大型矿井巷道贯通测量方法与误差分析

李 亮

（山西焦煤汾西矿业集团灵北煤矿，山西 介休 032000）

1 巷道贯通工程背景

山西焦煤汾西矿业集团灵北煤矿为年产240万t的大型现代化矿井，灵北矿51001工作面位于530轨道巷的东侧，5904工作面的北边，距5904工作面34m（5904工作面推进方位为270°），切眼紧贴井田边界和保利铁新煤业有限责任公司相邻。51001工作面由轨道顺槽、胶带顺槽和开切眼三条巷道组成。胶带顺槽及轨道顺槽的掘进方位都是90°，掘进长度都是2057.1m；开切眼掘进方位角是180°，掘进长度是204.2m，预计总掘进长度4318.4m。三条巷道都为矩形巷道，其中轨道顺槽、胶带顺槽宽4.2m，高3.0m，开切眼宽6.2m，高3.0m。

2 贯通测量方案及测量误差估算

2.1 巷道贯通测量方案制定

本贯通工程是同一采区内的贯通，属于一井贯通，贯通导线全长4500余米。贯通导线以+530轨道巷内7″级导线GD13→GD15（方位角0°00′30″）为起始方位，以GD13号点（坐标X=2088.916，Y=3891.351，H=515.523）和GD15（坐标 X=2191.006，Y=3891.366，H=514.799）分别敷设导线，贯通后形成闭合导线。

由于本工程是由煤层底板掘进贯通，故在贯通中不考虑竖直方向上的误差，仅考虑在水平方向上的误差。根据灵北矿对该工作面的专题会议，研究决定该工程在水平重要方向的贯通误差小于0.5m，导线全长相对闭合差不超过1/6000。

仪器：TOPCON GTS-332N防爆型全站仪，精度2″。

水平角观测方法：测回法，即后—前—前—后。

整平：仪器与前视占标整平都要求不超过长水准管气泡的1/2格。

仪器高、占标高量取：按规程规定，仪器高、占标高的量取应在作业前后各进行一次，用5m小卷尺或5m塔尺量取，两次量取互差不得大于5mm，取两次的平均值作为最终结果。

前视：在观测中，前视采用棱镜+对点器+脚架，对中采用650g的活动垂球对中，对中误差不得大于1mm。

观测方法：观测时，对中、整平严格按要求执行，并要对所使用点位确认。即检查后视边距离，只有在距离不大于5mm时才能使用，否则继续检查以前的点。

距离、高差测量，采用一测回测水平距离、高差，水平距离要求绝对限差不大于5mm，相对限差不小于1/8000，取平均值作为一测回结果。

指导巷道施工观测：一测回坐标取平均值作为指导施工的依据，根据导线测量的成果不断修正数据。

2.2 贯通测量误差估算

以贯通相遇点K为坐标原点，以切眼方向为X′轴（X′为水平重要方向），垂直于切眼方向为Y′轴，建立假定坐标系，在该假定坐标系内进行误差预计，如表1所示。

表1 测角误差所引起的贯通相遇点在X′轴上的偏差计算表

根据表1及误差计算公式计算贯通相遇点误差：

（1）全站仪测角中误差：井下测角误差Mβ=±7''。

（2）mc=±（2mm+2ppm×D），D表示测量距离（km），ppm为百万分之一，即10-6。

（3）测角误差所引起的贯通相遇点在X'轴上的偏差

式中：

mβ-导线测角误差；

RY'-导线点与K点连线之间在Y'轴向上的投影距离；

（4）量边误差对贯通相遇点K在X'轴上的偏差

式中：

ml-导线量边测量中的误差；

α'-导线各边与设定的X'轴之间的夹角。

（5）测角误差与量边误差综合影响所形成的贯通相遇点K在X'轴上的误差：

（6）导线独立测量2次，则2次测量平均值中误差为：

（7）K点在X'方向上的预计误差为：

预计导线全长相对闭合差为：0.484/4318.4=1/8922＜1/6000

通过以上计算，贯通相遇点K点在水平重要方向上的误差在允许范围内，精度能达到工程的要求，所以该贯通误差预计方案可行。根据对贯通相遇点的误差预计可得，在水平重要方向上的偏差主要是由于水平角观测误差所引起的，因此，在实际工作中应尽量提高水平角观测的精度。测站数是影响贯通精度的主要因素，工作中在条件许可的情况下，尽量加大边长，以减少测站数，从而达到提高贯通精度的目的。

3 巷道贯通测量及精度控制措施

3.1 巷道贯通测量

矿井地质测量部分成立专门的51001回采工作面回采巷道的贯通测量小组，具体负责巷道的贯通测量工作。对井下巷道掘进单位进行严格监督，按照巷道掘进测量放线结果进行作业，并定期对巷道掘进测量数据进行检查以及误差估算，对测量结果准确程度及可靠性进行评定。此外在测量过程中额外配备一台尼康防爆全站仪，对全站仪精准度进行校对。

3.2 巷道贯通测量误差控制

以矿井7''级测量控制网中的GD13以及GD15导线点为测量起点，以GD13号点（坐标X=2088.916，Y=3891.351，H=515.523）和GD15（坐标 X=2191.006，Y=3891.366，H=514.799）分别敷设导线，贯通后形成闭合导线，最后达到切眼巷道贯通处K点。如表2、表3所示。

表2 全站仪误差控制中各项限差值

表3 导线项误差控制中各项限差值

在巷道贯通测量过程中应考虑到巷道测量环境变化对巷道测量精度带来的不利影响，例如：巷道温度变化、掘进区域破碎、粉尘大以及风速较高等情况。当井下测量过程中温度较低，应待温度趋于稳定之后再进行观测，尽量降低由于温度变化对仪器测量精度造成的影响；当巷道内粉尘以及风速较大时，采取适当的降尘以及防风措施，并采用增大垂球质量、光学对中以及增加测量对重次数等措施，提高全站仪的观测精度；在观测过程中严格按照规定对全站仪进行整平；随着巷道掘进距离的增加，每测量一定距离（如200m）或者一定阶段应对测量导线的测量结果数据进行检验、复测以及测量精度估算等工作。

3.3 贯通测量结果分析

随着巷道掘进距离的不断增加，巷道在切眼巷道K点位置贯通，经过对贯通后的巷道进行闭合差测量，K点水平方向上的误差为458mm，小于有关规程规定的500mm标准，表明采用的巷道贯通测量技术方案及精度控制措施是切实可行的，可以满足长距离巷道贯通测量的需要。

4 结语

矿井的安全生产离不开测量工作的支持，巷道贯通测量是保证巷道安全掘进的基础工作。根据巷道贯通测量精度要求，合理的确定测量方案，并采取措施，对测量过程中的精度进行控制。结果表明，51001回采工作面回采巷道采用的巷道贯通测量方案及误差控制措施是切实可行的，保证了回采巷道的顺利安全贯通。