摘要：煤矿井下综采工作面对巷道的设计要求极高，不允许贯通设计和工程质量控制出现偏差，否则会对矿井的安全生产会造成重大隐患。本文结合梅花井煤矿1106108综采工作面两巷及切眼的工程实际情况，对该工作面的贯通进行了方案设计，经理论分析该方案在贯通质量控制和精度方面能够达到预期效果，并进行了实践 验证。
关键字：巷道； 贯通； 控制；测量
前言
梅花井煤矿1106108综采工作面设计走向长度5400m，其中1106108回风巷设计长度5640m，1106108运输巷设计长度5880m，1106108切眼设计长度270m。按照工程施工计划，1106108工作面运输巷从切眼下口向外反向掘进至600m处与1106108运输巷正向掘进（即5280m处）相向贯通。
一 贯通测量控制设计需求分析
1 设计需求
井下巷道的控制测量只能采用支导线的方法实施，随着1106108综采工作面巷道掘进的长度越来越长，测量误差的积累也越来越大，这样会造成相向贯通巷道在掘进过程中产生很大的相对误差。根据综采工作面对运输巷的直线要求，贯通的平面偏差不超过300mm，一旦贯通偏差超过此数值，会对综采工作面的正常生产造成重大影响。贯通方案见图1。
图1 1106108工作面贯通方案设计图
为此，需要设计1106108工作面回风巷、切眼和运输巷的贯通控制测量方案，并将贯通误差控制在允许范围之内。
2 设计关键
此次贯通控制测量工作的重点不在于具体测量工作，而是贯通控制测量方案设计的合理性和误差预计的准确性，同时还要考虑到坐标系统对贯通测量控制结果的影响，关键在于测量成果误差的分析和贯通质量的控制，并对误差的预计进行必要的修正，保证贯通偏差符合要求。
3 实施步骤
整个贯通测量控制工作包括以下几个步骤：
（1）贯通控制测量方案设计；
（2）贯通控制测量误差预计及实测后的误差预计改正；
（3）坐标系统对贯通测量的影响与解决方案；
（4）井下平面和高程控制测量；
（5）井下导线加测陀螺定向边；
（6）井下平面控制测量实测成果的误差分析及对贯通的影响分析与调整；
（7）井下控制测量数据处理与平差计算；
（8）贯通后实际偏差的测量与计算，控制测量技术总结。
二 贯通测量关键技术分析
由于本次贯通测量导线长度已超过11km，贯通距离长、精度要求高。要保证其精度，必须对每个控制测量的环节都要严格要求，对控制测量的方案方法应仔细分析。本次贯通误差预计平面偏差不大于300mm。
三 控制测量工作方案设计
1 井下导线控制测量
（1）平面控制
按《煤矿测量规程》的有关规定，首级控制采用7″导线观测，为保证其可靠性和高精度，应独立观测2次，直线巷道的导线边长设计约为150~200m左右进行布设，本次方案设计共布设导线控制点约72个。
（2）高程控制
高程测量主要采用四等三角高程支线相邻测点往返测的方法，井下高程测量的路线与平面控制测量一致。
2 陀螺定向
设计布设8条陀螺定向边，见图1。根据本次贯通的实际情况，陀螺经纬仪定向计划采用跟踪逆转点法，以3～3～3的观测顺序，此要求高于规程规定的作业要求。测前测后仪器常数应在同一条边上观测，以防止系统误差的影响。
四 贯通测量控制方案实施
1仪器设备
采用的仪器设备配置见表1。
表1 仪器设备配置明细表
以上所使用的测量仪器及配套设备均经过严格的检验，其性能指标符合《矿山测量规范》和设计要求。
2 测控安排
本次贯通测量作业按2个作业组计划，陀螺定向和导线测量分别设置1个测量小组，每个作业组，独立进行观测、记录及内业计算。
3 观测技术要求
井上下联系测量、井下导线测量、高程测量和陀螺定向的作业技术要求以《煤矿测量规程》、《国家三、四等水准测量规范》为依据确定如下。
（1）井下导线测量
在倾角大于15°或视线一边水平而另一边的倾角大于15°的主要井巷中，水平角宜用测回法。
（2）井下光电测距
边长必须采用往返观测，在井下使用光电测距仪，必须严格遵守《煤矿安全规程》的有关规定。
（3）陀螺定向
①陀螺定向应遵守下列规定：
a.井下陀螺定向边的长度应大于100m，b.陀螺经纬仪的悬挂带零位不能超过0.3格，c.陀螺经纬仪一次定向
②测量陀螺方位角应遵守下列规定：
a.地面观测时，仪器、三角架和电源部分要避免阳光直射，b.仪器严格整平，观测过程中水准气泡判例不得超过0.3格
五 贯通精度要求和质量控制
根据《煤矿测量规程》对两井贯通精度的要求，确定1106108综采工作面贯通的最终精度要求为：平面偏差<300mm。
