城郊煤矿大型贯通测量工程的方案设计与实施

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[摘 要]本文介绍了城郊煤矿二水平东翼轨道大巷大型贯通测量工程的测量方案设计优化及方案的实施过程，并进行了贯通误差预计。采用GPS、陀螺定向、三角高程等高计算理论、光学对点、五架法联测等先进测量技术、方法，保证了安全准确贯通。

[关键词]贯通测量；方案设计；贯通误差预计；贯通精度

中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0008-02

1、引言

河南省永煤集团正龙煤业有限公司城郊煤矿，位于河南省永城市老城东北部，宝塔路南侧，为一年产600万吨煤炭的大型现代化矿井，矿井采用立井多水平开拓方式。为满足城郊矿二水平采矿生产需要，在城郊煤矿井田南翼二水平布设东翼轨道大巷，在二水平东翼轨道大巷进行相向贯通。

2、工程概况

本次贯通测量工程线路穿越一水平和二水平，贯通距离为12.1公里，贯通高差440m，属于一井间大型贯通测量工程。根据《煤矿测量规程》（以下简称“规程”），结合本次贯通测量工程实际需要，选定贯通点K在水平重要方向即垂直于贯通巷道中心线方向上允许偏差不超过300m，高程偏差小于200m。

3、测量方案的设计与实施

3.1 地面控制测量

（1）地面GPS控制测量。2012年3月，经实地踏勘选择马岗、洪岗、五里庙、朱大庄四个国家三等三角点作为城郊矿GPS近井网的起算控制点，同时联测城郊矿区内的主东2、宿舍楼16个控制点，构成城郊矿GPS近井控制网。

（2）地面四等水准测量。城郊煤矿GPS近井网的高程联测，拟以马岗为高程起算点，建立地面四等水准网，水准路线长约10km。采用TOPCON S1型自动安平水准仪和3m双面水准尺进行施测。TOPCON S1型自动安平水准仪标称精度为每公里高差中误差1mm，此次观测顺序为“后―前―前―后”，且保证上、中、下三丝均能读数。水准网在测站和技术要求满足“规程”要求后，拟在清华三维公司研制的NASEW98平差软件中进行严密平差计算，计算出各GPS点的高程成果并进行精度评定。

3.2 井下陀螺定向与导线测量

（1）井下陀螺定向测量。由于城郊矿二水平东翼轨道大巷贯通为一井内巷道贯通，因此可以副井井底车场内的基准点基1、基2作为导线测量起算点，利用日本索佳公司生产的陀螺全站仪GP-1 96805、SET2130R3 144093，重新在基1―基2边上进行陀螺定向，采用逆转点法，按“2-2-2”的程序进行观测，作为导线起算方位角。由于贯通距离超长（11.6公里），根据贯通误差预计结果，在贯通相遇点的重要方向上预计误差超限（0.612m），故需要在南翼轨道运输石门的ST10―ST11、南翼轨道暗斜井的ST19―ST20、东翼轨道大巷的轨4―轨5、二水平东翼轨道大巷的SG23―SG24四条导线边上加测陀螺方位边。

（2）井下导线测量。井下导线采用日本尼康防爆全站仪，通过五架法，按7″导线精度施测，水平角观测两个测回，边长观测两个测回，并进行往返对向观测。边长测量时一测回内读数较差不大于10mm，单程测回间较差不大于15mm，往测、返测边长化算为水平距离（经气象和倾斜改正）后的互差，不得大于边长的1/6000。两个陀螺边之间的导线要进行平差计算，利用南方公司平差易软件平差计算导线点坐标。

（3）井下高程测量。井下高程测量以井下高程基点为起算点，使用日本TOPCON S3水准仪沿轨道大巷进行水准测量。相临两水准点间的高差，用两次仪器高进行观测，当其互差不大于5mm时，取平均值作为观测结果。井下水准测量采用往返测，往返测高差的较差不大于±50mm（R为水准点间的路线长度，以km为单位）。对于下山、暗斜井等斜巷，采用电磁波测距三角高程进行高程测量。与导线测量同步进行。垂直角观测两个测回，垂直角互差不超过15″。仪器高和觇标高在观测开始前和结束后用钢尺各丈量一次，两次丈量的互差不能大于4mm，取其平均值作为丈量结果。相临两点往返测高差的互差不大于10mm+0.3mm×（为导线水平边长，以m为单位），三角高程导线的高差往返测互差不应大于±100mm（L为导线长度，以km为单位）。

