长距离工作面贯通测量技术研究

2019-03-20郭超奇陈小绳李凯军

陕西煤炭 2019年2期

于水，郭超奇，陈小绳，李凯军，王悦

(1.煤炭绿色安全高效开采国家地方联合工程研究中心，陕西西安 710065；2.陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，陕西西安 710065；3.陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西店头 727306；4.陕煤集团神木红柳林矿业有限公司，陕西神木 719300)

0 引言

贯通测量是煤矿生产的一项基础工作，也是矿山测量人员的重要任务。测量人员要保证各掘进工作面沿着设计的方向掘进，使贯通接合处的偏差不超过规定限度。无论是贯通测量过程中发生差错而未能贯通，或是在贯通接合处的偏差超限，都将影响巷道质量，有时甚至造成巷道报废等严重后果，带来巨大的损失。长距离巷道贯通测量本身具有测线距离远，测量工作量大等特点，因此要求矿山测量人员必须不断改进贯通测量的方法、手段和技术，以保证贯通工程优质、高效、顺利地完成。贯通测量工作一般应遵循两个原则：一是在确定测量方案和方法时保证贯通所必需的精度，过高或过低的精度都是不正确的；二是对完成的测量和计算工作应有客观的检查，杜绝出现一切粗差[1-3]。

随着电子与航天技术的不断发展，测量技术发生了日新月异的变化。测量内业和外业的自动化程度及最终精度得到很大地提高，在给测量工作者带来了更大便利的同时，也给矿井生产带来了更好地促进和保障[4-6]。在日常进行贯通测量设计时就有了更多的选择，尽量使设计方案更科学、经济和可靠，从而更好地为矿井生产服务。国内各煤矿在巷道贯通方面，一般工作面走向长度在2～3 km左右，但就工作面长达5 000 m的贯通测量，借鉴先例较少。文中根据黄陵二号煤矿二盘区205长距离工作面各巷道用途及生产要求合理确定巷道贯通允许偏差，并在此基础上制定了合理的测量方案，保证了巷道的精准贯通。

1 测量工程概况

1.1 测量概况

陕西黄陵二号煤矿二盘区205工作面位于该盘区西南方向，工作面走向方位角339°，走向长度4 912 m，倾向长度284 m，属于长距离综采工作面。回风巷于2013年2月开工，由掘一队施工至3 967 m停止。运输巷于2013年1月10日开始施工，掘进至4 912 m后拐切眼284 m，切眼到位后拐回风巷(205回风巷里段)，剩余1 265 m与回风巷(外段)相向贯通，该工程贯通导线闭合长度为10.358 km。贯通概况如图1所示。

图1 205工作面回风巷贯通工程示意图

1.2 测量设计

本次测量依据《煤矿测量规程》《矿山控制测量手册》。测量工作平面坐标系统采用1954北京坐标系，高斯投影3°带第36带投影，中央子午线为108°；高程系统采用1956黄海高程系。测量小组由5人组成，作业过程中，一人观测，一人记录，一人前视照明，一人后视照明，一人负责前后联络。测量仪器为NikonDtm532C型2″级全站仪。

利用黄陵二号煤矿主井下导线起始边，分别对205工作面回风巷、运输巷控制导线进行测量，等级为7″，两条顺槽内导线在直线巷道内按直线形布置，因受客观条件限制，边长做不到等边布置，最长边365.659 m，最短边60.356 m。共47条边，47个导线点；利用黄陵二号煤矿主井下的高程基准点，利用三角高程测量，对205工作面回风巷、运输巷进行高程控制。

此次黄陵二号煤矿205工作面的贯通测量工作，由于回风巷、运输巷全部采用“U”型钢支护，巷道应力很大，地质条件复杂，这将会给巷道顶板上导线点的设置、保存以及永久利用带来不便，将给此次贯通测量工作带来较大的困难。

2 贯通方案

2.1 井下导线测量

井下起始边的校验测量：采用尼康全站仪对井下起始边进行检校，在该起始边可靠的前提下，作为导线测量的起始边。本次贯通选用F20303、F20302两个基本控制点。

井下导线测量：井下导线采用尼康全站仪按7″导线精度施测，水平角观测两个测回，垂直角观测一个测回，边长测量两次，各种测量数据限差符合技术要求。测角时水准气泡不得偏离一格，采用悬挂棱镜法和挡风帘挡风，测水平角时瞄准悬挂棱镜的线绳，测量竖直角及距离时瞄准悬挂棱镜的中心。导线点均设在顶板上，尽量加大边长，并每隔一定距离设立永久点。测距时测定气压读至100 Pa，气温读至1 ℃，每条边的测回数不少于2个。在井下使用全站仪应严格遵守《煤矿安全规程》的有关规定。

