矿井南翼回风巷特大型三维立体相向贯通测量技术

巴新伟，邸 伟

（山东微山县留庄镇新安煤业公司地测科，山东 济宁 272000）

贯通测量是矿山测量工作中最重要的工作，本项目主要研究7s基控导线周长达到10300m的矿井南翼回风巷实现顺利贯通的测量技术问题。

1 矿井南翼回风巷贯通测量工程概况

矿井南翼回风巷分为三段：从新安煤业公司新安井施工的上段、中段，从新源井施工的下段。

1.1 施工巷道的用途

（1）前期主要为矿井深部开采回风之用，解决矿井深部开采风量不足问题。

（2）满足矿井深部降温的管路敷设。

（3）后期为该区域边角块段回采服务。

1.2 贯通测量情况

为实现矿井南翼回风巷的顺利贯通，需测设7s基控导线来进行平面控制，并采用三角高程测量和水准测量结合来进行高程控制。

本次贯通需测闭合导线10300余米。属于特大型贯通。

2 采用的主要技术方法

2.1 采用独立坐标技术

矿井南翼回风巷道两头的测量导线资料都是原15s级基控导线，其起始点都是原新安煤业公司南、北井贯通的7s基控点。其中南翼上段15s导线布设为由-300轨道大巷7s基控点起始经31辅助采区，测设到-392水平。南翼回风巷下段由-360轨道大巷（也是南北井贯通的导线测量资料）测设15s导线，经集中轨道下山，-430水平，-550水平车场，至-650轨道下山，再至-650水平车场，然后施工矿井南翼回风巷下段。根据设计，需要实现导线周长为10300余米的特大型贯通。有鉴于此，原15s级的导线已经不能满足矿井南翼回风巷的贯通要求，准备施测7s基控导线。由于原各个开拓巷道年久失修，大部分导线点遭到破坏。在-300轨道大巷，只有固E-22-21一组残存的7s基控导线点。经过施测检查，发现检查角偏大，这样两条边都不能作为方位起始边，否则会导致巷道发生旋转，与原附近巷道就会产生大的相对位置关系的变化。

经过各方面因素综合考虑，决定采取使用独立坐标法来布设和施测7s基控导线。具体情况见下图。

图1 矿井南翼回风巷特大型贯通测量优化设计图

本方案只需要求起始点固E，的坐标和高程，尽管可能有点误差，精度偏低，但与原测的结果不会差的太大，能满足本方案要求的精度。

具体测量方案就是，在-300轨道大巷两头布设两条陀螺边，经过施测7s基控导线，把固E点的坐标和高程传递到两条陀螺边上。然后由两头的陀螺边起始，分别向-392水平车场和-650水平车场测设7s基控导线，随着矿井南翼回风巷下段和上段的开拓施工，进行7s导线的跟测，控制两头按设计方位施工。直至贯通。

本技术只是为了实现矿井南翼回风巷顺利贯通而采取的方法，并不会用于采区控制等。其施测资料及计算结果独立保存。

2.2 采用三架法进行三角高程测量法施测导线的技术

测检查角时，需要前后觇标和仪器同时整平对中，读数完成后，若检查角，检查边均合格，后视架腿前移，原仪器点架腿和基座不动，作为后视点，原后视的棱镜移到原仪器点的基座上，仪器移到原前视点基座上，这时只需把前视棱镜和后视的架腿、基座搬移到新选前视点进行整平（若需留点，则需对中）。进行水平角观测，往返边长观测，依次循环下去。从而达到井下首级平面控制和高程控制的目的。

由三架法导线测量工作原理可以看出其特点和需注意事项：

（1）三架法可以大大地提高测量速度，因为其减少了仪器对中和前后视觇标对中的时间，只需要前视觇标整平即可。从而减少井下占用、影响时间。快速完成测量任务，减少了测量人员的工作量。

（2）此技术在实施过程中，为了避免意外事件的发生，导致仪器或棱镜可能发生偏斜的情况，可以在底板留点。以备意外之需。

（3）该技术减少了巷道风大对仪器、觇标对中的影响，既能提高速度，有能提高精度。

（4）井下进行三架法观测，最好三个架腿都用木质架腿，因为其比铝合金架腿要重，稳当，既能减少风的影响，又能减少取，放棱镜、仪器对其整平和中心的影响，从而确保测角，量边的精度。

（5）根据三架法的工作原理，在需要停测时，则必须留一组导线点，以作为下次观测的检查和起始。观测中间，可以不留点，但必须确保无意外的发生，否则会重头测起，工作量太大。在进行高程观测时，若不留点，必须确定量仪高，前后视棱镜高的参考位置，要同一。

