煤矿井下巷道贯通测量技术方案及效果

陈静娴

（晋能控股煤业集团地测勘探有限公司，山西 大同 037003）

巷道贯通测量技术在井下测量工作中起重要作用，测量方案的选择和测量参数的确定，直接影响贯通测量质量的好坏。 同煤集团北辛窑煤矿曾因测量误差太大导致巷道贯通失败，给矿井的安全生产造成巨大损失[1-4]。 因此，在巷道贯通测量中，要提前预计巷道贯通的误差，制定合理的贯通测量方案，控制测量的误差，确保巷道贯通的质量。

1 地质概况

同煤集团北辛窑煤矿矿井的设计生产能力4.00 Mt/a，服务年限为54.4 a。 采用斜立井单水平混合开拓方式[5-6]。一采区位于井田的东北部，区内地形东高西低，西部标高为+1 265 m，东部标高为+1 470 m，最大相对高差为205 m。 目前矿井主要开采的是2#煤层，煤层的上限标高为+1 166.878 m，下限标高+680 m。其中8102 回风巷1 段已结束开采，现从8102 回风巷2 段向8102回风巷1 段继续进行掘进，直至两条巷道完全贯通，贯通的总长度为182 m，巷道掘进过程如图1所示。

图1 巷道掘进

2 贯通测量方案设计

2.1 测量方案

为了确保巷道贯通的精度达到要求，起算资料从一采区辅运大巷永久导线点开始，以永N13点作为导线起始点，永N13 和N14 方位作为导线起始方向，采用全站仪仪器进行测量[7-8]。 按照7"级基本控制导线的设计要求，对8102 回风巷的导线进行多次反复测量，选择测点确保各测点之间的通视条件以及在测点点位区域内顶板支护效果，各测点之间的通视距离基本相等。 开始测量要及时跟进，了解巷道的掘进方向，距离巷道贯通还有100 m 的距离时，根据导线点的精度要求，调整贯通方向，直到实现巷道贯通为止。

2.2 导线测量

按照《煤矿测量规程》[9-11]，井下巷道导线点的测量等级为7" 级，工作面至导线点的测量等级为15"级，采用三角架法测量如图2 所示。 选用精度标准为1 mm+1 ppm 的R-422 防爆全站仪，配套3个三脚架、2 套棱镜和基座、3 把不锈钢卷尺。 全站仪的误差为1 mm，每增加1 km 的测量距离，误差会相应增加±1 mm。 根据井下巷道的实际情况，进行支导线测量，在具备布设导线条件时，进行布设。 布设导线点的原则为：点位尽量选择在安全、便于观测、不影响生产的位置，边长为20～400 m，尽量选择长边，如果受条件限制选择短边时，要在短边上多次测量水平角对中取均值。 井下导线按照复测支导线的形式进行布设和测量，在进行导线延长前，要先检查上一个导线站的测量数据，待合格后再进行延长。

图2 三脚架测量

具体的7"级导线作业要求如表1 所示。

表1 7"级首级基本控制导线技术指标

在对井下导线边长进行测量时，首先校正全站仪的精度，便于及时测出现场的温度、湿度以及井内气压等数据，并对每次测出的数据进行改正，避免因数据不准确而造成不必要的误差。 对每条测边进行2 次测量，单独边长的测量限差为±15 mm，同边长的测量限差为1/6 000。 在测量过程中，要保护全站仪，注意巷道顶板淋水和矸石，确保人员和仪器的安全。

8102 回风巷道测量时，对陀螺边的导线点进行多次反复测量，确保测量精度达到要求。 每向前推进500 m，进行一次导线延长，在延长导线前，先对最前方导线点的误差进行校验，使其水平角数据误差在15"以内。

由于回风巷道有80°以上的坡度，在测量时采用三角高程测量方法。 其中，三角高程测量的垂直角误差小于15"，在观测前和观测后分别对观测仪器的仪器高和觇标高进行一次测量，两次测量的误差在4 mm 以内，取平均值后得到测量结果。 相邻两个观测点的往返高差误差在10 mm+0.3 mm×L以内，三角高程导线的高程闭合差小于±100L是导线长度），取往返测量值的平均值后，得到最终测量结果。

