区域矿山建设大型贯通工程测量研究与实践

柏冲能

（云南锡业股份有限公司卡房分公司，云南 个旧）

现代化区域矿山建设系统开拓是大型矿山生产的重要事项，主要表现是井巷工程线路长、规格大，系统相互搭接，贯通工程多等，这些特点对测量工作有非常大的挑战，要求贯通测量设计科学合理，地表及井下按制测量成果资料可靠，精度符合贯通要求，工程指导满足快速掘进需要，最终相向掘进的巷道在设计贯通位置准确贯通。

1 贯通工程测量设计

1.1 工程概述

云锡某分公司运输大巷从选厂附近1 800 m 老坑口改扩建进入，采用无轨运输斜坡道方式开拓，设计主巷约5 500 m，配套工程约1 500 m，设计规格为4.7 m(宽)×4.5 m（高），坡度为-6°，掘进至1 360 m与1 360 中段贯通，其中先要与1 740 m 中段、1 500 m 中段贯通。1 360 m 中段为新建坑口，是云锡区域矿山建设1 360 m 平台的重要组成部分，该平台与相邻分公司贯通，为特大型贯通工程（另一个项目，不再叙述），该工程从坑口到与运输大巷贯通搭接处长约6 300 m，设计规格为4.7 m(宽)×4.0 m（高），坡度+4‰。两坑口地表直线距离7.5 km。由于两坑都从地表扩建和新建，因此需要建立统一的地表按制网。

1.2 贯通测量技术要求

1.2.1 测量技术依据

《云南锡业集团（按股）有限责任公司矿山测量技术规定》《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2001 和《工程测量规范》GB/20026-2007。

1.2.2 主要测量设备配置

南方9600 北级星GNSS 卫星接收天线4 台，GAK1（10″级）陀螺仪经纬仪，（2″级）全站仪4 台。

1.2.3 贯通允许偏差

水平方向：±1.0 m；竖直方向：±0.3 m

1.2.4 测量技术指标

GNSS 测量技术指标（表1）[4],井下平面按制技术指标（表2）[3]，高程按制技术指标（表3）[3]。

表1 GNSS 按制测量技术指标

表2 井下平面按制测量技术指标

表3 高程测量按制技术指标

1.3 测按制点资料分析

按制系统：平面为1954 年北京坐标系，高程为1956 年黄海高程系。

按制等级：集团公司施测了个旧东部矿区GNSS按制D 级网，北部某矿区原有Ⅳ等按制点长山、1420两点为基点，新埋设GLS1、1101、1302、1360、G141、G142 点，中间过渡原有按制点丫口山、小黑山点作检查，再沿伸至南1 360 m 坑口，共17 个点组成按制网，并与国家四等点联测，我分公司在此基础上布设四等红外导线至主要坑口。地面四等红外按制导线施测方法为左右角四测回，垂直角采用中丝法测量四测回。坑口高程按制由国家三等水准点BM020 引测四等水准至近井点。1800 中段一号口M 点四等红外导线测量精度为：测角中误差±2.6"，点位中误差±28.7 mm；高程中误差为：±1.3 mm。

精度分析：由GNSS 测量D 级网成果与原按制成果比较，本地区按制精度可靠、无粗差存在。详见表4。

表4 GNSS 测量成果与原矿山测量成果比较

1.4 贯通测量方案及要求

1.4.1 井下首级平面按制方案

1800 运输大巷以地面近井点M12700，M12701 为起算点和起算方位，1360 中段以近井点G141、G142为起算点和起算方位，按3 秒级导线的精度要求施测。

1.4.2 陀螺经纬仪定向方案

1800 中段运输大巷以M12700，M12701 两点为定向点，1360 中段以G141、G142 两点为定向点测量陀螺仪仪器常数边，按每3～5 km 采用逆转点法观测两个测回，定向边长不得短于50 m 测定陀螺边。

1.4.3 井下首级导线测量

导线技术要求按表2 执行，平均边长300 m，由于井巷工程的特殊性，最短边不得小于20 m，边长9测回，往返互差1：50 000。

1.4.4 井下高程按制方案

1360 中段井下高程水准测量按表3 执行，水准点与导线点同点，水准点间往返变动仪高测量，1800 中段运输大巷斜坡道用三角高程代替水准测量。

1.5 贯通误差预计分析

1.5.1 平面按制误差预计分析

按地表距离为8 公里，GNSS 平差后点位误差在1 mm ～20 mm 之间，十万分之一的精度估算，则地表误差预计贯通点位误差中位数约为[2]:

