銅綠山礦副井井筒延伸工程貫通測量

魏碧江,袁 明,郝 波

(1.大冶有色金屬集團(tuán)公司銅綠山礦, 湖北黃石市 435005;2.大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北黃石市 435005)

銅綠山礦副井井筒延伸工程貫通測量

魏碧江1,袁 明2,郝 波2

(1.大冶有色金屬集團(tuán)公司銅綠山礦, 湖北黃石市 435005;2.大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北黃石市 435005)

為滿足銅綠山礦副井延深貫通需求,提高測量精度,采用陀螺定向技術(shù),通過地面控制測量、井筒中心測量、豎井聯(lián)系測量、井下控制測量等工作,求解出副井井筒中心坐標(biāo)并在-605m水平精確測設(shè)該點(diǎn),計(jì)算得最大貫通為0.034m,小于附井貫通的允許值0.1 m,確保副井延深正確貫通,為井筒掘進(jìn)安全快速施工提供科學(xué)指導(dǎo)。

礦井延深;貫通測量;定向技術(shù);陀螺定向;控制測量

0 前 言

根據(jù)銅綠山礦地下開采需求,該礦副井需由目前的-365m延伸至-605m。根據(jù)工程設(shè)計(jì),目前在-365m中段距副井約80m處已建好措施井,計(jì)劃由-605m中段措施井處向副井掘進(jìn),在-605m水平確定副井井中位置,由-365m向下及-605m向上相向掘進(jìn)至貫通。測量應(yīng)保證工程的正確貫通,要求貫通中心偏差不大于50mm。為此通過地面控制測量、井筒中心測量、豎井聯(lián)系測量、井下控制測量等工作,求解出副井井筒中心坐標(biāo)并在-605 m水平精確測設(shè)該點(diǎn),滿足副井延深貫通需求。

1 地面控制測量

地面控制測量采用GPS技術(shù),依托有色金屬礦山井巷工程測量規(guī)程YSJ415-93(簡稱《規(guī)程》)、工程測量規(guī)范GB50026-93(簡稱《規(guī)范》)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范GB/T18314-2001(簡稱《GPS規(guī)范》),按E級GPS精度布測近井點(diǎn)及后視方向點(diǎn);采用四等水準(zhǔn)方法測定近井點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)高程;采用小直徑彈簧鋼絲向井下導(dǎo)入坐標(biāo)、陀螺經(jīng)緯儀定向及全站儀測距直接測量井筒深度等方法進(jìn)行豎井聯(lián)系測量;采用全站儀按井下一級導(dǎo)線精度布測井下控制;采用全站儀極坐標(biāo)法精確測定副井地面及-365m的井筒中心坐標(biāo)并測設(shè)-605 m副井井中坐標(biāo)。

銅綠山礦區(qū)經(jīng)多年露天開采,加之近年來由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采,原有的地面基礎(chǔ)控制網(wǎng)點(diǎn)由于各種原因均已損毀,目前副井保存有近井點(diǎn)一點(diǎn)但缺失后視方向。考慮到該礦已轉(zhuǎn)入地下開采及本工程需求,本次地面控制測量的目的是重新觀測近井點(diǎn)并增加2個(gè)后視方向點(diǎn)。

1.1 E級GPS控制測量

近井點(diǎn)及后視方向點(diǎn)按E級GPS精度施測,其精度相對鄰近起算點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不超過±25mm,方位角中誤差不超過±10″。地面控制點(diǎn)起算點(diǎn)采用三等三角點(diǎn),謝季巖、走馬山2點(diǎn)均為銅綠山礦區(qū)原四等三角網(wǎng)的起算點(diǎn),保存完好,近年來經(jīng)多次檢驗(yàn),精度良好。擬由該2已知點(diǎn)及3個(gè)未知點(diǎn)組成2個(gè)獨(dú)立環(huán)的E級GPS網(wǎng)。E級GPS測量主要技術(shù)要求見表1。

表1 E級GPS測量的主要技術(shù)要求

1.2 四等水準(zhǔn)測量

采用四等水準(zhǔn)測定井口水準(zhǔn)基點(diǎn)及近井點(diǎn)高程。水準(zhǔn)起算點(diǎn)采用一等水準(zhǔn)點(diǎn)“武九-30”。四等水準(zhǔn)主要技術(shù)要求如表2所示。

表2 四等水準(zhǔn)主要技術(shù)要求

2 井筒中心坐標(biāo)測定

精確測定井筒中心坐標(biāo)是本次工程測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,本次測量應(yīng)在地面副井口及-365m水平2個(gè)面上測定井中坐標(biāo),比較兩坐標(biāo)差異并會同設(shè)計(jì)人員確定-605m水平的最佳井中坐標(biāo)。