4、贯通测量误差预计

4.1 误差预计所需基本参数的确定

井下导线测角中误差；mm；陀螺经纬仪一次定向中误差=±14″；井下水准测量按“规程”规定每千米水准测量的高差中误差；井下三角高程测量按“规程”规定每千米三角高程的高差中误差。

4.2 贯通相遇点K在水平重要方向x′上的误差预计

为提高贯通测量精度，在南翼轨道运输石门的ST10―ST11、南翼轨道暗斜井的ST19―ST20、东翼轨道大巷的轨4―轨5、二水平东翼轨道大巷的SG23―SG24四条导线边上加测陀螺方位角。加测陀螺定向边后，将贯通导线分为6段，其中有四段导线为两端附合在陀螺定向边上的导线段，其重心分别是O1、O2、O3、O4，另外两段为支导线。附合导线段内，测角误差对点位误差的影响与导线点至本段导线重心的距离成正比，而支导线中测角误差对点位误差的影响则是与导线点至贯通相遇点K的距离成正比。

5、贯通测量的保障措施

为了保证测量的成果达到预计精度，在测量时应采用一定的措施来确保测量精度。

（1）由于城郊煤矿矿井生产紧张，且本次测量需要在井底车场、南翼、东南翼、二水平等施测，占用巷道时间长、影响范围广（影响材料运输、猴车、人车、区队施工等），因此测量前要和有关部门协商好，确保安全顺利施测、缩小影响范围。

（2）注意原始资料的可靠性，起始数据应当准确无误。

（3）为了保证测角和测距的精度，测量使用的全站仪、对点器、水准仪必须经过检测。

（4）二水平的围岩应力大，点位易遭受破坏，测量前应注意检查点位是否发生变化。选点位时，应把重要点尽可能选稳定、坚固的围岩上。

（5）各项测量工作都要有可靠的独立检核，观测要严格按照《煤矿测量规程》的各项限差的进行观测，避免粗差。

（6）三角高程运用等高原理计算时，施测过程中棱镜和仪器要拧紧、牢固，当需要保留控制点数据时，每站一起要丈量仪器高和棱镜高，以便检核和保留控制点资料。

（7）为了避免人为误差，确保贯通测量高效率高精度，在地面要对测量人员进行培训， 使作业人员熟练掌握仪器的操作方法与特点。

（8）采取提高精度的措施。由于本次施测距离远、高差大，施测时要设法提高定向测量的精度，对井下边长较短的测站，增加对中次数，斜巷中测角要注意仪器整平的精度，并考虑仪器竖轴的倾斜改正。

（9）利用测量成果计算标定要素时，注意不要抄错或用错已知数据资料。实地标定时，注意不要用错测点。井下测点的标志编号要醒目、清晰。

（10）导线边长归化到参考椭球面和高斯投影面。

（11）贯通巷道掘进过程中，要及时进行测量和上图，并根据测量成果及时调整巷道掘进方向和坡度。

6、结语

城郊煤矿二水平东翼轨道大巷贯通测量工程，经联测，贯通点水平重要方向上的贯通误差为52mm，高程误差89 mm，角度闭合差为：fβ实=45″，允许闭合差为：fβ允=109″，fβ实< fβ允；坐标闭合差 fx=+87mm，fy=+65mm，导线全长闭合差f=108mm，相对闭合差f/[L]=1/112000

本次贯通测量的经验是：①大型贯通中，制定的各项测量技术指标应比“规程”规定的标准高，并严格按照制定的测量方案进行施测，遇到情况发生变化时，应根据现场实际情况及时进行调整；②大型贯通测量过程中应推广应用新技术、新方法，以克服不利的测量条件影响，提高测量精度与效率；③做好贯通误差预计工作，全面及时考虑到各项误差的影响，制定相应对策，使误差影响降到最低；④大型贯通测量前，必须全面做好仪器的检校、人员的培训等准备工作，测量过程中，测量人员必须认真负责，做好检核工作，避免测量粗差及人为错差，提高测量成果的精度和可靠性；⑤大型贯通测量后，必须全面做好各项指标的检核和总结工作，为下次贯通测量工程积累经验。

参考文献

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[4] 杨国清 .矿区控制测量[M].郑州：黄河水利出版社，2006.

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