大型矿山贯通测量技术控制研究.pdf

1主机；2供电指示盒；3联接电缆；4三脚架图 1HGK15 全自动陀螺经纬仪示意图大型矿山贯通测量技术控制研究王辰（山西西山矿业管理有限公司，山西太原030053）摘要：为了解决斜沟矿倾斜巷道贯通难度大、精度底的问题，提出基于陀螺定向、三角高程测量技术的一种巷道贯通方法。通过采用前后视三角高程测量方法，可有效消除全站仪测距的固定误差。同时，解决了全站仪仪器高的量取误差对结果的影响，较好地实现倾斜巷道联系测量，解决了倾斜巷道贯通精度不高的问题，可为矿井高效开采提供一定的参考。关键词：倾斜巷道；三角高程；陀螺定向；巷道贯通中图分类号：TD175文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0199-020引言我国煤炭资源储量丰富，但整体覆存不均，主要集中于内蒙古、山西和陕西等地，在矿井开采过程中，地质测量是必不可少的环节。根据设计，两条巷道掘进到指定地点接通，我们称之为巷道贯通。在巷道贯通时，大型巷道具有一定的难度，巷道的贯通可靠性及精度与矿山生产建设、经济效益有着密不可分的关系。在较长距离巷道贯通时，多采用多井口掘进，从而出现了井间或井田内的长距离贯通测量，这种测量主要是为了提高矿山的贯通速度，缩短贯通周期。矿山掘进时，需要测量人员有一定的专业技术水平，确保掘进工作面按设计掘进，偏差不超过规范要求，避免后续对开采带来影响1-4。在巷道贯通过程中，由于矿山内部地形、煤层地质结构等因素的影响，贯通工作存在一定的难度。同时，由于我国很多巷道设计成倾斜巷道，其贯通难度不言而喻5-7。本文针对倾斜巷道贯通难度大的问题，利用陀螺定向、三角高程测量手段，实现倾斜巷道联系测量，解决了倾斜巷道贯通精度不高的问题。1巷道贯通测量方法高精度巷道贯通对于矿山安全、加快生产进等至关重要。一般来说，巷道的贯通测量主要包括高程测量和平面导线测量两个部分的工作。其中，平面导线测量大多采用全站仪，在平缓地段采用四等水准测量，而在倾斜地段则采用三角高程测量。在三角高程测量过程中发现，全站仪的垂直角测量误差、仪器高量取误差和测距误差等会对高差测量产生较大的影响，因此，采用前后视三角高程测量法，从而解决或者消除全站仪三角高程测量的误差，大幅提高巷道贯通精度。陀螺定向技术原理是利用陀螺仪角运动特质形成的一种技术，具有测量精度高，环境适应能力强的特点，可改善井下测量精度。受成本及操作人员专业水平的限制，目前，陀螺定向技术应用不太广泛。陀螺经纬仪是主要的陀螺定向仪器设备，其内部主要由陀螺仪和经纬仪两部分组成，陀螺经纬仪测量精度高、操作简单，在巷道贯通测量中十分重要的作用。在井下长距离巷道测量中，增加一条陀螺定向边，可以大幅提高井下导线测量稳定性。本文选用 HGK15 全自动陀螺经纬仪，如图 1 所示。陀螺经纬仪结构为下挂式，寻北工作方式采用积分法测量，其初始架设角度范围为30，定向精度优于 15（1滓），观测时间一次不小于 10 min。内部采用液体阻尼法，能够较大幅度消除陀螺章动效应，降低风振、振动等不利因素，提高巷道导线定向测量结果的可靠性。井下三角高程测量与井上不同，所以无法适用。为了降低高量取误差，解决巷道顶部控制点到全站仪距离测量精度的误差，提出前后视三角高程的测量方法，前后视三角高程测量原理如图 2 所示，其中：A 点为全站仪安置点，B 点为待测点，C 点为已知后视点。前后视三角高程测量工作原理：在已知点 A 下方布设全站仪，从而得出测量仪器高程 i，然后通过在后视点 C 下方架设觇标，从而得到觇标高 h0，然后再在前视点 B 下方架设觇标，得出觇标高 h1。通过全站仪可以测得垂直角 琢 和倾斜距离 d，可得出 AC 和 AB收稿日期：2022-10-08作者简介：王辰（1988），男，本科，毕业于山西大同大学工程地质勘查专业，工程师，主要从事煤矿测量工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.0771234技术应用山西冶金E-mail:第 46 卷图 2前后视三角高程测量原理图两点间的高差为：hAB=hAC+（d1sin琢1-d0sin琢0）+（h1-h0）.结合以上分析，以某矿二号井运输巷道为研究背景，利用陀螺定向仪为工具，研究巷道贯通技术，从而确定前后视三角高程测量方法的可行性。煤矿地理坐标是东经 11219011122514，北纬392807392807。测区属于温带寒冷半干旱气候区，年平均气温一般为 3.67.3 左右。矿区地质构造较为复杂，对倾斜巷道贯通测量需要的精度较高。目前，高程基准控制成果很大程度衰减，安全生产隐患较大，需要改善井下的控制测量成果的精度。根据需要解决的问题，开展了基于陀螺定向提高井下导线控制精度研究。除了使用陀螺定向技术外，同时采用前后视三角高程测量方法、地面控制点粗差探测方法，进一步提升巷道贯通测量的精度。具体流程如图 3 所示。2验证研究在进行实际作业时，对地面控制网进行仪器常数标定。采用加测 6 条陀螺定向边来有效提升陀螺定向边施测的可靠性及有效性。值得注意的是，在加测陀螺定向边前，需要确定控制网最弱边的位置。采用相关软件对仪器测得的导线网数据进行处理，最终计算出控制网方位角的误差，得出最弱边的位置。结合项目实际地质情况和相关理论进行分析，本次量测将加测陀螺边的数目同比增加至 8 条。