秦凱鋒

（山西沁和能源集團有限公司候村煤礦，山西 晉城 048000）

礦山測量主要為了確保掘進巷道中腰線是否嚴(yán)格按照設(shè)計施工，長距離掘進時根據(jù)施工進度定期延伸中腰線，標(biāo)定新的導(dǎo)線點，對新開口巷道現(xiàn)場標(biāo)定開口位置，根據(jù)各條巷道實測標(biāo)高，及時下發(fā)過巷通知和預(yù)報，是指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)和規(guī)范化管理的基礎(chǔ)技術(shù)工作。 貫通測量是井巷施工的重要環(huán)節(jié)，要求貫通前必須確保精度和偏差符合貫通標(biāo)準(zhǔn)。 但在實際過程中由于人為誤差、儀器誤差與累計誤差，尤其對于長度超過1 km 的巷道超長距離貫通，誤差更大，一旦出現(xiàn)貫通失誤，將對后期采煤工作面的設(shè)備布置，支架安裝，以及皮帶鋪設(shè)等造成嚴(yán)重影響；出現(xiàn)較大貫通失誤時，甚至可能導(dǎo)致巷道在空間層位上和平距上出現(xiàn)較大錯差，造成巷道無法準(zhǔn)確貫通，影響貫通效果[1]。因此，在超長距離巷道貫通中，采取有效措施確保測量精度，順利貫通，具有現(xiàn)實意義。

1 工程概況

1.1 工作面概述

候村煤礦二盤區(qū)205 工作面位于盤區(qū)西南側(cè)，順槽走向長度為4 975 m，切眼沿傾向布置，長度為286 m，屬于大型長距離綜采工作面。 其中，回風(fēng)順槽在掘進至3 976 m 后停掘，同步施工的膠帶順槽正常掘進，至切眼后，與回風(fēng)順槽反向掘進實現(xiàn)貫通。 除工作面上下兩巷與切眼長度外，還有延伸導(dǎo)線進行大巷基準(zhǔn)點導(dǎo)入的閉合測量工程合計超過10.5 km，屬于超長距離閉合測量，對于測量精度控制具有較大難度。205 工作面貫通如圖1 所示。

圖1 205 工作面貫通施工

1.2 貫通測量設(shè)計思路

在開始測量前，先設(shè)定好總體測量標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)參數(shù)，按照《礦山控制測量手冊》相關(guān)要求，設(shè)定此次測量的基準(zhǔn)高程為1956 黃海高程系，經(jīng)緯坐標(biāo)為54 北京坐標(biāo)系，并以高斯投影的第36 帶和108°中央子午線作為基準(zhǔn)。 由于測量預(yù)定線路過長，為減少人員計算和操作失誤的誤差影響，精選五名測量水平熟練的技術(shù)人員實施閉合測量。 具體分工如下：1 人負責(zé)觀測，1 人記錄觀測結(jié)果，2 人站位打前后視，1 人負責(zé)居中協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)。 每人現(xiàn)場操作時各配備手持式對講機，確保通訊暢通，數(shù)據(jù)記錄回傳準(zhǔn)確。

為確保導(dǎo)入到工作面順槽的導(dǎo)線點準(zhǔn)確無誤，首先確保從軌道大巷開始的起始基準(zhǔn)點導(dǎo)線數(shù)據(jù)沒有偏差移動，對原始資料進行實測后數(shù)據(jù)比對。 在驗證起始點坐標(biāo)和高差未受到巷道變形影響后，方可開始按照站點測量[2]。本次測量選用NikonDtm532C 型的誤差精度2″級全站儀，實測精度選擇7″等級。由于受到工作面布置條件的限制，繞道車場、絞車坡和運輸聯(lián)巷等的測點布置無法做到有效的直線連接。 因此，根據(jù)長短邊直線布置要求，測量一共布置47 條邊，共計47 個導(dǎo)線點。

此外，除對軌道大巷永久導(dǎo)線點作為基準(zhǔn)起始點進行原始資料校正外，還需要考慮205 工作面回風(fēng)與膠帶順槽長期受到地應(yīng)力的影響。 巷道支護擠壓變形嚴(yán)重，原定于U 型鋼梁上的導(dǎo)線點隨著支護變形，也會產(chǎn)生高程和坐標(biāo)的偏移，造成與原始數(shù)據(jù)之間的誤差。 所以，在測量過程中如實記錄實測數(shù)據(jù)，并與原始資料進行比對，避免數(shù)據(jù)直接拿來復(fù)核運用，造成人為誤差失誤，影響巷道貫通。

2 貫通測量實施方案

2.1 閉合導(dǎo)線測量

在使用尼康全站儀進行井下基準(zhǔn)點起始測量時，首先校準(zhǔn)第一條起始邊的精準(zhǔn)度，尤其需要將基準(zhǔn)點坐標(biāo)和高程與原始資料進行數(shù)據(jù)比對，查驗有無受到巷道擠壓變形造成的數(shù)據(jù)誤差；在確認無誤的前提下，才開始下一步的控制點測量。 在井下采用7″導(dǎo)線精度進行施測，利用水平角對相鄰導(dǎo)線點之間進行兩個測繪閉合驗證，利用垂直角驗證一個測回，測量兩次控制點邊長，且要求所有測量數(shù)據(jù)符合允許誤差精度標(biāo)準(zhǔn)。 在高程角度測量時氣泡允許偏差不得超過一格；選用棱鏡法測量時，水平角測量時要將視線對準(zhǔn)懸掛的線繩；對豎直角和測距時則要對準(zhǔn)棱鏡的中心。 在進行實際測量觀察時，為減少累計誤差影響，應(yīng)盡量延長控制導(dǎo)線點的測量邊長，并根據(jù)頂板穩(wěn)定條件和巷道變形情況設(shè)置巷道內(nèi)的永久導(dǎo)線點作為基準(zhǔn)點，便于后期測量施工減少工程量[3]。此外，為減少測量誤差因素的影響，還通過利用擋風(fēng)板減少巷道內(nèi)風(fēng)流對測量對中誤差的影響，盡量加長實際施測邊長以減少測站數(shù)，從而減少測站累計誤差和工程量增加產(chǎn)生的測量和計算誤差。 角度計算時，采用加權(quán)平均法，對邊長計算的修訂要考慮溫度、儀器加乘常數(shù)以及氣壓等的影響；測量結(jié)果修正后，采用光電測距的方法對支導(dǎo)線進行再次核算，得出最終結(jié)果，如表1 所示。

