聯(lián)系測(cè)量中礦井的一井定向

石 麗 甄 娟

(山東省煤田地質(zhì)局 物探測(cè)量隊(duì)，山東 泰安271021)

1 平面聯(lián)系測(cè)量及一井定向簡(jiǎn)介

在采礦工程中，較早期的測(cè)量工作是將地面的平面坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到地下，從而統(tǒng)一地上、井下平面坐標(biāo)系統(tǒng)，以確保礦井在平面上的順利建設(shè)和安全生產(chǎn)，該項(xiàng)工作稱為平面聯(lián)系測(cè)量。

平面聯(lián)系測(cè)量的具體任務(wù)是通過經(jīng)緯儀導(dǎo)線測(cè)量并計(jì)算得到井下導(dǎo)線起算邊的坐標(biāo)方位角及起算點(diǎn)的平面坐標(biāo)x和y的值，并同時(shí)對(duì)測(cè)量的精度和誤差進(jìn)行控制及預(yù)計(jì)。

在平面聯(lián)系測(cè)量中，坐標(biāo)方位角傳遞的誤差是主要的，因此又把它稱為礦井定向。

礦井定向按照其性質(zhì)可分為幾何定向和陀螺定向兩種，而幾何定向又分為一井定向和兩井定向。在通過平硐和斜井以及豎井的幾何定向中，其中前兩種定向較為簡(jiǎn)單，而在豎井幾何定向中，又以一井定向較復(fù)雜且常見。本文有意對(duì)礦山一井定向的基本原理和測(cè)量過程進(jìn)行總結(jié)，并結(jié)合實(shí)例分析對(duì)其加以說明，以期在今后工作中遇到此類問題時(shí)能夠解決的更好。

2 一井定向的基本原理

2.1 鋼絲投點(diǎn)及外業(yè)施測(cè)過程

進(jìn)行一井定向時(shí)，在豎井井筒中懸掛兩根鋼絲垂球線（如圖1），投點(diǎn)時(shí)利用絞車盤住鋼絲向下放，并使用信號(hào)圈檢查鋼絲垂直度，鋼絲下放到井底后掛上30kg的圓盤式垂球。

掛上垂球后的鋼絲呈擺動(dòng)狀態(tài)，為了確定其投點(diǎn)位置，在井下放置能夠確定鋼絲擺動(dòng)中心的簡(jiǎn)易支架，然后作擺動(dòng)觀測(cè)。根據(jù)井下條件，安置交角位于45°-135°之間的兩臺(tái)經(jīng)緯儀，并在其垂直方向分別放兩個(gè)直尺，由于鋼絲擺動(dòng)，用兩臺(tái)經(jīng)緯儀分別觀測(cè)鋼絲在兩個(gè)直尺擺動(dòng)的左右最大讀數(shù)，連續(xù)取13個(gè)讀數(shù)，取其左右平均值，作為鋼絲鉛垂?fàn)顟B(tài)的位置讀數(shù)。同法進(jìn)行兩次，當(dāng)較差不大于1mm時(shí)，取其平均值作為最終值。

在地面上利用地面控制點(diǎn)測(cè)定兩垂球線的平面坐標(biāo)及其聯(lián)線方位角。井下擺動(dòng)觀測(cè)完成后，將鋼絲放到一邊（此時(shí)，地面應(yīng)連接測(cè)量完畢），用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在定點(diǎn)支架平板上標(biāo)定鋼絲穩(wěn)定狀態(tài)中心（以后，以此中心進(jìn)行測(cè)角和測(cè)邊），然后使用全站儀測(cè)角、量邊，把垂球線與井下起始控制點(diǎn)連接起來(lái)，并通過計(jì)算確定井下起始控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角。

圖1 一井定向聯(lián)系測(cè)量簡(jiǎn)圖

一井定向常采用連接三角形法進(jìn)行連接測(cè)量，如圖2所示，A、B點(diǎn)為兩垂球線點(diǎn),C與C′稱為井上下的連接點(diǎn)，從而在井上下形成了以AB為公用邊的三角形ABC和ABC′。