2.3 四架法技术的尝试

四架法技术就是在用三架法进行正常观测的同时，而由另两人用第四个架腿和基座及觇标在前方选点并进行整平。三架法测量完后，前视直接把棱镜放到最前整好的架腿上，一般不需要在整平，仪器前移到原前视点上，后视棱镜移到原仪器点上。后视一人往前传递架腿的时，导线测量同时进行。前视两人接到架腿和基座、觇标后，往前选点，整平。这样测量和前视整平两不耽误。

采用四架法测量，其特点有：

（1）大大得提高了测量速度，大大减少了减少井下占用、影响时间。本技术统筹安排时间，通过平行作业，减少了前视整平的时间对测量的影响，从而提高了工作效率。在工作紧任务重的情况下，该技术效果显著。

（2）需要四个架腿，这就需要人员充足。

（3）需要四个基座，这就需要仪器、觇标等能共用这四个基座，也即四个基座必须与仪器觇标都得配套。

（4）需要四个棱镜觇标。这四个觇标必须和四个基座配套，与棱镜也必须配套，否则，进行旋转时，会导致产生大的测量偏差，降低测量精度。

2.4 加测陀螺边技术

（1）矿井南翼回风巷基控导线周长达到10300m，属于特大型贯通。本项目进行了不加测陀螺边的贯通误差预计和加测一定数量陀螺边的贯通误差预计。通过比较，不加测陀螺边，在贯通水平重要方向上误差限差达到700mm，加测四条陀螺边，贯通水平重要方向上误差限差达到230mm，精度提高了50%以上。

（2）采用加测陀螺边技术，不但提高了测量精度，确保了贯通的准确性，而且解决了本项目采区的第一个技术-----采用独立坐标系的问题。通过加测陀螺边，解决了只有起始点坐标和高程而无起始方位的问题。这个问题的解决是通过在起始点的两侧足够远的位置加测陀螺边，来控制与起始点相连接的导线边的方位，从而实现起始点坐标与高程向两侧的陀螺边传递。

（3）通过对加测陀螺边的精度评定，得出本矿所使用的陀螺仪能达到本项目所需精度的要求。

新安煤业公司地测科拥有一台日本索佳厂生产的SET2X-GP1型陀螺全站仪，该仪器在井下工程使用中，性能稳定，精度可靠。定向仪器常数的测定统一在新安煤业公司新安井工广已知点广1和广2进行。采用跟踪逆转点法观测，井上、井下各测2个测回。摆动中值采用舒勒平均值法进行计算。方位角计算后，对各边施测情况进行了精度评定如下表。

表1 各边施测精度评估表

由表可以看出，本项目所使用陀螺仪非常稳定，所测陀螺边精度非常高。

（4）贯通前加测陀螺边后，施测7″基控导线方向附和差，满足精度要求。其具体附和情况见下表。

表2 陀螺边固F-固D～陀螺边固I-固H～N8-N9附和情况表

由贯通前进行的三段导线测量结果，看出陀螺边固F-固D～陀螺边固4-固5测段的方向附和差最大。主要原因是该测段各个巷道长短不一，巷道坡度变化大，从0°～18°，且主要是上下山。这导致增加了测站数，且导线边长小于60m的居多，最小的边长为21m，倾角过大等。所以测角精度有所降低。

但所有的三段方向附和差均满足限差要求。另一遍的结果与上表的几乎一致。

陀螺边与2019年又施测一次，结果与第一遍相差不大。

（5）带有加测陀螺边的两遍测量资料精度评定如下表3。

表3 带有加测陀螺边的两遍测量资料精度评定表

（6）由上三表可以看出，所测陀螺边精度满足贯通测量精度的要求，可以作为坚强边，来提高贯通测量精度。

3 结论

本项目创新性地采取的各项技术措施及方法确保了大型贯通测量的精度，保证了矿井南翼回风巷这一特大型贯通的顺利实现

（1）贯通前各测段的测量结果的精度评定，见表4。

表4 贯通前各测段的测量结果的精度评定表

由上两表可以看出，本方案采取的各项技术措施切实可行，贯通前的基控结果能够达到井下平面和高程控制的精度，所测结果可用于来控制矿井南翼回风巷施工的方向和坡度。

（2）贯通后进行了实际偏差测量和导线联测。

矿井南翼回风巷于2019年9月24日晚上8点在矿井南翼回风巷下段顺利实现相向贯通。贯通后进行了实际偏差测量和导线联测，结果如下：

①现场实际水平方向偏差为20MM，在竖直方向上无偏差。②导线联测结果精度评定如下表5。

表5 导线联测结果精度评定表

（3）本项目通过创新性地采用各种技术措施，解决了导线周长超过万米的贯通测量中所遇到的各种问题，各种难题，并且提高了测量速度，减少了井下占用时间，提高了工作效率，减少了工作量，同时减少了各项费用等，确保了矿井南翼回风巷的高精度贯通。

（4）本项目采取的技术方法在类似贯通工程中具有应用借鉴价值。