兩井間巷道貫通測量設計及誤差預計

1、<p>　　兩井間巷道貫通測量設計及誤差預計</p><p>　　摘要：兩個井筒之間的巷道貫通一般需要貫通測量距離長，受已有巷道坡度和角度限制，導線點不能均勻布置，導線邊長一般較短，導線測站多，對貫通測量增加了難度。為保證巷道能夠準確貫通，在工程施工前要對貫通測量方案進行設計，依據(jù)設計的測量方法和各項精度要求進行誤差預計計算，誤差預計結果能滿巷道貫通要求說明測量方案正確，否則需要重新設計。 </p

2、><p>　　關鍵詞：兩井；貫通；測量設計；誤差預計 </p><p>　　中圖分類號：TU113.2+1 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　一、概述 </b></p><p>　　銅川礦業(yè)公司玉華煤礦位于銅川市印臺區(qū)，隨礦井發(fā)展設計從地面開拓北風井與井下現(xiàn)有巷道定點貫通。兩井口間井下導線全長530

3、0多米，地面控制距離近5600米，閉合長度10893米。井下受巷道條件限制導線邊長和角度不能均勻布置且觀測條件差，所以施工前必須進行貫通設計和誤差預計。 </p><p>　　二、地面控制測量設計 </p><p>　　1．GPS平面控制 </p><p>　　根據(jù)付(斜)井和北風井兩個井口附近的具體條件并兼顧今后測量工作，設計在付井附近布設六個近井點，北風井附近布

4、設一組四個近井點，并與測區(qū)附近的三個國家控制點共同構網聯(lián)測，采用GPS測量方案。 </p><p><b>　　(1)已知點資料 </b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有的“礦區(qū)控制點成果資料”，選取距測區(qū)10km以內的三個高等級控制點“葡萄寺”(Ⅱ等點)、“中石峁”(Ⅱ等點)及“草灘”(Ⅲ等點)作為GPS起算點。 </p><p><b&

5、gt;　　(2)近井點布設 </b></p><p>　　首先布置與井下通視的井口永久點，其它點布設在穩(wěn)定位置，要求最小基線長度不低于200m。保證相鄰兩點之間相互通視，并盡可能使同組近井點之間都通視。設計在兩個井口共設置10個近井點，點位與編號見附圖1。 </p><p>　　(3)GPS網的精度設計 </p><p>　　根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》確定近井

6、點測量采用E級GPS網。 </p><p>　　(4)GPS網的圖形設計 </p><p>　　GPS網共有10個未知點(近井點)和3個已知點，其圖形布設如附圖1。采用邊連接方式，包括6個同步環(huán)。最長基線邊9238m，最短基線邊300m?？偦€邊36條，其中獨立基線邊18條，必要基線邊12條，多余基線邊6條。 </p><p>　　表1E級GPS網測量精度與技術要求

7、 </p><p>　　(5)GPS測量方法 </p><p>　　先對三個已知點進行GPS檢測，在確認已知點進行GPS約束平差，然后再進行整體控制測量。 </p><p>　　用標稱精度不低于表1要求的雙頻GPS接收機靜態(tài)方式觀測，設計同步接收機4臺，觀測2個時段，時段長度為60min，數(shù)據(jù)采樣間隔為10″，最大PDOP值小于6。 </p><

8、p>　　(6)GPS網平差處理 </p><p>　　先用GPS平差處理軟件先作基線解算和無約束平差，得到各點的WGS-84坐標。再根據(jù)已知點54坐標與高程作三維約束平差，獲得近井點的平面坐標?；€向量的改正數(shù)及基線邊相對誤差應小于規(guī)范要求。 </p><p><b>　　2．地面復測導線 </b></p><p>　　在兩井口之間布設5

