黎伟明

(甘肃靖远煤电股份有限公司，甘肃 白银 730910)

魏家地煤矿位于甘肃省白银市平川区东南约10 km，生产规模300万t/a，总面积为21.20 km2，井田地处魏家地盆地东南部，盆地多为低矮黄土丘陵区。矿井采用立井开拓，中央分列式及对角式混合通风方式。为了解决东二采区开采时的通风困难问题，在矿井东翼新建一回风立井(东二回风立井)，设计与东二采区管子道贯通。为保证巷道贯通精度，通过优化测量设计方案，进行误差预计[1]，同时采取有效措施控制地面GPS测量、井上下联系测量和井下导线测量的精度，确保了精准贯通。

1 工程概况

东二采区管子道和+980回风大巷由甘肃煤炭第一工程有限责任公司魏矿项目部施工，其中+980回风大巷用于东二采区总回风，设计为半圆拱型断面岩石巷道，采用炮掘锚网喷支护方式，设计工程量215.0 m，断面宽4.8 m、高3.9 m、方位314°00′00″、坡度-4‰；东二采区管子道用于安装供水、排水、压风、注氮管路，于 2019 年 3月 28日开始掘进，为半圆拱型断面岩石巷道，采用炮掘锚网喷支护方式，设计工程量326.5 m，断面宽3.6 m、高3.2 m、方位134°00′00″、坡度+22°.两条巷道相向掘进，贯通总长约4 023.5 m，贯通存在着井筒涌水量大(15 m3/h)、风速高(6.32 m/s)，且导线多布置在上、下山巷道，短边多通视距离短等问题。

2 贯通方案设计与实施

2.1 贯通测量方案设计

为了提高巷道贯通质量，对本次测量方案进行深入的研究对比，并结合矿井实际，制定了以下4种方案。

1) 地面GPS控制网布设。东二回风立井周边附近有D1、D2、D3三个 D 级GPS 矿区控制点，其中D3点位于东二回风立井正北的山顶上，距东二回风立井一百余米；主副井工业广场内有一个F3控制点，与主副井井口及周围均不通视。由于该区域地形复杂，导线测量工作难度大、精度要求高且有误差积累传播的明显缺点，不宜在地面布设导线测量控制方案。周行礼等[2]通过应用GPS技术确保了两井间的贯通，因此，地面平面控制测量采用E级静态GPS控制网布设。

通过GPS仪器进行同步观测，经基线解算、约束平差等解算出主井井口近井点“J1”“J2”2个E级GPS控制点。地面GPS控制网示意如图1所示。

图1 地面GPS控制网示意

2) 地面水准测量。利用D3三等水准点作为起算依据，从东二回风立井井口经简易公路沿铁路线至主井测设四等水准线路，并在东二回风立井、主井附近布设四等水准点作为高程基准。

3) 井上下联系测量。东二回风立井、主井平面联系测量选用规格为D2 mm的钢丝和60 kg圆盘式砝码的垂球进行投点完成；高程传递在保证精度要求的前提下,为了提高测量工作效率，在进行连接点平面联系测量时,一并进行光电测距三角高程测量,把联系测量的地表高程基准测设在连接点上,利用钢尺法进行高程导入。

4) 井下控制测量。胡嘉权等[2]通过应用陀螺全站仪测量技术，减小了矿山贯通测量的偏差值。因此，参照陀螺定向技术分别在东二回风立井、主井井底布置两条定向边，作为井下导线测量的起始边，向管子道贯通点布设，由于主井距管子道贯通位置有约4 km远，且巷道布置的限制，从主井到管子道贯通点西侧的导线有许多短边，所以在管子道口增加了一条陀螺定向边。井下控制测量线路图如图2所示。

图2 井下控制测量线路图

2.2 贯通方案实施

2.2.1 地面控制测量

地面E级GPS静态控制网采用5台海星达iRTK5 GPS进行同步观测，每个时段观测时长大于40 min.用随机附带的中海达HGO软件经基线解算、约束平差等解算出主井井口近井点J1、J2的平面坐标。

本次地面四等水准路线测量采用 DSZ1自动安平水准仪,共施测水准4 539.24 m.在东二回风立井侧由于D3到东二风井井口地表地形起伏过大,用光电测距三角高程连测D3至井口、转4点的高差。整体测量成果用GPS拟合高差进行检核，同时与原测成果进行了对比分析，数据无误后取水准测量数据解算东二回风立井井口点高程与主井口J3与J1点高程。地面水准控制测量示意如图3所示。

图3 地面水准控制测量示意

2.2.2 联系测量

立井联系测量工作分为井口与井底连接测量、立井井筒联系测量、井下起始边方位角测量即陀螺定向测量三部分。

1) 井口平面连接测量。D3点位于东二回风立井正北山顶上，距东二回风立井约130 m，与东二回风立井井口通视良好，作为近井点建立东二回风立井联系测量的连接点；主井在J1点架设全站仪，J2点为后视点，以地面一级导线精度4测回测设J3点，作为投点与导入高程用的井口连接点。测量仪器均采用2″+(2+2×10-6)精度级的SET1130R全站仪，测回法以两次对中两测回进行 7″级光电测距导线测量，距离测量时照准目标一次读数一次，读数互差限差±2 mm.

