貫通工程測量基本方法培訓課件

(3)貫通工程測量基本方法和限差要求

采用兩個或多個相向或同向掘進的工作麵掘進同一井巷時，為了使其按照設計要求在預定地點正確接通而進行的測量工作，稱為貫通測量。井巷貫通一般分為一井內巷道貫通、兩井之間的巷道貫通和立井貫通三種類型。

2)貫通測量的偏差

水平麵內沿巷道中線方向上的長度偏差，這種偏差隻對貫通在距離上有影響，而對巷道質量沒有影響;水平麵內垂直於巷道中線的左、右偏差和豎直麵內垂直於巷道腰線的上、下偏差對於巷道質量有直接影響，所以又稱為貫通重要方向的偏差;對於立井貫通來說，影響貫通質量的是平麵位置偏差，即在水平麵內上、下兩段待貫通的井筒中心線之間的偏差。

2)貫通測量的偏差

井巷貫通的容許偏差值，由礦(井)技術負責人和測量負責人根據井巷的用途、類型及運輸方式等不同條件研究決定。

第一節 概 述

一、 貫通和貫通測量

一個巷道按設計要求掘進到指定的地點與另一個巷道相通，叫做巷道貫通，簡稱貫通。采用兩個或多個相向或同向掘進的工作麵掘進同一井巷時，為了使其按設計要求在預定地點正確接通而進行的測量工作，稱為貫通測量。

采用貫通方式多頭掘進同一井巷，可加快施工進度，改善通風狀況與勞動條件，有利於礦井開采與掘進的平衡接續，它是加快礦井建設的重要技術措施。



井巷貫通可能出現下述三種情況(圖5-1)：

(1) 兩個工作麵相向掘進，叫做相向貫通，見圖5-1(a);

(2) 兩個工作麵同向掘進，叫做同向貫通或追隨貫通，見圖5-1(b);

(3) 從巷道的一端向另一端的指定地點掘進，叫做單向貫通，見圖5-1(c)。

井巷貫通時，礦山測量人員的任務就是要保證各掘進工作麵均沿著設計的位置與方向掘進，使貫通後接合處的偏差不超過規定的限度，對采礦生產不造成嚴重影響。

貫通測量非常重要的測量工作，測量人員所負的責任是十分重大的。若發生錯誤而未能貫通，或者貫通後接合處的偏差值超限，都將影響井巷質量，甚至造成井巷報廢、人員傷亡等嚴重後果。

要求礦山測量人員必須一絲不苟，嚴肅認真地對待貫通測量工作。 工作中應當遵循下列原則：一是要在確定測量方案和方法時保證貫通所必須的精度，過高的或過低的精度要求都是不對的;二是對所完成的測量和計算工作應有客觀的檢查校核，尤其杜絕粗差。

二、 貫通的種類、容許偏差

井巷貫通一般分為一井內巷道貫通、兩井之間的巷道貫通和主井貫通三種。

貫通巷道接合處的偏差值，可能發生在三個方向上，即水平麵內沿巷道中線方向上的長度偏差，這種偏差隻對貫通在距離上有影響，而對巷道質量沒有影響;水平麵內垂直於巷道中線的左、右偏差Δx′;豎直麵內垂直於巷道腰線的上、下偏差Δh ;後兩種偏差Δx′和Δh對於巷道質量有直接影響，又稱為貫通重要方向的偏差。

對於立井貫通來說，影響貫通質量的是平麵位置偏差，即在水平麵內上、下兩段待貫通的井筒中心線之間的偏差(見圖5-4)。

井巷貫通的容許偏差值，由礦(井)技術負責人和測量負責人根據井巷的用途、類型及運輸方式等不同條件研究決定。以上三種類型井巷貫通的容許偏差見表5-1。

巷道貫通的容許偏差值，也可以用計算方法來確定。

(1)軌道運輸平巷貫通時，中線和腰線的容許偏差值Δx′和Δh可用下式計算(見圖5-4)：

Δx′=2lvs (5-1)

Δh=2li極限 (5-2)

式中l——由完全鋪設好永久軌道的巷道到貫通相遇點的距離，即鋪設臨時軌道的距離，一般l=20~30m;

v——軌距與車輪間距之間的容許差值，一般v=20mm;

s——電機車頭的軸間距;

i極限——貫通巷道的實際坡度與設計坡度之間的容許差值，一般i極限= 0.002~0.003

三、貫通測量的工作步驟及貫通測量設計書的編製

(一)貫通測量的工作步驟

(a) 調查了解待貫通井巷的實際情況，根據貫通的容許偏差，選擇合理的測量方案與測量方法。對重要的貫通工程，要編製貫通測量設計書，進行貫通測量誤差預計，以驗證所選擇的測量方案、測量儀器和方法的合理性。

