金屬礦井聯(lián)系測量以及井下導(dǎo)線測設(shè)的實際應(yīng)用

黃中德

（安徽山水測繪院， 安徽 淮北 235000）

關(guān)鍵字：聯(lián)系測量; 導(dǎo)線測設(shè);精度評定;安全保證

1 井上下聯(lián)系測量的意義及方法

1.1 井上下聯(lián)系測量的意義

聯(lián)系測量在礦井作業(yè)中發(fā)揮著定向的作用，在礦井定向的過程中，在應(yīng)用這種測量方法時，需要將地面上的平面坐標(biāo)傳遞到地下礦井巷道的儀器中，這樣可以在礦井中建立平面坐標(biāo)，而且可以保證井上、井下的坐標(biāo)體系一致。在礦井定向的過程中，主要有兩種工作方式，一種是幾何原理的定向方式，另一種是物理特性的定向方式。在應(yīng)用聯(lián)系測量方法時，工作人員要采用有效的方式提高測量的精確度，這樣才能保證井下作業(yè)的質(zhì)量以及安全性，才能促進(jìn)金屬礦開采行業(yè)更好的發(fā)展。

1.2 井上下聯(lián)系測量方法

立井井上下平面坐標(biāo)的傳遞采用鋼絲投點法。所謂鋼絲投點就是從井筒中懸掛一根高強(qiáng)度鋼絲至定向水平，投點鋼絲為直徑1.5mm的高強(qiáng)度鋼絲。為了減小投點誤差，提高傳遞坐標(biāo)的精度，采用單重擺動投點的方法。

當(dāng)有關(guān)設(shè)備安裝就緒后，電話通知定向水平的人員離開井筒，開始下放鋼絲，鋼絲的下放端連接牢固一個重約3～5kg的沙包，通過導(dǎo)向滑輪徐徐下放，速度控制在1m/s，等到達(dá)測量水平后，立即停止下放鋼絲并閘住絞車，井下鋼絲牢固連接托盤，并置于盛滿水的穩(wěn)定液桶中，逐個放上重砣并穩(wěn)定限幅（圖1）。

圖1 投點設(shè)備及其安裝Fig. 1 Shaft plumbing equipment and its installation

當(dāng)垂球線逐漸處于穩(wěn)定狀態(tài)后，采用信號圈法檢查其在井筒中的自由懸掛情況，信號圈用φ1mm的輕金屬絲制作，每隔一定時間（約60s）依次下放一個信號圈，共放3個，確認(rèn)每個信號圈均順暢到達(dá)托盤，保證鋼絲與井壁、井筒設(shè)備無接觸。

2 井下導(dǎo)線的布設(shè)與等級

由于受井下巷道條件的限制，井下平面控制均以導(dǎo)線的形式沿巷道布設(shè)。井下平面控制測量的目的是建立井下平面測量的控制，作為測繪和標(biāo)定井下巷道、硐室、回采工作面等的平面位置的基礎(chǔ)，也能滿足一般貫通測量的要求。

導(dǎo)線形式是井下平面控制的主要形式，一般沿巷道進(jìn)行導(dǎo)線的布設(shè)，這種布設(shè)主要是由巷道條件限制所造成的。建立井下平面測量的控制，并在該測量結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行井下巷道、回采及硐室等工作，這就是進(jìn)行井下平面控制測量的主要目的。這種測量控制能滿足一般測量的基本要求。在進(jìn)行井下導(dǎo)線的布設(shè)時，通常需遵循一定的原則，主要原則就是高級控制低級。有關(guān)規(guī)程規(guī)定了井下平面控制類型，主要包括的類型有采區(qū)控制與基本控制。在進(jìn)行井下平面控制時，需將復(fù)測支導(dǎo)線或者閉合導(dǎo)線布設(shè)在井下平面控制中，無論是采區(qū)控制還是基本控制，都需進(jìn)行敷設(shè)?；究刂茖?dǎo)導(dǎo)線與采區(qū)控制導(dǎo)線主要分為2個級別，采區(qū)控制導(dǎo)線的兩級是根據(jù)測角精度進(jìn)行劃分的，將其劃分成±15″與±30″級別。而基本控制導(dǎo)線也是根據(jù)測角精度進(jìn)行劃分的，將其劃分成±7″與±15″兩個級別。

3 井下全站儀導(dǎo)線測量的特點

井下導(dǎo)線測量受環(huán)境的影響，與地面測量有很多的不同之處。

3.1 井下測量的主要特點

（1） 施工環(huán)境差，如黑暗潮濕，通視條件不好，行人、礦車來往頻繁干擾大、點位一般布設(shè)于坑道頂部，需進(jìn)行點下對中，邊長長短不一。提高測量精度很關(guān)鍵。

