超万米贯通测量技术实践

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【摘要】根据平顶山矿区三水平深部开采的需要，大部分矿井必须建设深度超过千米的立井井筒，才能实现矿区可持续发展。

【关键词】起算数据 坐标系统 联系测量 控制测量 陀螺定向

一、工程概况

四矿三水平北山风井井筒设计深度1146.4m（含井底泵窝11.6m），井口标高+323.5m，井底马头门底板标高-811.3m，井筒直径6.5m，立井施工测量采用长钢丝下挂重锤指导施工，井筒到底后，联系测量时井筒内涌水量为57m3/h。井上下导线全长13226.0m，其中地面导线长5836m，井下导线长7390m，贯通点选在三水平轨道下山中部-800水平起坡点以上900m处。

二、起算数据的确定

确定起算数据建立统一坐标系统。2005年四矿三水平北山风井开工建设，由四矿地测科提供该风井控制点0001.0002.0005，该点建于90年代。建井一处施工的四矿三院内主斜井控制点2、3、4号点建于80年代，北山风井到底后，考虑到万米贯通测量的特殊性和原控制点建于不同时期，同时为防止受采动和其他因素影响，在井底马头门到底前，必须对两组控制点重新进行联测，统一坐标系统，消除系统误差。经集团勘探工程处测量队使用一矿煤楼、四矿煤楼、七矿煤楼三个四等点采用GPS检查结果，复核到北山风井原控制点0001上，坐标差Δx=+0.23m，Δy=-0.13m，Δz=-0.266m，0001-0002方位角Δa=±26″。复核到四矿院内2号点坐标差Δx=-0.18m，Δy=-0.111m，Δz=+0.129m。2-3#方位角Δa=-13″，根据检查结果可以看出原两组控制点成果均不能再用，故采用本次联测后的统一坐标系统。

三、联系测量

（1）地面连接测量。依据控制点0001.0002.0005，布设5″级导线到立井口连接点（下线孔）上，尽可能减少导线边数，边长尽可能长。水准测量以控制点为依据，按四等水准测量要求测至井口水准基点上，往返测量其互差不得超过±6，取其平均值作为最终成果。

（2）投点。选择合适的钢丝及重量适宜的垂球非常重要。经过反复试验，选择了直径2.0mm的碳素弹簧钢丝，其标称抗拉强度为723～728MPa，悬挂垂球质量为430～440K。投点时悬挂240kg，使用直径0.8m、深1.5m的水桶，注入水作为稳定液，以减小垂球摆动。为防止垂球加重难以确定垂球距水桶底的距离，对钢丝下挂垂球后的钢丝伸长值ΔL采用下式进行计算，确保一次试挂成功：ΔL=KL≈379.914

（3）下钢丝。由下线孔内下钢丝，待钢丝到达距井底5m左右处时，再挂上垂球。然后乘坐罐笼，以1～1.5m/s的速度，自上而下直接检查钢丝自由悬挂情况两次，确保投点可靠性。

（4）单重摆动投点。单重摆动投点可分为标尺法、定中盘法两种。考虑到四矿三水平进风立井深度大、淋水大，以及建井期间无固定设备，决定采用标尺法。

四、导入高程

使用经比长合格的长钢尺通过下尺孔放入井下。待钢尺到底后挂上一个与钢尺比长时标准拉力相等的锤球。在井上下水准基点间分别安置仪器，每次测量工作均独立进行两次，两次测量的互差不得大于井筒深度的1/8000。内业计算时加入比长、温度和钢尺自重伸长改正。

五、井下平面控制测量

（一）井下陀螺边的检验与分析

长距离贯通测量严格控制水平方向至关重要，我们在马头门施工约50m时，在马头门东西方向上埋设了陀1、陀2两点，两点间距42m，并进行了陀螺定向，测得陀1―陀2方位角为287°44′43″，在井底车场整个工程施工完，施工进入轨道下山起坡点前，考虑到由于井筒深矿压大加上井筒到底后西马头门曾有矿压显现，虽经巷道加固后埋设的陀螺点未见明显矿压，为慎重起见我们在没有矿压的轨道下山下车场平巷段又建立了陀螺边陀3―陀4，分别于不同日期测得陀3―陀4方位角为198°04′32.5″和198°04′41″用该成果检验陀1―陀2方位角，检核结果为287°45′53″，比原陀1―陀2方位角大Δα=1′10″事实证明陀1―陀2点已受到矿压影响不能再用。

（二）井下基本控制导线测量

从陀螺边开始布设，一律布设成7″级基本控制导线。水平角观测按导线水平边长分≤15m，三次对中，三个测回，>30m的一次对中，两个测回，同一测回中半测回互差不得大于20″，一次对中测回间互差不得大于12″，多次对中测回（复测）间互差不得大于30″。每次导线延长后及时对复测支导线坐标方位角进行简易平差，平差依公式±14″计算。n1、n2为复测支导线，第一次和第二次测量的总站数。采用“双保险”法消除测量粗差，即对每次复测支导线进行分段往返，自成闭合的测量方法。（往：即走永久复测支导线点。返：即用三架法走巷道另一侧回到每次导线延伸起算点上）确保贯通万无一失。为保证水平重要方向控制，导线每延长2000-3000m，加测一条陀螺边。

（三）井下高程控制测量

从井底水准基点开始，平巷一律采用水准测量，上、下山一律采用三角高程测量，水平巷道布设成环线（即分段往返），其闭合差不得大于±50mm（L为水准环线的总长度，以Km为单位）。上、下山巷道采用三角高程测量，观测垂直角的测回数不少于二个测回。仪器高和觇标高观测开始前和结束后用钢尺各量一次，两次丈量互差不大于4mm。三角高程必经往返测量或独立测量两次，观测高差的互差不得大于10mm+0.3mm×1（1为导线水平边长，以m为单位）；三角高程导线的高程闭合差不得大于±100mmL（L为导线长度，以Km为单位）。

六、贯通精度

三水平轨道下山实现安全精确贯通，各项误差比较如下：

（1）贯通允许误差： 水平重要方向允许误差0.5m，高程方向允许误差±0.3m。

（2）贯通预计误差： 水平重要方向预计误差0.270m，高程方向预计误差±0.211m。

（3）贯通实际误差：实测贯通后水平重要方向实际误差0.231m，高程方向实际误差±0.170m。

导线实测精度：Δx=0.201m，Δy=0.131m，Δz=0.109m，Δa=+18.5″

点位差：f=0.240m

导线全长相对闭合差：k高于规程要求的，贯通实际偏差对巷道的正常使用无影响。

作者：曾令华