山東勝宏礦業(yè)張家茅灘鐵礦風(fēng)井-340水平聯(lián)系測(cè)量

宋 杰 崔 靜 李增強(qiáng)

（1.山東勝宏礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272500；2.山東龍口礦業(yè)集團(tuán) 工程建設(shè)有限公司，山東 鄒城 273500；3.山東魯能菏澤煤電公司 郭屯煤礦，山東 菏澤 274000）

0 引言

張家茅灘鐵礦位于山東省汶上縣北部，行政區(qū)劃隸屬汶上縣郭倉鎮(zhèn)，南距縣城約13km、距津浦鐵路兗州火車站約40km。區(qū)內(nèi)公路四通八達(dá)，交通十分方便。礦區(qū)地勢(shì)平坦，海拔標(biāo)高46.1～50.1m，北高南低。

風(fēng)井位于礦區(qū)北側(cè)，距副井約942m，井筒凈直徑Φ4.5m，井深390.8m，擔(dān)負(fù)井下排風(fēng)任務(wù)，為井下專用回風(fēng)井。風(fēng)井-340水平與副井-340水平貫通，為下一步1#、2#、3#礦體的開采和運(yùn)輸創(chuàng)造條件。為了使貫通工作能夠很好地進(jìn)行，特進(jìn)行了礦井聯(lián)系測(cè)量工作。

根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》、《有色金屬礦山井巷工程測(cè)量規(guī)范》的規(guī)定以及目前礦井聯(lián)系測(cè)量技術(shù)水平，張家茅灘鐵礦聯(lián)系測(cè)量采用了長(zhǎng)鋼絲投點(diǎn)、長(zhǎng)鋼尺投入標(biāo)高及陀螺定向技術(shù)完成張家茅灘鐵礦風(fēng)井聯(lián)系測(cè)量工作。

1 地面連接測(cè)量與投點(diǎn)

1.1 地面連接導(dǎo)線測(cè)量

在風(fēng)井南面有三個(gè)E級(jí)GPS點(diǎn)，即ITK13、ITK14、ITK16，其坐標(biāo)如表1。

表1 已知點(diǎn)坐標(biāo)表

為了達(dá)到風(fēng)井聯(lián)系測(cè)量的目的，需進(jìn)行地面連接測(cè)量，測(cè)設(shè)風(fēng)井投點(diǎn)所需的近井點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際情況，使用南方靜態(tài)GPS施測(cè)了 “風(fēng)井門口點(diǎn)”、“風(fēng)井小廟前”等近井點(diǎn)的平面坐標(biāo)，高程進(jìn)行了等外水準(zhǔn)測(cè)量，利用改變儀器高法施測(cè)。

1.2 投點(diǎn)設(shè)備

投點(diǎn)工作，在地面付井罐籠下料口安放小絞車，主要設(shè)備與指標(biāo)為：

（1）鋼絲：準(zhǔn)備600m長(zhǎng)鋼絲一盤，直徑為1.0mm～1.8mm；

（2）絞車：一部，并將600m長(zhǎng)鋼絲纏好，固守在井口附近；

（3）垂球：采用圓柱式垂球，共2個(gè)，每個(gè)為40kg～45kg；

（4）信號(hào)圈：檢查鋼絲垂直度；

（5）井下確定鋼絲擺動(dòng)中心的簡(jiǎn)易支架裝置。

1.3 鋼絲的下放和自由懸掛檢查

風(fēng)井鋼絲是通過井口罐籠下料口下放的，由于鋼絲處于一個(gè)吊罐的空間，故處于自由懸掛狀態(tài)，長(zhǎng)鋼尺也是從北風(fēng)井罐籠下料口下放的。

地面“風(fēng)井門口點(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。

2 井下連接測(cè)量

井下鋼絲的準(zhǔn)確觀測(cè)是兩井定向的難點(diǎn)，本次的觀測(cè)是在風(fēng)井-340m水平，井深約為380m，因此，提高井下連接測(cè)量精度是本次聯(lián)系測(cè)量的關(guān)鍵所在。在本次井下連接測(cè)量中，采用擺動(dòng)觀測(cè)技術(shù)，在井筒淋水大、鋼絲擺幅大的情況下，實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量，這是本次聯(lián)系測(cè)量的一項(xiàng)成功的技術(shù)實(shí)踐。

2.1 擺動(dòng)觀測(cè)

當(dāng)鋼絲下放到井底，并懸掛重錘后，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)水準(zhǔn)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)水準(zhǔn)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。

然后將鋼絲放到一邊（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)角和量邊。

2.2 井下連接測(cè)量

本次風(fēng)井連接測(cè)量，井上下均采用2″級(jí)全站儀測(cè)角、測(cè)距。

井下水平角施測(cè)3個(gè)測(cè)回，進(jìn)行往返測(cè)距。各項(xiàng)限差均滿足要求。

3 導(dǎo)入標(biāo)高

3.1 長(zhǎng)鋼尺導(dǎo)入標(biāo)高基本原理

用長(zhǎng)鋼尺導(dǎo)入標(biāo)高，就是通過北風(fēng)井罐籠下料口將比長(zhǎng)的長(zhǎng)鋼尺下放到井底，到達(dá)井底后，掛上垂球以拉直鋼尺，使其處于懸掛位置。垂球不宜太重，以5Kg為宜，本次為2.4Kg。然后井上下安置水準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀，本次是井上安置S2級(jí)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，井下為S2級(jí)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，然后分別讀取塔尺讀數(shù)及鋼尺讀數(shù)，并記錄井上下溫度t上與 t下，本次測(cè)定為：t上=29°C，t下=26°C。 鋼尺需進(jìn)行比長(zhǎng)、溫度、拉力及自重改正。本次長(zhǎng)鋼尺導(dǎo)入標(biāo)高獨(dú)立進(jìn)行兩次。