（2）坑道往往獨頭掘進(jìn)，通視條件不好，隨著坑道掘進(jìn)，點位誤差積累越來越大。

（3）施工面狹窄，坑道測量一般只能前后通視，控制測量形式單一，大多采用導(dǎo)線測量形式。

（4）井下巷道測量精度要求高，在井下平面控制測量及井下巷道貫通測量中，導(dǎo)線測量精度的高低將對確定新老巷道及采空區(qū)之間的關(guān)系、巷道的貫通等產(chǎn)生直接的影響，在礦山的安全生產(chǎn)及搶險救災(zāi)工作中也起著重要的作用。

（5）井下導(dǎo)線測量方法一般先布設(shè)低級導(dǎo)線指示坑道掘進(jìn)，后布設(shè)高級導(dǎo)線進(jìn)行校核。

3.2 全站儀用于井下導(dǎo)線測量的觀測方法

（1） 井下導(dǎo)線點的選點和埋點。井下選擇導(dǎo)線點，應(yīng)當(dāng)全面綜合考慮以下幾個方面:

鄰導(dǎo)線點之間通視良好，并應(yīng)盡可能使點間距離大些，盡量避免長短邊相接。在巷道的連接處和交叉口處，應(yīng)當(dāng)埋設(shè)導(dǎo)線點。

為了避免運輸干擾，應(yīng)盡量將點設(shè)在遠(yuǎn)離運輸軌道的一側(cè)。

導(dǎo)線點應(yīng)當(dāng)選在巷道穩(wěn)定、安全、便于安置儀器進(jìn)行觀測的地方，避開淋水、片幫落石和其他不安全因素。

久點至少應(yīng)當(dāng)在觀測前一晝夜埋設(shè)好，待混凝土將點芯鐵固牢后再開始觀測。

（2） 儀器操作人員的配置。用全站儀進(jìn)行井下導(dǎo)線測量一般需要4人，其中主測1人，記錄1人，另兩人立棱鏡和照明前后視覘標(biāo)。在下井之前應(yīng)當(dāng)明確分工，一到井下工作地點便各司其職，迅速而有條不紊地開展工作。

（3）“三聯(lián)架”法導(dǎo)線測量。目前先進(jìn)的全站儀均有配套的棱鏡、覘標(biāo)和“三聯(lián)架”基座設(shè)備，即儀器頭和棱鏡覘標(biāo)可以共用相同的基座與三腳架。這樣，每個三腳架連同基座只需整平對中一次，隨后在搬站時，只需移動儀器頭和棱鏡覘標(biāo)，而不必移動三腳架和基座。有了“三聯(lián)架”設(shè)備，可以簡化工作組織，提高工作效率，并減少對中誤差對測角和測邊的影響。視不同情況，導(dǎo)線測量可以用以下幾種方法來施測:

①三聯(lián)腳架法。如圖2所示，欲從已知導(dǎo)線點A和B開始施測導(dǎo)線A－B－1－2－3…，首 先 在B點安置全站儀整平對中，在后視點A和前視點1安置覘標(biāo)整平對中。測完B站后，B點及1點的三腳架和基座保持不動，將B點的儀器頭移到1點，直接插入原已安置好的三腳架基座中，將A點的棱鏡覘標(biāo)直接插入B點的三腳架基座中，而將A點的三腳架和基座移到2點整平對中，并將1點的棱鏡覘標(biāo)插入2點已整平對中的基座中，即可開始第二站的觀測。由此可見，每觀測完一站，只需在新的前視點上將三腳架和基座整平對中一次，從而提高了井下的工作效率。

②四架法。

③省點法。

圖2 三聯(lián)腳架法測量原理Fig. 2. Measuring principle of tripod method

4 工程實例應(yīng)用

本礦區(qū)位于濉溪縣四鋪鄉(xiāng)新莊村，礦區(qū)北距濉溪縣城約29km，東距宿州市火車站約13km，距合徐高速公路約8km，宿州市至河南303省道經(jīng)過礦區(qū)邊部，交通十分方便。礦區(qū)地勢平坦，地面海拔27.5m。礦區(qū)西邊有陳莊鐵礦、劉樓鐵礦，和三鋪鐵礦毗鄰。

4.1 井上下聯(lián)系測量

因礦井資源分布斷層情況，本次聯(lián)系測量為二次聯(lián)系測量，即在一次聯(lián)系測量的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了井下井的開挖。新副井分為兩個水平，井下-300m處為第一水平，井下-530m處為第二水平。新副井聯(lián)系測量方法采用陀螺儀定向法。經(jīng)過陀螺定位儀測量得出兩個水平的成果表如表1、表2 所示。

表1 新副井（-300m）聯(lián)系測量成果表Table 1. Connection measurement results of new auxiliary shaft (-300m)

表2 新副井（-530m）聯(lián)系測量成果表Table 2 Connection measurement results of new auxiliary shaft (-530m)

