胡家河煤矿大型贯通测量方案设计与优化

2020-11-23王铎

陕西煤炭 2020年6期

王铎

(陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西咸阳 713600)

0 引言

胡家河煤矿井建设规模5.0 Mt/a，井田东西长8.1 km，南北宽6.5 km，胡家河矿井地质储量819.75 Mt，设计可采储量为395.44 Mt。本矿井为高瓦斯矿井和冲击地压矿井，需进行“三区联动开采”，首采区的401、402两盘区内形成的3个分区仅能满足5年左右的开采时间，需提前接续403盘区。为保证矿井生产能力的稳定性和连续性，解决矿井403、405盘区及周边3号煤区域的通风问题，在中罗堡村附近设置一对进、回风立井，并兼矿井安全出口。二号风井建设项目涉及二号进风立井与回风立井贯通及副立井与二号风井贯通，两处贯通均属于两井间的巷道贯通，其中副立井与二号风井的贯通距离长，技术难度大。为保证贯通测量的顺利完成，对贯通测量涉及的新设备、新技术进行研究，设计了贯通测量方案，实施了副立井联系测量和已掘进巷道的导线测量工作。

1 贯通测量的不利因素分析

依据《煤矿测量规程》和实际情况，确定本项目贯通的横向偏差不大于±0.3 m，高程偏差不大于±0.2 m[1]。综合考虑各种因素，对副立井与二号风井贯通测量的不利因素进行分析。

1.1 贯通测量线路超长

胡家河煤矿工业广场与二号风井广场直线距离约5 km，副立井与二号风井间井下巷道长度超过8 km。井下导线超长，为保证贯通精度必须采取措施提高井下导线测量精度。

1.2 超深井筒的竖井联系测量

井筒中的气流是引起钢丝垂线偏斜的主要根源，且井筒越深，影响越大[2-4]。胡家河煤矿的井筒均属于井筒深度较大的立井，其中副立井井深为563.3 m，直径为8.5 m，二号风井井深为763.0 m，直径为7.5 m。根据实际情况，本项目拟采用单重摆动投点，制定有效措施减少投点时钢丝摆幅，提高投点精度。

1.3 井下导线测量不利条件

由于该矿为高瓦斯突出矿井，井下供风量很大，严重影响仪器对中、观测精度[5-7]。井下导线测量时应采用应对措施，减少巷道内风流对对中、观测的影响。

2 贯通测量设计及误差预计

2.1 贯通测量方案设计

主要对技术难度大的副立井与二号风井之间贯通进行讨论。

贯通线路：副立井与二号风井之间贯通测量线路为：副立井→中央二号辅助运输大巷→北西辅助运输大巷→二号进风巷道→二号进风井，长度约8.3 km，如图1所示。

图1 胡家河煤矿井平面位置示意

地面控制测量：在二号风井广场布设4个控制点，与胡家河煤矿已有地面控制点共同组成贯通测量的地面控制网。控制网的平面测量采用GNSS测量技术，执行《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB18314—2009)有关D级控制网的相关技术要求。控制网的高程测量采用水准测量施测，执行《国家三、四等水准测量规范》(GB 18314—2009)有关四等水准测量的相关技术要求，工业广场与二号风井间水准线路长约12 km。

立井联系测量：本项目的平面联测测量采用钢丝投点导入坐标，陀螺定向测定井下起始边方位角，井下高程采用长钢尺导入。考虑到项目立井井深均超过500 m，投点时采用单重摆动投点，并采取加大垂球重量、增加浸泡垂球液体密度(液体内加入锯末)等措施减少钢丝摆动幅度，以提高投点精度[8-10]。

井下导线测量：井下导线平均边长按150 m计算，需布设约55个导线点，且副立井和二号风井的井下车场区域存在边长较短的导线边。井下导线测量采用防爆型全站仪，按照矿井7″级基本控制导线的要求独立施测，独立观测2次。导线测量时巷道内气流较大影响仪器对中时，采用挡风板降低气流影响；采用“三架法”，减少对中和整平次数，降低对中误差；光电测距时，实地测量气压、温度值计算距离常数。

陀螺定向测量：本项目在进行副立井、二号进风井、二号回风井的井底各测定1条陀螺边提供导线的起始方位角，井下导线线路中加测4条陀螺边(每隔1.5～2.0 km)，共测7条陀螺定位边。

2.2 贯通误差预计

以贯通点K为原点，横向偏差方向为X轴方向，纵向为Y轴方向，建立误差预计假定坐标系，进行贯通误差分析。

贯通相遇点水平重要方向误差预计：①地面测量误差引起的横向偏差的中误差计算见式(1)

(1)

式中，a—5 mm；b—3 mm/km；d—5 km；α—53°，计算得M地面为9 mm。

②井下测量误差引起的横向偏差的中误差计算见式(2)

(2)

式中，Mβ—测角中误差，取7″；Ry—K点到导线点在假定Y轴上的投影长度。计算得Mβ=10.2 mm。

③陀螺定向误差影响的计算见式(3)

(3)

式中，MT—陀螺定向中误差，取7″；RTY—K点到陀螺定向点在假定Y′轴上的投影长度。计算得，MT=9 mm。

④量边误差影响的计算见式(4)

(4)

式中，ml—全站仪测距中误差，取2 mm；α—导线边和x′轴的夹角。计算得ML=2.2 mm。

⑤井下导线测量引起横向偏差的中误差计算见式(5)

(5)

计算得，M井下导线=0.138 m。

⑥投点误差引起的横向偏差计算见式(6)

(6)

式中，投点误差按±kdhHv2/Q计算；k—影响系数，取0.005；d—钢丝直径，取2 mm；h—马头门高度，m；H—井深，m；v—风速，m/s；Q—重锤重量，kg。计算得，M投点=36 mm。

⑦贯通相遇点横向偏差的中误差计算见式(7)

=0.142 m

(7)

计算得，M横向偏差=0.142 m。按2倍的中误差预计，贯通在水平重要方向的预计误差不大于0.284 m，满足0.3 m的设计要求。

贯通相遇点高程误差预计：地面水准测量引起的高程中误差为0.069 m(按水准线路12 km，每公里高差测量中误差为20 mm计算)；井下高程导线测量引起的高程中误差为0.086 m(按导线线路8.3 km，每公里高差测量中误差为20 mm，独立2次测量计算)；按照相关资料及经验，副立井导入高程的中误差为0.023 m，二号风井导入高程的中误差为0.034 m。综合考虑，贯通相遇点高程测量中误差为0.090 m，按2倍的中误差预计，贯通的高程预计误差不大于0.180 m，满足0.2 m的设计要求。

3 副立井联系测量及导线测量

3.1 副立井联测测量

副立井导入高程测量：井上下均采用全站仪，用水平视线在钢尺上以正倒镜法读取钢尺的读数，取平均值作为结果，计算钢尺长度；内业计算进行钢尺长度的温度、自重、比长改正，计算井下定向基点的高程。副立井导入高程测量独立测量2次，2次互差1 mm，相对误差为1/426233。

副立井平面投点测量：副立井联系测量导线示意，如图2所示。利用控制点GD03、GD04，测量连接导线点L1、L2；在L2架设全站仪，后视L1，前视钢丝上的棱镜，计算钢丝的平面坐标；井下在D7架设全站仪，后视D8，前视钢丝上的棱镜，在连续测量10个以上左右摆动方向的角度读数和距离读数，取其平均值为最终观测值，计算角度和距离；根据陀螺仪测定的D7～D8的方位角，计算推算D8点的坐标，完成平面投点工作。井上下独立测量2次，D8点坐标较差12.6 mm。