＊林通發(fā)

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司 福建 364200）

引言

目前在礦山井巷聯(lián)系測(cè)量方法中運(yùn)用較為普遍的是一井定向、二井定向及陀螺儀組合定向等測(cè)量方法[1]。礦山生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)合適的測(cè)量方法把礦山地面的平面坐標(biāo)、高程系統(tǒng)順利導(dǎo)入到井下，對(duì)于井下生產(chǎn)建設(shè)及監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)“六大系統(tǒng)”建設(shè)各方面均具有重要的意義，精確的測(cè)量是生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量的重要保證。

1.聯(lián)系測(cè)量法

在礦井、高速公路、地鐵以及包括坑道的工作環(huán)境中，對(duì)豎井的聯(lián)系測(cè)量使用得相當(dāng)普遍[2-8]，最常見(jiàn)的方法是幾何定向法和陀螺定向法，其中幾何定向法又分為一井定向法和二井定向法。根據(jù)某礦豎井聯(lián)系測(cè)量的實(shí)際操作情況，對(duì)一井定向方式在礦山聯(lián)系測(cè)量的具體運(yùn)用進(jìn)行分析。

(1)一井定向原理

一井定向是陀螺全站儀普及前井巷聯(lián)系測(cè)量中最普通的幾何方法，一般采用三角形聯(lián)系法，也可以采用描直法定向，但瞄直法定向主要用于精度要求不高的工礦企業(yè)或者電站，故礦山開(kāi)采特別是大型礦山開(kāi)采一般不采用瞄直法。

一井的定向觀測(cè)系統(tǒng)主要由地面觀測(cè)和井下測(cè)量?jī)蓚€(gè)部分構(gòu)成（如圖1所示）：①在待測(cè)筒中使用兩條高強(qiáng)度的細(xì)鋼絲并在鋼絲繩末端掛上重錘，通過(guò)自由下放的定向形式慢速均勻下放，完成鋼絲繩懸掛。地面利用井口附近的控制點(diǎn)，采用導(dǎo)線測(cè)量方法將控制點(diǎn)導(dǎo)測(cè)到井口，再使用全站儀對(duì)二條鋼絲的地面位置、高程和其確定位置的連線方位角進(jìn)行測(cè)量；②在近礦井工作中選擇了一定方向位置，并通過(guò)對(duì)二條鋼絲實(shí)測(cè)的地面位置線的方位角和三角形長(zhǎng)度、間距的觀測(cè)數(shù)值，將井上井下起始位置導(dǎo)線點(diǎn)的地面位置和起始位置線的方位角的數(shù)值計(jì)算出來(lái)，從而判斷了井底一邊的地面位置偏離，一點(diǎn)的水平面坐標(biāo)角度和高程，以便于為井下測(cè)量的相關(guān)作業(yè)安全有序進(jìn)行提供保證。

圖1 一井定向示意圖

(2)一井定向作業(yè)

在地表豎井筒提升系統(tǒng)中掛二條垂球線A和B進(jìn)行投點(diǎn)（圖1）。因?yàn)椴荒茉贏、B兩點(diǎn)安設(shè)全站儀，所以，必須確定井上、井下三角形的共有聯(lián)系邊C和C1，以便于在井上之間產(chǎn)生一個(gè)以AB為公共邊的聯(lián)系三角形ABC和A1B1C1[3]。