表1 測量校正指標(biāo)

2.2 高程測量

煤礦井下各基準(zhǔn)點的測量，必須以地面基準(zhǔn)測點的標(biāo)高與坐標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，然后通過井上下聯(lián)系測量進行校正核準(zhǔn)，再以同一黃海高程為標(biāo)準(zhǔn)進行測量。 通常采用的測量方法是三角高程法，通過對兩個垂直角進行測回，測出斜距后再量取儀器精確高度。 在每組水準(zhǔn)點之間各往返測量一次，為避免誤差影響，應(yīng)測兩遍儀器高，互差要求不大于3 mm，且往返測量時的允許誤差值不得超過水準(zhǔn)點之間路線長度的±50 倍，水準(zhǔn)測量高差互差小于限差時，取往返值的平均值[4]。 測量之前必須確保儀器檢驗合格，測量結(jié)束后測量結(jié)果要求兩人單獨核算。

3 誤差值的分析校準(zhǔn)

由于本次測量施工是在膠帶順槽里側(cè)，需要從回風(fēng)順槽經(jīng)過切眼直到反掘巷道進行閉合測量，路線較長，且剩余貫通距離超過1 km，以貫通點設(shè)定K作為坐標(biāo)原點，沿205 工作面回風(fēng)順槽反向測量方向作為X 軸水平方向，與X 軸垂直方向設(shè)定為Y 軸方向，由此建立坐標(biāo)系統(tǒng)。 根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》中的規(guī)定，當(dāng)井下采用7″導(dǎo)線測量時，可取mβ=±7″，測角取兩次數(shù)據(jù)，從而得出導(dǎo)線的測角誤差水平軸上K 點發(fā)生的變化誤差Mxβ，將實測數(shù)據(jù)代入公式（1）中，可得：

此外，井下采用電磁波對導(dǎo)線量邊進行測距，再由獨立兩次的量邊測量校準(zhǔn)其觀測精度Md，根據(jù)公式Md=±（2+2×10-6×d）mm，可得出測距誤差值，再由井下的導(dǎo)線點量邊誤差求得K點的X軸線上水平方向誤差Mxd，得到公式（2）：

綜上求得K點沿水平軸X方向上的累計總中誤差Mxk，按照公式（3）計算：

由上公式得出K 點的水平軸總中誤差為±0.142 m。 所以，取K 點在X 軸線上的兩倍中誤差進行貫通誤差預(yù)計，可得出Mx預(yù)計=2Mxk=±0.248 m，比實際的標(biāo)準(zhǔn)允許誤差0.3～0.5 m 要小。 所以，根據(jù)計算驗證，貫通點在水平軸X 方向上的預(yù)計誤差滿足測量精度和允許誤差的范圍要求，可以確保準(zhǔn)確貫通。

4 測量內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的分析整理

4.1 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理

對于超長距離巷道的貫通測量，需要多次反復(fù)測量，得到多組數(shù)據(jù)后進行分析比較，從而反算測量誤差，查找出最佳的測量數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)精度。 本次對于205 工作面兩巷貫通的測量主要采用多次獨立測量，對測角和量邊數(shù)據(jù)進行不少于兩次的復(fù)核，并對中誤差值進行驗算。 根據(jù)驗算結(jié)果與規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行比對，查驗是否超出誤差影響范圍，從而得到較為準(zhǔn)確的貫通數(shù)據(jù)。

4.2 測量結(jié)果驗證分析

根據(jù)前期測量貫通數(shù)據(jù)對巷道掘進的指導(dǎo)，在巷道實現(xiàn)順利貫通后，又再次對貫通點的坐標(biāo)與角度進行了閉合測量。 主要測角閉合公式按照下式：

∑β=180°×（n-2）=8 100°

fβ=8 100°-8 099.982 5°=0.017 5°（實測誤差）

fβ=±14″×=959 791″=±0.026 6°（允許誤差）

得到的結(jié)果，實測誤差為0.017 5°，小于允許測量誤差值0.026 6°，滿足誤差精度要求。

根據(jù)坐標(biāo)的閉合差值計算可得：fx=-60 mm，fy=-110 mm。

K=fk/L=125 mm/10 358 m=1/82 864

得到結(jié)果大大小于煤礦測量規(guī)程中關(guān)于1/8000 的7″級別精度要求，實現(xiàn)了整體貫通數(shù)據(jù)對貫通結(jié)果的預(yù)測與貫通實際誤差的最小化，滿足精度的控制。

5 結(jié)語

根據(jù)對超長距離多測邊工作面巷道的貫通預(yù)測與實測分析，對多組測點和測角經(jīng)過兩次或以上的測量數(shù)據(jù)進行分析比對，有效提高測量數(shù)據(jù)的精度，通過對施工質(zhì)量的嚴(yán)格管理，確保了巷道的順利貫通，其誤差滿足規(guī)程允許的誤差要求，為長距離巷道貫通提供可借鑒經(jīng)驗。