论陀螺定向技术在贯通测量中的应用
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作者: 莫积冲
【摘要】杨庄煤矿在矿井控制系统的贯通测量中使用陀螺定向技术,使测量方法实现创新,测量精度大幅提高,从而保证了贯通工程的质量,杜绝了贯通事故,以杨庄煤矿做为应用的成功典型,将陀螺定向技术在贯通测量中的应用继续推广具有十分积极的意义。
【关键词】 陀螺定向技术 贯通 测量 应用
一、杨庄煤矿概况
杨庄矿位于安徽淮北市南约8km处,井田处在闸河煤田最南端,东、南、西部均以露头为界,东与土型煤矿相邻;东北与朱庄矿相接;深部与报废矿井相城矿相邻,东西长13公里,南北长6公里,井田面积30平方千米,内部可采煤层为3煤、4煤、5煤、6煤四层,采深为-180～-750米。于1966年5月30日投产,设计能力90万吨/年,矿井达产后进行了生产环节改造,扩大了矿井的生产能力,2008年核定生产能力达到210万吨/年。
杨庄煤矿井下矿线长、水平深、矿压大,自建矿以来,矿巷道贯通事故时有发生,影响了安全生产的正常进行,造成了不可挽回的经济损失。其主要原因是矿井下基本控制系统不完善,表现在一、二水平控制系统老化,四水平没有布置基本控制系统,各采区主体巷道内均只是通过采区小闭合实现巷道贯通,没有与基本控制导线系统进行对接。如何在这么大的空间里保证每个贯通巷道的施测精度,避免贯通事故的发生,保证矿井生产的正常进行,成为了杨庄煤矿测量工作者面临的严峻考验。基于此种情况,必须依托测绘新技术,改变工作思路,创新贯通测量方式,通过使用陀螺定向技术优化和改造井下控制系统。
杨庄煤矿通过聘请陀螺定向专家对全体测绘工作人员进行半脱产培训,使煤矿测量人员素质得到明显提高,掌握了一项新的测绘技术,在专家的指导下,煤矿全体测量人员把二、三 水平原有的陀螺定向边进行再定向,改造和校核原有的定向参数,并在各水平的定向边界加设导线点进行联测,把原来分散的导线点通过采用7"级导线连成统一的控制网,优化矿井下的平面控制系统,提前为矿井往后的贯通工程提供基础性起算数据,从而提高巷道贯通的精度,从测量源头上杜绝了误透事故。
二、陀螺定向技术在贯通测量中的应用步骤
陀螺定向技术在杨庄煤矿贯通测量中的成功应用,说明这种创新的测量方式可以做为一种全新的专门用于解决煤矿贯通问题的先进方法,对杨庄煤矿经验进行总结对其它煤矿解决相似问题有很大借鉴意义。具体应用可以通过以下几个步骤进行:
步骤1:明确贯通工程的功能及最大允许偏差:等工程开工后,要及时对设计图进行校核,并掌握设计图的基本参数和设计的主要意图,明确巷道的设计功能,并按《煤矿测量规范》确定巷道的最大允许偏差,分析贯通测量中的影响因素及确定采取提高测量精度的措施。
步骤2:确定贯通测量的安全与技术依据:测量工作要严格按照科学的规范进行,主要的安全依据是《煤矿安全规程》,主要的技术依据是《煤矿测量规程》、《工程测量规范》。
步骤3:分析设计图和确定起算数据:按照设计图的设计工程量,分析施工单位的技术水平和施工能力,掌握施工队伍的生产能力,根据计划预计工程采取的贯通方式确定预计的贯通点位置,掌握巷道贯通的关键点,确定贯通测量的方案和任务完成日期,确定采取的坐标系统。淮北矿区主要的平面坐标系统为1954北京坐标系,高程系统为1956年黄海高程基准。
杨庄煤矿现有可用的陀螺定向边有地面一条(门铁---办公楼),二水平有一条(ⅡE1―ⅡE2),三水平内有一条(拐―新巷口),(ⅡE1―ⅡE2)和(拐―新巷口)均可作为我矿二、三水平贯通工程的起算数据。
步骤4:分析煤矿的测量仪器和确定采用何种测量仪器
杨庄煤矿主要测量仪器
如果存在仪器老化太严重的现象,应当引进新的先进设备以确保测量精度。