2.3 高程测量

8102 工作面进行导线测量的同时进行高程测量，采用光电测距三角高程的方法，测量前和测量后2 次独立测量得到仪器高及测点高，当测量互差小于4 mm 时，取2 次测量的平均值为内业计算基础数据。 根据《煤矿测量规程》规定可知，光电测距三角高程闭合差表达式为[12-13]：

式中：L 为导线总长度，m。

二是加快完善流域水利规划体系。进一步完善流域综合规划体系，海河流域综合规划获得国务院批复，独流减河口综合整治规划治导线调整报告、拒马河流域综合规划通过水规总院审查，流域水中长期供求规划、滹沱河、蓟运河、滦河等工程规划取得阶段性成果。

根据导线测量作业，取L 为1.93 km，计算出高程限差为±139 mm。 在巷道贯通后及时进行闭合测量，经计算实测高程闭合差为110 mm，符合规程规定，满足生产要求。

3 贯通精度分析

3.1 误差预计

8102 工作面回风巷道贯通测量内容包括导线测量和高程测量，因此在进行误差分析时，只对导线测量和高程测量进行误差预计分析。

在进行误差预计分析前确定误差参数，结合现场实际情况，对8102 工作面回风巷道采用宾得R-422 全站仪进行贯通测量。 贯通测量误差参数确定方法: 测角中误差为±7″，井下光电测距中误差为2 mm+2×10-6×L，L为导线长度。其他参数或限差按《煤矿测量规程》相关要求执行。

3.2 精度分析

8102 回风巷道1 段和2 段完全贯通后，进行贯通误差计算，并对测量结果进行精度分析。 角度闭合差的容许误差按公式1 进行计算：

式中：n 为导线测量站的总数。

经过计算，理论上角度闭合差的容许误差为±85″，而实际测量的角度闭合差为-16″，小于闭合差容许误差，可以满足相关精度控制要求。

根据理论计算结果，通过现场试验实测，巷道贯通坐标增量的纵向闭合差为+56 mm，横向闭合差为-26 mm，导线全长闭合差为±61.7 mm，求得导线全长的相对闭合差为1/100 016，小于规程要求的1/8 000。 巷道贯通高程误差闭合差为±139 mm，高程闭合差容许误差为±248 mm，巷道贯通高程误差闭合差小于高程闭合差容许误差。

4 应用效果

为提高井下贯通测量精度，采用以下措施：

1）测量技术及仪器。 巷道贯通测量是一项复杂的工作，首先在仪器选择方面，要充分考虑所选仪器自身是否能满足贯通测量的精度要求，选用的R-422 高精度全站仪，仪器自身精度为1″级，能满足井下导线贯通测量的高精度要求。 在井下导线测量过程中，对回风巷道陀螺边进行复测，进一步降低测量误差，提高测量精度。

2）原始数据及起测数据。 为了避免因起测点数据出现错误而造成的误差，在进行测量前，先对起测点进行实地检查，确保起测点完好没有遭到破坏，并对起测点进行复测，通过与原始数据对比，确保精度能达到要求。

3）数据计算。 对测量数据进行计算时，要保证2 次以上的独立测量计算，不同的人员对数据进行计算，确保贯通测量中导线成果的可靠性。

4）测站距离。 在测量过程中，测站距离要尽量长，可以使用三架法来降低仪器的对中误差，在巷道转弯处，需要前视人员提前对测站位置进行规划，避免前后测站之间视距相差过大而造成的误差。

在对8102 回风巷1 段和2 段进行巷道贯通测量时，严格按照要求施测。 通过贯通精度误差分析，所设计的贯通方案满足需要；在设计位置贯通后，对贯通误差进行现场测量，巷道贯通的横向误差为-140 mm，纵向误差为+63 mm，高程误差为+110 mm，巷道贯通精度较高，能满足使用要求。

5 结论

为实现同煤集团北辛窑煤矿8102 工作面回风巷1 段和2 段的顺利贯通，根据工作面的地质条件，设计贯通测量方案，并对贯通测量精度误差进行分析计算，结果如下：

1）巷道贯通高程误差闭合差为±139 mm，高程闭合差容许误差为±248 mm，满足高程精神限差要求；实际巷道贯通的横向误差为-140 mm，纵向误差为+63 mm，高程误差为+110 mm，巷道贯通精度较高，能满足使用要求。

2）巷道已实现顺利贯通，保证了工作面的正常生产接替。