施测的依据。

6 总结

经过共同努力，该斜坡道掘进工程提前近一个月顺利全线贯通，通过贯通后进行导线联测，三段斜坡道全部满足设计与工程测量规范要求，无论是工程进度还是贯通效果均创该矿历史最高水平。而且地表斜坡道与各中段贯通后，不仅大大改善了该矿局部通风困难问题，而且仅一年就通过该斜坡道下放大型机械设备30余台套，用于井下生产和深部开拓，仅此一项可节约设备解体、下放、组装工时费20余万元。

该工程的顺利贯通，特别是在贯通测量中尝试采用新方法新技术，如定向三丝法，定向测距时利用自制激光反光柱等，既提高了测量精度和效率，又大大降低了测量安全风险。为今后进行大型工程贯通测量积累了宝贵的经验，具有一定的应用推广价值。