通过采用上述导线增强法，在没有降低导线测角的精度及不调整控制网导线布设形式的基础上，较好地削弱了测角误差对导线点位测量精度的影响，解决了方向误差的累积，确保了矿井井下控制网测量的精度。在完成陀螺定向后，对陀螺导线网进行平差。在进行平差计算时，将陀螺边误差设定为 2.72，全站仪测边误差设定为2 mm2 滋m。在采用前后视三角高程测量、陀螺定向后，对井下导线平差结果进行分析，主要采用以下方案进行验证：1）全站仪水准仪。2）全站仪水准仪前后视三角高程测量3）全站仪水准仪前后视三角高程测量陀螺仪定向。采用全站仪水准仪的贯通方案，贯通点超出限差。当增加前后视三角高程测量法后，高程的贯通精度从方案 1 的 0.323 m 提高到 0.150 m，精度显著提升，此时平面贯通精度变化不明显。采用方案 3 后，平面贯通精度从 0.4 m 提高到 0.3 m，此时精度能够满足规范要求，该方案可行。3结语本文提出一种基于陀螺定向、三角高程测量技术的巷道贯通方法，通过采用前后视三角高程测量方法，有效消除全站仪测距的固定误差，将高程的贯通精度从 0.323 m 提高到 0.150 m，平面贯通精度从 0.4 m 提高到 0.3 m，有效提升了高程、平面位置的精度，较好地实现了倾斜巷道联系测量，解决了倾斜巷道贯通精度不高的问题，可为矿井高效开采提供一定的参考。参考文献1魏建军.长距离掘进巷道贯通通风系统调整技术研究J.矿业装备，2022（3）：87-89.2杨琛，赵玉桃，李强，等.厚煤层沿空巷道贯通阶段冲击地压防控技术J.陕西煤炭，2022，41（2）：58-62.3燚张，刘明轩，徐健凯，等.超大型贯通测量人为干预的实践J.陕西煤炭，2022，41（1）：118-120.4周慧.综合陀螺定向与三角高程技术在倾斜巷道贯通测量应用研究J.山西冶金，2021，44（4）：166-167.5王俊福，王昭.全站仪在矿井巷道贯通测量中应用实践J.当代化工研究，2021（13）：100-101.6赵海.提高煤矿井下巷道贯通测量精度技术研究J.当代化工研究，2021（9）：91-92.7代佳东.测绘新技术在煤矿巷道贯通测量中的应用研究J.采矿技术，2021，21（2）：183-185.（编辑：郭萍茹）（下转第 234 页）图 3巷道贯通测量流程图巷道顶巷道顶铅锤觇标铅锤CBhAChABh0h1觇标巷道底巷道底巷道顶铅锤巷道底d0d1琢1A琢0图解成果井下巷道定向导线加强项目收集分析相关资料研究实施方案分析加测陀螺边位置数据采集GPS 地面控制导线观测三角高程陀螺边加测高程联测数据预处理符合要求测量数据分析贯通平差质量分析数字成果文字成果200窑窑山西冶金E-mail:第 46 卷Research on the Control of Large Mine Penetration Measurement TechnologyWang Chen（Shanxi Xishan Mining Management Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030053,China）Abstract:In order to solve the problem of difficulty and low accuracy in connecting inclined tunnels in Xiegou Mine,a method of tunnelconnection based on gyro orientation and triangular elevation measurement technology is proposed.By using the front and rear viewtrigonometric leveling method,the fixed error of total station ranging can be effectively eliminated.At the same time,it solves the impact ofhigh measurement errors of total station instruments on the results,effectively realizes the connection measurement of inclined tunnels,andsolves the problem of low penetration accuracy of inclined tunnels,which can provide a certain reference for efficient mining in mines.Key words:inclined roadway;triangle elevation;gyro orientation;tunnel connection（上接第 200 页）小；当采面与回撤通道间距在 50 m 以外时，回撤通道围岩变形量呈明显增加趋势，回撤通道由于采用垛式支架补强，顶板及巷帮变形量仍较小；当采面与回撤通道贯通时，两个监测断面中顶板最大下沉量分别为26.3 mm、17.5 mm，巷帮最大变形量分别为 20.2 mm、33.1 mm，围岩变形量较小，可满足回撤通道后续使用需要。