其中，在選擇井上下連接點(diǎn)C和C′時(shí)應(yīng)滿足下列要求：

（1）CD 和 C′D′的長(zhǎng)度應(yīng)盡量大于 20m；

（2）應(yīng)使 C 和 C′點(diǎn)處的銳角 γ 及 γ′小于 2°，構(gòu)成最有利的延伸三角形；

（3）點(diǎn)C和C′應(yīng)適當(dāng)?shù)乜拷罱拇骨蚓€，使a/c和 b′/c之值盡量小一些。

圖2 連接三角形示意圖

2.2 一井定向的內(nèi)業(yè)計(jì)算

內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)對(duì)全部記錄進(jìn)行檢查。然后對(duì)邊長(zhǎng)加入各項(xiàng)改正，并按下式解算連接三角形各未知要素。

計(jì)算出的 α、β 角應(yīng)滿足下列條件：α+β+γ=180，

因計(jì)算α、β角時(shí)數(shù)值湊整誤差的影響，可能會(huì)出現(xiàn)不滿足上述條件。

若存有微小的殘差時(shí)，則可將其平均分配給α和β。另外計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)兩垂球線間距進(jìn)行檢查。設(shè)C丈為兩垂線間距離的實(shí)際丈量值，C計(jì)為其計(jì)算值，則：

如在地面連接三角形中d＜2mm、井下連接三角形中d＜4mm，可在丈量的邊長(zhǎng)中分別加人下列改正數(shù)，以消除其差值。

3 一井定向測(cè)量實(shí)例

在礦山測(cè)量中，經(jīng)常使用一井定向方法進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一和高程上下傳遞。以下介紹濟(jì)寧花園煤礦副井一井定向的過程。

地面連接測(cè)量采用礦區(qū)內(nèi)控制點(diǎn)6號(hào)點(diǎn)、8號(hào)點(diǎn)，其已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。在6號(hào)點(diǎn)安置全站儀，以8號(hào)點(diǎn)為后視，按5″級(jí)導(dǎo)線測(cè)量要求，測(cè)定副井井口近井點(diǎn)E1點(diǎn)，導(dǎo)線布設(shè)如圖3所示。

表1 已知點(diǎn)坐標(biāo)

地面“井口E1號(hào)點(diǎn)”同鋼絲的連接測(cè)量，是用2″級(jí)全站儀測(cè)水平角，按三個(gè)測(cè)回施測(cè)，并用全站儀測(cè)距，各項(xiàng)限差均滿足要求。支導(dǎo)線計(jì)算成果如表2所示：

表2 支導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算

圖3 副井地面連接測(cè)量

下面圖4和圖5分別是井下連接導(dǎo)線測(cè)量圖和井下連接測(cè)量平面示意圖。

圖4 井下連接導(dǎo)線測(cè)量

圖5 井下連接測(cè)量平面示意

該平面聯(lián)系測(cè)量最終成果如表3所示：

表3 副井井下連接測(cè)量坐標(biāo)值及方位角值

4 結(jié)論

綜上所述，豎井一井定向工作的一般程序是進(jìn)行投點(diǎn)并作擺動(dòng)觀測(cè)，得到井下對(duì)應(yīng)點(diǎn)，從而與事先布設(shè)的近井點(diǎn)和井下導(dǎo)線點(diǎn)構(gòu)成連接三角形，通過測(cè)角、量邊獲得外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)學(xué)公式處理這些數(shù)據(jù)得到井下導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)值和起算方位。在一井定向過程中，需要處理好連接三角形點(diǎn)位之間的位置關(guān)系滿足文中所列條件；另外，實(shí)施投點(diǎn)和擺動(dòng)觀測(cè)需要按照專業(yè)規(guī)范要求進(jìn)行，以力求不損失精度，達(dá)到成果合格。

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