9、″級復測導線，以檢測兩井近井點的相對精度。地面復測導線起于GPS近井點P2-P1終于P7-P8，盡量沿兩井口的連線方向布設成近似等邊直伸形狀。按一級光電測距導線要求施測。導線平差先檢查最遠邊(P7-P8)的導線測量方位角與GPS測量的方位角之差，以及相對于GPS成果的導線相對閉合差是否都滿足要求。若在限差范圍內，證明復測導線精度及GPS近井點的精度均滿足測量要求。否則，須重新進行導線復測和GPS控制測量，直到滿足規(guī)范要求。 </p

10、><p>　　3．近井點高程聯(lián)測 </p><p>　　GPS正常高測量精度較低，不能作為近井點高程數(shù)據(jù)。起始近井點高程的絕對精度對于貫通測量沒有影響，但兩井口高程起算點只能使用同一基準點高程值，按四等水準測量要求先檢測原有井口導線 “付2”和“付1”的高程值高差不符值在2倍允許限差以內時，取其中任一點的高程作為基準高程，再按四等水準測量要求對10個近井點進行高程聯(lián)測。 </p>

11、<p>　　由于本次貫通在高程上為重要方向，精度要求較高。因此，副井和北風井之間的高程聯(lián)測應獨立復測一次，取兩次測量均值作為高程結果。 </p><p>　　三、井下控制測量設計 </p><p><b>　　1．井下平面控制 </b></p><p>　　(1)導線布設方案 </p><p>　　導線點應選

12、擇在穩(wěn)定位置，盡可能加大導線邊長度。北風井從地面單向掘進與井下現(xiàn)有暗風井貫通，貫通點K (見附圖2)。由于受巷道條件限制，部分導線邊長小于40m，平均邊長100 m左右，導線點數(shù)為27個。 </p><p>　　北風井的井下控制導線隨井筒施工掘進延伸，每隔150 m左右設置永久導線點，在巷道變坡和轉折處設點。共布設永久導線點8個。其平面位置見附圖2。 </p><p>　　(2)導線測量技

13、術要求 </p><p>　　井下控制使用2″級全站儀按井下7″級基本控制導線要求施測。每次獨立觀測，每測站兩個測回，邊長采用光電測距法，每邊往返觀測兩測回。并進行一次獨立復測，當兩次測量的成果符合精度要求時，取其平均值作為最終觀測成果，若兩次觀測的互差超過限差要求時，則應重新獨立觀測。 </p><p>　　在邊長測量中，測定氣壓讀至100Pa，氣溫讀至1°C。每條邊長往返二個

14、測回。其限差為：一測回讀數(shù)較差不大于10mm，往返觀測同一邊長時，化算為水平距離(經氣象和傾斜改正)后的互差，不得大于l／6000。 </p><p>　　對于邊長小于30m的導線點及臨時導線點，可采用“三架法”觀測，以減少對中誤差和提高觀測速度。用全站儀測定的邊長觀測值應加入溫度和氣壓改正。 </p><p>　　(3)邊長的歸化改正 </p><p>　　測區(qū)距

15、高斯投影帶中央子午線較遠，平均高程超過1400米，測點高差超過500米。實測邊在經過溫度和氣象改正后，還應根據(jù)測距邊的平均高程及平均橫坐標進行高程歸化改正及高斯投影改正，改正公式如下： </p><p>　　式中—測距邊在高斯投影面上的長度。 </p><p><b>　　—測距邊實測長度 </b></p><p>　　—測距邊兩端點橫坐標的平

16、均值。 </p><p><b>　　—地球曲率半徑 </b></p><p>　　—測距邊兩端點的高程平均值 </p><p>　　(4)井下加測陀螺定向邊 </p><p>　　由于付井導線長度近3km，因巷道轉折點有多條短邊，為了提高方位精度，確定在付井中部導線邊“G16-G17”及最遠導線邊“G26-G27”上加

17、測兩條陀螺定向邊，則支導線變?yōu)閮啥畏较蚋胶蠈Ь€。 </p><p>　　陀螺定向使用WILDGAK-1型陀螺經緯儀。一次測量陀螺方位角中誤差為15″。采用付井外的GPS基線邊(如P2-P1)測定儀器常數(shù)，要求方位角誤差<10″。井下陀螺定向邊長度不小于50m，采用“地面2測回一井下2測回一地面2測回”作業(yè)模式，用跟蹤逆轉點法觀測。陀螺定向獨立進行兩次，取其平均值作為定向邊方位角結果，方位角均值中誤差為10″

