瞄直法在礦山測量中的應(yīng)用分析

摘 要：在礦山測量工作中，主要采用聯(lián)系三角形法進(jìn)行一井定向，但這種方法從外業(yè)測量到內(nèi)業(yè)計(jì)算都較為復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間較長，參與人員較多，操作要求嚴(yán)格，測量和計(jì)算容易出錯(cuò)。在實(shí)際工作中，根據(jù)井上井下的具體條件，往往采用瞄直法進(jìn)行一井定向。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對用瞄直法進(jìn)行一井定向時(shí)投向誤差等進(jìn)行了分析，并與傳統(tǒng)的聯(lián)系三角形法進(jìn)行比較，瞄直法也能滿足規(guī)范要求，適用于實(shí)際生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：礦山測量 瞄直法 一井定向

中圖分類號(hào)：TDl75+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0059-02

礦山生產(chǎn)的每個(gè)階段都離不開礦山測量的應(yīng)用，在礦山測量工作中，經(jīng)常會(huì)遇到通過一個(gè)豎井對井上井下進(jìn)行聯(lián)系測量，即通常所說的一井定向，其主要原理是應(yīng)用聯(lián)系三角形法進(jìn)行聯(lián)系測量。在實(shí)際操作過程中需要嚴(yán)格按規(guī)范要求選擇聯(lián)系三角形的連接點(diǎn)，并選擇有利的聯(lián)系三角形的形狀，選擇不同的計(jì)算公式來解算聯(lián)系三角形、并分配三角形的閉合差，而后按導(dǎo)線測量的程序計(jì)算定向分段連接點(diǎn)的夾角和定向邊方位。這種測量方法只要聯(lián)系三角形形狀選擇有利、布設(shè)連接點(diǎn)合理、投點(diǎn)仔細(xì)并嚴(yán)格按照規(guī)范測量，一般均能達(dá)到預(yù)期要求的精度。但這種方法從外業(yè)測量到內(nèi)業(yè)計(jì)算都較為復(fù)雜，外野消耗測量時(shí)間較多而且在測量和計(jì)算過程中容易出錯(cuò)，并且占用井筒的時(shí)間較長，影響生產(chǎn)，參加測量的人員較多。聯(lián)系三角形法進(jìn)行一井定向時(shí)其具體表現(xiàn)在連接三角形形狀的選擇、計(jì)算公式的選擇等方面。在一定的豎井規(guī)格下，可以用瞄直法來代替聯(lián)系三角形法來進(jìn)行一井定向，瞄直法一井定向操作簡單，省時(shí)省力，在礦山上普遍應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

1 瞄直法一井定向概述

瞄直法一井定向可以看作是連接三角形延伸的一個(gè)特例：即連接點(diǎn)選擇在井筒內(nèi)兩垂線一致的方向上，只測量距離。設(shè)兩垂線穩(wěn)定不動(dòng)，改變連接點(diǎn)的位置使此時(shí)連接角為零，依此按導(dǎo)線測量計(jì)算定向分段連接點(diǎn)的坐標(biāo)和定向邊方位。如圖1所示，在選擇連接點(diǎn)時(shí)，先粗瞄兩垂線A、B方向，在此方向線上的K點(diǎn)或P點(diǎn)安置全站儀，整平后用望遠(yuǎn)鏡精確瞄準(zhǔn)A、B兩垂線，按垂直于A、B連線的方向移動(dòng)儀器，而后再用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)兩垂線，直至K點(diǎn)或P點(diǎn)精確地選擇在A、B方向上，然后用儀器的激光對點(diǎn)在地上做好K點(diǎn)或P點(diǎn)的具體位置。采用瞄直法定向最大的優(yōu)點(diǎn)是不用進(jìn)行聯(lián)系三角形繁瑣的解算，只要垂線穩(wěn)定、連接點(diǎn)選擇的精度高，使K點(diǎn)或P點(diǎn)和直線AB在同一直線上，同樣能達(dá)到較好的定向效果。

2 瞄直法一井定向應(yīng)用范圍

（1）井上儀器架設(shè)位置與巷道的石門開切位置及走向一致，是采用瞄直法進(jìn)行一井定向的先決條件、否則會(huì)因井上儀器架設(shè)位置與巷道走向不同而無法選擇連接點(diǎn)進(jìn)行瞄直。連接點(diǎn)一般選擇在距離AB連線5m左右，那樣視線清晰，容易調(diào)節(jié)K點(diǎn)或P點(diǎn)在AB連線上，連接點(diǎn)的角度也高。

（2）在定向作業(yè)中，操作時(shí)可較方便地穩(wěn)定垂線和上下聯(lián)系，并可在小范圍內(nèi)移動(dòng)垂線以適應(yīng)連接點(diǎn)，使連接點(diǎn)與兩垂線方向一致。AB兩垂線的距離也沒有聯(lián)系三角形那樣要求嚴(yán)格，可以根據(jù)井口和井壁的規(guī)格適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)距離，已達(dá)到投點(diǎn)要求，減少投向誤差。