(b) 依據選定的測量方案和方法，進行施測和計算，每一施測和計算環節，均須有獨立可靠的檢核，並要將施測的實際測量精度與原設計書中要求的精度進行比較。若發現實測精度低於設計中所要求的精度時，應當分析其原因，采取提高實測精度的相應措施，返工重測。

(c) 根據有關數據計算貫通巷道的標定幾何要素，並實地標定巷道的中線和腰線。

(d) 根據掘進巷道的需要，及時延長巷道的中線和腰線，定期進行檢查測量和填圖，並按照測量結果及時調整中線和腰線。

(e) 巷道貫通之後，應立即測量出實際的貫通偏差值，並將兩端的導線連接起來，計算各項閉合差。此外，還應對最後一段巷道的中腰線進行調整。

(f) 重大貫通工程完成後，應對測量工作進行精度分析與評定，寫出總結。

(二) 貫通測量設計書的編製

重要的貫通工程開始之前，應編製測量設計書，其主要任務是選擇合理的測量方案和測量方法。

1.井巷貫通工程概況

2.貫通測量方案的選定

3.貫通測量方法

包括所采用的儀器、測量方法及其限差規定。

4.貫通測量誤差預計

5.貫通測量中應注意的問題和應采取的相應措施

第二節 一井內巷道貫通測量

凡是由井下一條起算邊開始，能夠敷設井下導線到達貫通巷道兩端的，均屬於一井內的巷道貫道。

不論何種貫通，均需事先求算出貫通巷道中心線的坐標方位角、腰線的傾角(坡度)和貫通距離等，這些統稱之為貫道測量幾何要素，即標定巷道中腰線所需的數據，其求解方法隨巷通特點、用途及其對貫通的精度要求而異。

一、 采區內次要巷道的貫通測量

一般采區內次要巷道貫通距離較短，要求精度較低，可用圖解法求其貫通測量幾何要素，如圖5-6所示。巷道貫通方向，在設計圖上是用貫通巷道的中心線來表示的，測量人員隻要在大比例尺設計圖上把巷道的設計中心線AB用三角板平行移到附近的縱、橫坐標網格線上，然後用量角器直接量取縱坐標(x)線與巷道設計中心線之間的夾角，即可求得貫道巷道中心線的坐標方位角(圖5-6中所示為30°)。

 貫通巷道的坡度(傾角)與斜長，可用三棱尺和量角器在剖麵圖上直接量取，如圖5-7所示，貫通巷道斜長L=50.8m，傾角δ=11°20′。

二、 在兩個已知點之間貫通平巷或斜巷

設要在主巷的A點與副巷的B點之間貫通二號石門，即圖5-8中用虛線所表示的

巷道，其測量和計算工作如下：

(1) 根據設計，從井下某一條導線邊開始，測設經緯儀導線到待貫通巷道的兩端，並進行井下高程測量，然後計算出CA、DB兩條導線邊的坐標方位角αCA和Αdb以 及A、B兩點的坐標及高程。

(2) 計算標定數據：

① 貫通巷道中心線AB的坐標方位角αAB為：

αAB=arctg((yB-yA)/(xB-xA)) (5-4)

② 計算AB邊的水平長度lAB為：

lAB=(yB-yA)/sinαAB=(xB-xA)/cosαAB=((xB-xA)2+(yB-yA)2)1/2 ( 5-5)

③ 計算指向角βA和βB。由於經緯儀水平度量的刻度均沿順時針方向增加，所以在計算A點和B點的指向角時，也要按順時針方向計算。

A點：βA=∠CAB=αAB-αAC

B點：βB=∠DBA=αBA-αBD (5-6)

④ 計算貫通巷道的坡度 i：

i=tgδAB=(HB-HA)lAB (5-7)

式中：HA、HB—分別為A點和B點處巷道底板或軌麵的高程。

⑤ 計算貫通巷道的斜長(實際貫通長度)LAB：

LAB=lAB/cosδAB=(HB-HA)/sinδAB=((HB-HA)2+l2AB)1/2 (5-8)