2) 井底平面连接测量。在东二回风立井、主井口上方横档处分别焊接承重钢梁，在钢梁上固定下放钢丝与钢尺的滑轮，焊接的钢梁要防止移动，固定的滑轮要保证位置不会滑动，并在井口地面上固定下放钢丝和钢尺的小绞车。当下方下放钢丝后，经加配重、水筒稳定后，下放信号圈进行钢丝自由悬挂检查，带钢丝摆动进一步稳定进行观测。在连接点上应用 2″级的SET1130R全站仪，用测回法进行连接角的测量。在连接点上的水平角观测，仪器每次对中时转动仪器基座 120～180°.连接边用光电测距，用钢尺丈量大数比长以免出错。同一边读数互差不超过±10 mm，测回间互差不超过±15 mm，在一定的时间间隔连续观测4～8个读数，取其平均值作为观测终值。

3) 井筒高程联系测量。在井上下平面联系测量结束后，将钢丝上收，并下放钢尺进行导入高程测量，井上下同时进行。下放钢尺稳定后，按图4、图5形式使用NA2水准仪进行高程联系测量。读取水准尺上的读数与视线在钢尺上的读数。在井下在T1点立水准尺，在 T1点与钢尺之间架设水准仪，读取水准尺与钢尺上的读数。高程联系测量独立进行三次，每次将钢尺升降10 cm.

图4 高程联系测量地面竖直方向布设示意

图5 高程联系测量井下竖直方向示意

4) 陀螺定向测量。井下基准边坐标方位角的测定，采用 20″级的索佳GP1陀螺全站仪，以中天法独立定向二次来测定基准边的坐标方位角,定向前后在地表各测量仪器常数Δ两测回,即采用“2-2-2”方式来进行方位角测定。东二回风立井井下定向基准边受成巷长度限制只有17.5 m，对确保联测精度不利因素，在管子道口加测一条基准边,经检测性连测两条边的陀螺定向坐标方位角附合差±13″，优于限差要求。

2.2.3 井下控制测量

主井井下7″级导线用徕卡TS15全站仪从中央石门的陀螺边T2、T3开始，用T2—T3的方位为起始方位、T3点的坐标为起始坐标，按测回法经过中央石门、北一轨道石门、东翼轨道下山、东翼+900轨道大巷、东二轨道石门联巷、+900轨道石门、管子道；东二回风立井井底用陀螺边F1—h1的方位为起始方位、h1点的坐标为起始坐标，经+980回风大巷、管子道，最后在管子道贯通，导线全长4 023.54 m.

3 贯通测量误差预计

为了掌握测量方案是否满足巷道贯通测量精度和施工工程的要求，对巷道贯通点的误差进行预计。根据《煤矿测量规程》要求，绘制了一张贯通测量导线设计图，比例尺1∶500，并在图上建立了坐标系，Y轴沿巷道走向，标注设计导线点位置。如图6所示。

图6 贯通误差预计示意

3.1 贯通相遇点K在平面上误差预计

X轴是平面上贯通重要方向，根据已施测方案共测定三条定向边，为提高贯通精度，分别计算三条定向边测角误差引起K点在X方向上的误差预计。K点与各导线点的连线在贯通面上的投影长度,可从贯通测量导线设计图CAD软件上量取，取值到0.001 m，由三条定向边引起的各导线点在贯通面上到K的投影长度平方的和如表1所示。

表1 Dy数据

把表1数据，分别代入误差预计公式(1)：

(1)

计算出三条定向边引起K点在X方向上的误差预计如表2所示。

表2 重要方向误差预计

3.2 贯通相遇点K在高程上误差预计

高程误差预计，根据公式(2)：

(2)

式中：mh为高程预计误差，m；mΔ为测段路线往返测高差不符值计算的每公里的高差中误差,m；L为测量路线全长，m.

计算出地面水准测量路线和井下三角高程测量预计误差如表3所示。

表3 高程误差预计

因此，K点在高程上预计中误差±0.056 m，预计误差为±0.112 m，满足《煤矿测量规程》高程上的误差预计小于0.2 m的要求。通过以上在重要方向和高程上预计误差分析，按照该方案进行贯通测量，可以保证贯通偏差值符合相关规定，该方案可行。

4 贯通精度

巷道贯通后，测量技术人员第一时间赶往现场测量实际贯通偏差值，通过导线连测，贯通点与H3点的坐标闭合差为△X=-0.194 m，△Y=-0.006 m，△H=-0.124 m，方位角闭合差为0°00′52″。即贯通导线在重要方向上的误差绝对值0.194 m，小于误差预计绝对值0.272 m，反映出在平面上贯通精度较高，完全符合《煤矿测量规程》的要求，满足生产需要；贯通在高程的误差绝对值0.124 m，大于误差预计绝对值0.112 m,但在允许误差范围之内，符合《煤矿测量规程》，说明在立井间贯通测量中，通过不同测量方法导入高程进行闭合，偶然误差是存在的，因此在立井高程导入时，要引起高度重视，在不利的施测条件下，采取有效的措施减小误差。

5 结 语

1) 传统两立井贯通测量，不仅工作量大而且还存在着误差累计的风险，通过地面采用GPS卫星定位、光电测距导线测量，以及在井下采用全站仪、陀螺全站仪、三架法等测量技术减少技术人员的工作强度，提高了地面控制测量精度，为复杂的井上下联系测量减少了误差累计。

2) 通过制定贯通方案，并误差预计其方案的可行性，以及选用可靠的地面、井下控制网是保证测量精度的基础。贯通测量受巷道布置的限制，加测陀螺定向是提高巷道贯通精度的有力保证[4]。

3) 魏家地煤矿管子道的相向贯通精度非常高，远小于预计误差，通过本次贯通测量，进一步增加了测量工程技术人员工作经验，也为类似贯通测量工程的矿井提供一些参考。

4) 东二回风立井联系测量深度726 m，为超大井深立井联系测量，加之井筒中涌水量(15 m3/h)大、风速高(6.32 m/s)，本次立井联系测量采取了单重稳定投点，投点选用规格为D=2 mm 的钢丝，稳点垂球用60 kg圆盘式砝码，并用油筒装水稳定，通过在本次贯通测量应用，减小对中误差，该措施完全可行。