新元煤矿大巷贯通测量设计与实践分析

孙 晓

(山西新元煤炭有限责任公司，山西 晋中 045000)

矿井巷道按照设计精确贯通是保证矿井安全生产的一项重要工作，为了保证巷道贯通质量，必须提高巷道控制测量、中腰线标定和贯通测量的精度[1-2]。其中，巷道导线测量和贯通测量精度直接影响到巷道贯通质量，尤其是超长巷道、对掘巷道贯通时，由于存在测量距离较远、对掘方向把控难等现实问题，巷道精确贯通面临较大的难题[1,3,4]。本文以新元煤矿9号煤盾构机巷与9号煤回风大巷对掘贯通为研究对象，根据矿井实际情况制定相应的贯通测量方案，并对现场巷道应用及贯通效果进行分析。

1 工程概况

根据新元煤矿9号煤层井巷开拓设计，陈家沟9号煤盾构机巷与9号煤回风大巷两条大巷形成贯通，该贯通属一井间大型贯通，井下导线长约8 km，贯通限差为水平方向偏差≤±0.5 m，垂直方向偏差≤±0.2 m.目前，9号煤回风大巷已按照设计掘进到位，停止掘进待透，9号煤盾构机巷按照设计继续掘进，直至贯通，贯通点位置如图1所示。9号煤盾构机巷设计为拱形断面，净宽5.2 m，净高3.5 m，锚喷支护，预计贯通相遇点坐标为X=4 197 023.161 m，Y=38 415 164.641 m.矿井内有7″基本控制导线，经现场测量，符合《煤矿测量规程》要求，可作为巷道贯通测量的永久导线点。平面坐标系统采用北京-54坐标系统(3°带投影，中央子午线114°)，高程采用1985国家高程基准。

图1 贯通点示意

2 贯通方案设计

2.1 贯通方案选择

巷道平面坐标由巷道敷设的7″控制导线坐标和方位传递至巷道，并依据《煤矿测量规程》在CG8-CG9和J10-J11上加测陀螺定向边，以确保井下方位精度，巷道高程控制测量采用经纬仪三角高程测量进行，高程点与导线点共点，且同时进行施测，观测要求见表1.9号煤盾构机巷由导线边G10-G11开始敷设7″级基本控制导线，9号煤回风大巷由导线边J5-J6开始敷设7″级基本控制导线至掘进头，采用三架法进行作业。陀螺定向使用瑞士产(GAK1-41084)陀螺经纬仪，采用中天法观测，观测程序为“3-2-3”，独立进行2次，井下同一条边两次独立陀螺经纬仪定向平均值，对于 15″仪器其互差不超40″.

表1 巷道贯通测量观测要求

2.2 测量技术要求

2.2.1 水平角观测

1) 优选行进路线，导线边长要尽量控制在70～200 m之间，在平、斜巷相接处和巷道拐弯处要尽量避免出现短边。

2) 测角中误差7″，2C互差±20″，各测回方向互差±12″，当倾角>8°时，2C互差按相邻测回比较。

3) 导线要求往返施测，全部采用三架法作业，测回法观测水平角，井下7″导线水平角独立一次至少测2个测回(往返测4个测回)。

4) 观测过程中要随时注意仪器水准管气泡的偏离情况，如偏离超过一格，应在一测回结束后重新整置仪器。偏离两格及以上本测回重新观测。

5) 由一测回转到下一测回观测前，应将度盘位置变换180°/n+10′(n为测回数)。

2.2.2 边长测量

边长测量往返测量合计测回数2个，测回间较差±7 mm，同一测回读数较差±3 mm，往返测较差2(1.5+2D×10-6)mm，当倾角>15 °时，往返较差放宽至表中的1.5倍，当井下导线边长<15 m时，可用钢尺代替全站仪量边，每尺段要求从不同起点读数3次，估读至1 mm,读数较差不得超过±3 mm，气象数据测定取测站端数据，最小读数气温读至1 ℃，气压读至100 Pa.

2.2.3 井下高程控制测量

1) 仪器高觇标高应在观测前后使用小钢尺各量1次，读至mm，两次丈量互差不得大于4 mm，取其均值使用。

2) 相邻两点往返较差高差的互差△h允≤10 mm+0.3L(L为以米计的导线水平边长)。

2.2.4 内业计算要求

1) 用钢尺丈量的导线边加入比长、温度、垂曲等改正后进行往返比较，符合规程要求后取其均值使用。

2) 全站仪测距水平边长计算时要求加入高程归化和高斯投影改正，往返测水平边长、高差互差符合规程要求后取其均值使用。高程归化和高斯投影改正计算公式如下：

(1)

式中：D改为改正后平距；D为改正前平距；Hm为测线平均高程，m；ym为测线横坐标平均值，km；R为地球平均曲率半径，km.

3 测量贯通方案误差估算

表2 井下计算

3.1 求贯通点K在水平重要方向X′轴上的误差

1) 井下导线独立两次测量测角误差引起K点在X轴上的误差为：

(2)

独立进行2次观测：Mxβ下=±0.170 m.

2) 井下导线联系测量量边误差引起K点在X轴上的误差为：

(3)

独立进行2次观测：Mxβl=±0.022 m.式中：α为各导线边与x轴的夹角。

3) 陀螺定向误差引起K点在X轴上的误差：

独立进行2次观测：M陀=±0.133 m.

综上所述，各项误差引起的贯通相遇点K在X轴上的总中误差可通过式(5)计算：

取两倍中误差为极限误差，则MxK预=±MxK=±0.434 m.

3.2 高程测量误差引起K点在高程上的误差

4 贯通成果分析

根据新元矿9号煤盾构机巷与9号煤回风大巷巷道实际情况，提出针对性的贯通测量技术方案，并根据测量方案进行了必要的误差估算分析。现场按照贯通方案进行实际测量应用，巷道于2021年3月顺利贯通，贯通点位置中线误差和高程误差分别为0.204 m和0.117 m，与估算得到的误差0.217 m和0.100 m接近，按照方案贯通后的测量精度为1/19 897，满足《煤矿测量规程》中测量(1/8 000)精度要求，现场应用效果显著。