小口径钻孔长距离高精度贯通的实践

闫军

摘 要：本文介绍了矿井巷道和钻孔贯通的一种测量方法。本次贯通测量导线距离较长，测量短边较多，加上影响精度的测量环境比较差，着重强调了小口径钻孔测斜和提高贯通精度的方法。在观测的过程中除采用大锤球外，还专门制作了挡风板以提高对中精度，复测时采用三架法、四架法进行测量、在底板上布置临时点以消除风流影响，贯通后精度高于规定要求，为同样情况下的测量工作提供了参考。

关键词：小口径钻孔；高精度贯通；钻孔测斜；误差预计

1 概况

山东华泰矿业有限公司三采区是主要接替采区，矿井设计从三采区南部地面施工三个钻孔，终孔位置在华泰公司-120车场。从井下-120水平掘进一巷道与钻孔贯通，从而节约掘进费用，缩短建设周期。项目方案确定后，先从三采区上覆地表施工三个钻孔到达-120米高程，再由井下掘进巷道与钻孔贯通，由于北风井正常运转不能施测，须由华泰公司副井进行联测，原有巷道导线点被破坏，必须进行井上下联系测量，由此构成了一个特大型贯通测量工程。

2 钻孔测斜

地面测井使用JHQ-2陀螺测斜仪进行测斜。JHQ-2型陀螺测斜仪采用陀螺定向，仪器兼有“点测”与“连续测量”双功能，由于“点测”有较大的误差，因此，本工程自开工以来一直采用“連续测量”这种新方法。

3 贯通测量方案确定及误差预计

3.1 测量方案确定

3.1.1 导线测量路线的确定

地面控制测量，以红埠岭—大石家为起始边进行联系测量；然后以临—北1为公共边，分别向北风井和华泰公司井下施测导线，消除了起始边的误差影响。

3.1.2 测量方法的选择

贯通测量线路选定后进行了贯通测量预计，经集团公司批准，水平方向误差±672mm，高程方向误差±339mm。该贯通测量工程导线全长12.1km，其中地面导线5.0km，井下导线7.1km；水准路线总长11.0km，其中地面7.0km，井下4.0km。为确保贯通测量工程的顺利完成，经分析研究，确定测量方案为用拓普康全站仪按5"级导线要求测设建立地面平面控制，在南冶近井点与新风井之间进行四等水准测量；井下用DTM352全站仪测设7"级导线。为加强井下导线方向控制，减小导线测角累积误差对贯通精度的影响，在新区石门东段加测一条陀螺定向边，在新风井、-180管子井、-400管子井等斜巷段采用三角高程测量，平巷进行Ⅰ级水准测量。

3.2 误差预计

3.2.1 误差参数的确定

①地面控制导线的测角、测边误差系数：根据本矿实测资料，测角中误差3.0″；光电测距仪测距中误差：m1=±6mm。

②井下测角、测边误差系数：根据华泰公司井下独立的同精度观测的20个闭合导线和23个复测支导线的角度闭合差，按公式mβ=±，求得井下7″级导线实际测角中误差m=±5.6″。光电测距仪测距中误差ml下=±10mm。

贯通测量导线设计图比例尺为1：2000，取三孔的连线方向作为Y′方向，垂直于Y′且过孔1为X′方向。X′方向为水平重要方向。从设计图中量取相应的Ryi和cos2αi值。

3.2.2 地面控制导线误差影响

①测角误差影响：

将所量各数值代入公式得：

mxβ上=±=±0.108m

即由测角影响导致的最终点位中误差为±0.108m。

②量边误差影响：

mxl上=±=±6×=0.004m

M上=±=±=±0.108m，取2倍中误差作为预计误差，即m，小于给定地面孔口平面位置误差要求。

3.2.3 井下控制导线误差

①测角误差影响：

mxβ下=±=±0.327m

②量边误差影响：

mxl下=±=±×=±0.033m

[m下][′]=±=±=±0.328m

取2倍中误差作为预计误差，即Mh预=±0.656米，小于给定平面位置误差要求。

3.2.4 贯通相遇点K在X'轴方向上的总误差

MX′K=±=±0.346m

取2倍中误差作为贯通预计误差：

Mx′k预=±0.346×2=±0.692m

3.3 贯通相遇点K在高程上的误差

①地面水准测量的误差影响：

水准路线长度7.0km，允许闭合差为10，则独立一次测量高程中误差为：Mh上=±10=±0.026m

②井下水准测量的误差影响：

井下水准路线长4.0km，允许闭合差为50，则独立一次测量高程中误差为Mh下=±=±0.035m

③井下三角高程测量的误差影响：

井下贯通导线经过五条斜巷，其长度分别为810m，620m，1260m，770m和860m，按《规程》规定允许闭合差为50，分别计算得闭合差为：±0.045m、±0.04m、±0.056m、±0.044m和±0.046m。

④贯通相遇点K在高程上的中误差为：

Mhk=±

=±

=±0.113m

取2倍中误差作为贯通相遇点K在高程上的预计误差：

Mh预=±2×0.113=±0.226m

4 测量成果的精度评定

华泰公司井下控制导线长6990m，共66个测站，导线相对精度1/29200，其最终点坐标见下表：

[次数＼&测斜终孔坐标＼&实测孔底坐标＼&Δx＼&Δy＼&导线相对闭合差＼&1＼&x＼&y＼&x＼&y＼&0.075＼&0.217＼&＼&6712.374＼&6950.880＼&6712.449＼&6951.097＼&平均＼&＼&＼&＼&＼&Δ=0.229＼&1/29200＼&]

北风井井下导线长度1680m，共16个测站，两个测回，测距仪测边。

[次数＼&最终方位角° ′ ″＼&Δα

″＼&Fx＼&fy＼&f＼&导线相对闭合差＼&1

2

平均＼&251 44 16

251 44 33

251 44 24＼&-8

9

＼&0.012

0.060

＼&0.083

-0.029

＼&0.084

0.067

＼&1/20030

1/25200

＼&]

北风井井下导线测角中误差为：

mρ=±=±3.2″

北风井井下导线终点位置误差为：

M下=±=±0.077m

经精度评定，测量成果满足工程需要。

5 结论

①贯通测量导线尽可能减少短边，把边长控制在120～200m之内。对于短边，通过增加测回数来提高精度，避免导线中出现弱边。

②注意提高对中精度。对于风流较大段，除采用大锤球外，还专门制作了挡风板以提高对中精度，复测时采用三架法、四架法、在底板上布置临时点的方法消除风流影响。

③三角高程测量采用转点法传递高程，减少量取视高、仪器高的误差影响。

④在整个贯通测量工作中，始终由专人负责分析处理导线成果，及时评定测量精度，对测量结果不符合要求的测站立即进行补测，杜绝粗差的出现，提高测量成果的精度。

⑤贯通后，经实测中线偏差145mm，高程偏差21mm，导线相对精度为1/47054。华泰公司扩大区钻孔与-120巷道的高精度贯通，为扩大区的提前投产提供了保证，节约了大量资金；为华泰公司实现采场从老区到新区的转换打下了坚实的基础，提供了先决条件。