（山東黃金礦業(yè)（玲瓏）有限公司,山東 招遠(yuǎn) 265400）

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闡述了礦山生產(chǎn)建設(shè)中豎井聯(lián)系測量的目的與實(shí)質(zhì)，通過玲瓏金礦大開頭礦區(qū)-670盲豎井聯(lián)系測量的工作實(shí)際，介紹了豎井聯(lián)系測量的工作過程及光電測距法在豎井高程導(dǎo)入中的應(yīng)用。

聯(lián)系測量；光電測距法；大井深立井

在礦山的生產(chǎn)建設(shè)中，為了確定井下巷道、采空區(qū)與地面地形、地物的對應(yīng)關(guān)系以及井下各類巷道之間的空間分布情況，就必須使礦井井下測量的坐標(biāo)系統(tǒng)與地面測量的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一起來。為了滿足這一要求，就需要使礦山地面測量與井下測量聯(lián)系起來，也就是必須進(jìn)行使井上下坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一起來的聯(lián)系測量工作。聯(lián)系測量就其內(nèi)容而言包括平面聯(lián)系測量與高程聯(lián)系測量兩部分，平面聯(lián)系測量簡稱定向，高程聯(lián)系測量簡稱為導(dǎo)入高程。

1 豎井聯(lián)系測量的目的與意義

豎井聯(lián)系測量的目的是把地面坐標(biāo)系統(tǒng)，經(jīng)過豎井傳遞到井下測量的起始點(diǎn)上，然后以該起始點(diǎn)進(jìn)行井下坐標(biāo)的傳遞。其意義是通過井上坐標(biāo)導(dǎo)入井下，井下坐標(biāo)依次傳遞，達(dá)到井下各種巷道在空間結(jié)構(gòu)上滿足生產(chǎn)設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)便于對井下采掘工作面的分布與地面地形地物的空間對應(yīng)狀況有詳細(xì)的掌握，它是確保礦井安全生產(chǎn)的一個(gè)重要方面。

2 總體測量方案

結(jié)合-670盲豎井的作業(yè)環(huán)境和生產(chǎn)實(shí)際，本次聯(lián)系測量工作的主要方案是：在坐標(biāo)的引入上，采用單鋼絲穩(wěn)定投點(diǎn)的方法；在方向上，采用陀螺經(jīng)緯儀定向的方法進(jìn)行測定；在高程上，采用長鋼絲投點(diǎn)配合光電測距的方法進(jìn)行測定。

由于本次聯(lián)系測量多中段同時(shí)進(jìn)行，為了減少測量工作對礦井生產(chǎn)的影響并考慮到現(xiàn)場的實(shí)際情況，本次測量任務(wù)我們將方向?qū)牒妥鴺?biāo)高程導(dǎo)入分開進(jìn)行測定，主要工作流程如下：首先，在井下埋設(shè)好的定向邊控制點(diǎn)上進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀定向測量測定出定向邊的坐標(biāo)方位角；然后，再考慮用單鋼絲吊掛重物進(jìn)行坐標(biāo)和高程的導(dǎo)入工作。

在使用單鋼絲導(dǎo)入高程時(shí)，由于各種不同型號的鋼絲其彈性系數(shù)和不同的氣象因素的改正很難在理論上準(zhǔn)確的計(jì)算出來。為了精確測定出井下高程，本次高程導(dǎo)入主要采用光電測距的方法：在地面井口和井下搭建操作平臺，將儀器對中到長鋼絲的投點(diǎn)中心上，然后挪開鋼絲并在井口平臺上長鋼絲的投點(diǎn)中心位置放置三棱鏡頭對準(zhǔn)井下，最后將儀器視準(zhǔn)軸對準(zhǔn)天頂方向，進(jìn)行高程的測定工作。