圖2、圖3是井上、下聯(lián)系三角的定向示意圖。由圖示中便可知道，當(dāng)?shù)弥乇鞤一點(diǎn)的位置及其DE的方位角和井下的聯(lián)系三角形各內(nèi)角及邊長(zhǎng)時(shí)，即可用普通導(dǎo)線的測(cè)量方法測(cè)量出A、B兩點(diǎn)在井下坐標(biāo)系上的方位及其聯(lián)線的方位角。同理，當(dāng)?shù)弥狝、B兩點(diǎn)的方位及其聯(lián)線的方位角和地表的聯(lián)絡(luò)三角形各內(nèi)角及邊長(zhǎng)時(shí)，再計(jì)算連角δ1，即可求出在井下導(dǎo)線起始邊D1E2點(diǎn)的方位角以及在D1點(diǎn)的方位。其中，聯(lián)系的三角線上獨(dú)立測(cè)量三測(cè)回，各測(cè)回二次讀數(shù)后，測(cè)回的間距誤差宜小于1mm，而井上與井下間的定距誤差應(yīng)小于2mm。點(diǎn)C和D及點(diǎn)C1與D1應(yīng)當(dāng)相互通視，而CD和C1與D1間的距離差應(yīng)當(dāng)盡量大于20m；點(diǎn)C和C1應(yīng)當(dāng)盡可能地置于AB延長(zhǎng)線上，角度γ和α及γ1和β1應(yīng)當(dāng)小于或等于2°[4]，因?yàn)檫@樣構(gòu)成的三角形效應(yīng)比較好；點(diǎn)C和點(diǎn)C1適當(dāng)?shù)鼐o靠最近的垂球線上，而a/c與b1/C1的差值通常都不超過(guò)1.5倍。

圖2 地表聯(lián)系三角形定向示意圖

圖3 井下聯(lián)系三角形測(cè)量示意圖

(3)一井定向數(shù)據(jù)處理

一井定向的內(nèi)業(yè)技術(shù)工作大致可以分為兩個(gè)部分，第一部分工作分為解算聯(lián)系的三角形上各未知元素，以及兩垂球線間的夾角并對(duì)其加以檢核[5]。

角γ及邊長(zhǎng)a，b，c均為已知，根據(jù)三角函數(shù)中正弦公式（1）計(jì)算出角α，β。

sinα=(a/c)sinγ，sinβ=(b/c)sinγ （1）

計(jì)算聯(lián)系三角形得到α，β后，則應(yīng)滿(mǎn)足三角形內(nèi)角和公式（2）。

（α+β+γ）=180 （2）

對(duì)于延伸三角形計(jì)算后的內(nèi)角和一般都能閉合，由于角度計(jì)算中需保留有效小數(shù)，導(dǎo)致計(jì)算得到的三角形內(nèi)角之和不等于180°，存在三角形閉合誤差f0。

2.工程應(yīng)用

某礦山330中段水平的巷道頂板的控制點(diǎn)已基本廢棄或丟失，需將地表平面坐標(biāo)和高程系統(tǒng)重新引入井下。根據(jù)礦區(qū)地形現(xiàn)狀等基本情況，本文提出利用聯(lián)系測(cè)量[6]中的一井定向方法，將地表的坐標(biāo)和高程重新引入井下，指導(dǎo)330中段水平各項(xiàng)作業(yè)任務(wù)。在計(jì)算地表聯(lián)系三角形時(shí)，應(yīng)利用符合誤差規(guī)定范圍數(shù)值并經(jīng)平差后的距離、角度等數(shù)值來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，可按導(dǎo)線測(cè)量表格來(lái)測(cè)定觀邊方位角和各點(diǎn)位置。

由于本案例高程聯(lián)系測(cè)量的高程僅為18m，只用一把30m的鋼卷尺就能完成高程導(dǎo)入測(cè)量。具體方法如圖4所示。

圖4 井深測(cè)量示意圖

（1）將鋼尺0點(diǎn)處綁在B點(diǎn)上，緩緩下放鋼尺，待鋼尺離至井下巷道底板1m左右時(shí)停止放鋼尺，并在鋼尺末端綁上適當(dāng)重量的重錘，放入桶中。

（2）將C點(diǎn)、C1點(diǎn)架設(shè)電子全站儀，水平夾角調(diào)節(jié)至90°，同時(shí)對(duì)準(zhǔn)鋼卷材讀取數(shù)據(jù)L，L1，則二個(gè)儀器視線差為：L=L1-L，在求出高差L后，由于H（C）的存在，就可以算出C1點(diǎn)在統(tǒng)一坐標(biāo)系的高度。

