山東勝宏礦業張家茅灘鐵礦風井-340水平聯系測量

宋 杰 崔 靜 李增強

（1.山東勝宏礦業有限公司，山東 濟寧 272500；2.山東龍口礦業集團 工程建設有限公司，山東 鄒城 273500；3.山東魯能菏澤煤電公司 郭屯煤礦，山東 菏澤 274000）

0 引言

張家茅灘鐵礦位于山東省汶上縣北部，行政區劃隸屬汶上縣郭倉鎮，南距縣城約13km、距津浦鐵路兗州火車站約40km。區內公路四通八達，交通十分方便。礦區地勢平坦，海拔標高46.1～50.1m，北高南低。

風井位于礦區北側，距副井約942m，井筒凈直徑Φ4.5m，井深390.8m，擔負井下排風任務，為井下專用回風井。風井-340水平與副井-340水平貫通，為下一步1#、2#、3#礦體的開采和運輸創造條件。為了使貫通工作能夠很好地進行，特進行了礦井聯系測量工作。

根據《煤礦測量規程》、《有色金屬礦山井巷工程測量規范》的規定以及目前礦井聯系測量技術水平，張家茅灘鐵礦聯系測量采用了長鋼絲投點、長鋼尺投入標高及陀螺定向技術完成張家茅灘鐵礦風井聯系測量工作。

1 地面連接測量與投點

1.1 地面連接導線測量

在風井南面有三個E級GPS點，即ITK13、ITK14、ITK16，其坐標如表1。

表1 已知點坐標表

為了達到風井聯系測量的目的，需進行地面連接測量，測設風井投點所需的近井點。根據實際情況，使用南方靜態GPS施測了 “風井門口點”、“風井小廟前”等近井點的平面坐標，高程進行了等外水準測量，利用改變儀器高法施測。

1.2 投點設備

投點工作，在地面付井罐籠下料口安放小絞車，主要設備與指標為：

（1）鋼絲：準備600m長鋼絲一盤，直徑為1.0mm～1.8mm；

（2）絞車：一部，并將600m長鋼絲纏好，固守在井口附近；

（3）垂球：采用圓柱式垂球，共2個，每個為40kg～45kg；

（4）信號圈：檢查鋼絲垂直度；

（5）井下確定鋼絲擺動中心的簡易支架裝置。

1.3 鋼絲的下放和自由懸掛檢查

風井鋼絲是通過井口罐籠下料口下放的，由于鋼絲處于一個吊罐的空間，故處于自由懸掛狀態，長鋼尺也是從北風井罐籠下料口下放的。

地面“風井門口點”同鋼絲的連接測量，是用2″級全站儀測水平角，按三個測回施測，并用全站儀測距，各項限差均滿足要求。

2 井下連接測量

井下鋼絲的準確觀測是兩井定向的難點，本次的觀測是在風井-340m水平，井深約為380m，因此，提高井下連接測量精度是本次聯系測量的關鍵所在。在本次井下連接測量中，采用擺動觀測技術，在井筒淋水大、鋼絲擺幅大的情況下，實現了高精度測量，這是本次聯系測量的一項成功的技術實踐。

2.1 擺動觀測

當鋼絲下放到井底，并懸掛重錘后，根據井下條件，安置交角位于45°～135°之間的兩臺經緯儀，并在其垂直方向分別放兩個水準尺，由于鋼絲擺動，用兩臺經緯儀分別觀測鋼絲在兩個水準尺擺動的左右最大讀數，連續取13個讀數，取其左右平均值，作為鋼絲鉛垂狀態的位置讀數。同法進行兩次，當較差不大于1mm時，取其平均值作為最終值。

然后將鋼絲放到一邊（此時，地面應連接測量完畢），用兩臺經緯儀在定點支架平板上標定鋼絲穩定狀態中心，以后，以此中心進行測角和量邊。

2.2 井下連接測量

本次風井連接測量，井上下均采用2″級全站儀測角、測距。

井下水平角施測3個測回，進行往返測距。各項限差均滿足要求。

3 導入標高

3.1 長鋼尺導入標高基本原理

用長鋼尺導入標高，就是通過北風井罐籠下料口將比長的長鋼尺下放到井底，到達井底后，掛上垂球以拉直鋼尺，使其處于懸掛位置。垂球不宜太重，以5Kg為宜，本次為2.4Kg。然后井上下安置水準儀或經緯儀，本次是井上安置S2級自動安平水準儀，井下為S2級自動安平水準儀，然后分別讀取塔尺讀數及鋼尺讀數，并記錄井上下溫度t上與 t下，本次測定為：t上=29°C，t下=26°C。 鋼尺需進行比長、溫度、拉力及自重改正。本次長鋼尺導入標高獨立進行兩次。

