太原东山李家楼煤业贯通方案与精度预计

石虎彪

（太原东山李家楼煤业有限公司，山西 太原 030000）

本文以东山李家楼煤矿为例，利用GPS 技术进行矿区控制网布设，结合贯通测量原理，设计该矿区新建回风立井贯通方案，并进行误差预计，分析实测精度，阐述贯通测量工作的主要任务。

1 工程概况

太原东山李家楼煤矿位于清徐县城西北6.0 km处桃园村附近，年生产能力120 万t/a。为了满足矿山开采发展需要，原回风立井旁重新布设新风井，贯通工程位于2 号煤层，并完成旧立井与回风巷道间的贯通方案。

2 贯通方案设计

2.1 地面平面控制测量

鉴于矿区地面遮挡物较少，故地面在工业广场范围内采用GPS 进行平面控制测量。测区布设E 级GNSS 控制网，联测SXCORS 控制网；共布设E 级GNSS 近井点8 个，其中4 个为D 级点，已经坐标和高程。点位位于小山包或工业广场建筑物顶上，标志直接打眼嵌入公路边侧坚硬路面中。

E级点编号以“E”+“点号”表示，点号取两位数，如E006。采用GPS 接收机进行作业。观测结束后，委托山西省测绘工程院解算GNSS 控制网，解算成果为CGCS2000 空间直角坐标和1980 西安坐标系。

2.2 高程控制测量

由于本区高差较大，有不少点交通不便，水准测量因为视线短、转点多，特别在本区地形条件下，若全部用水准测量进行高程传递非常困难，有时甚至不能实施，因此本次利用全站仪进行测距同时观测目标的垂直角，计算两点间的高差。为了保证高程控制测量精度，比较电磁波测距三角高程与GPS 拟合高程结果，差值表见表1。

通过计算对比可以看出各测段电磁波测距高程与GPS 拟合高差相符合，因此本次高程成果采用电磁波测距高程高差。

表1 两种方法的高程差值表

2.3 井上下联系测量

2.3.1 一井定向

结合本次工程实际，采用单井物理定向方法进行。投点使用滚桶直径大于250 mm 的小绞车及直径小于1.5 mm 的钢丝投点，井下悬挂80 kg 的重锤，以水做稳定液，并坐罐笼检查钢丝是否有靠邦、缠绕等现象，重锤稳定2 个小时后，停风10 min 后，井上下两台仪器进行联测工作。

以近井点E002、E003 作为起算边，使用全站仪按5″级复测支导线测量，水平角施测左右角各一个测回，边长往返测的互差相对误差小于1/6000边长，垂直角观测直接测量测站仪器中心至觇标棱镜中心的高差，根据仪器高和觇标高计算实际高差。

为了提高测角精度，在导线边上加测高精度的陀螺定向边，陀螺定向采用中天法，以2-2-2-2的形式进行测量。首先在地面近井点E002 安置陀螺全站仪，以E002—E003 为起始边，陀螺北方向测定已知边陀螺方位两个测回；然后至回风立井井下T1—T2 导线边的T1 点安置陀螺全站仪，测定T1—T2 边陀螺方位两个测回；又到主斜井下KZ4′-KZ5 边，在KZ4′点安置陀螺全站仪，测定KZ4′-KZ5 边陀螺方位两个测回，再返回地面近井点E002 安置陀螺全站仪测量E002—E003，测定其陀螺方位两个测回。

2.3.2 高程导入

本次采用光电测距仪导入高程。用光电测距仪传递高程时，加工了专用的支架，使光电测距仪的视线竖直向下瞄准井底的棱镜，测量出垂直距离。再用全站仪测出地面高程基点（本次为地面钢丝）与测距头间的高差，及井下高程基点（T1）与井底棱镜之间的高差，从而求算得T1 的高程。工作原理如图1。

图1 光电测距仪导入高程工作原理

2.4 井下贯通测量

井下的贯通导线分别从回风立井K5 和J1 点开始，如图2，沿副斜井导入至集中轨道大巷和井底绕道车场及西轨道大巷，全长约3.1 km。利用全站仪按地面的控制测量方法布设 7″级导线网施测到F009 点，采用TOPCON 332N 2″防爆型全站仪三架法进行观测，到贯通相遇点K 进行联测，按照《煤矿测量规程》进行井下控制导线测量。

图2 贯通方案示意图

3 精度分析

贯通测量工作包括地面近井点控制测量、地面连接测量、立井定向、导入标高测量以及副立井与回风巷道的贯通测量。因此根据设计的贯通相遇点K，分别对其在水平重要方向和高程上两个方向的偏差进行预测，检验贯通测量方案设计的可行性。

3.1 贯通相遇点K 在水平重要方向的误差预计

贯通相遇点在水平方向的误差主要由地面控制测量、定向测量、井下导线测量及量边误差引起的。

地面采用GPS 进行平面控制测量，布设E 级精度近井点，固定误差为10 mm，比例误差系数为2×10-6，近井点连线与贯通重要方向的夹角为α，则地面控制测量误差引起的贯通相遇点K 在x'方向的误差为：

3.2 贯通相遇点K 在高程上的误差预计

综合上述偏差预计结果可以看出，李家楼煤矿贯通测量在水平重要方向和高程上的偏差都在贯通允许范围之内，满足该矿区副斜井与回风立井贯通测量的设计要求。

4 贯通后实测精度分析

贯通测量工作通常都要独立进行两次、三次甚至更多次，以便积累更多资料进行精度分析，可以指导正在实施的贯通工程，以判断原预计方案的可行性。

可见，最终的贯通实际误差小于贯通预计误差，这是因为依据实际测量精度的评定和误差预计。尽管根据多次成果来评定，但只能估算出贯通偏差大小出现的可能，并不能给出实际贯通偏差的准确数值。

5 结论

（1）从误差预计值的大小可以看出，引起水平重要方向上的贯通误差的诸多因素中，井下测角误差和定向误差是最主要的误差来源。在引起高程测量误差的诸多因素中，井下三角高程测量是最主要的误差来源。

（2）在重要井巷的贯通工程前，根据测量方案最优、测量方法合理、预计误差小于容许偏差的原则，做贯通测量的误差预计，作为施测的依据。井下高程点和导线点的高程，在主要水平巷道中，应用水准测量方法确定。井下基本控制导线一般每隔1.5～2.0 km 应加测陀螺定向边，改建井下平面控制网，以提高其精度。

（3）贯通的实测资料的精度分析尽管根据多次观测数据评定计算，由于数据较少，评定结果不十分可靠，但在一定程度客观地反映了实测成果的质量，有利于在贯通测量的施测过程中及时掌握各个环节，同时可以积累矿井贯通实测资料，为将来的贯通误差预计提供更准确的预计参数。