測(cè)量幾何定向技術(shù)在嵩縣前河金礦多級(jí)提升礦井工程中的應(yīng)用

趙合娃，萬建喜，王選科，鄧曉飛

河南省洛陽市嵩縣前河礦業(yè)有限責(zé)任公司，河南洛陽 471433

測(cè)量幾何定向技術(shù)在嵩縣前河金礦多級(jí)提升礦井工程中的應(yīng)用

趙合娃，萬建喜，王選科，鄧曉飛

河南省洛陽市嵩縣前河礦業(yè)有限責(zé)任公司，河南洛陽 471433

本文結(jié)合實(shí)際闡述了一井測(cè)量幾何定向技術(shù)在嵩縣前河金礦礦井工程中的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)在幾何定向的基礎(chǔ)上運(yùn)用測(cè)量誤差傳播規(guī)律對(duì)井下各中段之間工程相互貫通問題進(jìn)行了精度評(píng)估，并得到實(shí)踐證明，達(dá)到了科學(xué)理論指導(dǎo)實(shí)踐的良好效果。

一井幾何定向 ；多級(jí)提升； 誤差分析；貫通誤差；應(yīng)用

1 工程概況及幾何定向的目的

前河金礦葚溝礦區(qū)440斜井、450豎井、240盲豎井、120盲斜井是目前該公司重要的探采基地，440斜井，斜長200m，96年底建成并投入使用；450豎井，井深226.25m, 2000年建成并投入使用；240盲豎井，井深130m，2004年底建成并投入使用；120斜井，斜長100m，2009年建成并投入使用，480新豎井設(shè)計(jì)513m目前已施工到120標(biāo)高，計(jì)劃2011年5月建成并投入使用?，F(xiàn)有井下440m～080m，共開拓10個(gè)中段，中段高40m，每個(gè)中段開拓，采準(zhǔn)、充填，通風(fēng)等工程總計(jì)均超千米，480、450、120三條豎井直徑均為3.5m，各井相對(duì)位置見圖1。

圖1

幾何定向分為一井定向和二井定向，從圖1看出450豎井及240盲豎井、440斜井及120盲斜井是位置、深度不同而目的相同的都是為了采掘地下同一條礦脈的。同時(shí)，從上圖也容易看出該井下采掘工程是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，它以450豎井及240盲豎井為中心，200以下的測(cè)量工作均要經(jīng)過兩次一井定向才能完成。440m～080m10個(gè)中段各類掘進(jìn)工程累計(jì)之和不低于25km，450豎井及240盲豎井井下聯(lián)系測(cè)量即幾何定向的精度將直接影響各中段工程貫通的質(zhì)量，為確保各中段工程的貫通質(zhì)量，必須提高一井定向的精度，努力降低投點(diǎn)誤差及方向傳遞誤差的影響，因此，確保一井定向的精度是井下測(cè)量工作的關(guān)鍵，它對(duì)礦山安全生產(chǎn)具有特別重要的意義。

2 幾何定向的實(shí)施過程

2.1 450豎井一井定向

2.1 .1 一井定向技術(shù)設(shè)計(jì)

1）根據(jù)實(shí)際，使用前河礦區(qū)一級(jí)三角鎖控制點(diǎn)（5″級(jí)）S1、C6直接組成單三角形建立近井點(diǎn)J，在豎井各車場及中段石門附近，選點(diǎn)，造標(biāo)、埋石，每個(gè)車場設(shè)置3個(gè)點(diǎn)，均按《礦山規(guī)程》要求施行；

2）地面近井點(diǎn)測(cè)量、地面及井下連接三角形均使用DJ2經(jīng)緯儀觀測(cè)2測(cè)回，量邊往返三次，較差≤2mm，計(jì)算以最小角傳遞方向，測(cè)量中選擇3個(gè)不同的連接角（不同位置架設(shè)兩次以上儀器），最小角均＜2°；

3）φ采用1.2mm碳素彈簧鋼絲，懸掛重量140kg，使用雙閘手搖小絞車，重物侵入井底240水倉水中。

2.1 .2 實(shí)際定向過程

嚴(yán)格按《礦山規(guī)程》操作施測(cè)，記錄，各項(xiàng)觀測(cè)值，超限者，復(fù)測(cè)。

2.1 .3 內(nèi)業(yè)平差計(jì)算

通過解算獨(dú)立三角形S1C6J,得近井點(diǎn)J。

計(jì)算規(guī)范：地面三角形d值≤2mm 井下三角形d值＜3mm，由于450豎井有360、320、280、240四個(gè)中段，下邊僅以240內(nèi)業(yè)計(jì)算為例簡介計(jì)算過程。

地面連接三角形的解算其結(jié)果：

A0(x=586.0541,y=948.4111.z=453.416)；B0(x=588.2779，y=948.9421，z=453.416)

地面及井下連接三角形（以240為例下如圖2）。

圖2

2）觀測(cè)值見下表1：

a4 b4 C4 1#-2# 1#-3# r4 φ43 12.6517 14.9297 2.286 9.767 12.726 0° 48′ 21″ 5° 30′ 48″ 183° 34′ 45″φ42

2.2 240盲豎井定一井定向（內(nèi)容同上，略）

該 井3個(gè) 中 段 定 向 邊 坐 標(biāo) ：200中 段C200（x=672.417,y=997.035,z=203.887），D200(x=701.918,y=8.969);160 中段C160(x=672.553,y=996.854.z=164.060)，D160(x=688.317,y=2.551);120中段 C120(x=672.283,y=997.123,z=123.926)，D120(x=690.989,y=4.187,z=122.573)

