西曲矿巷道贯通的影响因素及其误差预计分析

赵燕兵

(西山煤电股份有限公司 西曲矿，山西 古交 030200)

贯通测量是指采用两个或多个相同或同向掘进的工作面掘进同一井巷时，为了使其按照设计要求在预定地点正确贯通而进行的测量和计算工作。贯通巷道接合处的偏差值可能存在3 种，即中线方向上的长度偏差，横向误差和纵向误差。后两种偏差对于巷道质量有直接影响，称为贯通重要方向的偏差，本文主要考虑横向贯通误差。

为了保证巷道沿设计方位掘进，满足巷道贯通测量的精度，必须选定合理的贯通测量方案，并做出误差预计。在确定贯通测量方案和方法的同时，既要保证精度使巷道正确贯通，也要做到不盲目追求过高精度而增加测量工作量和成本。

本文借鉴隧道施工测量误差“等影响”分配原则［1］，结合西山煤电集团公司西曲矿统计误差参数，对巷道贯通过程中不同阶段测量的精度及其对横向贯通误差的影响进行了分析研究，提出了基于统计误差参数的贯通限差“等影响”分配原则进行贯通误差预计的方法，有效地提高了预计精度，可为今后的误差预计提供比较直观的理论参考。

1 误差分析

通过对西曲矿日常测量的记录和结果进行统计精度分析，得出西曲矿统计误差参数为:7″、15″级，导线测角中误差分别为±4.2″和±9.1″，具体统计方法参照文献［2］.

参照《煤矿测量规程》，取横向贯通限差为±300 mm，限差按2 倍的中误差计算，横向贯通中误差是150 mm，以此作为巷道贯通测量影响设计的依据［3］.

巷道横向贯通误差的来源包括:地面平面控制测量误差、定向测量误差和井下平面控制测量误差，且为三个互不影响，相对独立的测量阶段，所以对横向贯通误差的影响可以表示为:

因西曲矿是通过平硐进行测量的，井下导线的起始方位就是地面控制网的方位角，故式(1)可以表示为:

借鉴隧道施工测量误差“等影响”分配原则，认定各个测量阶段误差相同，所以，每个误差因素对于横向贯通误差的影响值可表达为:

式中:

Mq—巷道横向中误差允许值;

n—误差因素的个数。

影响西曲矿巷道贯通的测量误差有4 个因素:巷道贯通面两侧的支导线起始边方位角误差和导线测量误差。按式(3)计算得起始边方位角误差与支导线测量误差影响值均为75 mm.

1.1 由起始边的方位角误差引起的横向贯通误差

井下导线沿巷道布设，贯通前一般为直伸支导线。起始边方位角误差对支导线终点的位置有显著的影响:其对支导线终点的点位影响与终点和导线起点的连线在Y 轴上的投影长度有关(图1).

图1 起始边方位角误差影响示意图

起始边方位角的误差可用下式表示:

式中:

mao—起始边方位角中误差;

Rx，Ry—导线起点和终点连线在x，y 轴上的投影长度，对单侧横向贯通误差的影响就是方位角误差与单侧支导线在贯通面垂直方向上的投影长度的乘积。

对于不同精度的起始边方位角和Rx，Ry，可由式(4)分别算得起始边方位角误差(规程规定参数和实际统计参数)对横向贯通误差的影响值，具体数值见表1.

表1 起始边方位角误差对横向贯通误差的影响表 mm

通过表1 可以看出:起始边方位角误差引起的横向贯通误差与巷道里程的延伸成正比，而巷道里程在贯通面上的投影长度对其影响很小。起始边方位角中误差选取规程规定参数7″和实际统计参数4.2″，巷道单侧长度小于2 000 m 时，按照“等影响”原则，分配允许误差都可以满足贯通要求。但巷道单侧长度为3 000 m 时，选用实际统计参数4.2″可以满足贯通要求，选用规程规定参数7″时，分配允许误差加大，即井下导线测量必须高精度进行。所以，巷道贯通设计时，贯通面单侧巷道长度尽量不超过3 000 m.选用实际统计参数作为起始边方位角中误差，不仅可以满足贯通分配误差要求，而且可以为井下支导线测量分配更大的允许误差。

巷道单侧长度必须大于3 000 m 时，实际统计参数和规程规定参数都不能满足要求，比较实用的办法:1)采用同一起始边方位角，以忽略起始边方位角误差对于横向贯通误差的影响。2)采用加测陀螺边方位角的方法，提高起始边方位角的精度，以满足贯通分配误差的要求。

1.2 井下导线测量引起的横向贯通误差

井下导线测量误差引起的横向贯通误差可表示为:

其中，Mq测为井下导线测量对于横向贯通误差的总影响;mqβ为井下导线测角误差引起的横向贯通误差;mql为井下导线边长测量误差所引起的横向贯通误差。

井下导线在巷道贯通前一般为支导线，所以(5)可以写成［1］:

式中:

ρ—角度转化为弧度的一个常数，取206 265.

