井下長(zhǎng)距離工程測(cè)量精度分析及改進(jìn)措施

李先敬

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東韶關(guān)市 512325)

井下長(zhǎng)距離工程測(cè)量精度分析及改進(jìn)措施

李先敬

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東韶關(guān)市 512325)

分析凡口礦井下－500 m中段東礦帶的平面控制測(cè)量精度，對(duì)可能施工的貫通工程進(jìn)行了誤差預(yù)計(jì)，并提出必須加測(cè)陀螺定向邊以提高測(cè)量精度。

控制測(cè)量;測(cè)量精度;貫通誤差預(yù)計(jì);陀螺經(jīng)緯儀定向

中金嶺南公司凡口礦是一座年產(chǎn)18萬(wàn)t鉛鋅金屬量的大型礦山，在多年持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)，一直堅(jiān)持在主礦體外圍和周邊進(jìn)行地質(zhì)探礦工作并取得了很好的成效，發(fā)現(xiàn)了大量有開采價(jià)值的礦石資源。從建礦至今，經(jīng)過幾十年的開采，礦石儲(chǔ)量仍保持在較高的水平。為了開采這些新探明的外圍周邊礦體，需要利用現(xiàn)有的井下工程進(jìn)行延伸掘進(jìn)，貫通工程的長(zhǎng)度和難度大大增加，對(duì)井下控制測(cè)量的精度提出了更高的要求。

1 －500 m東礦帶的基本情況

東礦帶是指主礦體及獅嶺南礦體以東、F6斷層以西的狹長(zhǎng)礦化地帶，共有大小17個(gè)礦體，礦體群較集中的分布在2個(gè)區(qū)，主要有Dn209#a礦體和Sh263#a礦體。東礦帶的首個(gè)開拓探礦中段布置在－500 m，現(xiàn)已施工至東17#穿，終點(diǎn)在東23#穿。

－500 m東礦帶工程目前在凡口礦井下所有中段中距離井口最遠(yuǎn)，工作面離井口起算點(diǎn)已超過3000 m。該中段平面控制測(cè)量采用經(jīng)緯儀測(cè)角和鋼尺量邊的支導(dǎo)線，因此很有必要對(duì)其精度進(jìn)行分析和預(yù)計(jì)，評(píng)定是否能滿足規(guī)范要求和生產(chǎn)需要。如不能滿足則要采取措施來(lái)改進(jìn)和提高測(cè)量的精度，從技術(shù)上保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2 －500 m東礦帶現(xiàn)有平面控制測(cè)量精度

－500 m中段起算坐標(biāo)與方位角由5#溜井用一井定向的方法導(dǎo)入，定向邊為T1～T2，幾何定向成果方位角為90°08'25″。后因深部開拓的需要，于1996年5月委托外單位進(jìn)行了陀螺經(jīng)緯儀定向，定向邊同樣為T1～T2，陀螺經(jīng)緯儀定向成果方位角為90°12'46″，較差達(dá) 4'21″，說(shuō)明單井幾何定向成果精度偏低，不能使用，已用陀螺定向成果進(jìn)行了改算。

從定向邊T1～T2至東礦帶15#穿布設(shè)7″級(jí)導(dǎo)線作為首級(jí)控制，現(xiàn)已施測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)26個(gè)，7″級(jí)導(dǎo)線線路總長(zhǎng)約 2900 m，最長(zhǎng)邊 133．836 m，最短邊7．065 m。采用J2經(jīng)緯儀測(cè)角，用經(jīng)過檢定的鋼尺量邊。從東15#穿往設(shè)計(jì)終點(diǎn)布設(shè)15″級(jí)導(dǎo)線進(jìn)行延伸控制，導(dǎo)線線路總長(zhǎng)約400 m，采用J6經(jīng)緯儀測(cè)角，用經(jīng)過檢定的鋼尺量邊。施測(cè)過程嚴(yán)格按照《有色金屬礦山測(cè)量規(guī)范》進(jìn)行，導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)略。

