矿井联系测量的一井定向在苏尼特金曦矿的应用

矿井联系测量的一井定向在苏尼特金曦矿的应用

赵有章

苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司      内蒙古锡林郭勒盟     026000

摘要：对于矿山井下生产来说，需要确定井上、下各采矿巷道之间的相对空间位置关系，以便全局掌握采矿工作空间，正确指导生产。通过我矿这几年的矿井生产采矿实践证明，井上、下或是矿井相邻两中段间通过联系测量采用同一坐标系统是安全地、有计划地进行采矿的重要保障。

关键词：一井定向投点 连接 平面定向  中误差

引  言 苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司位于内蒙古中部，其地理坐标是：

东径113°31′30″—113°34′30″北纬 42°22′45″—42°25′00″

矿体倾角55°—78°，属急倾斜矿体。矿体的最大见矿厚度99.98m，最小厚度3.01m,平均厚度30.27m，薄矿体分布在矿体边界附近，品位较低且储量极少，矿体总体属极厚和中厚的急倾斜矿体。该竖井是由露采转井下建设竖井，为了是露天矿坐标系统与井下坐标系统一。我们单位生产技术部测量组多次努力，通过矿井联系测量，统一了井上下部分工程的坐标系统，使得井下日常生产测量工作得以顺利开展，为我矿井下地质勘探、生产采矿、工程质量监督、基础图件提供奠定了良好基础。

1、平面联系部分（定向）

1.1定向水平概况

我矿由于露采转井下生产需要，在地表1297.5米水平建立竖井开拓1110m、1050m、990m、930m中段，当中段平巷已初具规模时，生产任务紧，就急需进行矿井联系测量，既要满足生产需要，又要具有一定的精度，为此，我们进行了定向方案的设计与优化选择。

从矿上当时的实际情况看，用磁性仪器因其精度过低满足不了当时生产需要；而投向仪操作使用不方便；而陀螺经纬仪设备不具备，且操作要求高，需专人观测，不理想，只有一井定向法才是经济、理想，适合当时生产需要的定向方法，故进行了一井定向的组织与施测工作。

1．2技术设计与施测方案选择

由于一井定向工作环节繁多，要求精度很高，同时又要尽量削短占用井筒的时间，必须要有很好的工作组织，才可圆满完成定向工作任务。故我们又进行了以下技术措施与方案准备工作。

1．2．1 投点设备的选择与替代

一井定向投点方法有单重和稳定投点两种。以我矿硬件设备，采用摆动投点，没有专门的投点观测设施，不可选用。从实际情况出发，由于两定向水平不超过10m，很短，我们选用单重稳定投点法；参考钢丝的抗拉强度和规定的悬挂垂球重量值表等有关资料，钢丝直径选用0.8mm，抗拉强度为85Kg～107Kg；悬挂垂球重量值为30Kg。由于投点设备缺乏，我们本着满足生产需要和考虑必要的精度要求，在井筒直径为4.7m的情况下，于净塔罐道横梁上焊接固定伸出角铁，代替定向滑盘，用以投点时悬挂钢丝，在下一个定向水平逐渐加垂球直至预定重量，形成垂球组。

1．2．2 垂球线设备的稳定措施

为了减弱垂球组因井下风流影响而摆动，产生投向误差，施测我们选用垂球浸入油桶，与水比较大大减弱了投点误差；除了地处马头门处的风流影响外，井筒内的滴水边也可能会影响垂球线。因为滴水有可能打击垂球线及垂球，这会破坏垂球线的均衡状态，我们注意到这一问题。在锚杆设置时，进行了现场踏勘与选择，尽可能的避开滴水，尽量避免这种影响。

1．2．3 投点误差的预计

由于单重稳定投点是假定垂球线在井筒内处于铅垂位置而静止不动，即它在任何水平面上的投影为一个点。只有这样，才能把地面坐标系统确定的X，Y坐标的垂球线投到定向水平上去，其坐标理论上保持不变。当摆幅不超过0.4mm时，可认为它是不摆动的。故单重稳定投点要求垂球线摆幅不可超过0.4mm。

对于垂球线投点误差可由下式预计：

θ＝ρ″×ｅ/ｃ

θ——投点误差，单位：秒

ｅ——投向误差，单位：mm

ｃ——两垂球间距离，单位：mm

设ｅ＝1mm，ｃ＝3m，则

θ＝±206265″/3000＝±68.8″　

按照《试行规程》规定，两次独立定向之差不大于2′，则一次定向容许误差为±′（由误差传播律可得），其中误差应为允许误差的一半，即为

ｍα＝±′/2＝±42″，

若除去因井上、下连接而产生的误差，则投向误差约为30″。设ｃ在2m、3m、4m的情况下，则投点误差相应为

　　ｅ＝θ×ｃ/ρ＝0.3mm，0.45mm，0.6mm，

可见ｅ要求精度极高，考虑井下条件困难，连接误差较大，故要求ｅ≤2mm。因此，在投点时必须采取许多有效的措施和给予极大注意，才能达到上述精度要求。

1．3 连接的技术设计与施测方案选择

在投点工作完毕后，则应立即同时进行井上、下的连接工作。连接测量的目的是：在地面测定两垂球线的平面坐标（x，y）及其连线的方位角；在平面直角系中，根据垂球线的平面坐标及连线的方位角来测井下导线起始点的坐标及方位角。