减少误差措施：施测中将所测导线独立进行两遍，并且还采取了挡风措施以减少风流影响，减少对中误差。施测边长尽可能比设计加长，减少测角站数，从而降低测角对贯通带来的影响。另外施工中坚持按规范和贯通设计要求及时测量和复测施工导线，及时布设控制导线，且每次对施测结果进行严格把关平差。角度计算采用加权平均方法计算，边长改正计算加入温度，气压，仪器加、乘常数，倾斜和两向投影改正。各项改正计算完成后，采用光电测距支导线要求计算出各点最终测量计算成果。具体测量指标见表1。

表1 测量指标

2.2 井下高程测量

煤矿主井的井下高程测量以井下起始水准点为高程基点，采用三角高程测量施测，观测垂直角2个测回，测斜距，精确量取仪器高。高程测量中按《煤矿测量规程》有关水准测量的要求施测。每组水准点间往返各测一次，每站用两次仪器高，互差不大于3 mm。往返测允许闭合差为土50R mm(R为水准点间的路线长度，以km为单位)，水准测量高差的互差不超过限差时，取往返测的平均值(或按测站数进行分配)作为测量结果。井筒和井下斜巷按《煤矿测量规程》之规定采用全站仪三角高程法进行，采用对向观测，相邻两点往返测高差的互差不应大于10 mm+0.3L(L为导线水平长度，以m为单位)，高程闭合差不应大于100Lmm(L为导线长度，以km为单位)。

各种仪器必须经过检校方可使用，各项测量成果均由两人独立对算，以便检校。

3 误差预计

根据施工设计要求，本次贯通点设在205回风巷切眼向外1 265 m处。从205回风巷外段至贯通K点的导线水平总长度为3 967 m，205进风巷起始导线点至贯通K点的导线水平总长度为6 418 m。以贯通K点为假定坐标系的原点，沿现有205回风巷方向为x′轴作为本次贯通测量的水平重要方向，垂直于205回风巷为y′轴，建立误差预计坐标系统。

3.1 由导线测角误差引起K点在x′上的误差预计

根据《煤矿测量规程》规定，井下导线采用7″导线进行测量，取mβ=±7″，独立测角两次；则井下导线测角误差引起K点在水平重要方向x′上的误差Μx′β

=±0.142 m

3.2 由导线量边误差引起K点在x′上的误差预计

井下导线量边采用电磁波测距，独立量边两次，根据尼康全站仪的测距标称精度

ΜD=±(2+2×10-6×D)mm

则由井下导线量边误差引起K点在水平重要方向x′上的误差Mx′D

3.3 K点在水平重要方向x′上的总中误差

=±0.142 m

3.4 贯通相遇点K在x′上的预计误差

取2倍的中误差作为贯通的预计误差

Mx′预=2Mx′K=±2×0.142 m=±0.284 m

<0.3～0.5 m(允许偏差值)

从以上误差预计结果可知：贯通相遇点K在水平重要方向x′上的预计误差，说明上述所选定的测量方案和施工方法能够满足贯通精度要求，足以保证本次贯通的要求。由于205工作面两巷道均沿煤底板掘进，故高程不做贯通误差预计。

4 测量成果整理及贯通精度分析

4.1 测量成功整理

对一些大型贯通工程而言，通常都需进行多次测量，才能积累大量的实测数据，进而对这些资料进行精度分析，以此来评定实测成果的精度。

本次测量由多个测站的角度的两次或多次独立观测值，分析导线的测角误差；用多个边的两次或多次独立观测值分析测距误差；将分析得到的数值与原误差预计中要求的测角与测距误差进行比较，看是否达到了要求的精度。由井下两次或多次独立导线测量所得的导线边最终边坐标方位角的差值和导线最终点的坐标差值来衡量导线实测的精度。虽然根据两次或3次成果估算导线的中误差的数据是少了一些，估算的方法也不严格，但在一定程度上这些差值是能够反映实测成果质量的。因而用它来评定精度可以作为衡量实测误差的参考。