3 幾何定向誤差分析

三角形測(cè)角精度mβ=±5″,連接角測(cè)兩測(cè)會(huì)測(cè)角中誤差mψ=± 5″。

3.1 450豎井一井定向誤差分析

3.1 .1 地面連接誤差

3.1 .2 井下連接圖形誤差（以豎井240為例）

3.1 .3 計(jì)算投點(diǎn)誤差φ，e=0.5mm c=2286mm

最大偏差取2m2=114.4″由于豎井井下最大施測(cè)線路長東西一側(cè)不超500m，以最不利圖形直伸式計(jì)算：mq=±tan114..4″×500=±0.277m，井下導(dǎo)線最弱點(diǎn)位中誤差m=0.099m，2m=0.198m

因此mD==±0.34m,該數(shù)在規(guī)范規(guī)定的貫通誤差±0.4m范圍之內(nèi)。

3.2 240盲豎井一井定向誤差分析：（內(nèi)容同上，略）

3.3 對(duì)各斜井各中段導(dǎo)線最弱點(diǎn)誤差的分析

1）對(duì)440斜井各中段導(dǎo)線誤差的分析

360 支導(dǎo)線最弱點(diǎn)為80線主巷中15號(hào)測(cè)點(diǎn)，支導(dǎo)線線路總長為560m，400支導(dǎo)線最弱點(diǎn)為76.5線口導(dǎo)線點(diǎn)，施測(cè)線路總長為500m，440支導(dǎo)線最弱點(diǎn)為80線口導(dǎo)線點(diǎn)，施測(cè)線路長為450m。下面以360中段為例分析支導(dǎo)線引起的最大誤差：

由于2000年6月前斜井各個(gè)中段（包括440）均有數(shù)個(gè)采準(zhǔn)井、充填井、通風(fēng)井相互貫通，通過天井（40m～45m，規(guī)格1.8×1.8，傾角60°～75°），運(yùn)用經(jīng)緯儀配合彎管目鏡，通過對(duì)規(guī)整天井進(jìn)行上下聯(lián)測(cè)、平差、計(jì)算，斜井各系統(tǒng)基本上成為閉合導(dǎo)線，測(cè)角精度mβ=± 7 ″，全長相對(duì)閉合差＜，量邊偶然誤差μ不超過0.0005m，440洞口起算點(diǎn)中誤差

取2m弱=0.12m取3 m弱=0.18m小于規(guī)范要求的0.4m或主要巷道0.2m。

2）對(duì)120盲斜井080中段導(dǎo)線最弱點(diǎn)誤差的分析：（方法同上，略）

總之，幾何定向誤差是井下誤差的根本，經(jīng)過兩次一井幾何定向它的方向傳遞誤差總和不大于一井一次定向方向傳遞誤差的3倍，即不大于172.2″（3倍中誤差），因此貫通誤差最大為±0.5m。因此，只要按正常的測(cè)設(shè)精度測(cè)量，都將不會(huì)影響工程的貫通質(zhì)量。

4 誤差理論在實(shí)踐中的應(yīng)用

將上述誤差分析應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，這是我們真正的目的。由于前河金礦2000年以來90%以上的采掘生產(chǎn)任務(wù)均在480以下井中，對(duì)于每一個(gè)中段每一個(gè)工程若均不加分析地布設(shè)井下一二等導(dǎo)線，按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量務(wù)必會(huì)影響井下生產(chǎn)，通過上述定向誤差的分析和大量的測(cè)量實(shí)踐的證明，對(duì)于施工精度要求不高的工程，可以降低儀器的觀測(cè)條件，甚至有的地方完全可以使用懸掛羅盤代替經(jīng)緯儀等，近十年來大量的中段與中段或同一個(gè)中段相互貫通的工程中沒有一個(gè)超差的，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，要具體問題具體分析，切不可墨守成規(guī)，這樣不但可以降低測(cè)量工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也可大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，結(jié)合內(nèi)業(yè)資料，下表列舉了2000年以來井下各中段部分相互貫通工程的誤差統(tǒng)計(jì)情況，見下表2。

表2

上表中值得一提的是480新豎井在寫本文前幾天即2010年8月26日才與盲豎井120中段準(zhǔn)確貫通，其全長相對(duì)閉合差0.25m，小于工程實(shí)際要求的0.4m，它的準(zhǔn)確貫通更加說明了測(cè)量幾何定向技術(shù)在多級(jí)提升礦井工程中應(yīng)用的正確和成功。

5 結(jié)論

1）不同位置的豎井或斜井口建立近井點(diǎn)，應(yīng)盡量利用相同已知點(diǎn)，并建立兩組以上永久性控制點(diǎn)，每組不少于3個(gè)點(diǎn)。

2）一井幾何定向每個(gè)中段定向邊兩次較差一定不能大于2′。在此基礎(chǔ)上建立的導(dǎo)線控制點(diǎn)對(duì)于相同或不同中段的低精度要求井巷，均可用礦山羅盤儀定向測(cè)量。

幾何定向和物理定向是目前井巷工程定向測(cè)量的基本方法，因?yàn)槲锢矶ㄏ颍ㄍ勇萁?jīng)緯儀定向），工作簡單，定向精度高，可以檢核并代替幾何定向，但由于其儀器價(jià)格高，目前絕大部分井巷定向仍運(yùn)用幾何定向法，因此，加強(qiáng)井巷工程幾何定向理論的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，在當(dāng)今社會(huì)仍十分重要。

O6

A

1674-6708（2010）28-0158-02

趙合娃，工程師，畢業(yè)院校：武漢測(cè)繪科技大學(xué)，工作單位：河南省洛陽市嵩縣前河礦業(yè)有限責(zé)任公司采掘工區(qū)，職務(wù)：技術(shù)區(qū)長