煤矿特大型贯通测量探讨

马 菲

(西山煤电集团有限责任公司，山西 太原 030053)

随着煤矿开采发展，矿井建设规模和标准提高，井巷工程越来越复杂。为满足通风、运输，安全规程等需要，降低工人劳动强度，矿井需要完成7 km以上的特大型贯通，同时满足测量精度高、工期短、贯通点特殊等特点[1-2]。文中结合西山煤电集团4个特大型贯通案例，提出特大型贯通控制系统建立、方案设计、测量施工等过程中的经验和方法，以及保证贯通的安全技术措施。

1 前期准备

1.1 重新建立相关的地面控制系统

近年特大型贯通均要求时间紧、精度高、贯通难度大。由于导线距离长，确保地面控制系统的精度十分重要[3]。实际工作中，可采用山西省建立的CORS基站中三个C级GPS点作为起始数据，采用GPS静态定位模式对相关近井点进行控制测量，建立高精度的地面控制系统。

1.2 人员投入和仪器设备

人员和设备是贯通工程的关键因素。日常的测量人才培养至关重要，特大型贯通需要选拔配备最好的人员，并且保证人员数量。由于常规的仪器设备不能保证工程精度要求，个别矿井的仪器设备不能满足要求, 必须配备满足工程精度的仪器，必要时可以考虑租赁先进仪器。贯通测量开始前，让专业的鉴定机构对仪器设备进行一次鉴定，测量技术人员及时检测仪器设备，发现问题及时解决，避免因仪器影响贯通精度[4]。

2 特大型贯通测量设计方案

2.1 贯通点的选取

矿井依据生产设计，制定施工计划，在满足生产要求的条件下，贯通点尽可能选择在巷道的交叉口处等最佳位置，避免坡道贯通、相向贯通等人为规定贯通位置[5]。

2.2 编制贯通测量设计

矿井按照施工计划和井巷的用途、类型及运输方式确定水平方向容许偏差和竖直方向容许偏差，初步选取导线级别，制1∶2 000的巷道贯通工程平面图，分析绘底板等高线，预设基本控制点和导线边长，确定导线总长度。选择测量坐标和高程的方法和仪器，预计贯通点在水平和竖直方向上误差，如满足贯通允许偏差，即可确定导线级别。通常在合适的地点还应该加入陀螺定向做加强边。

2.3 贯通测量设计的论证与批复

对于特大型贯通设计，西山煤电公司组织内部专家召开技术会论证，并出具批复意见。公司特大型贯通导线测量均采用徕卡2″级防爆型全站仪，按5″导线精度施测，水平角观测限差符合表1要求，水准高程测量的较差不应大于50 mm。R为高程点间的线路长度，以km为单位，光电测距三角高程垂直角、边长各项互差的限差规定符合表2要求。

表1 水平角所采用的仪器及观测限差要求

表2 光电测距高程垂直角、边长各项互差的限差要求

3 特大型贯通测量施工

3.1 地面控制点选取和建立井下联系控制系统

选取最佳的联系测量路径把地面控制准确、高效地传导到井下控制，是确保井下起始控制点精度的关键。结合西山煤电公司的贯通案例，选取风速小、无边坡、通视条件好的巷道实测5″级导线进行联系测量。遇风速干扰较大的巷道，使用地面投点或三架法进行测量，在风速较低位置的巷道顶板设置永久导线点，作为基本控制点。

3.2 井下导线测量

导线点一般设在稳固的碹顶或巷道顶板的稳定岩石中，并每隔300～500 m设立一组永久点。独立施测导线3次，采取挡风措施减少对中误差。施测边长尽可能长而均匀，减少测站数，降低测角误差。高程测量可采用四等水准往返测量和光电测距三角高程对向观测。施工中，按规范和设计要求及时测量和复测，测量数据三人对算。角度计算严格平差，边长改正计算加入气压、温度、仪器常数、倾斜及投影改正。在遇观测条件理想的区域，尽可能提高导线精度，使导线具有一定的精度冗余。

3.3 陀螺定向

西山煤电公司的特大型贯通测量，需要使用陀螺仪跟踪逆转点法做加强边，以检核导线坐标方位。在施测量过程中，在巷道两边每隔1 500 m各加测了一条陀螺定向边，选择相同设备，相同人员，尽量减小影响因素，每条边均完成了2个独立的定向，并参与导线平差。

3.4 中腰线的标定

中腰线点成组设置，每组至少布设3个，巷道中腰线点间距以不小于5 m，最前的中腰线点至掌子头的距离控制在30～40 m内。新开口巷道中线用全站仪标定，掘进4～8 m时，必须检查或重新标定；巷道每掘进30～100 m，延测一次巷道中腰线。