根據(jù)井上已知點X1，X2坐標(biāo)，通過鋼絲，鋼尺，陀螺經(jīng)緯儀，全站儀等工具經(jīng)坐標(biāo)導(dǎo)入井下，為井下導(dǎo)線測量提供起始值。

4.2 井下導(dǎo)線測量

井下導(dǎo)線作為井下掘進(jìn)，貫通以及安全保證的基準(zhǔn)，應(yīng)正確的選點與觀測，本礦區(qū)采用全站儀“三聯(lián)腳架法”進(jìn)行井下導(dǎo)線的測量?！叭?lián)腳架法”測量原理我們在上文已經(jīng)經(jīng)過詳細(xì)的介紹，本文選取新副井-530m的導(dǎo)線測量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡要分析。

使用2秒全站儀，全圓法觀測2測回，長短邊相鄰角增加測回數(shù)，導(dǎo)線邊長往返測量取其平均值，采用“三聯(lián)腳架法”進(jìn)行導(dǎo)線測量。本次井下導(dǎo)線總長為1225.685m，控制測邊長最長邊為142.717m，短邊為4.597m，導(dǎo)線邊長往返測量較差≤2mm，水平角同一測回中半測回互差最大為10″，兩測回間互差最大為12″，測角中誤差為8.14″。平面坐標(biāo)精度分析如表3所示。

以上測量閉合誤差、中誤差等均符合《規(guī)程》和《設(shè)計書》等規(guī)范要求。

表3 平面精度分析Table 3. Analysis of plane precision

井下高程控制測量采用三角高程測量。井下高程點為導(dǎo)線點的高程。

井下三角高程測量要求相鄰兩點往返測高差的互差不應(yīng)大于10mm+3mm×D （D為導(dǎo)線平邊長，以m為單位）。三角高程導(dǎo)線的高程閉合差不應(yīng)大于30√L（L為導(dǎo)線長度，以km為單位）。

儀器高和覘標(biāo)高在觀測開始前和結(jié)束后用鋼尺各量一次。兩次丈量的互差最大為2mm，然后取其平均值作為丈量結(jié)果。相鄰兩點往返測高差的互差最大為12mm；三角高程導(dǎo)線的高程閉合差為±8.3cm。符合《規(guī)程》等要求。

4.3 導(dǎo)線控制網(wǎng)的實際應(yīng)用

井下導(dǎo)線控制網(wǎng)是礦井生產(chǎn)的基礎(chǔ)，不僅能指導(dǎo)礦井掘進(jìn)的方向，貫通以及工作面開采等問題，其在礦井安全保證上也有很大的意義。本次金屬礦在-530m巷道施工過程中，需在A點處再挖一口暗豎井，但在施工過程中，當(dāng)挖至-530m以下5m處左右，出現(xiàn)突水現(xiàn)象，地下水從A點涌出，威脅到礦山生產(chǎn)安全。

鑒于此種情況，經(jīng)礦方研究決定，需在地面A’進(jìn)行鉆孔施工，直通A點，進(jìn)行混凝土澆灌，防止突水的惡化，保證-530m巷道的安全施工。

根據(jù)施工方提供的A點平面坐標(biāo)，并結(jié)合地面控制網(wǎng)放樣至地面A’處。然后進(jìn)行鉆孔。直接通向-530m巷道處，豎井正好落在A(x,y)點，進(jìn)行混凝土澆灌作業(yè)。經(jīng)后期測量工作，測出豎井在-530m井口中心坐標(biāo)A’(X，，Y，)，求出A’點點位中誤差為考慮到施工過程中的誤差影響，此精度滿足工程要求。

此次井上下聯(lián)系測量進(jìn)一步驗證井下導(dǎo)線的精度滿足規(guī)范要求，同時井下巷道的安全施工提供安全可靠的保證。

5 結(jié)語

本文主要采用傳統(tǒng)的聯(lián)系方法進(jìn)行了兩次井上下聯(lián)系測量，并簡要介紹了新副井（-530）的導(dǎo)線布設(shè)，測量結(jié)果以及精度評定。并以工程實例介紹了井下導(dǎo)線控制的重要意義。礦井勘測是一種重要的工作，隨著科技的不斷發(fā)展，礦井測量方法越來越多，也越來越先進(jìn)，其中聯(lián)系測量在礦井作業(yè)時發(fā)揮中重要的定向作用，應(yīng)用這種方法，可以保證井下作業(yè)的安全性。

我認(rèn)為，每次測量過程都會有不同的收獲，身為地質(zhì)測繪工作者，要勇于實踐，不能只是紙上談兵，要更多的深入一線測繪行列之中，認(rèn)真總結(jié)每次的體會與收獲，并將之分享，相信那句話，你有一個觀點，我有一個感觸，我們以之交換，就會是一加一大于二的過程。