無定向導線測量在豐山銅礦北緣采場中的應用

毛 勇

（大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232）

無定向導線測量在豐山銅礦北緣采場中的應用

毛 勇

（大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232）

隨著豐山銅礦北緣采場回采的逐層進行，采場底部結構中布置的測量導線控制點被完全破壞，傳統的測量方法無法保證成圖精度。無定向導線測量方法非常適用于礦山采場基本控制測量，詳細介紹了該方法無定向導線的布設、計算過程及精度分析，實踐證明，該方法使成圖精度大大提高，具有廣泛的應用前景。

豐山銅礦；導線控制；成圖精度；無定向導線；礦山測量

1 豐山銅礦北緣采場開采現狀及存在問題

豐山銅礦北緣采場采用壁點柱上向分層尾砂充填采礦法，礦塊垂直走向布置，留底柱和頂柱，底柱高度為6m，頂柱高度為4m，中段高度為50m或60m。從切割拉底層開始自下而上逐層回采，一個盤區實行一步驟回采，每次回采高度2.0m。每采一層用尾砂充填一層，充填高度為每分層2.0m，預留1～1.5m的工作空間。在中段運輸水平布置脈外運輸平巷和穿脈，每個盤區布置1個溜井、1個泄水井，相鄰2個盤區共用1個充填材料天井。

在北緣采場底部掘進時，采場控制測量一般通過斜坡道直接導線傳遞或者簡易兩井定向方案解決。隨著回采的逐層進行，采場底部結構布置的測量導線控制點被完全破壞。傳統的測量方法是依據充填井或者人行濾水井粗略井中坐標為起始數據，配合礦山懸掛羅盤儀用皮尺支距法作圖。根據人眼分辨率的大小，羅盤定向中的最高精度為0.5°，對于狹長型采場中支導線的傳遞極為不利，根據誤差傳播定律，最弱邊的方位將會嚴重變形；另外羅盤定向存在著磁偏角的問題，在采場里根本無法找到用于校驗磁偏角的導線邊，且每個地方的磁性都是不一樣的，采場金屬機械設備也給羅盤磁方位角帶來很大影響，造成很大的誤差。該方法成圖精度低，地質技術人員進行礦體邊界圈定誤差較大，往往容易造成資源浪費。當采場礦體變化較大時，采礦技術人員也必須依據精準實測圖進行局部設計調整。在采場頂底柱回收時，采場實測圖的精度直接影響到與沿脈運輸巷道的安全距離，如果安全距離保留過大，采礦損失率明顯加大；安全距離保留偏小時則會給安全生產帶來隱患。針對以上問題，礦山必須要對北緣采場測圖方法進行改進，從而保證成圖精度。

2 測量工作改進措施

為了保證測量工作能快速進行，減少測量人員在采區危險區域暴露時間、降低勞動強度，經實驗論證比較，決定采用無定向導線測量方法。

采場無定向導線的布設方案如下。在采場上向中段相鄰2個天井頂部各埋設1～2個永固點。天井斷面小于4.0m2或井筒利用空間不夠時只埋設1個永固點，天井斷面超過4.0m2時可以根據實際情況埋設2個永固點，本文按天井頂部只埋設1個永固點論述。永固點可以用井下頂板專用標識埋設，也可以用鋼釘替代。標識末端垂直懸掛Φ0.5mm尼龍線，尼龍線的長度根據天井剩余高度決定。測量使用時，尼龍線自由垂直下放，離采場底板1m左右時，在尼龍線上系上重錘，重錘可以用較為規則的石塊替代。注意尼龍線不得與井筒內任何障礙物接觸，如果因為井筒較高或風流影響其靜止時，可以將重錘置于水桶或油桶中，使之穩定。

每分層采場測圖數據采集時，以此2點作為基點，通過全站儀在采場內側設臨時測站點，然后進行碎部數據的采集。寬度較窄的采場利用全站儀布置支導線，然后使用支距法采集碎部數據，也可以利用全站儀測設臨時測站點，然后利用極坐標法采集數據。