18、。 </p><p><b>　　2．井下高程控制 </b></p><p>　　(1)井下水準測量 </p><p>　　井下控制導線位于水平巷道部分采用往返水準測量方法進行高程控制測量，相鄰點高差采用兩次變儀器高觀測，其互差＜5mm時，取平均值作為高差觀測結果。往返測高差較差允許值為±50 mm(其中L為線路長度，單位為km)，取

19、往返測的平均值作為高程結果。井下水準測量應獨立復測一次，取兩次測量的均值作為最終高程結果。 </p><p>　　(2)井下三角高程測量 </p><p>　　傾斜巷道導線點高程采用三角高程方法測量。井下三角高程測量與導線同時施測，每測站2測回，采用往返觀測。 </p><p>　　三角高程測量相鄰兩點往返測高差互差<10mm＋O.3mm×L(其中L

20、為導線長度，以m為單位)。三角高程閉合差或兩次獨立三角高程的互差≤±100 mm。 </p><p>　　井下三角高程測量應獨立復測，取兩次獨立測量平均值作為復測導線最終高程值。 </p><p>　　四、貫通測量誤差預計 </p><p>　　1．誤差參數(shù)的確定 </p><p>　　巷道工程是北風井單向掘進與現(xiàn)有巷道貫通（貫通點

21、K）。從付井井口起始導線點至貫通點K的導線水平總長度為2830m，北風井至K點的導線水平總長度為947 m。依據(jù)導線形狀建立以K點為坐標原點，沿現(xiàn)巷道延伸方向為x/軸正向，與其垂直方向為Y/軸的誤差預計假定坐標系統(tǒng)。見附圖2。 </p><p>　　(1)導線起始點及起始邊方位角誤差 </p><p>　　如附圖2所示。貫通點兩側的井下導線起始邊分別為GPS近井點P2-P1及P7-P8。G

22、PS點位誤差根據(jù)平差后基線邊的精度確定。以起始邊（P2-P1）為300m計算，取相對點位中誤差m0＝lOmm，則井下導線起始邊方位角誤差 </p><p>　　= ×Arctan(m0／(3xlO5))=7″ </p><p>　　(2)陀螺定向誤差 </p><p>　　采用WILD GAK—1型陀螺經緯儀進行陀螺定向，一次定向中誤差取為15″則井下導線

23、陀螺邊一次定向的方位角誤差mαT=15″。 </p><p>　　(3)井下導線測角誤差 </p><p>　　按《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定?。簃β下=7″ </p><p>　　(4)井下導線邊測距誤差 </p><p>　　2″級全站儀的標稱測距精度為2mm+3×10－6D(D為距離，單位為mm)。井下導線邊長一般不超過200m，比例

24、誤差小，主要是儀器對中和觀測條件差對測距的影響。參照《煤礦測量手冊》，取井下全站儀測邊中誤差為mS＝lOmm(平均邊長100m)。 </p><p>　　2．貫通點K在水平X′軸方向的誤差預計 </p><p>　　A、付井一側井下導線誤差預計 </p><p>　　(1)起始邊及陀螺定邊誤差引起K點在x′軸上的誤差 </p><p>　　如

25、附圖2所示，此段導線為兩條以陀螺定向邊G16一G17及G26—G27作為堅強邊的方向附合導線。依據(jù)附圖2用計算機算出貫通預計的各項參數(shù)，如附表1、附表2所示。根據(jù)《煤礦測量手冊》，由起始點誤差m0及起始邊方位角誤差mα0與陀螺定向邊方位角誤差mαT引起K點在x′軸上的誤差為： </p><p><b>　　=±12mm </b></p><p>　　式中，