步骤5:布设陀螺定向边:以杨庄煤矿为例,每个贯通巷道必须布设两个陀螺定向边,并以井下二水平的原陀螺定向边(ⅡE1―ⅡE2)作为起算数据,新布设的陀螺定向边按 “中天法”和《煤矿测量规程》±15″的精度等级要求进行定向观测。每条陀螺定向边分不同时间观测两次取平均做为定向结果。
步骤6:导线布设形式及测量方法:向贯通巷道布设导线,之后确定测量仪器、测量方法,如杨庄煤矿使用尼康DTM531防爆型全站仪进行平面控制和测量,使用测回法测量水平角;通过全站仪输入实时温度、气压后,直接测定导线边斜距,往返观测各两个测回,往返观测同一边长换算为水平距离后的互差≯1/6000,最终确定边长;对于高程控制使用DS3水准仪配合木质双面尺对主要平巷中采用水准测量方法测定,倾斜巷道采用全站仪三角高程对向观测方法测定。
步骤7:陀螺边定向后的联测成果处理及误差预计:陀螺边布设后在陀螺边间加设若干导线点,导线边布设长度在300―400m,使用全站仪独立联测两次,各项限差符合规定后取两次测量成果的平均值作为测量成果,并把角度闭合差进行重新分配,调整陀螺定向边的坐标差,然后以陀螺边为始边向巷道的两头(主头与被透头)进行延测,把延测数据和联测成果对贯通精度进行误差预计,确保误差预计范围在允许的偏差范围之内,并按联测成果及时调整相关的施工参数。高程控制也独立进行两次,取平均值做为成果和施工巷道参数调整的依据。
步骤8:对贯通点进行联测和验证贯通精度:巷道贯通后对控点和被透点进行联测,量取贯通的实际偏差,通过数据分析验证贯通精度,并编写贯通总结,确定系统内的点位误差,整理测量成果存档,作为以后的贯通工程的起算数据。
三、成果鉴定及应用推广
从2008年至今,通过创新贯通测量方法和大力发展陀螺定向技术,杨庄煤矿的三水平东大巷和三水平南大巷等大型贯通工程均实现高精度贯通,并利用原三水平东大巷贯通后改造的东部控制系统为起算数据,成功贯通了IV53下部联巷,基本杜绝误透事故。以三水平南大巷贯通工程为例:
三水平南大巷工程设计工程量为2889m,贯通闭合环线全长6900米,为直巷相对贯通,担负着煤矿新采区III64采区的排水、通风、行人与行车等重要功能,巷道允许偏差在重要方向上为200mm,在高程方向上为150mm,通过布置陀螺定向边定向后,全体测量人员对陀螺定向边布置7"级导线进行联测,独立进行两次,工程贯通后,通过联测闭合,实际贯通巷道中线偏差0.150米,腰线偏差0.065米。经连测,贯通点两侧导线的坐标方位角闭合差为92″,导线全长闭合差ΔX为0.117米,ΔY为0.027米,导线全长相对闭合差精度达到1/57000,实现了高精度跨采区贯通。
通过三水平东大巷和三水平南大巷的贯通,使陀螺定向技术在杨庄矿乃至整个淮北矿业集团得到了肯定并积极推广应用,2010年以后,重点布置了WIII5110工作面机风巷贯通工程的陀螺定向边,预计将在2010年的8月份贯通,该工程设计量为1225m,是沿导向层开掘的回采准备巷道,截止5月份陀螺定向边的测量已布置完毕,7"级导线联测工作也已结束,通过初步误差预计,巷道在重要方向上的误差为315mm,预计贯通精度将再次刷新杨庄矿记录。
陀螺定向技术的使用使贯通测量方法得到创新,大大提高了巷道的贯通精度和确保了巷道的施工质量,并为后期的巷道使用和维护降低了费用,为实现煤矿长远效益做出贡献,这种方法在煤矿贯通测量中推广应用具有积极意义。
参考文献:
[1] 刘福义.陀螺定向在万米巷道贯通工程中的应用大柳塔矿 [J].陕西煤炭,2005,(03).
[2] 于沛.GPS定位和陀螺定向在大型贯通测量中的应用[J]. 太原科技,2005,(02).
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