采用全站儀極坐標(biāo)法測定井中坐標(biāo),測量時(shí),擬在地面及-365m井筒圓周均勻獨(dú)立測定2組井壁坐標(biāo),每組12點(diǎn),如圖1所示。各點(diǎn)盡量在同一水平面上,宜用免棱鏡模式觀測。觀測成果由繪圖軟件模擬出井中坐標(biāo)。2組測量成果模擬出的井中坐標(biāo)較差不應(yīng)大于15mm。

圖1 井壁觀測點(diǎn)布置示意

3 豎井聯(lián)系測量

采用小直徑彈簧鋼絲向井下導(dǎo)入坐標(biāo)、陀螺經(jīng)緯儀井下定向及全站儀測距直接測量井筒深度等方法進(jìn)行豎井聯(lián)系測量。本項(xiàng)目需進(jìn)行2處豎井聯(lián)系測量(即副井地面～-365m、措施井-365～-605 m),每處聯(lián)系測量均需獨(dú)立進(jìn)行2次。

3.1 投點(diǎn)

投點(diǎn)的主要設(shè)備為手搖絞車、導(dǎo)向滑輪和重錘砣、穩(wěn)定桶及穩(wěn)定液等,其中手搖絞車承受荷載能力應(yīng)為投點(diǎn)時(shí)所受荷重的3倍,滾筒直徑不應(yīng)小于250mm并設(shè)有雙閘制動裝置;導(dǎo)向滑輪直徑不應(yīng)小于150mm;重錘砣應(yīng)對稱懸掛。

投點(diǎn)和連接測量期間,應(yīng)停止風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動,若井筒淋水過大應(yīng)采取擋水措施。下放垂線時(shí),測量負(fù)責(zé)人應(yīng)親自指揮將垂線放至聯(lián)測水平,加掛工作重砣后,應(yīng)對垂線與井壁、垂線與井筒中設(shè)備、重砣與桶壁進(jìn)行仔細(xì)檢視,確保無接觸。當(dāng)垂線擺幅小于10 mm時(shí),采用全站儀直接觀測垂線擺幅中間進(jìn)行坐標(biāo)聯(lián)測。聯(lián)測時(shí)采用兩秒級全站儀井上、井下同時(shí)進(jìn)行。

3.2 陀螺經(jīng)緯儀定向

擬在-365m中段和-605m中段各布測1條陀螺方位邊,要求兩端點(diǎn)必須是永久導(dǎo)線點(diǎn),并應(yīng)滿足無淋水、風(fēng)小、便于觀測,長度應(yīng)大于50m,采用瑞士產(chǎn)GAK1陀螺經(jīng)緯儀(25″級)按逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法進(jìn)行觀測。陀螺經(jīng)緯儀定向應(yīng)符合下列規(guī)定:

(1)在井下定向測量前后,應(yīng)在地面同1條已知邊上各測量3次陀螺方位,前、后求得6個(gè)儀器常數(shù),其任意2常數(shù)互差不應(yīng)超過±70″。

(2)陀螺經(jīng)緯儀的懸掛帶零位不應(yīng)超過±0.5格,超過時(shí)應(yīng)及時(shí)校正,達(dá)到要求時(shí)方可使用。

(3)井下同一定向邊2次獨(dú)立陀螺儀定向值,其互差應(yīng)小于50″。

(4)井上、下觀測應(yīng)由同一人進(jìn)行。

陀螺經(jīng)緯儀的觀測及各項(xiàng)限差要求,應(yīng)符合《規(guī)程》4.5.4、4.5.5、4.5.6、4.5.7之規(guī)定。

3.3 高程導(dǎo)入

結(jié)合銅綠山工程實(shí)際可采用如下2種高程導(dǎo)入方案:

(1)方案1。采用全站儀測距直接測定井筒深度進(jìn)行高程導(dǎo)入。作業(yè)時(shí),在井口支撐架上安置全站儀(此時(shí)全站儀豎軸應(yīng)垂直于鉛垂線),在井下設(shè)置棱鏡組,使其大致與全站儀在同一鉛垂線上,通過全站儀的望遠(yuǎn)鏡或激光導(dǎo)向裝置照準(zhǔn)棱鏡測距,求出井筒深度,井上、下分別用三角高程法測定上、下水準(zhǔn)基點(diǎn)至全站儀中心和棱鏡中心高差。全站儀測量井筒深度時(shí),應(yīng)測量井上、下的溫度和氣壓等氣象數(shù)據(jù),溫度記錄至0.2℃,氣壓記錄至100Pa。