2．1 支導(dǎo)線終點(diǎn)K的坐標(biāo)計(jì)算

2．2 由測(cè)角誤差引起的支導(dǎo)線終點(diǎn)K的坐標(biāo)誤差

設(shè)R1，R2，……Rn為由K點(diǎn)至導(dǎo)線上各點(diǎn)的聯(lián)線長(zhǎng)，而 r1，r2……rn為這些聯(lián)線的方位角，R1y，R2y，……Rny為聯(lián)線在 Y 軸上的投影，R1x，R2x……Rnx為聯(lián)線在X軸上的投影，導(dǎo)線上各角為等精度觀測(cè)。根據(jù)誤差傳播定律，由測(cè)角誤差引起的支導(dǎo)線終點(diǎn)K的X坐標(biāo)誤差與Y坐標(biāo)誤差分別為:

2．3 由量邊誤差引起的支導(dǎo)線終點(diǎn)K的坐標(biāo)誤差

式中，a為邊長(zhǎng)丈量的偶然誤差系數(shù)，b為邊長(zhǎng)丈量的系統(tǒng)誤差系數(shù)。

2．4 測(cè)角和量邊誤差對(duì)支導(dǎo)線終點(diǎn)K的共同影響根據(jù)誤差傳播定律，得:

將(2)、(3)式代入(4)得:

2．5 起始邊誤差對(duì)終點(diǎn)的影響

2．6 總誤差

一井定向過程中所積累的井下導(dǎo)線起始點(diǎn)坐標(biāo)誤差，因其值很小，一般可忽略不計(jì)。

根據(jù)有關(guān)規(guī)范和本礦的實(shí)際情況，確定有關(guān)參數(shù)如下:

(1)陀螺定向中誤差mT=±20″;

(2)7″級(jí)導(dǎo)線測(cè)角中誤差mβ= ±7″，15″級(jí)導(dǎo)線測(cè)角中誤差mβ=±15″;

(3)鋼尺量邊偶然誤差系數(shù)a=0．0005，系統(tǒng)誤差系數(shù) b=0．00005。

支導(dǎo)線終點(diǎn)總誤差的計(jì)算圖表在此不作詳述，結(jié)果如表1所示。

表1 終點(diǎn)誤差預(yù)計(jì)計(jì)算

3 貫通誤差預(yù)計(jì)

3．1 貫通工程概況

－500 m東礦帶目前還沒有與其他中段相通，現(xiàn)在的單一進(jìn)出通道不利于解決通風(fēng)、運(yùn)輸、充填等采礦技術(shù)問題，無(wú)法形成生產(chǎn)條件。如果要開采這部分礦石資源，就必須另外開掘通道?？赡艿倪x擇是在臨近－500 m的某個(gè)中段先開掘平巷至東礦帶附近，再掘斜坡道或豎井聯(lián)通2個(gè)中段;或是直接從地面鉆孔貫穿－500 m中段東礦帶，用作通風(fēng)、運(yùn)輸、充填等通道。不管采用上述哪種方式，都需要建立高精度的控制測(cè)量體系，才能保證聯(lián)通工程的準(zhǔn)確貫通，達(dá)到預(yù)期的目的。本文僅就井下貫通進(jìn)行討論。

3．2 貫通誤差預(yù)計(jì)

假設(shè)在井下－455 m中段與－500 m東礦帶互掘斜坡道進(jìn)行貫通，布設(shè)7″級(jí)導(dǎo)線到斜坡道開門位置，施工過程中采用15″級(jí)導(dǎo)線跟進(jìn)指導(dǎo)中線布設(shè)。－455 m中段起算坐標(biāo)與方位角也由5#溜井用一井定向的方法導(dǎo)入，從井口起算點(diǎn)到東礦帶的支導(dǎo)線線路長(zhǎng)度與形狀大致相同，那么其各項(xiàng)誤差也應(yīng)大致相等，貫通點(diǎn)在重要方向Y軸上的誤差見表2。

表2 貫通誤差預(yù)計(jì)計(jì)算

由于各項(xiàng)測(cè)量都獨(dú)立進(jìn)行2次，故貫通相遇點(diǎn)K在重要方向Y軸上的中誤差為:

取兩倍中誤差為預(yù)計(jì)誤差，則:

從以上分析來(lái)看，對(duì)于一般的探礦與采準(zhǔn)工程，－500 m中段的平面控制測(cè)量精度是可以滿足要求的。但根據(jù)《有色金屬礦山測(cè)量規(guī)范》規(guī)定和工程需要，重要工程的貫通在水平方向平面位置的誤差應(yīng)不大于0．3 m，而誤差預(yù)計(jì)得出的結(jié)論是0．414 m，顯然達(dá)不到規(guī)范的要求，必須采取措施以提高精度。