3 陀螺經(jīng)緯儀測定坐標(biāo)方位角

為減少測量工作對礦井生產(chǎn)的影響，提高測量的精度，本次方向的測定工作同高程和坐標(biāo)的導(dǎo)入分開進(jìn)行。本次的定向測量選用15″級陀螺經(jīng)緯儀，采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的測量方法，采用3-3-3的測量方案。具體方法如下：

（1）嚴(yán)格整置經(jīng)緯儀，架上陀螺儀，以一個(gè)測回測定待定或已知測線的方向值，然后將儀器大致對正北方。

（2）鏡緊擺動(dòng)系統(tǒng)，啟動(dòng)陀螺馬達(dá)，待達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，下放陀螺靈敏部，進(jìn)行粗略定向。制動(dòng)陀螺并托起鎖緊，將望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸轉(zhuǎn)到近似北方位置，固定照準(zhǔn)部。把水平微動(dòng)螺旋調(diào)整到行程范圍的中間位置。

（3）打開陀螺照明，下放陀螺靈敏部，進(jìn)行測前懸?guī)Я阄挥^測，同時(shí)用秒表記錄自擺周期T。零位觀測完畢，托起并鎖緊靈敏部。

（4）啟動(dòng)陀螺馬達(dá)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，緩慢地下放靈敏部到半脫離位置，稍停數(shù)秒鐘，再全部下放。如果光標(biāo)像移動(dòng)過快，再使用半脫離阻尼限幅，使擺幅大約在1°～3°范圍為宜。用水平微動(dòng)螺旋微動(dòng)照準(zhǔn)部，讓光標(biāo)像與分劃板零刻劃線隨時(shí)重臺，即跟蹤。跟蹤要做到平穩(wěn)和連續(xù)，切忌跟蹤不及時(shí)，例如時(shí)而落后于靈敏部的擺動(dòng)，時(shí)而又很快趕上或超前很多，這些情況都會(huì)影響結(jié)果的精度。在擺動(dòng)到達(dá)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，連續(xù)讀取5個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)u1、u2、u3、u4、u5。然后鎖緊靈敏部。制動(dòng)陀螺馬達(dá)。

跟蹤時(shí)，還需要用秒表測定連續(xù)兩次同一方向經(jīng)過逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的時(shí)間，稱為跟蹤動(dòng)周期。

擺動(dòng)平衡位置在水平度盤上的平均讀數(shù)NT，稱為陀螺儀北方向值，用下式計(jì)算：

（5）測后零位觀測，方法同零位觀測。

（6）以一測回測定已知測線的方向值，取測前測后兩測回的平均值作為測線方向值。

以上稱為陀螺經(jīng)緯儀逆轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測的一個(gè)測回，方案后附逆轉(zhuǎn)點(diǎn)記錄表格。

上述逆轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測方法只是針對上架懸掛式陀螺經(jīng)緯儀，如果所使用的陀螺儀不是上架懸掛式陀螺經(jīng)緯儀則應(yīng)該參照儀器說明書的操作方法進(jìn)行觀測。

4 高程導(dǎo)入和連接測量

由于-670盲豎井作業(yè)環(huán)境高、生產(chǎn)任務(wù)重，在高程的導(dǎo)入上如果采用傳統(tǒng)的長鋼尺導(dǎo)入可能會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，而且也要消耗大量的人力。為了提高精度和工作效率，我們考慮采用光電測距的方法進(jìn)行高程的導(dǎo)入。在現(xiàn)有的條件下，我們決定采用全站儀在井下對中，并與地面安置棱鏡進(jìn)行天頂距離的測量以達(dá)到高程導(dǎo)入的目的。具體方法如下：

在地面布置并測定好一個(gè)近井點(diǎn)，近井點(diǎn)可由N6---YE4-J兩點(diǎn)為基準(zhǔn)并以N6點(diǎn)位測站，直接測至井口附近（近井點(diǎn)的高程需往返測）。