三、貫通巷道開切位置的確定

第三節 兩井間巷道貫通測量

兩井間的巷道貫通，是指在巷道貫通前不能由井下的一條起算邊向貫通巷道的兩端敷設井下導線的貫通。為保證兩井之間巷道的正確貫通，兩井的測量數據必須統一，即采用同一坐標係統。所以，這類貫通的特點是兩井都要進行聯係測量，並在兩井之間進行地麵測量和井下測量，因而積累的誤差一般較大，必須采用更精確的測量方法和更嚴格的檢查措施。下麵，通過一個典型例子來說明如何進行這類貫通測量工作。

兩井之間貫通中央回風上山：

圖5-14為某礦中央回風上山貫通立體示意圖，該礦用立井開據，主副井在-425m水平開掘井底車場和水平大巷。風井在-70m水平開掘總回風巷。中央回風上山位於礦井的中部，采用相向掘進，由-425m水平井底車場12號石旋岔繞道起，按一定的傾角向上掘進，並同時由-125水平的2000石門處向下掘進。

從井巷布置條件來看，可能有兩條貫通測量路線(兩個方案)供選擇。

第一條路線(第一方案)：由主副井向-425m水平進行聯係測量。測得井下Ⅲ01-Ⅲ02邊的坐標方位角及Ⅲ01點坐標和高程，由比敷設導線及高程測量到中央回風上山的下端。由風井向-70水平進行一井定向和導入高程測量，並向-70m水平車場的井下起始邊Ⅰ0-Ⅰ1向2000石門敷設導線及高程測量到中央回風上山的上端。在地麵上，主副井與風井之間進行連測。

第二條路線(第二方案)：由主副井向-425m水平進行聯係測量，並由井下起始邊Ⅲ01-Ⅲ02向中央回風上山的下端進行導線測量和高程測量，這一部分與第一方案相同。所不同的是不由風井向-70水平進行聯係測量，而由副井向-125m水平進行一井定向和導入高程測量，並沿-125m水平大巷進行導線測量和高程測量到2000石門處的中央回風石門上端。這一方案因副井進行一井定向及-125m水平大巷中進行導線測量和高程測量的條件極差而未被采用。最終選用第一方案。下麵，對第一方案進行介紹。

(一) 主副井與風井之間的地麵連測

兩井間的地麵連測可以采用導線、獨立三角鎖或在原有礦區三角網中插點等方式，也可以采用GPS(全球定位係統)。該礦由於地麵比較平坦，采用了導線連測。先在主副井附近建立近井點12號點，在風井附近建立近井點05號點，再在12號點與05號點之間測設導線，並附合到附近的三角點上，作為檢核。在兩井之間還要進行四等水準測量，求出近井點的高程。

(二) 主副井與風井分別進行礦井聯係測量

主副井采用陀螺定向或兩井定向方法，求出井下起始邊Ⅲ01-Ⅲ02的坐標方位角和井下定向基點Ⅲ01的坐標。風井采用陀螺定向或一井定向法，求出井下起始邊Ⅰ0 -Ⅰ1的坐標方位角和井下定向基點Ⅰ1的坐標。同時，通過風井和副井進行導入高程測量，求出井下水準基點的高程。礦井聯係測量工作均須獨立進行兩次，以資檢核。若在建井時期已經進行過精度能滿足貫通要求的聯係測量，而且井下基點牢固未動，可再進行一次，將兩次成果進行對比，互差合乎要求，即可取加權平均值使用。

(三) 井下導線和高程測量

從-425m水平井底車場的井下起始邊Ⅲ01—Ⅲ02敷設導線到中央回風下山的下口;再從風井井底的井下起始邊Ⅰ0-Ⅰ1敷設導線到中央回風上山的上口。敷設導線要選擇路線短、條件好的巷道。如果條件允許，導線應盡可能布設成閉合環形作為檢核，支導線則必須獨立施測兩次。高程測量在平巷中采用水準測量。斜巷中采用三角高程測量，分別測出中央回風上山的上口及下口處腰線點的高程。

(四) 求算貫通巷道的方向和坡度，進行實地標定

根據中央回風上山的上口及下口處的導線點(導線點位於巷道的中線上)坐標及腰線點高程，反算出上山的方向和坡度，並與原設計值對比，當差值在容許範圍之內時，則進行實地中線及腰線的標定。在中央回風上山的掘進過程中，應經常檢查和調整掘進的方向和坡度，直至正確貫通。

兩井之間的巷道貫通，由於涉及聯係測量、地麵和井下測量，積累的誤差較大，尤其是兩井間距離較大時更為明顯。為保證貫通誤差不超過容許值，對於大型重要貫通，要根據實際情況選擇施測方案和測量方法，並進行貫通誤差予計，這一問題將在後麵加以論述。