(2)方案2。采用鋼絲法高程導(dǎo)入。井上、井下水準(zhǔn)基點(diǎn)與鋼絲上相應(yīng)標(biāo)志之間高差用水準(zhǔn)儀2次獨(dú)立測定,其互差不大于4mm。鋼絲上、下兩標(biāo)志之間長度采用比長臺方法測量,測量時(shí)應(yīng)施加導(dǎo)入高程時(shí)所用重錘相當(dāng)?shù)睦Σ㈩櫦皽囟雀恼?2次獨(dú)立導(dǎo)入的高程較差,不大于井筒深度的1/8000。

4 井下控制測量

(1)平面控制。井下平面控制擬按基本導(dǎo)線一級精度要求布測,主要技術(shù)要求如表3所示。井下一級導(dǎo)線水平角觀測應(yīng)符合《規(guī)程》5.3.1、5.3.3之規(guī)定。井下一級導(dǎo)線邊長采用全站儀往返觀測各一測回(讀數(shù)4次,互差不大于3mm),往返邊長較差不大于邊長的1/8000。

表3 井下導(dǎo)線主要技術(shù)要求

(2)高程控制。高程控制采用三角高程測量,在施測導(dǎo)線的同時(shí)進(jìn)行。三角高程的垂直角觀測1測回,儀器高和目標(biāo)高測前測后量2次,較差不得大于4mm,取平均值作為最終成果。同一條邊往返高差不符值及復(fù)測支導(dǎo)線末端點(diǎn)高程不符值分別不大于10+0.3S和30L0.5mm(S為以公里為單位的導(dǎo)線邊平距,L為以公里為單位的導(dǎo)線全長)。

5 井中測設(shè)

-605m中段基本導(dǎo)線布測完成后,即可對該水平的副井井中進(jìn)行測設(shè),采用全站儀極坐標(biāo)法測設(shè),測設(shè)完成后的點(diǎn)位坐標(biāo)的測量值與理論值較差不得大于10mm。

6 誤差分析及精度估計(jì)

由本工程特點(diǎn)可知,地面控制點(diǎn)誤差對本次貫通沒有影響,貫通誤差主要由以下幾項(xiàng)誤差組成:

(1)投點(diǎn)誤差,包括地面井口投點(diǎn)至-365m中段及措施井的-365m中段投點(diǎn)至-605m2次投點(diǎn)誤差;

(2)地下支導(dǎo)線測量誤差,包括-365m中段副井至措施井及-605m中段措施井至副井2條支導(dǎo)線誤差;

(3)-605m中段副井測設(shè)誤差。

由于投點(diǎn)誤差和測設(shè)誤差相對較小并且較容易控制,下面主要討論井下支導(dǎo)線對貫通的影響。

井下支導(dǎo)線末端誤差主要由陀螺起始邊誤差測角誤差、測邊誤差引起。假設(shè)任意形狀支導(dǎo)線初始坐標(biāo)x0,y0起始方位為a0,經(jīng)過n站導(dǎo)線測量可計(jì)算出最終點(diǎn)k的坐標(biāo)。

設(shè)mβi為第i站相應(yīng)測角誤差;mli為第i條邊測邊誤差。支導(dǎo)線終點(diǎn)坐標(biāo)為所有實(shí)測角度和邊長的函數(shù),根據(jù)誤差傳播理論推導(dǎo)可得:

設(shè)陀螺起始方位邊誤差為mt,導(dǎo)線終點(diǎn)與起始點(diǎn)連線長度為L,則起始方位引起的導(dǎo)線終點(diǎn)誤差為:

根據(jù)地下導(dǎo)線的布置圖,將各參數(shù)代入式(2)～式(4),得-365m導(dǎo)線終點(diǎn)誤差分別為:M1β=0.0032m,M1l=0.0112m,M1t=0.0062m;-605 m導(dǎo)線終點(diǎn)誤差分別為:M2β=0.0025m,M2l=0.0110m。設(shè)豎井投點(diǎn)誤差及-605m副井井中測設(shè)誤差均為0.010m,則-605m副井井中位置中誤差為0.0245m,由于以上過程均取2次獨(dú)立成果為最終成果,故-605m副井井中位置中誤差為0.0245=0.017m,取2倍中誤差為允許誤差,則最大貫通為0.034m,小于附井貫通的允許值0.1m。

[1]YSJ415-93.有色金屬礦山生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]安海波.現(xiàn)代礦山測繪新技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用及現(xiàn)場操作技術(shù)規(guī)范[M].西安:西北礦業(yè)學(xué)院出版社,2006.

[3]GB/T18314-2001.全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S].

[4]劉宏偉,劉中元.豎井貫通測量方案優(yōu)化[A].礦山測量編輯部.全國礦山測量新技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C].唐山:礦山測量編輯部,2009:81-83.

2011-08-15)

魏碧江(1968-),男,測量助理工程師,注冊安全工程師,主要從事礦山測量及工程施工管理工作。