在地面安置一臺全站儀（具有免棱鏡測距功能）于近井點(diǎn)，一個(gè)棱鏡于后視N6點(diǎn)。在井下安置兩臺全站儀分別于S點(diǎn)（具有免棱鏡測距功能全站儀）和一臨時(shí)點(diǎn)，于S1點(diǎn)安置棱鏡。

在井筒上下分別于井口和井下-760水平的井筒罐籠平衡錘位置處搭建操作平臺，操作平臺必須安設(shè)的平穩(wěn)，保證一起安置于平臺上不會(huì)受到晃動(dòng)的影響。

井口操作平臺必須于適當(dāng)?shù)奈恢昧粲幸粋€(gè)直徑大約150mm的孔，以便安置鋼絲和棱鏡。于井口操作平臺上2m位置處安設(shè)一個(gè)卡繩器，以便固定鋼絲繩位置。

將鋼絲由井口平臺下放至井下平臺，井口平臺將鋼絲固定在卡繩器上并有預(yù)留的孔中穿過到井下。井下平臺在鋼絲繩末端懸掛一約20kg的重錘，并將重錘置于一盛水的鐵桶內(nèi)。

于S點(diǎn)安置儀器（具有免棱鏡功能的全站儀），于S2點(diǎn)安置棱鏡，待鋼絲繩晃動(dòng)趨于穩(wěn)定后采用兩次對中四個(gè)測回觀測 鋼絲繩-S-S2的角度同時(shí)測定S點(diǎn)到鋼絲繩的距離（可在鋼絲繩后貼一張白紙，用全站儀的免棱鏡測距功能進(jìn)行距離測定）

地面將儀器架設(shè)于埋設(shè)好的近井點(diǎn)上后視N6點(diǎn)，待鋼絲繩穩(wěn)定后采用兩個(gè)測回測定出鋼絲繩的平面坐標(biāo)（其中近井點(diǎn)到鋼絲繩的距離測定方法與上述方法相同），同時(shí)測定出井口平臺上預(yù)留孔的孔口高程。原則上地面與井下的連接測量應(yīng)同時(shí)進(jìn)行以減少各種干擾因素產(chǎn)生的誤差。

連接測量完成后將井下兩臺儀器大致按下圖位置架設(shè)：

兩臺儀器同時(shí)照準(zhǔn)鋼絲繩，并鎖定儀器的水平度盤，將水桶、鋼絲繩移開，用兩臺全站儀以十字線的方式標(biāo)定出鋼絲繩的投點(diǎn)中心O下。在井口平臺以拉線的方式找出鋼絲繩的中心O上以十字線的方式標(biāo)定的井口平臺上。

將TC1202+全站儀安置于標(biāo)定出的鋼絲繩投點(diǎn)中心O下上，于S點(diǎn)安置棱鏡并丈量棱鏡高。在井口平臺將鋼絲繩移開，將三棱鏡頭安置于預(yù)留孔上，棱鏡中心對準(zhǔn)鋼絲繩的中心O上，也可以在卡繩器上吊掛錘球來找到鋼絲繩的中心。

于井下平臺將儀器對準(zhǔn)天頂方向并測距，然后將儀器瞄準(zhǔn)S點(diǎn)站標(biāo)并測定天頂角和斜距。以上稱為一個(gè)測回，總共應(yīng)測四個(gè)測回以求取S點(diǎn)高程。

設(shè)天頂距離為L天，井口平臺預(yù)留孔孔口高程為H上，儀器與站標(biāo)的高差為DH，站標(biāo)高為j 則S點(diǎn)的高程HS為：

5 高程導(dǎo)入的可能性分析

假設(shè)井口平臺三棱鏡組的有效反射范圍為一個(gè)直徑為100mm的圓，圓心為棱鏡中心。假設(shè)儀器對準(zhǔn)鋼絲投點(diǎn)中心的誤差為10mm。井筒深度為530m。則儀器對準(zhǔn)天頂方向的天頂角誤差（主要來源于儀器的測角誤差和指標(biāo)差）應(yīng)小于：