5.2.3 立井貫通測量

立井貫通最常見的有兩種情況，一種是從地麵及井下相向開鑿的立井貫通;另一種是延深立井時的貫通。下麵分別加以介紹。

一、 從地麵和井下相向開鑿的立井貫通

如圖5-19所示，在距離主副井較遠處的井田邊界附近要新開鑿3號立井，並決定采用相向開鑿方式貫通。一方麵從地麵向下開鑿，另一方麵同時由原運輸大巷繼續向三號井方向掘進，開鑿完3號立井的井底車場後，在井底車場巷道中標出3號井筒的中心位置，由此向上以小斷麵開鑿反井，待與上部貫通後，再按設計的全斷麵刷大成井，當然也可以全斷麵相向貫通，但這會對貫通精度要求更高，增大測量工作量和難度。

這時的測量工作內容簡述如下：

(1) 進行地麵連測，建立主、副井和3號井的近井點。地麵連測方案可視兩井間的距離和地形情況以及礦上現有儀器設備條件而定。

(2) 以3號井近井點為依據，實際標出井筒中心(井中)坐標，指示井筒由地麵向下開鑿。(3) 通過主、副井進行聯係測量，確定井下導線起始邊的坐標方位角及起始點的坐標。

(4) 在井下沿運輸大巷測設導線，直到3號井井底車場出口P點。

(5) 根據3號井的井底車場設計的巷道布置圖，編製井底車場設計導線(見第十一章立井施工測量)。由導線點P開始，按井底車場設計導線來標定出中、腰線，指示巷道掘進，並準確地標出3號井井筒中心O的位置，牢固地埋設好井中標樁及井筒十字中線基本標樁，此後便可開始向上以小斷麵再鑿反井。

二， 延深立井時的貫通

在立井貫通中，高程測量的誤差對貫通的影響甚小，一般可以采用原有高程測量的成果並進行必要的補測。最後可根據井底的高程推算接井的深度，當上、下兩端井筒掘進工作麵接近到10～15m時，要提前通知建井施工單位，停止一端的掘進工作，采取相應的安全技術措施。在這類立井貫通時，尤其是全斷麵開鑿一次成井的相向貫通，立井中心線的貫通容許偏差較小，通常應事先進行貫通測量精度予計，做到心中有數，以免造成重大損失。

如圖5-20所示，1號井原來已掘進到一水平，現在要延深到二水平。由於一水平已通過大下山到達二水平，故決定采用貫通方式延深，即上端由一水平掘進輔助下山，到達一號井井底下方，留設井底岩柱(通常高6～8m)，標定出井筒中心O2，指示井筒由上向下開鑿;同時，在二水平開掘1號井井底車場，標定出1號井井筒中心O3，指示井筒由下向上開鑿。當立井井筒上下兩端貫通後，再去掉岩柱。從而使1號井由一水平延深到二水平。就圖5-20所示的立井延深貫通測量來說，

其主要測量工作為：

(1)在一水平測出1號井井筒底部在該水平的實際中心O1點的坐標，而不能采用地麵井中的坐標，更不能采用原來的設計井中坐標作為貫通的依據。因為井筒不可能完全鉛直而且有可能變形，而延深的井筒是要和一水平的1號井井筒底部相接的。

(2)從一水平井底車場中的起始導線邊開始。沿大巷和大下山測設導線到二水平，直到1號井井筒下方，並在二水平標定出井筒中心O3點，指示井筒由下向上開鑿。

(3)從一水平井底車場的起始導線邊開始，沿大巷和輔助下山測設導線到達1號井岩

柱下方，標定出井筒中心O2點，指示井筒由上向下掘進。輔助下山一般坡度較大，風速大，輔助下山的上端與一水平大巷相連接處，以及輔助下山的下端與岩柱下方的臨時水平相連接處，通常都有小半經的彎道，導線邊很短，必須十分注意經緯儀的對中。必要時，可采用“三聯架”法，或者將導線點設置在巷道底板上，用經緯儀的光學對中器在點上對中。

(4)1號井筒延深部分的上、下兩端相向掘進到隻剩下10~15m時，要書麵通知有關單位，停止一端掘進作業，采取相應安全指施。上、下兩端貫通後，再去掉岩柱。最終使1號井由一水平延深到二水平。

第六節 貫通後實際偏差測定及中腰線調整

巷道貫通後，實際偏差的測定是一項重要的工作，它具有以下意義。

(1) 對巷道貫通的結果作出最後的評定;

