金屬礦山一井定向貫通測量實踐

任 飛

(安徽金日盛礦業有限責任公司, 安徽霍邱縣 237400)

金屬礦山一井定向貫通測量實踐

任 飛

(安徽金日盛礦業有限責任公司, 安徽霍邱縣 237400)

周油坊鐵礦床是霍邱縣境內一大型深埋型鐵礦床之一。為了使該礦井的北回風井-290m水平與副井-290m水平之間的回風巷準確、順利貫通,采用三角形連接投點的方法,通過一個立井的幾何定向(一井定向),建立井上、下聯系三角形及布設導線,并進行聯測,成功實現了定向,為實現北回風井-290m水平與副井-290m水平之間風巷的準確貫通提供了技術支持。

定向貫通;一井定向;三角形測量

周油坊鐵礦是霍邱鐵礦區大型鐵礦床之一,礦體埋藏于地表73～196m以下,平均埋深約130m。礦體分上下兩個礦帶,全礦床礦帶總長度4000m,礦帶總寬30～200m,標高-33～-666m。采用分期開采方案,前期主要開采-530m水平以上區段。南區-170m以上,北區-230m以上開采難度大,與-530m水平以下礦體留在后期統一開采。

該礦下轄8條豎井,分別為:1,2號主井,南北回風井,副井和1,2,、3號探礦措施井。為形成礦山整體通風系統,需要副井和北風井盡快貫通。但是副井和北風井作為兩個分離的、沒有直接關聯的礦井,確保兩井間通風巷道的精確、順利貫通,成了此工程的關鍵。根據礦山的具體情況,確定采用事先埋設好的四等地面控制網對副井采用一井定向的方法將控制系統導入井下,利用三角形連接投點的方法,通過一個立井的幾何定向(一井定向)對北風井和副井實施定向。

1 一井定向的概念

一井定向就是在一個井筒內懸掛兩根鋼絲(或同時鉛垂地發射兩條可見光束),通過地面和井下聯測,將兩重錘線中心(或光束軸心)的平面坐標及其連線的坐標方位角,傳遞給井下的控制點和導線邊。一井定向工作分為投點(由地面向定向水平投點)和連接(地面和定向水平上與懸掛的鋼絲連接)兩個部分。

(1)投點。投點是以井筒中懸掛的兩根鋼絲形成的豎直面將井上的點位和方向角傳遞到井下。

(2)連接。連接測量分為地面連接測量和井下連接測量兩部分。地面連接測量是在地面測定兩鋼絲的坐標及其連線的方位角;井下連接測量是在定向水平根據兩鋼絲的坐標及其連線的方位角確定井下導線起始點的坐標與起始邊的方位角。

由于北風井與副井不通視,根據現場實際情況,一井定向測量連接三角形法的平面見圖1。

圖1 連接三角形法的平面示意

圖1中的點C、C′為連接點。連接三角形法應滿足的條件是點C與D及點C′與D′要彼此通視,且CD與C′D′的邊長要大于20m;三角形的銳角γ和γ′要小于2°;a/c與a′/c′的值要盡量小,一般應小于1.5。

地面連接測量是在C點安置經緯儀測量出ψ、φ和γ3個角度,并丈量a、b、c3條邊的邊長。同樣,井下連接測量是在C′點安置儀器測量出ψ′、φ′和γ′3個角度,并丈量a′、b′、c′3條邊的邊長。

2 準備工作

(1)檢查井筒斷面,確定井筒的有效利用面積,測量兩垂線間的最大距離為4.0294m。實地察看井上、下測量線路,確定合理的連接圖形和測量路線。

(2)埋設與定向有關的測點。

(3)考慮當時的儀器等實際情況,準備了直徑為1.5mm的鋼絲、絞車、15kg的重垂球、定向滑輪、定點板、合適的信號圈、大水桶及定向所用的全站儀和水準儀各1臺。

(4)事先在地面對測量儀器進行性能檢測。

3 建立井上、下控制系統

(1)為了使井下坐標與礦區地表坐標系統統一,確保兩井筒間風巷道的準確、順利貫通。根據現有資料和實際情況建立了井上、下控制系統。兩次獨立定向誤差僅為22″遠遠小于規定的1′。