贯通质量控制的方法包括以下几个方面：
1 陀螺定向实际方法精度分析
《煤矿测量规程》中仅有15″和25″两级陀螺定向一测回中误差的精度要求，能达到10″和15″的陀螺定向一次测定中误差的精度，后视边长度应达到50m以上。而现代陀螺仪可以达到5″的陀螺定向一次测定中误差的精度，这样，后视边的长度、观测精度应进行详细的分析研究，以保证满足误差预计的精度要求。
2 导线观测数据误差分析
导线观测数据中角度、距离的基本要求是满足其限差要求，而限差是一种基本的要求，对1个、2个的单个数据而言，是合适的要求。但是，对一组观测数据来说，根据误差分布规律的理论，是应该符合正态分布规律才是正确的。因此，应对观测数据进行分析研究，保证其符合正态分布规律。
3 观测值对贯通偏差的影响控制
需要针对不同位置的观测值进行分析，对贯通偏差影响较大的观测值，其精度要求应该偏高，对贯通偏差影响较小的观测值，其精度要求可以适当降低。因此，需要分析每个观测值对贯通偏差可能造成的影响，以保证最后贯通的质量。
4 贯通控制数据处理
各观测值均符合贯通误差预计的要求后，可以将陀螺定向成果和导线观测成果结合，进行控制测量观测值的数据处理，并对处理后的成果分析其质量，主要是两条相邻陀螺定向边的各测段（不是单个角度、距离观测值）间误差对贯通的影响分析。
根据对多个煤矿大量贯通的实际情况的分析，虽然单个导线测量误差符合精度要求，但是不能保证总的导线误差符合精度要求。因此，需要对每次测量的结果进行误差预计分析，根据实际情况，及时调整方案设计，从而使导线误差符合精度，巷道顺利贯通。
5 贯通前的调整和偏差值的实测
本次贯通由切眼下口向运输巷反掘约600m后停止掘进，由运输巷继续掘进至贯通面。贯通掘进过程中，随时注意两端掘进的方向保持一致，运输巷掘进至距贯通面约140m时，根据陀螺定向和导线观测的成果计算两端坐标和方位的差值，并据此对运输巷掘进端进行了相应的调整。
110608工作面贯通后，及时进行了贯通面偏差的实测和导线的连测，贯通面偏差的实测结果为70mm，完全满足设计方案中要求的小于300mm的质量要求。
六 贯通测量技术总结
大型贯通测量的质量控制是保证正确贯通的关键环节，110608工作面能够高精度正确贯通，正是对误差预计工作的充分重视、对实测角度值的有效分析和闭合差的正确理解，保证了110608工作面的准确贯通。
1 对贯通误差预计的反复调整
本次贯通的误差预计进行了多次的计算、调整和优化，主要体现在以下2个方面：
1）根据导线实测点位置变化的调整优化
首次误差预计是根据理论上的点间距计算的，随着已有巷道实测点位置的确定，对贯通的误差预计进行了第1次的调整和优化，保证误差的预计满足设计的偏差要求。
2）根据陀螺定向边位置变化的调整优化
由于110608工作面回风巷部分巷道顶板的不稳定，实测陀螺定向边时，对设计方案中陀螺边的位置进行了调整，避开了不稳定部分的巷道，因此重新进行了误差的预计。
2 井下导线水平角实测值的精度分析
设有多个独立的同精度的双次观测值，则可用双次观测值的差值依下式计算一次测量的测角中误差：
两次观测相同站点角度对比见表2。
式中d为同一角度两次独立观测值得差值，n为差值的个数，应在不同导线上取差值，并使n值尽可能大。
表2 两次独立观测同一角度的分析对比
根据公式最终求得一次测量的测角中误差为±3.5″，远远小于设计方案中规定的±7″的要求。
3 井下方向附合导线精度分析
根据《煤矿测量规程》对井下首级控制附合导线精度的要求，对实测的导线两次独立观测误差进行对比分析，如表3：
表3 两次独立观测附合导段闭合差
由表3的计算数据可知，两次独立观测的闭合差实际都大大小于《煤矿测量规程》规定的限差，说明导线测量和陀螺定向的观测精度满足规程的规定
九 结语
梅花井煤矿地质条件复杂，巷道贯通过程中存在诸多难题。本文结合矿井实际，针对梅花井煤矿110608综采工作面两巷的贯通方案进行了设计，提出了贯通工程测量实施过程中的技术措施和误差控制方法，并验证了贯通方案在质量控制上的精度要求，为今后类似贯通工程测量提供了依据。
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论文作者:刘志怀
论文发表刊物:《科技中国》2017年11期
论文发表时间:2018/5/2
标签：测量论文; 误差论文; 导线论文; 工作面论文; 陀螺论文; 精度论文; 井下论文; 《科技中国》2017年11期论文;