取2 倍中误差为±0.160 m。

根据使用的测量仪器，贯通误差预计参数确定如下: 井下全站仪导线的测角误差取mβ=±2″；井下光电测距中误差误m=±2 mm+2pp m。陀螺定向误差根据瑞士威特(WILD)厂GAK-1 型陀螺经纬仪定向资料分析，取一次定向中误差mαT=±20″[1]。依据测量方案，井下按制均布设3 秒级按制导线，在3 公里左右加测一条陀螺定向边，则井下导线中误差为:

本次预计误差将整条导线视为等精度导线测量来进行误差预计。误差预计计算结果为：

贯通在水平重要方向上的中误差：M=±0.347 m；取2 倍中误差为：M预=2M=±0.694 m。

在井下两端进行陀螺定向测量，经方位平差再计算导线，导线精度可提高倍，则

水平重要方向上的总中误差为：

1.5.2 高程按制误差预计分析

高程按制从1800 中段运输大巷近井点M12701 联测三角高程至1360 中段近井点G142，既消除系统误差, 又可与GNSS 高程比较检查，测程约9.2 km，电磁波测距获得的三角高程，其精度可以达到四等水准精度，按四等水准高程预计其中误差为：

L——单位为公里

井下高程中误差为：

R——单位为百米

则贯通高程2 倍中误差为：

2 按制导线测量

2.1 巷道工程中腰标定及测量

1800 运输大巷斜坡道由于错车平台及曲线段多，只能标定中腰线指导工程掘进，在历时3 年左右施工周期中，该工程共标定中线腰线145 组，测量施工按制导线点116 个。1360 中段设计坡度一致，曲线段少，工程施工100 m 后采用安装激光指向仪指导施工，每掘进200 m 左右标定一次中腰线和测量施工按制导线，检查工程方向和坡度是否符合设计要求，该工程安装指向仪7 次，标定中线腰线42 组，测量施工按制导线43 个。

2.2 3 秒级按制导线测量

工程每掘进1 000 m 左右测量或复测一次3 秒级按制导线，观测仪器为2 秒级全站仪，观测方法为测回法，技术要求依据表1 执行，左角和右角各测量两测回取算术平均值后，按：（左角）中+（右角）中-360°=Δ 计算。竖直角往返各测4 测回，取算术平均值为观测成果。

距离测量对向各测9 次，取平均值为观测结果。测距边长要进行气象、乘常数、加常数、周期误差改正后化算成测区平距，再将测区平距投影到参考椭球面和归算到高斯平面，最后再进行坐标计算，两工程共测量（复测）按制点74 个。高程和Y 坐标取测线两端的平均值，大地水准面与参考椭球体面的差值取20 m。

观测的垂直角计算水平距离：

式中：K——当地的大气折光系数取通用值0.14，距离归化到参考椭球体面上的长度计算：

归化至高斯平面上的长度按下式计算：

对向观测用经过改正后的斜距求高差后取平均值计算高程：

3 陀螺仪定向测量

在1800 中段运输大巷及1360 中段近井点测量获得陀螺仪常数边，采用逆转点法观测，观测限差按GAK-1 要求进行，舒勒平均值法计算摆动中值，连续观测5 个逆转点，然后在贯通点K 两端各约1 000 m位置进行定向陀螺仪测量。

3.1 陀螺定向每一测回前、后，需测量悬挂带零位值，计算零位改正数，计算式为：

3.2 坐标方位角计算

各水平角改正数计算式：

经计算整理，获得定向成果见表5。

表5 GAK-1 型陀螺经纬仪定向成果

坐标计算：改正后的水平角计算出各边的方位角，然后计算出各点的坐标。

4 贯通联测

工程两端掘进至贯通点约100 m 时，进行导线复测，调整最后两组中腰线，因1800 中段运输大施工进度快于1360 中段，先掘进至贯通点后停止施工，由1360 中段掘进贯通。工程贯通后进行了贯通偏差测量，按制导线闭合测量。

4.1 贯通偏差测量

经现场测量，水平方向上中线偏差为0.368 m，竖直方向上腰线偏差为0.235 m，贯通误差预计基本相符。

4.2 按制导线闭合测量

按制导线坐标及高程闭合于测点M15716 上，方位角闭合于测点M15716 至M15715，获得相关参数见表6。

表6 按制导线闭合测量参数

根据导线联测相关数据可以看出，各项指标均达到或优于规范及贯通误差预计要求，精度较高。

结束语

此工程经过地质环境复杂地段、工作面温度高、涌水大、规格断面大、井下按制导线施测困难、技术要求较高，因此科学的贯通测量技术设计、合理的测量方案、先进合适的测量仪器选择、严格的工程质量管理和验收考核是大型贯通工程按设计要求贯通的保证。