(2)根據埋好的導線點和井口實際情況在地面合理設置兩個測站,測角量邊嚴格按照相關規范進行施測。

(3)連接圖形的要求:三角形中兩銳角應小于2°,兩垂線O1、O2投點后,井上、下量得兩垂球線之間距離的互差,一般應不超過2mm。

(4)定向過程中采用對講機上下聯絡。

(5)點投好后,先掛上垂球并檢查垂球是否與桶底或桶壁接觸,等垂球靜止在水桶中,把事先在地面用鐵絲做成的直徑為2～3cm的3～6個信號圈套在鐵絲上,然后放下,看是否能夠達到定向水平。若能達到定向水平說明垂線未與井桶壁或其他障礙物接觸,否則應進行檢查或重新投點。

4 聯系三角形測量

4.1 外業測量

井上、下三角形測量應滿足下列要求(見圖2):

圖2 三角形連接法

(1)兩吊垂線(O1～O2)的間距c(c′),應盡可能選擇最大的數值,本次c=4.0294m。

(2)聯系三角形形狀應該是延伸形狀,三角形內角α及β應盡可能小,在任何情況下,α及β角都不能大于2°,本次定向分別為00°13′56.3″和00°17′10.7″。

(3)聯系三角形邊長a/c(a′/c′)的比值約為1.5,本次定向a/c=0.811。

聯系三角形測角量邊及精度要求:

(1)測角,CD邊為36.145m,采用TCR402全站儀對中,地面聯系三角形測角精度控制在±4″以內,地下聯系三角形測角精度控制在±6″以內。

(2)量邊,在垂線穩定的情況下,連接三角形的各邊應用鋼尺的不同起點丈量6次,讀數估讀到0.5 mm。相同每邊各次測量誤差不大于2mm,取每次測量的平均值作為結果。在垂線擺動的情況下,對井下各條邊采用擺動的方法進行測量,每次至少連續讀取6個讀數,且每邊兩次丈量的互差不得大于4mm,最后,取平均值作為最終的丈量結果。

4.2 內業計算

(1)連接三角形的解算。運用正弦定理,解算出α、β、α′、β′。(2)檢查測量和計算成果。首先,連接三角形的三個內角α、β、γ以及α′、β′、γ′的和均應為180°,若有少量殘差可平均分配到α、β,或α′、β′上。此次定向地面三角形閉合差為179°59′59.81″,井下三角形閉合差為179°59′57″,滿足精度要求。其次,井上丈量所得的兩鋼絲間的距離C與按余弦定理計算出的距離C相差不大于2mm;井下丈量所得的兩鋼絲間的距離C與計算出的距離C′相差應不大于4 mm。若符合上述要求可在丈量的a、b、c,以及a′、b′、c′,中加入改正數Va、Vb、Vc,及Va′、Vb′、Vc′:

將井上、下連接圖形視為一條導線,如D-CO1-O2-C′-D′,按照導線的計算方法求出井下起始點C′的坐標及井下起始邊C′D′的方位角。

(3)連接點測角精度評價。因為d邊大于20 m,儀器對中時,連接點測角中誤差僅為6″,明顯小于規定誤差的12″。

5 效 果

本次一井定向取得了成功,為北回風井和副井之間3376m的準確貫通提供了技術支持。采用一井定向的常用方法,節約了采購陀螺定向儀的費用。

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[4]張國良.礦山測量學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2006.

[5]周建鄭.工程測量學[M].鄭州:黃河水利出版社,2006.

2010-01-11)

任 飛(1982-),男,安徽界首人,技術員,主要從事礦山測量工作,Email:496675178@qq.com。