假設(shè)儀器的測角精度為2"則i的允許誤差為：

此項(xiàng)要求高于測量儀器規(guī)范的要求。為了控制i角的精度，在測量之前應(yīng)對用于測定天頂距離的全站儀進(jìn)行嚴(yán)格的天頂角校檢，校檢方法如下：

將儀器置于合適的位置整平。

找尋以照準(zhǔn)目標(biāo)，要求目標(biāo)清晰，儀器照準(zhǔn)目標(biāo)后垂直角大于20°，目標(biāo)與儀器的距離大于50m。

儀器照準(zhǔn)該目標(biāo)，測定天頂角并記錄，共測定九個(gè)測回計(jì)算i角的中誤差mi：

mi必須小于2"，計(jì)算i角的平均值作為半測回測定天頂角的改正值。

6 精度分析與評定

6.1 陀螺經(jīng)緯儀定向精度分析與評定

假定按照陀螺經(jīng)緯儀的標(biāo)稱精度15"（陀螺經(jīng)緯儀一次測定方位角中誤差），按照3-3-3的定向測量方案，則一次定向中誤差 可按下述方法進(jìn)行計(jì)算：

由于井下定向邊坐標(biāo)方位角為：

則一次定向中誤差為：

在定向測量工作完成后，還應(yīng)測量成果進(jìn)行精度評定，即應(yīng)從新計(jì)算實(shí)際的陀螺一次測定方位角中誤差和實(shí)際的定向中誤差，實(shí)際的誤差值應(yīng)小于理論計(jì)算的誤差值。

則

定向的實(shí)際中誤差計(jì)算與上述方法相同。

6.2 高程導(dǎo)入精度分析

本次高程導(dǎo)入的誤差來源主要有以下幾個(gè)方面

假設(shè)地面和井下均按照等外水準(zhǔn)的要求進(jìn)行測量，則每公里高程中誤差為m0=20mm。近井點(diǎn)至N6點(diǎn)的距離約為250m，則：

近井點(diǎn)到井口平臺的距離為30m，則

考慮到近距離測量時(shí)儀器高的丈量誤差的影響不可忽略，可取m平=3mm。

同樣可取m傳=3mm。

假設(shè)儀器距離測量的標(biāo)稱精度為2+2ppm，井筒深度為530m，則

由上述的計(jì)算可求得相對于N6點(diǎn)S點(diǎn)的高程誤差為：

6.3 連接測量精度分析

取儀器標(biāo)稱測角精度2"，測距精度2+2ppm

取點(diǎn)位中誤差mp則：

取近井點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為mp近，則

取鋼絲投點(diǎn)的點(diǎn)位誤差為mp投，按照規(guī)程可取mp投=2mm。

由地面連接測量引起的點(diǎn)位中誤差為mp上，則

由井下連接測量引起的點(diǎn)位中誤差為mp下，則

有上面的分析可知，相對于N6點(diǎn)S點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差mps為：

7 結(jié)束語

總之，豎井聯(lián)系測量在礦山生產(chǎn)建設(shè)中是一項(xiàng)極其重要的基礎(chǔ)性測量工作，其精度必須能夠滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。傳統(tǒng)的豎井聯(lián)系測量方法雖然能夠解決一般的聯(lián)系測量問題，但隨著安全生產(chǎn)形勢的發(fā)展，聯(lián)系測量的精度必然會(huì)越來越高，特別是大井深立井聯(lián)系測量，仍然是礦山測量工作者面臨的一個(gè)難點(diǎn)問題。有待于我們礦山測量工作者在實(shí)踐中不斷探索驗(yàn)證，同時(shí)也期待著新儀器設(shè)備、新方法的誕生，通過使用新儀器、新方法來提高豎井聯(lián)系測量的精度和效率。

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光電測距法在豎井聯(lián)系測量中的應(yīng)用

王智君,張 杰,孫利軍