4 特大型贯通案例分析总结

4.1 斜沟矿18503工作面贯通

斜沟矿18503工作面胶轮车运输巷和胶带巷均为7 100 m，切眼280 m，贯通点位于胶带巷与切眼交叉处，属于导线长度超过14 km的超大型贯通。在实际测量中，由于通风、运输等因素，需要在两条巷道之间开3条联络巷。经方案优化，每1 800 m施工一条联络巷，每条联络巷贯通后进行导线联测、平差后，再继续施测导线，使贯通分解成为4个不超过4 km的大型贯通。实际贯通误差在水平面方向为296 mm，竖直方向为187 mm。

4.2 古交运煤通道贯通

古交运煤通道东起东曲矿，西至古交兴能电厂，全线贯通后作为一条胶带运输大巷，直接把东曲矿电煤输送至屯兰电厂，巷道全长7 158 m，导线长度8 475 m。由于属于两井非沿导向层特大型相向贯通，起始控制导线点地处两处，实际工作中在起始地重新建立相关的地面控制系统，布设了D级GPS控制点，地面GPS控制测量前后施测、补测七次。独立施测5″级基本控制导线5次，导线点均选用施工导线点，以方便对施工导线的检查。在巷道两边各加测陀螺定向边，参与导线平差。井下高程测量，倾角小于8°时，选择水准测量。倾角大于8°，选用光电测距三角高程测量。光电测距三角高程测量与导线测量同步，按照四等水准进行往返测量，并独立施测两次。实际贯通误差在水平方向上的偏差值为256 mm，在竖直方向上差值为127 mm。

4.3 官地矿南五胶带巷贯通

官地矿南五与黄冶采区贯通属于两井沿导向层贯通，南五胶带巷和回风巷相距15 m，同时在两井间贯通，实际工作中在起始地重新建立相关的地面控制系统，布设了D级GPS控制点。由于工期和施工队伍限制，需要提前完成胶带巷贯通，形成特大型相向贯通。为保证精确贯通，两支队伍在两个采区施工南五胶带巷和回风巷，在均施工一半后，两条巷道之间施工联络巷，完成联测、平差后，把误差消除到联络巷。再由施工回风巷的队伍重新开口，施工胶带巷，降低贯通难度。实际贯通误差在水平方向上的偏差值为284 mm,在竖直方向上差值为188 mm。

4.4 马兰矿南八南九运煤大巷贯通

马兰矿南八南九运煤大巷贯通横跨910南大巷、南一采区、南五下组煤采区、南八南九胶带机运输大巷，涉及井巷工程繁杂，时间跨度大，导线距离11 219 m，为同一巷道相向贯通。马兰矿为瓦斯突出矿井，风大、导线有若干短边，严重影响测量工作，很难提高精度。导线布设为闭合形，贯通两边起始控制点相同，无需重建井下控制系统。由于工期、通风能力等因素，贯通点人为规定在南八南九胶带机运输大巷中间，形成特大型相向贯通。在实际工作中，对已有巷道和现施工巷道均独立施测5″级基本控制导线2次。在测设过程中，遇短边或风速较大等观测条件不佳时，采用底板点，三联架法观测，减小因短边及风速较大产生的对中误差，保证导线测量精度。在巷道两边各加测了一条陀螺定向边，参与导线平差。此外还利用照准导线点线绳顶端独立传导角度2次，参与角度计算，进一步减小风速的影响。通过放大导线边长、增加独立观测次数、短边增加对中测回次数、加测陀螺边、测量成果平差等技术手段，最终实际贯通误差在水平方向上的偏差值为298 mm,在竖直方向上差值为192 mm。

4.5 保证特大型贯通采取的安全技术措施

为保证顺利贯通，必须制定安全技术措施，才能保证实现高精度贯通。

1) 必须尽可能提高地面控制、井上下联系测量、井下导线的精度, 否则难以实现特大型工程精确贯通。

2) 在测设过程中，遇短边或风速较大等观测条件不佳时，应采用底板点，三联架法观测，减小因短边及风速较大产生的较大对中误差，保证导线测量精度。

3) 为提高精度，避免粗差，最好在贯通巷两端加测陀螺边定向边。

4) 在贯通工程平面图上及时填绘工程进度，检查测量精度和错误。

5) 实测前必须对已知点进行检查测量，确定点位是否位移，测点是否正确，确认符合规定限差后方可使用。

6) 在测设过程中条件不佳时，应采用底板点、三架法，增加对中测回次数，保证导线测量精度。

7) 及时送发开口、中腰线、停掘等通知单，贯通距离剩余60 m时送发贯通警报。贯通距离剩余30 m时，要求施工队组务必沿中腰线方向施工探眼。待探眼打通，核实贯通处偏差，采取相应技术措施后方可进行贯通作业。

8) 在巷道掘进过程中，应该按照《煤矿测量规程》规定，出现巷道联通或施工超过2 000 m进行导线联测，平差优化。