1．3．1连接方法的选择

而连接的方法很多，根据我矿定向时的实际情况，我们选用了连接三角形法。其定向原理很简单，外业观测出计算所需的元素，进行三角形解算。我们在选择井上、下连接点Ｃ与Ｃ

′时，尽量满足了下列要求：

（1）点Ｃ与Ｄ及点Ｃ′与Ｄ′应彼此通视，且ＣＤ与Ｃ'Ｄ'的长度应尽量大于20m；

（2）点Ｃ与Ｃ'应尽量满足在ＡＢ延长线上，为了提高测量精度，连接三角形布设为延伸三角形（即角度γ和α及γ'和β'应小于2°）。如果构成一条直线，即Ｃ、Ａ、Ｂ及Ｃ'的平面投影在同一直线，这样的话，只要在Ｃ与Ｃ'点安置经纬仪，精确测出角度βＣ与βＣ'，再量出ＣＡ、ＡＢ、Ｃ'Ｂ的长度，就可完成定向任务，这在联系测量上叫瞄直法。由于井下条件限制，不能达到这个程度；

（3）点Ｃ和Ｃ'应适当地靠近最近的垂球线（在附图2中，地面为Ｂ，井下为Ａ），一般要求使a/c及b'/c的比值不超过1.5。

1．3．2 井上、下测角方法及其限差确定

完成以上连接方法和仪器检校后，就可按施测方案进行井下测角。根据相关技术规范，角度测量可按井下首级平面控制测角精度进行实测，其中误差ｍα＝±7″，为使测量成果精度高，可选取ｍα＝±5″作为测角中误差。

由于有多个角形成复角，我们选用全圆方向法进行观测，各项限差和相关技术指标，我们根据我矿硬件设备与井下可操作性，选用2″索佳全站仪和5″索佳全站仪，以全圆方向法井下测角。为提高井上、下连接测角精度，我们使用两台校检过的仪器，井上、下同时施测。

1．3．3 连接三角形边长的丈量

连接三角形边长丈量时，我们选用了两把检校过的50.000m钢尺，以钢尺的不同起点丈量3次，同一边各次丈量观测值互差依照规定，不得大于2mm，最后取算术平均值作为丈量结果。井上、下两垂球钢丝相互间距离互差要求小于2mm。

1．4 内业计算

完成了外业施测的投点、连接等工作，就要进行室内数据处理工作了。在内业处理工作之前，我们对全部记录进行了检查。检查无误后，找出相关起算数据，进行内业计算。

1．4．1 解算连接三角形各未知元素和相关的检核

连接三角形解算      

对于延伸三角形，垂球处的角度α、β按正弦定理解算：

sinα＝ａsinγ/ｃ

sinβ＝ｂsinγ/ｃ

当α＜2°及β＞178°时，可以用以下简化公式进行计算：

α″＝ａγ″/ｃ

β″＝180°－ｂγ″/ｃ

计算井下连接三角形时，必须用井下定向水平实际量距和计算的两垂球线间距值的差值进行计算。

1．4．2 实测量和计算正确性的检核

（1）连接伪三角形的三内角和，一般情况均能闭合，若有微小变化，可将闭合差值平均分配于α、β及γ中，即

（α＋ω/3）＋（β＋ω/3）＋（γ＋ω/3）＝180°

（2）两条垂球线间水平距离的检查。设Ｃ丈为两垂球线间水平距离的实际距离，Ｃ计为其计算值，则

ｄ＝Ｃ丈－Ｃ计（实测值－计算值）

这里Ｃ计可由余弦定理解算出：

Ｃ计2＝ａ2＋ｂ2－2ａｂcosγ

查阅《测量规程》规定，井上连接三角形中ｄ≤2mm；井下连接三角形d’≤4mm。如果符合要求时，可在丈量的边长ａ、ｂ及ｃ的距离中分别加入以下的改正数：

ｖａ＝－ｄ/3；

ｖｂ＝ｄ/3；

ｖｃ＝－ｄ/3（原则：短边少分，长边多分）

连接三角形解算

3 结语

对于矿井联系测量，事先需要周密的组织准备工作，从查阅资料到方案设计直至外业施测、成果处理，其环节众多，需要多方配合。我们以满足生产需要为目的，充分利用矿上现有设备，变更方案，圆满完成了定向任务，满足了生产需要，也积累了许多在教科书上也读不到的经验，学会了灵活处理生产实际中的一些问题的方法。

参考文献及有关资料

1、《矿山测量》　武汉大学出版社　2013年　　　　冯大福　杨 楠　陈 帅编著             

2、苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司测量组一井定向测量资料及相关资料