26、、 —兩段方向附合導線重心在假定坐標系中的橫坐標。如附表1。 </p><p>　　、 —導線起點P2及貫通預計點的假定橫坐標由附表l得 ＝－214， =o </p><p>　　(2)付井一側井下導線測角誤差引起K點在x＇軸上的誤差 </p><p>　　由測角誤差引起的導線終點K在x′軸上的誤差為： </p><p><b>　

27、　＝±9.9 mm </b></p><p>　　式中，第1段導線中 ， ，第2段導線中 ， 。計算過程見附表1。 </p><p>　　(3)付井一側井下導線測邊誤差引起K點在x＇軸上的誤差 </p><p><b>　　m </b></p><p><b>　　=±51mm

28、</b></p><p>　　式中，Lli、αi/為付井一側各導線邊長及其假定方位角。計算過程見附表2。 </p><p>　　B、北風井一側井下導線誤差預計 </p><p>　　北風井一側井下導線誤差預計計算方法付井一側導線誤差計算方法相同，沒有陀螺堅強邊誤差計算。 </p><p>　　計算結果：MXα2=±12m

29、m </p><p>　　MXβ2=±12mm </p><p>　　Mxs2=±30mm </p><p>　　C、貫通點K在水平方向x/軸上的總誤差 </p><p>　　由于井下控制導線測量和陀螺經緯儀定向測量都獨立復測一次，故貫通點K在水平重要方向x/軸上總的預計中誤差為： </p><p>

30、;<b>　　=±45mm </b></p><p>　　取2倍中誤差作為預計誤差，則貫通點K在水平X/軸方向上的預計誤差為 </p><p>　　MX預=±2MXK＝±90 mm </p><p>　　3．貫通點K在水平y(tǒng)/軸方向的誤差預計 </p><p>　　A、付井一側井下導線誤差預

31、計 </p><p>　　(1)付井一側井下導線起始邊及陀螺定向邊誤差引起K點在y/軸上的誤差 </p><p>　　由起始點誤差m0及起始邊方位角誤差 。與陀螺定向邊方位角誤差mαT引起K點在y/軸上的誤差為： </p><p><b>　　=±87mm </b></p><p>　　式中，x/01、x/02

32、—兩段方向附合導線重心在假定坐標系中的橫坐標。計算過程見附表1。 </p><p>　　X/1、x/K—導線起點及貫通預計點的假定橫坐標，由附表1得X/1＝－2666，X/K=O </p><p>　　(2)付井一側井下導線測角誤差引起K點在y/軸上的誤差 </p><p>　　由測角誤差引起的導線終點K在y/軸上的誤差為： </p><p>

33、;<b>　　=±80mm </b></p><p>　　(3)付井一側井下導線測邊誤差引起K點在Y/軸上的誤差 </p><p><b>　　m </b></p><p><b>　　=±15mm </b></p><p>　　式中， 、 為付井一側各導線

34、邊長及其在假定坐標系中的方位角。計算過程見附表2。 </p><p>　　B、北風井一側井下導線誤差預計 </p><p>　　同樣方法，北風井一側井下導線起始點位與起始方位誤差、測角誤差、測邊誤差引起K點在y/軸上的誤差分別為： </p><p>　　Myα2=±34mm </p><p>　　Myβ2=±58mm &l

35、t;/p><p>　　Mys2=±12mm </p><p>　　C、貫通點K在水平y(tǒng)′軸方向上的總誤差 </p><p>　　由于井下控制導線測量和陀螺經緯儀定向測量都獨立復測一次，故貫通點K在水平方向Y/軸上總的預計中誤差為： </p><p><b>　　=±97mm </b></p>

36、<p>　　取2倍中誤差為預計誤差，貫通點K在水平重要方向x/軸上預計誤差為： </p><p><b>　　mm </b></p><p>　　4．貫通點K在高程方向的誤差預計 </p><p>　　(1)地面水準測量引起的誤差 </p><p>　　付井與北風井之間的四等水準線路總長約5km，引起的高程中

