两井间贯通测量设计及误差预计

孙 亚 勇

（潞安集团慈林山煤业夏店煤矿，山西 长治 046000）

0 引 言

贯通测量是用于隧道、路桥、管线铺设等基础工程的测量技术，分为平面贯通测量和高程贯通测量，主要用于控制施工平面误差和高程误差[1-3]。煤矿井下的巷道贯通对平面和高程贯通测量均有需求。常村煤矿副斜井与回风立井两井间贯通属于重要工程贯通，因此在贯通联测前要进行贯通测量设计并对误差进行预计分析。根据常村煤矿地表已知控制点的分布及地表地形情况，本次贯通测量设计将采用GPS 测量技术进行地面控制网布设，解决地面控制布设时由于测量距离过长导致的误差积累，再结合相应的误差消除方法，为巷道的顺利贯通提供保障。

1 工程概述

常村煤矿核定生产能力为90 万t/a，主采3-9#煤层。根据生产接替计划，需要将副井与风井进行贯通。其中副井为斜井，风井为竖井，副井井口所处位置地表多为开阔平坦地势，贯通巷道位于所采9#煤层中，沿煤层顶板掘进。《煤矿测量规程》中规定，不论是轨道巷、胶带巷还是切眼巷，贯通误差应限制在平面±300mm，高程±200mm[4-6]。

2 贯通测量设计

2.1 地面控制网布设

该矿井田面积为8.5km2，地表地貌多为平原，井口附近障碍物较少，根据《煤矿测量规程》采用D 级地面控制网，表1 所示为D 级控制网技术参数。矿井地表有2 个已知控制点，G1（X：39645901.057，Y：19684131.178，Z：1042.369），G3（X：39645415.884，Y：19684986.237，Z：1011.887），因此结合已知控制点选择使用GPS 静态测量技术对地面控制网进行布设。

图1 XX 矿地面控制网

根据《煤矿测量规程》中对地表控制网的要求，利用已知控制点G1、G3为起算数据，在G1点与G3点之间采用GPS 静态测量技术另行布置控制点G4，与G1点和G3点成三角形分布。控制点布设完成后，以G1点、G3点、G4点数据向副井口实测导线点Q0，向风井口实测导线点F0，导线等级为5″级，导线点F0和Q0为近井口坐标和高程起测点。图1 为XX 矿地面控制网。

表1 矿区GPS 控制测量D 级网技术指标

2.2 竖井联系测量

常村煤矿风井为竖井，副井为斜井，本次两井贯通测量设计采用一井定向技术对竖井进行联系测量。联系测量的目的是将副井口近井点F0的平面坐标及高程数据传递到井下。根据已测得的导线点F0的具体数据，按测量规范将其导入至井下测得导线点F11、F12，并将其平面坐标和高程数据导入竖井井下，完成井下联测起算边的建立。图2 为竖井联系测量数据导入。

由于本例中参与贯通的为回风立井与副斜井，因此本例中只需对回风立井进行一井定向即可。利用该矿地面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 竖井联系测量

3 两井井下贯通测量

3.1 井下控制网布设

两井间导线长度为1300m，井下贯通测量根据《煤矿测量规程》要求，需要对导线进行不少于2 次的独立测量，因此往返测导线长度为2 600m。根据精度要求，本次贯通测量设计井下贯通联测导线布设等级为7″级。

本次贯通测量选用拓普康OS—102 防爆型2″级全站仪作为主要测量仪器。如图3 布置，利用副井近井点Q0，按7″级控制网技术指标将控制点数据从副井斜巷测至Q4处，然后以测得的控制点Q2、Q3为起测边，将数据联测至导线点Q10、Q11处。测得导线点Q10、Q11的平面坐标和高程数据。图3 为井下控制网布设。

图3 井下控制网布设

3.2 井下贯通测量

分别以导线点Q10、Q11与导线点F11、F12为导线起算边，严格按照《煤矿测量规程》与《煤矿测量手册》要求进行井下贯通导线测量，避免出现不必要的误差。测量误差是由观测者、观测环境、观测仪器引起的，而井下测量环境较为恶劣，贯通测量精度易受环境影响。因此，设计采用加设陀螺边的方式来减少测量误差，提高测量精度，根据井下导线网的布设，将起算边Q10、Q11和F11、F12设为陀螺边，另外在巷道拐角处再增加两组陀螺边F12、F13以及F15、F16来进一步保证测量结果的准确性。

4 贯通测量误差预计

贯通测量误差预计的原理是根据贯通测量设计，使用最小二乘法和误差传播理论，对巷道贯通精度的预计分析，预计巷道在贯通点的最大偏差范围，因此，误差预计只有概率意义，误差预计的目的是优化贯通测量设计，选择适合的测量方法，来提高巷道的贯通精度。误差预计主要分为两种，一种是水平方向上左右偏差的误差预计，另一种是竖直方向上的上下偏差的误差预计。

4.1 水平方向上的误差预计

GPS 静态测量技术布设的地面控制网，副井近井控制点F0与风井近井控制点F0的间距为S，距离误差为MS，与测量距离无关的误差设为a，与测量距离成正比的误差设为b，距离S和巷道水平贯通方向x′间的夹角为α，那么公式（1）即为GPS 地面控制测量在水平方向上的误差预计分析计算；

陀螺边定向在井下贯通测量中的误差设为ma，那么公式（2）即为陀螺边定向误差预计分析计算；

根据风井竖井侧起算导线与贯通点K 在y′轴上的投影长度，公式（3）即为竖井测联系测量在贯通点水平放上的误差预计分析计算；

将全站仪的测角误差设为mβ下，公式（4）即为因测角误差引起的在贯通点水平方向上的左右偏差预计分析计算；

公式（5）为因距离误差仪器的在贯通点水平方向上的左右偏差预计分析计算；

公式（6）贯通点水平方向上左右偏差的中误差预计分析计算；

因此，公式（7）为贯通测量在水平方向上的误差预计分析计算。

4.2 竖直方向上的误差预计

贯通点K 在竖直方向上的误差可按水准测量和三角高程测量的误差公式分别计算，然后累积求和。

矿区地面的水准控制测量路线总长度设为L，1km 水准测量的高差中误差设为mhL，那么公式（8）即为水准测量引起的在贯通点竖直方向上的上下偏差预计分析计算；

公式（9）为高程向井下传递引起的在贯通点竖直方向上的上下偏差预计分析计算；

井下水准测量路线长度设为R，1km 的水准测量长度的高差中误差为mhL，那么公式（10）即为井下水准测量引起的在贯通点竖直方向上的上下偏差预计分析计算；

设斜井长度为L，那么公式（11）即为三角高程测量在斜巷中产生的竖直方向上的上下偏差计算分析；

公式（12）为两次独立的高程测量在贯通点竖直方向上偏差的中误差预计分析计算；

公式（13）为贯通点竖直方向上的偏差预计分析计算。

误差预计分析计算结果表明，通过本次贯通测量设计和测量方法所得出的贯通测量偏差结果在限差内，能够满足常村煤矿两井贯通需求。

5 结 论

常村煤矿两井贯通设计包裹地面控制网布设、井下测量导线网布设、竖井联系测量。通过误差预计分析，贯通点在水平方向及竖直方向上的预计偏差均在限差范围内，贯通精度较高。表明该贯通设计能够满足常村煤矿两井贯通的技术要求。