回撤通道围岩变形量监测表明，31102 回撤通道采用的锚网索+顶板注浆+支架补强支护可满足围岩控制需要，有效解决顶板淋水弱化、强烈动压等影响，满足综采设备高效回撤需要。5结语预掘回撤通道可为采面煤炭开采设备高效回撤创造良好条件，但是回撤通道也会受围岩、采动动压等影响，导致围岩控制难度较高。31102 综采工作面回采的 11 号煤层顶板岩性以泥岩、砂质泥岩等为主，岩体承载能力及整体稳定性较差，同时顶板岩体遇水后容易弱化、崩解，31102 回撤通道在顶板淋水、采动压力以及顶板承载能力差等多因素影响下，容易出现大变形甚至顶板冒落问题，难以满足回撤通道高效使用需要。结合 31102 回撤通道现场条件，提出在回撤通道掘进完成后采用锚网索方式支护围岩，同时通过顶板注浆方式提高顶板岩体整体稳定性及承载能力，解决顶板淋水影响；针对回撤通道受采动压力影响，采用ZD10000/19/40 垛式液压支架补强加固，提高顶板支护强度。现场应用后，31102 综采工作面与回撤通道贯通期间，回撤通道围岩稳定，取得了较为显著的围岩控制效果。参考文献1金鸣.沙吉海煤矿综放工作面回撤通道围岩控制技术研究J.煤炭与化工，2022，45（6）：25-28.2娄杰，韩学东，李斌.复合顶板工作面回撤通道围岩控制技术研究J.能源科技，2022，20（2）：17-21.3陶雷，魏聪聪，尉瑞.回撤通道末采围岩稳定性分析与控制技术研究J.矿业研究与开发，2022，42（1）：87-92.4孙峰，陈璐，王朝阳，等.综采面安装与回撤通道围岩控制技术研究J.煤炭技术，2020，39（3）：60-64.5伍庆风，曹品伟，陈飞.放顶煤综采工作面使用护巷架支护顶板回撤支架技术J.中国矿山工程，2016，45（6）：54-56.（编辑：杨光辉）图 4回撤通道围岩变形监测曲线Research on the Control Technology of Surrounding Rock in the Retraction TunnelWang Yanjun（Shanxi Wangjialing Coal Industry Co.,Ltd.,Baode Shanxi 036600,China）Abstract:In response to the high difficulty in controlling the surrounding rock caused by the poor bearing capacity of the roof rock mass ofthe 31102 evacuation channel,weakened expansion when encountering water,roof water spraying,and the influence of mining dynamicpressure,based on the actual situation of the evacuation channel on site,a comprehensive method of anchor mesh cable,roof grouting,andpile support reinforcement is proposed to control the deformation of the surrounding rock of the evacuation channel.A detailed design andengineering application of the support technology scheme for the surrounding rock of the evacuation channel are carried out.The results showthat the adopted surrounding rock control technology measures can effectively solve the problems of poor bearing capacity of the roof rockmass,deformation when encountering water,and mining pressure.During the connection between the mining face and the withdrawalchannel,the surrounding rock of the withdrawal channel remains stable without signs of roof fall or rock fragmentation.During this period,the maximum deformation of the roof and roadway sides is 26.3 mm and 33.1 mm,respectively,which can meet the needs of the withdrawalchannel.Key words:coal mining;withdrawal channel;surrounding rock control;mining pressure35302520151050130115907048271250工作面距回撤通道距离/m断面 1 顶板下沉量断面 2 顶板下沉量断面 2 帮部移近量断面 1 帮部移近量234窑窑