37、誤差為： </p><p>　　(2)付井一側井下導線水準和三角高程測量引起的誤差 </p><p>　　根據(jù)附表2的統(tǒng)計結果，付井一側井下導線位于平巷和斜巷部分的導線長度分別為1.620km和1.209km。平巷部分采用水準測量方法，斜巷部分采用三角高程方法測量導線點高程。按《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定的允許限差的一半，算出井下水準測量每公里高差中誤差為±25mm，井下三角高程測量每公

38、里高差中誤差為±50mm故付井一側井下導線水準和三角高程測量引起的誤差為： </p><p>　　(3)北風井一側井下導線三角高程測量引起的誤差 </p><p>　　北風井的傾斜長度為1078m，井下三角高程測量每公里高差中誤差為±50mm，則該井下導線三角高程測量引起的誤差為： </p><p>　　(4)貫通點K在高程方向的總誤差 <

39、/p><p>　　由于井下控制導線水準測量和三角高程測量均獨立復測一次，故貫通點K在高程方向的預計中誤差為： </p><p><b>　　=±63mm </b></p><p>　　取2倍中誤差作為預計誤差，則貫通點K在高程方向的預計誤差為 </p><p>　　5．貫通點K的總預計誤差 </p>

40、<p>　　在水平x/軸方向的誤差預計為： </p><p>　　在水平y(tǒng)/軸方向的誤差預計為： </p><p>　　在高程h方向的誤差預計為： </p><p>　　貫通點K在三個方向的預計誤差均小于貫通允許偏差值，證明本貫通測量設計方案合理可行。 </p><p>　　五、北風井施工測量及貫通結果 </p>&l

41、t;p>　　本次貫通導線全長10893m，地面、井下導線共40余站，測量工作除集中測量現(xiàn)有巷道段外，并隨井巷施工進度進行標定。依據(jù)GPS控制點按極坐標法直接標定北風井井口位置。在施工過程中，每隔40—50m布設一個臨時導線點用于施工放線，每隔3個臨時點設置一個永久導線點。即每掘進150米跟測一次基本控制，日常掘進使用經緯儀按15"導線標定，腰線的標定采用經緯儀偽傾角法標定，使用激光指向儀作斜巷施工中腰線指向。 </

42、p><p>　　該工程定點貫通后聯(lián)測結果如下： </p><p>　　方位角閉合差：15.3" </p><p>　　中線偏差：30mm </p><p>　　腰線偏差：45mm </p><p>　　導線坐標閉合差：fx=72mm </p><p><b>　　fy=96mm

43、</b></p><p>　　導線線量誤差為：F=120mm </p><p>　　導線相對閉合差：1/90775 </p><p>　　附圖1：地面控制網示意圖 </p><p>　　附圖2：導線布置及貫通誤差預計示意圖 </p><p>　　附表1：付井一側導線坐標及誤差預計參數(shù)計算表 </p&g

44、t;<p>　　附表2 ：付井一側導線邊長與方位角及誤差預計參數(shù)計算表 </p><p>　　附表3北風井一側導線誤差預計參數(shù)計算表 </p><p><b>　　參考資料： </b></p><p>　　(1)《煤礦測量規(guī)程》．中華人民共和國能源部．煤炭工業(yè)出版社(1989) </p><p>　　(2)

45、《全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范》．國家質量技術監(jiān)督局．(GB／T18314—2001) </p><p>　　(3)《工程測量規(guī)范》．國家標準．中國計劃出版社(GB50026┅93) </p><p>　　(4)《煤礦測量手冊》．煤炭工業(yè)出版社(1990) </p><p><b>　　作者簡介： </b></p><p>

46、;　　張永紅，（1970-），男，陜西蒲城人，測量工程師、采煤工程師，1994年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院礦山測量專業(yè)，2006-2009年西安科技大學采礦專業(yè)進修，現(xiàn)銅川礦業(yè)公司玉華煤礦工作。 </p><p>　　單位：陜西陜煤銅川礦業(yè)有限公司玉華煤礦 </p><p>　　郭東濤，（1979-），男，陜西省涇陽人，大專學歷，測量助理工程師，現(xiàn)銅川礦業(yè)公司玉華煤礦工作。 </p>