斜井多中段联合反掘高精度贯通技术的研究与实践

吴斌杰

（锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司，内蒙古 锡林郭勒盟 026300）

1 现状描述

随着深部中段的不断增加，现有斜井串车无法满足深部接续工程量的提升需求，根据生产实际需要，设计施工主斜井（箕斗井）一条，井筒倾角33°，规格为5.7m（宽）×3.5m（高），全长515m。副斜井（串车斜井）一条，伪倾斜布置，倾角26°全长550m。主斜井自2018年8月开工，服务328m以上的五个中段，副斜井同步下掘延伸，两条斜井各中段全部贯通，从而形成完整的通风及提升系统。根据《测量规范》规定，两井贯通在重要水平方向的允许误差不得超过0.5m，高程方向上的允许误差不得超过0.2m[1]。

2 方案措施

2.1 施工组织

为了节约工期、加快掘进速度，箕斗斜井工程分为五部分进行施工，分别为568m～595m分段反掘、绳道正掘，518m分段～568m反掘、468m分段～518m反掘、443m～468m反掘。配套系统工程有491m标高溜井两条，443m标高溜井两条，568m中段溜井主仓一条。

2.2 人员组织

此工程由两组人员主要负责，568m中段施工配备主管一名、技术员一名，518m、468m中段配备主管一名、技术员三名，做到人员配备齐全，满足工程施工测设需要。

2.3 测设方法选用

（1）井下导线采用2″莱卡防爆全站仪。

（2）导线测角量边采用两个测回，两次对中，测角同一目标读数不得大于12″，2C差不得大于18″；测距时每条边往返观测各两次，一测回最大读数较差不得超过10mm。

（3）所有导线边均由不同观测者独立观测两次，取两次观测的角度和距离的平均值做为计算值。

2.4 定向测量和高程测量

陀螺仪定向：使用陀螺仪对568m、468m中段加测两条陀螺辅助加强边。考虑地球曲率及斜井坡度大等影响，在满足工程要求的前提下，平巷段采用水准高程测量原理测设导线点，坡度较大的斜井采用五等光电测距三角高程测量。

2.5 贯通误差预计

误差参数部分根据矿山实际测量所积累数据得出，部分误差参考《矿山测量学》测量误差参数参考表得出。

（1）井下测角中误差为mβ=±7″。

（2）电测距测边误差如下表。

表1 电磁波测距三角高程测量的主要技术要求

（3）陀螺仪出厂定向精度20″。

根据所提供的误差预计，论证斜井施工测设方案：论k点为设计和生产部门共同确定的贯通点，过k点作x和y，y同贯通的方向一致且同x垂直，贯通相遇点k在水平重要方向x上的误差预计。①导线测角误差引起K点在X′轴上的误差Mx′β下：计算公式：Mx′ β下=±mβ下/ρ*√∑Ryi2，Mx′ β下=±0.0833（m）。②井下导线光电测边误差引起K点在X′轴上的误差Mx′L下计算公式：Mx′L下=±√a2∑Licosai2。cosai2：各导线边与X′轴间的夹角的余弦值的平方：Mx′L下=±0.0185（m）。③贯通在水平重要方向x上的总中误差。

通过计算软件得出M=0.0908m。④贯通在水平重要方向x上的预计误差。M=2M=0.1816m。论贯通相遇点k在高程上的误差预计，井下三角高程测量引起的k点高程误差：式中每千米长度三角高程路线的中误差，可按《测量规程》的规定取为。⑤L为两下山中三角高程测量路线总长度（单位km）；M=0.0418m。⑥贯通在高程上的总中误差（以上各项高程测量均进行两次）：M=0.0836m。⑦贯通在高程上的预计误差：M=2M=0.1672m。从以上计算结果可以看出，在水平重要方向和高程上都未超过容许的贯通偏差值，此方案是可行的。

2.6 测设过程管控

（1）斜井平面控制。控制点以副井马头门568-1、568-3测量点为基准原点，与568-9和568-10导线点进行闭合导线测量，数据平差后由串车斜井传递至518m及468m中段指导运输联巷及斜井施工，导线测量全长共1810m，合理布设导线点控制点75个，其中468m至443m中段利用几何定向进行平面控制点传递，测设过程如下：

投点：将测点布设在468m中段溜井上口处，在围岩稳固的顶板处布设导线控制点，通过一井定向法将导线坐标传递至443m分段，指导底部斜井反掘施工，具体见剖面图如下。

图1 底部斜井反掘施工图

具体解算过程如下：

①坐标正算求出投点A和B的测点坐标；②通过一井几何定向方法求出C边。

C计=√a2+b2-2abcosr；d=C丈-C计

依据两减一加法分配改正数值：Va=-d/3；Vb=＋d/3；Vc=-d/3

平差边即是：a0=a+va；b0=b+vb；c0=c+vc

根据正弦定理：a/sina=b/sinb=c/sinc公式解算出前视D和E起始控制点X，Y坐标数据。高程利用钢尺通过多次错位复测传递至分段斜井内，通过多人复核计算使之满足精度后作为起始控制点指导443m～468m的返掘斜井施工。

（2）斜井坡度控制。由于斜井距离较长，坡度为33°，三角高程方法无法直接标定两侧腰线，测量组研究后结合伪倾角腰线法进行坡度控制，通过贯通后复测验证，伪倾角腰线法在指导反掘斜井的施工中，是合理精确的方法，伪倾角公式伪tanA’=cosB(水平夹角）×tanA(真倾角)，示意图如下。

图2 斜井坡度控制施工剖析图

（3）保障措施。①为加快重点工程施工进度，保证施工质量，箕斗斜井各分段先小断面施工斜井上半部工程，等贯通后对测点高程进行附合，统一高程基点并平差后对斜井下半部起底，确保底板统一坡度。②要求施工方每班将中、腰线引至作业面，并在作业面标出，确保工程严格按照中、腰线施工。③箕斗斜井高程测量采用三角高程方法与导线同时测量，为减小地球曲面影响，测量高差时尽量使前后视距相等，往返多次观测。④测量主要负责人常去现场，亲自参与把关，对测设数据亲自检核，亲自参与导线复测，确保导线无误。

2.7 贯通误差分析及精度评定

（1）贯通误差分析。箕斗斜井全线贯通后，及时对各中段施工导线点进行实测，测量实际偏差值为高程误差0.075m，测点点位偏差0.01m，满足精度要求。主要误差来源为井下环境中气温、气压、空气湿度和清晰度、风力等因素的变化，导致测量结果中带有误差。

（2）贯通精度评定。通过贯通后的导线控制点复测，高程误差Mh允=±20√L≈0.097＞实测0.075m，测点点位fx=0.013m、fy=0.008m，导线闭合差F=√fx2+fy2≈0.015m，导线全长相对闭合差K=1/50000＜《工程测量规范》1/8000，以上数据均符合技术规范贯通要求。

3 总结

（1）结合施工中的复杂难度，综合应用了陀螺仪、全站仪、铅垂仪、水准仪、激光指向仪等测量设备，丰富了技术管理人员的知识水平和实践应用能力。

（2）为保证斜井的工程质量高标准，创新应用了分层施工方法，避免了大断面直接贯通造成的工程浪费。

（3）利用三面光爆法，使大断面斜井的施工质量标准化，减少因超欠挖所附加的工程量，加大了提升安全保障。

（4）合理布设导线控制点，通过使用手持冲击钻机打孔的方法，克服长距离地质围岩条件变化大和点位位移变化的影响，做到了控制点的可靠性和统一性。

（5）多中段联合反掘高精度的贯通，为斜井的后期装配奠定了强有力的数据保障。