H(C1)=H(C)-hi(C)-l+hi(C1) （8）

因此，豎井導(dǎo)入標(biāo)高的實(shí)質(zhì)，就是如何求得L的長(zhǎng)度，又稱(chēng)為井深測(cè)量。鋼尺總長(zhǎng)應(yīng)大于井深，當(dāng)鋼尺較長(zhǎng)時(shí)，可將它繞在一個(gè)手搖絞車(chē)上使用。

開(kāi)展定向過(guò)程中，應(yīng)充分利用各種先進(jìn)的科學(xué)手段來(lái)降低了各因素對(duì)鋼絲的干擾，以提高定向準(zhǔn)確性，本文以各單項(xiàng)的獨(dú)立計(jì)算數(shù)據(jù)及平差結(jié)果表列出，見(jiàn)表1、表2。

表1 地表聯(lián)系三角形觀測(cè)數(shù)據(jù)及平差結(jié)果

表2 井下聯(lián)系三角形觀測(cè)數(shù)據(jù)及平差結(jié)果

3.結(jié)論

通過(guò)前期的籌劃和一井定向過(guò)程中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^測(cè)、較好的誤差控制，成功將地表控制網(wǎng)導(dǎo)入井下。目前，通過(guò)新的控制網(wǎng)，已順利完成提升系統(tǒng)、井下貫通、排水線路、通風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)施建設(shè)；同時(shí)配合生產(chǎn)推進(jìn)，較好的完成了采準(zhǔn)、切割等巷道的掘進(jìn)，并廣泛運(yùn)用于井下的位移監(jiān)測(cè)等工作中。

在礦井地下開(kāi)采過(guò)程中，豎井的建立工作應(yīng)當(dāng)符合礦井勘測(cè)要求，使井上和井下地面坐標(biāo)進(jìn)行有效聯(lián)系，從而合理地測(cè)繪出井下和井上的實(shí)際位置圖，有助于檢測(cè)人員更良好地掌握地面工程與地下工作之間的聯(lián)系，從而保證了地面方位角，以及將平面坐標(biāo)信息有效傳輸至井下巷道中，以輔助井下工程建設(shè)的順利開(kāi)展。經(jīng)過(guò)對(duì)本文的分析和一井定向法在某礦山具體施工中的實(shí)際運(yùn)用，作者總結(jié)了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

（1）為保證測(cè)量精度，盡量用鋼絲而不要用建筑線。因?yàn)闊o(wú)法確定井筒中懸掛的鋼絲點(diǎn)在兩個(gè)中間水平的鉛垂?fàn)顟B(tài)，而丈量的邊長(zhǎng)與兩個(gè)水平中間相距約3cm。這樣是不符合精度要求的。應(yīng)在鋼絲末端距巷道底板1m標(biāo)高處，掛上適當(dāng)重錘，放入裝滿(mǎn)水的水桶，使其處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。

（2）觀測(cè)水平角時(shí)，A1，B1點(diǎn)會(huì)左右小幅度擺動(dòng)，所以外業(yè)觀測(cè)照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)使十字絲在線小幅度左右擺動(dòng)的中間時(shí)刻讀數(shù)并記錄。

（3）一井定向測(cè)量要求更高，測(cè)量人員要注意自身安全的同時(shí)，做到外業(yè)、內(nèi)業(yè)認(rèn)真仔細(xì)，一絲不茍，觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄字跡清楚，計(jì)算結(jié)果應(yīng)由其他測(cè)量專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員幫忙檢查、驗(yàn)算后方可使用，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

（4）要有一絲不茍的工作態(tài)度對(duì)待外業(yè)工作。嚴(yán)格控制測(cè)量精度。在測(cè)量過(guò)程中，需要按照嚴(yán)格的測(cè)量規(guī)范進(jìn)行操作，確保每個(gè)步驟的精度符合要求。

（5）測(cè)量?jī)x器和設(shè)備需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，確保其精度和穩(wěn)定性。