（3）僅用于一些礦體規(guī)模較小，巷道長度在300 m左右不能太長，分段高度一般不超過100 m的礦山，才可選擇瞄直法進(jìn)行定向測量。負(fù)責(zé)不能保證定向精度。

3 瞄直法一井定向的誤差分析

3.1 瞄直法一井定向的誤差來源

如圖1所示，在進(jìn)行定向計(jì)算時(shí)：

αpn=αmk+（β±180°）+（α±180°）

定向總誤差為：mpn=mmk+mβ+mα+ξ

其中：mmk為起始邊中誤差；

mβ、mα為測角中誤差；

ξ為投向誤差。

由推導(dǎo)式可知，瞄直法定向誤差主要是測角誤差和投向的誤差。

3.2 投向誤差的來源及提高投向精度的方法

引起投向誤差的主要原因是在投點(diǎn)過程中井筒內(nèi)氣流、垂球重量不夠引起垂線偏斜、垂線擺動(dòng)、井筒內(nèi)水滴影響以及鋼絲彈性影響等因素造成的。水滴引起垂線的擺動(dòng)一般無固定規(guī)律，在測量前要首先檢查井筒內(nèi)管路是否有跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，其次在測量時(shí)適當(dāng)?shù)卣谏w井筒，能減小其對投向誤差的影響。在鋼絲繩拉力允許的條件下可以適當(dāng)加重垂球來增加垂線的穩(wěn)定性。在進(jìn)行測量前在井上井下量好兩垂線的距離，看是否相等，如果互差超過1 cm，就存在投向誤差，應(yīng)該繼續(xù)穩(wěn)定垂球或者檢查鋼絲繩，直到符合要求為止。

對于垂線自然擺動(dòng)問題可通過將其放入穩(wěn)定液中來減小擺幅不定影響，穩(wěn)定液最好選擇廢棄的機(jī)油，那樣穩(wěn)定垂球效果明顯。對于風(fēng)力影響，要盡量減小風(fēng)速、提前對工作面進(jìn)行通風(fēng)，在保證不影響視線和安全的情況下，在實(shí)測時(shí)暫時(shí)關(guān)閉風(fēng)機(jī)，對引起空氣對流的主要通風(fēng)口在定向時(shí)進(jìn)行適當(dāng)遮擋。

分段高度不大于100 m時(shí)，采取上述措施來減小投向誤差，提高定向誤差，已達(dá)到規(guī)范要求來滿足生產(chǎn)。

4 瞄直法在生產(chǎn)中的檢驗(yàn)

為了更好地說明瞄直法在一井定向的應(yīng)用效果，在某金礦、鐵礦礦山測量中做了兩次驗(yàn)證。在定向時(shí)，采用了兩種方法進(jìn)行了一井定向，都取得了良好的定向效果，但瞄直法較連接三角形法有作業(yè)簡單、作業(yè)速度快、費(fèi)用低、運(yùn)算量小等特點(diǎn)。

4.1 誤差比較

根據(jù)投向誤差公式ξ=±（e/c）·ρ

其中：e為投點(diǎn)誤差；

c為垂線間距離；

ρ為206265。

同一井中垂球間距離一定，垂球間距離為2 m，在瞄直法中的投點(diǎn)誤差為0.330 mm，在連接三角形法中投點(diǎn)誤差為0.232 mm，則有：

瞄直法中投向誤差為ξ=±（e/c）·ρ

=0.330/2000×206265

=34.03″

連接三角形法中投向誤差為ξ=±（e/c）·ρ

=0.232/2000×206265

=23.93″

規(guī)范規(guī)定一次定向中誤差不超過42″，故兩種方法都滿足規(guī)范要求。

4.2 外業(yè)測量時(shí)間的比較（min）（表1）

從作業(yè)時(shí)間看，瞄直法較連接三角形法有明顯的優(yōu)勢，作業(yè)用時(shí)少、操作簡單、運(yùn)算量小的特點(diǎn)。

4.3 測量計(jì)算結(jié)果比較

瞄直法中求得定向邊方位角α=223°22′16″

連接三角形法求得定向邊方位角α=223°23′52″

規(guī)范規(guī)定兩次獨(dú)立定向坐標(biāo)方位角之差不超過2′，作業(yè)中兩次獨(dú)立定向坐標(biāo)方位差為1′36″，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

根據(jù)上述分析和礦山實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果可以看出，用瞄直法進(jìn)行一井定向時(shí)，要將投向誤差和連接點(diǎn)的選擇等作為提高定向精度的主要問題加以控制。實(shí)際工作中，只要準(zhǔn)備充分、操作仔細(xì)，一般是能夠達(dá)到井上井下定向測量的精度要求，完全可以用于實(shí)際生產(chǎn)。

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