(2) 用實際數據檢查測量工作的成果，從而驗證貫通測量誤差予計的正確程度，以豐富貫通測量的理論和經驗;

(3) 通過貫通後的連測，可使兩端原來沒有閉合或附合條件的井下測量控製網

有了可靠的檢核和進行平差和精度評定;

(4) 作為巷道中腰線最後調整的依據。

所以《煤礦測量規程》中規定：井巷貫通後，應在貫通點處測量，貫通實際偏差值，並將兩端導線、高程連接起來，計算各項閉合差。重要貫通的測量完成後，還應進行精度分析，並作出總結。總結要連同設計書和全部內、外業資料一起保存。

5.2.4.1 貫通後實際偏差的測定

(一) 平斜巷貫通時水平麵內偏差的測定

(1) 用經緯儀把兩端巷道的中心線都延長到巷道貫通接合麵上，量出兩中心線之間的距離d，其大小就是貫通巷道在水平麵內的實際偏差，如圖5-24所示;

(2) 將巷道兩端的導線進行連測，求出閉合邊的坐標方位角的差值和坐標閉合差，這些差值實際上也反映了貫通平麵測量的精度。

(二) 平斜巷貫通時豎直麵內偏差的測定

(1) 用水準儀測出或用小鋼尺直接量出兩端腰線在貫通接合麵處的高差，其大小就是貫在豎直麵內的實際偏差;

(2) 用水準測量或經緯儀三角高程測量連測兩端巷道中的已知高程控製點(水準點或經緯儀導線點)，求出高程閉合差，它也實際上反映了貫通高程測量的精度。



(三) 立井貫通後井中實際偏差的測定

立井貫通後，可由地麵上或由上水平的井中處掛下中心垂球線到下水平，直接丈量出井筒中心之間的偏差值，即為立井貫通的實際偏差值。有時也可測繪出貫通接合處上、下兩段井筒的橫斷麵圖，從圖上量出兩中心之間的距離，就是立井貫通的實際偏差。此外，立井貫通後，應進行定向測量，重新測定下水平井下導線邊的坐標方位角和用來標定下水平井中位置的導線點的坐標，與原坐標的差值Δx和Δy，以及導線點的點位偏差Δ=(Δx2+Δy2)1/2，它也反映了立井貫通的精度。

5.2.4.2 貫通後巷道中腰線的調整

測定巷道貫通後的實際偏差後，還需對中腰線進行調整。

(一) 中線的調整

巷道貫通後，如實際偏差在容許範圍之內，對次要巷道隻需將最後幾架棚子加以修整即可。對於運輸巷道或砌石旋巷道，可將距相遇點一定距離處的兩端中心線A與B(圖5-25)相連，以新的中線A—1′—2′—4′—3′—B代替原來兩端的中線A—1—2和B—3—4，以指導砌築最後一段永久支護和鋪設永久軌道。

(二) 腰線的調整

若實際的貫通高程偏差Δh很小時，可按實測高差和距離算出最後一段巷道的坡度，重新標定新的腰線。在平巷中，若貫通的高程偏差Δh較大時，可適當延長調整坡度的距離。如圖5-26所示。實測貫通高程偏差為60mm，由貫通相遇點向兩端各後退30m，與該處的原有腰線點相連接。則得調整後的腰線，其坡度由原設計的4‰變為3‰。若由K點向兩端各後退15 m，則調整後的腰線坡度為2‰。在斜巷口，通常對腰線的調整要求不十分嚴格，可由掘進人員自行掌握調整。

5.3 貫通測量的誤差預計及方案選擇

貫通測量誤差預計，就是按照所選擇的測量方案與測量方法，應用最小二乘準則及誤差傳播律，對貫通精度的一種估算。它是預計貫通實際偏差最大可能出現的限度，而不是預計貫通實際偏差的大小，因此，誤差預計隻有概率上的意義。其目的是優化測量方案與選擇適當的測量方法，做到對貫通心中有數。在滿足采礦生產要求的前提下，既不由於精度太低而造成工程的損失，影響正常安全生產，也不因盲目追求高精度而增加測量工作量。貫通誤差預計分為一井內巷道貫通測量誤差預計，兩井間巷道貫通測量誤差預計，立井貫通測量誤差預計，以及井下導線加測堅強陀螺定向邊後的巷道貫通測量誤差預計。

5.3.1 一井內貫通誤差預計

5.3.2 兩井內貫通測量誤差預計

5.3.3 立井貫通的誤差預計

5.3.4 貫通方案優化與選擇

5.3.5 貫通技術總結