3 無定向導線的布設及計算

如圖1所示，A點和B點為相鄰2個天井的永固點，其坐標數據在上向中段用導線常規測量方法獲取。由于A點和B點為采場起算數據，且互不通視，所以該2點方位角需要坐標反算求得，故A點和B點必須符合相應導線精度，可以按照15″級導線精度施測。A點和B點為上向中段已知起算數據，1，2，3，4，…，n等為采場作業水平新布設的導線點。由于采場測圖結束后一般要進行尾砂充填，所以臨時導線點可以布設在采場底板，前視、后視可以使用對中桿棱鏡組。觀測時將A、B兩點自由下放至采場工作水平，在1號點上架設儀器，依次測出各導線邊之間的夾角、各點之間的平距。

圖1 北緣采場無定向導線布設示意

無定向導線內業計算過程如下：

（1）計算A、B兩點在上向中段的坐標方位角與平距為：

式中，XA、YA、XB、YB為上向中段導線測量中測定的已知坐標。

（2）計算采場工作水平新布設導線點在假定坐標系中的坐標，則設A點為原點，其坐標為XA′＝YA′＝0，A～1邊為X′軸方向，αΑ1′＝0°。利用采場工作水平新測定數據，計算A、B點間假定坐標增量總和為：

由A、B兩點假定坐標系中的坐標，反算其方位角與距離，可得：

（3）在上述測量方案中，天井井筒深度一般都不太深，故上向中段與采場作業水平導線邊的投影改正數可以忽略不計。但是，由于測量誤差的影響，SAB≠SAB′，其差值為ΔS＝SAB－SAB′，當ΔS值不超過測量規程中規定的允許值時，就可以改算各邊假定坐標方位角及距離，然后計算采場作業水平各導線點的真實坐標。改正公式如下：

上述公式計算推導較為復雜，可作為理論研究依據。目前可利用電腦繪圖解析上述數據，將假定坐標系統各數據和A、B兩點起算數據在Autocad或其他成圖軟件操作界面內展開。以A′點為基點，平移假定坐標系統數據到A點，旋轉角度ΔαAB（ΔαAB可以直接在圖上量取，即平移后AB與AB′的夾角），按照比例因子Ks進行縮放，使SAB′與SAB重合。電子圖中各點坐標就是所求的真實坐標。高程測量可以通過上向中段天井導入，也可以根據下向中段人行濾水井導入。因為采場高程精度要求較低，且傳遞較為簡單，不再贅述。

4 精度分析

由于無定向導線本身僅存一個約束條件，使其成果可靠性有所降低，甚至觀測值中含有粗差也不容易被發現，因此無定向導線具有一定的局限性，僅適用于低等級控制。不難看出，上述計算的實質是用強制方法使B′點重合到B點，ΔαAB、Ks的計算過程是對無定向導線強制平差的過程。平差的實質是將誤差適當分配，使之滿足幾何條件和數學關系。實質上，ΔαAB、Ks是觀測角、觀測邊的函數，是各項差值（包括真假坐標方位角之差）相互制約后的綜合改正參數。如果僅把它作為衡量觀測值精度的尺度，顯然不符合實際。

如既要保留無定向導線的優點，且所需已知點數量少、便于布設、外業觀測量少等，同時又能有效發現觀測值中的粗差，提高成果的可靠性，建議在實際測量工作中做到以下幾點：無定向導線在布設時應盡可能整體考慮，將導線布設在2個以上的高級控制點之間，以作檢核；無定向導線的布設應盡量布設成伸展形，減少水平角誤差引起的橫向誤差；水平角觀測應采用左、右角都觀測的方法，量邊應往返觀測，并適當提高導線的測角、量邊精度；將特殊地物精確測定以作檢核，如采場中的人行濾水井井筒采用鋼井筒制作，自下而上變形較小，可以將鋼井筒井中坐標作為檢核粗差的條件。

5 結 論

無定向導線在豐山銅礦北緣采場應用以來，成圖精度有了很大提高，為采礦技術設計方案的制定以及地質礦體界線的圈定提供了有力的保證，且有效降低了采礦損失率，取得了良好的經濟效益和社會效益。

無定向導線測量方法非常適用于礦山采場或其它服務年限較長的巷道測量控制點的恢復作業，特別是小范圍的補充控制測量，有著其他常規測量方法無可替代的優勢，具有廣泛的應用前景。隨著數字礦山的迅速推廣，較高精度的三維數據采集為礦山采場三維建模及實時動態采礦提供了較好的基礎。

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2012－03－06）

毛 勇（1977－），男，湖北羅田人，助理工程師，主要從事礦山工程測量及技術管理工作。