3.2 長(zhǎng)鋼尺改正量計(jì)算

通過對(duì)鋼尺進(jìn)行改正，求得的鋼尺第一次總的改正量為0.124m；

改變水準(zhǔn)儀的儀器高，以同樣的方式進(jìn)行了第二次改正，求得鋼尺第二次總的改正量也為0.124m；

兩次的改正量相同。

3.3 風(fēng)井導(dǎo)入標(biāo)高鋼尺改正后實(shí)長(zhǎng)

第一次儀器高改正后視線間鋼尺長(zhǎng)為383.583m；

第二次儀器高改正后視線間鋼尺長(zhǎng)為383.627m。

3.4 風(fēng)井井下頂板高程計(jì)算

第一次投點(diǎn)算得井下J1點(diǎn)高程為-330.098m；

第二次投點(diǎn)算得井下J1點(diǎn)高程為-330.099m；

本次測(cè)量?jī)纱物L(fēng)井導(dǎo)入標(biāo)高高程平均值為HJ1＝-330.098m，進(jìn)一步，可得 HJ3＝-330.102m，HJ4＝-330.106m，HJ5＝-330.186m.

4 陀螺定向測(cè)量

4.1 已知數(shù)據(jù)

ITK14 點(diǎn)至 ITK13 點(diǎn)坐標(biāo)方位角：α=95°50′35″。

4.2 各項(xiàng)限差要求

使用儀器是日本生產(chǎn)的索佳GP1型，標(biāo)稱精度為±25″的陀螺儀，該儀器在風(fēng)井井下各種工程使用中，性能穩(wěn)定，精度可靠。對(duì)照《煤礦測(cè)量規(guī)程》，各項(xiàng)限差如下：

（1）觀測(cè)程序：2-2-2，即下井前在地面上用兩個(gè)測(cè)回定儀器常數(shù)，風(fēng)井井下定向邊用兩個(gè)測(cè)回測(cè)定陀螺方位角，上井后在地面上用兩個(gè)測(cè)回測(cè)定儀器常數(shù)；

（2）逆轉(zhuǎn)點(diǎn)個(gè)數(shù)：5 個(gè)；

（3）擺動(dòng)中值計(jì)算：NT=（N1+N2+N3）/3；

（4）全站儀前后兩測(cè)回的方向值互差的限差為：15″；

（5）擺動(dòng)中值的相鄰互差取30″，間隔互差取55″；

（6）地面儀器常數(shù)互差：取 40″；

（7）下井前后儀器常數(shù)互差：取 40″；

（8）風(fēng)井井下定向邊陀螺方位角兩測(cè)回互差：取70″；

（9）相鄰逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的衰減值互差為：60″；間隔逆轉(zhuǎn)點(diǎn)衰減互差為：75″；

（10）懸掛帶零位變動(dòng)誤差應(yīng)在±0.5格內(nèi)。

4.3 子午線收斂角計(jì)算

通過計(jì)算，得張家茅灘鐵礦ITK14點(diǎn)的子午線收斂角：γ=-0°17′8.3″

4.4 在地面已知邊上測(cè)定儀器常數(shù)

定向儀器常數(shù)的測(cè)定在已知邊“ITK14—ITK13”進(jìn)行。下井前和上井后各測(cè)定了2個(gè)測(cè)回，儀器常數(shù)按下式計(jì)算。

△=A0-αT

式中：A0為已知邊的地理方位角；αT為該邊的陀螺方位角。

最后，計(jì)算得儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差為：

4.5 風(fēng)井東西大巷定向邊上測(cè)定陀螺方位角

本次測(cè)定的是風(fēng)井東西大巷巷道中“J2-J4邊”的陀螺方位角，于2012年8月28日完成。各項(xiàng)限差均滿足要求。所得該邊的坐標(biāo)方位角為 74°32′12″。

4.6 J2-J4邊精度分析

陀螺定向邊一次測(cè)定中誤差計(jì)算：α=αT+△-γ

故陀螺定向邊一次測(cè)定中誤差：

5 結(jié)論

該次定向成果準(zhǔn)確、可靠、精度高，定向中誤差為±3.08″，完全可作為井下7″級(jí)首級(jí)控制的起始方向,并且作為堅(jiān)強(qiáng)邊不參加平差。

在本次井下連接測(cè)量中，采用擺動(dòng)觀測(cè)技術(shù)，在井筒淋水、鋼絲擺幅大的情況下，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。以上各項(xiàng)測(cè)量工作于2012年8月28日完成，各項(xiàng)限差均滿足要求，測(cè)量精度較高，為今后井下各項(xiàng)工程打下了良好的基礎(chǔ)。

后記：風(fēng)井-340水平2#巖脈已于2014年3月6日順利貫通，各項(xiàng)限差均符合要求。

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