式中:

Mq—单侧导线测量引起的横向贯通测量误差影响值;

mβ—等精度测角中误差。

利用式(7)，选择不同巷道长度2L(m)和规程要求的测角误差和实际统计测角误差，可得出不同边长的等边直伸导线测量引起的横向贯通误差(cm). 计算结果见表2.

表2 等边直伸导线误差对横向贯通误差的影响表 mm

当巷道布置为L 型导线时，测角误差和测距误差都会影响贯通。2 条互相垂直的直伸支导线组成的L 型导线见图2. 2 条夹角为45°的直伸支导线组成的L 型导线见图3. 现假定导线转点与坐标轴原点一致，Y 轴与导线B－K 一致。由式(6)可得出:

图2 90°L 型导线布设示意图

图3 45°L 型导线布设示意图

测边精度选用拓普康2″级防爆全站仪标称精度(2 +2 ×10－6D)mm，边长100 m，由式(8)计算可得不同长度A－B 巷道测边误差所引起的单侧横向贯通误差(cm)，计算结果见表3.

表3 L 型导线测边误差对横向贯通误差的影响表 mm

从以上分析可知，测角误差的影响对横向贯通误差起决定性的作用，离贯通面越远，影响越大，影响值与该导线点和贯通点的连线在垂直于贯通面的方向上的投影长成正比。要减少测角误差对横向贯通误差的影响，必须提高测角精度，加长导线边长以减少测站个数，增加角度的测回数并选用该矿积累和分析得到的测角中误差。当精度要求较高时，在井下要大幅度提高测角精度是比较困难的，所以在实际工作中，可以考虑在支导线中加测陀螺定向以提高测角精度的前提下，减小测角误差对横向贯通误差的影响，从而保证巷道的正确贯通。

导线测边误差对于横向贯通误差的影响值与该边在贯通面上的投影成正比，与该边在导线中的位置无关。

2 实 例

西曲矿北三下组煤集中运煤巷全长3 400 m，导线布设为图3 所示L 型导线，其中AB 段支导线2 000 m，起始边方位角中误差经统计为9.2″，BK 段直伸导线1 400 m，起始边方位角中误差经统计为4.2″，导线平均边长100 m.仪器采用拓普康2″级防爆全站仪，测边精度为(2 +2 ×10－6)mm. 独立误差因素为4 个。

根据表2 与表3 的估算进行内插计算，3 套测量精度设计与允许误差分配方案见表4. 在满足允许贯通误差的前提下，结合“等影响”分配原则，适当调整误差分配方案，在满足起始边方位角允许误差的前提下，适当为井下导线测量多分配一定的允许误差，避免了允许误差分配不足或分配浪费现象的发生。

表4 测量方案与允许误差分配表 mm

结合底板等高线图，考虑导线平均边长选100 m比较困难，而且对AB 段起始边方位角重新测量工作量大，故选用方案C，导线独立施测2 次，于2014 年8月贯通，导线全长3 427.6 m，共计39 个测站，平均边长为88.4 m.最终贯通精度为:在巷道重要方向上，实际中线偏差为0.098 m，腰线偏差为0.092 m.

3 结 论

本文结合西曲矿积累和分析得到的统计参数误差，论述了巷道贯通各个测量环节的误差因素及数值规律。提出了从整体上对测量方案进行误差预计，既保证巷道安全贯通，又确保测量工作各环节的顺利完成。在误差预计分析的基础上，参照“等影响”分配原则，在制定测量施工方案时根据精度要求按需分配允许贯通误差，对保证巷道质量，减少测量工作量都有重要的意义。

［1］ 李青岳，陈永奇.工程测量学［M］.第2 版.北京:测绘出版社，1995:243－250.

［2］ 张国良，朱家钰，顾和和.矿山测量学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2008:195－225.

［3］ 中华人民共和国能源部.煤矿测量规程［M］.北京:煤炭工业出版社，1989:62－63.