4 改進(jìn)平面控制測(cè)量精度的措施

對(duì)于井下測(cè)量來(lái)說(shuō)，因受條件限制，只能采用支導(dǎo)線測(cè)量形式。隨著支導(dǎo)線測(cè)站的增加，測(cè)角誤差也不斷地積累。且此項(xiàng)誤差用常規(guī)的測(cè)量方法和手段很難進(jìn)行削弱與消除，也是影響支導(dǎo)線終點(diǎn)誤差的主要因素之一。所以，要提高支導(dǎo)線的精度，就必須采取非常規(guī)的測(cè)量方法來(lái)對(duì)測(cè)角誤差的傳遞和積累進(jìn)行限制。

4．1 陀螺經(jīng)緯儀簡(jiǎn)介

陀螺經(jīng)緯儀是一種將陀螺儀與經(jīng)緯儀結(jié)合在一起的儀器，該儀器利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺馬達(dá)本身的動(dòng)力學(xué)特性(定軸性、進(jìn)動(dòng)性)和地球自轉(zhuǎn)的影響，來(lái)達(dá)到尋北的目的。它可以在地球南北緯度75°范圍內(nèi)，不受地形、氣候及外界磁場(chǎng)的影響，無(wú)論白天或夜間，都能快速地測(cè)出站點(diǎn)的真北來(lái)。在支導(dǎo)線上加測(cè)陀螺定向邊后，支導(dǎo)線就變成了有2條已知方向的附合導(dǎo)線，因測(cè)角誤差的傳遞和積累而帶來(lái)的坐標(biāo)方位角誤差就可以得到控制，精度最弱點(diǎn)也由導(dǎo)線終點(diǎn)移到了中點(diǎn)。如果有特定的需要，還可以在任何導(dǎo)線邊上進(jìn)行陀螺定向。

4．2 加測(cè)陀螺定向邊后的精度分析

假定在－455 m與－500 m東礦帶接近斜坡道開門的7″級(jí)導(dǎo)線邊上進(jìn)行陀螺定向，因陀螺定向是獨(dú)立的，不受支導(dǎo)線測(cè)角誤差傳遞與積累的影響，所以該導(dǎo)線從井口起算點(diǎn)至斜坡道開門處由測(cè)角誤差引起的坐標(biāo)誤差基本可以消除，剩下的主要是基本控制導(dǎo)線的量邊誤差、斜坡道施工控制導(dǎo)線測(cè)角量邊誤差、加測(cè)的陀螺定向邊定向誤差等。貫通相遇點(diǎn)K在重要方向Y軸上的誤差重新預(yù)計(jì)見表3。

表3 貫通誤差預(yù)計(jì)計(jì)算

由于各項(xiàng)測(cè)量都獨(dú)立進(jìn)行2次，故貫通相遇點(diǎn)K在重要方向Y軸上的中誤差為:

取兩倍中誤差為預(yù)計(jì)誤差，則:

Myk=2m'yk= ±0．137 ＜ ±0．3(m)，完全可以達(dá)到規(guī)范的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的幾何定向相比，陀螺經(jīng)緯儀定向具有操作簡(jiǎn)單、占用井筒和平巷的時(shí)間少、精度高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在導(dǎo)線傳遞過程中，加測(cè)陀螺定向邊，可以大大減少測(cè)角誤差積累，提高控制測(cè)量精度。正是基于上述原因，凡口礦測(cè)量科于2010年引進(jìn)了1臺(tái)徐州工礦設(shè)備儀器有限公司生產(chǎn)的JT－15型陀螺經(jīng)緯儀。該儀器在吸收消化國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)原理和制造工藝進(jìn)行了很大改進(jìn)，是結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況而研制、開發(fā)的新型定向儀器。其陀螺方位角一次測(cè)定中誤差不大于15″。筆者建議在條件具備時(shí)應(yīng)在－500 m東礦帶施測(cè)陀螺定向邊，為以后的貫通工程打下堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，也為中金嶺南凡口礦的安全可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保證。

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2010－12－17)

李先敬(1974－)，男，湖南瀏陽(yáng)人，工程師，從事礦山測(cè)量工作。