3.2 長鋼尺改正量計算

通過對鋼尺進行改正，求得的鋼尺第一次總的改正量為0.124m；

改變水準儀的儀器高，以同樣的方式進行了第二次改正，求得鋼尺第二次總的改正量也為0.124m；

兩次的改正量相同。

3.3 風井導入標高鋼尺改正后實長

第一次儀器高改正后視線間鋼尺長為383.583m；

第二次儀器高改正后視線間鋼尺長為383.627m。

3.4 風井井下頂板高程計算

第一次投點算得井下J1點高程為-330.098m；

第二次投點算得井下J1點高程為-330.099m；

本次測量兩次風井導入標高高程平均值為HJ1＝-330.098m，進一步，可得 HJ3＝-330.102m，HJ4＝-330.106m，HJ5＝-330.186m.

4 陀螺定向測量

4.1 已知數據

ITK14 點至 ITK13 點坐標方位角：α=95°50′35″。

4.2 各項限差要求

使用儀器是日本生產的索佳GP1型，標稱精度為±25″的陀螺儀，該儀器在風井井下各種工程使用中，性能穩定，精度可靠。對照《煤礦測量規程》，各項限差如下：

（1）觀測程序：2-2-2，即下井前在地面上用兩個測回定儀器常數，風井井下定向邊用兩個測回測定陀螺方位角，上井后在地面上用兩個測回測定儀器常數；

（2）逆轉點個數：5 個；

（3）擺動中值計算：NT=（N1+N2+N3）/3；

（4）全站儀前后兩測回的方向值互差的限差為：15″；

（5）擺動中值的相鄰互差取30″，間隔互差取55″；

（6）地面儀器常數互差：取 40″；

（7）下井前后儀器常數互差：取 40″；

（8）風井井下定向邊陀螺方位角兩測回互差：取70″；

（9）相鄰逆轉點的衰減值互差為：60″；間隔逆轉點衰減互差為：75″；

（10）懸掛帶零位變動誤差應在±0.5格內。

4.3 子午線收斂角計算

通過計算，得張家茅灘鐵礦ITK14點的子午線收斂角：γ=-0°17′8.3″

4.4 在地面已知邊上測定儀器常數

定向儀器常數的測定在已知邊“ITK14—ITK13”進行。下井前和上井后各測定了2個測回，儀器常數按下式計算。

△=A0-αT

式中：A0為已知邊的地理方位角；αT為該邊的陀螺方位角。

最后，計算得儀器常數一次測定中誤差為：

4.5 風井東西大巷定向邊上測定陀螺方位角

本次測定的是風井東西大巷巷道中“J2-J4邊”的陀螺方位角，于2012年8月28日完成。各項限差均滿足要求。所得該邊的坐標方位角為 74°32′12″。

4.6 J2-J4邊精度分析

陀螺定向邊一次測定中誤差計算：α=αT+△-γ

故陀螺定向邊一次測定中誤差：

5 結論

該次定向成果準確、可靠、精度高，定向中誤差為±3.08″，完全可作為井下7″級首級控制的起始方向,并且作為堅強邊不參加平差。

在本次井下連接測量中，采用擺動觀測技術，在井筒淋水、鋼絲擺幅大的情況下，實現高精度測量。以上各項測量工作于2012年8月28日完成，各項限差均滿足要求，測量精度較高，為今后井下各項工程打下了良好的基礎。

后記：風井-340水平2#巖脈已于2014年3月6日順利貫通，各項限差均符合要求。

［1］欒元重，等.地表移動與變形的動態預測方法[J].礦山測量，2003,3.

［2］張國良，等.礦山測量學[M].2版.中國礦業大學出版社，2008,10.

［3］張國良，等.陀螺經緯儀定向[M].中國礦業大學出版社，1988.

［4］王正帥，等.聯系測量對礦井重大工程質量的影響[J].江蘇煤炭，2004,6.

［5］王永，等.基于分形的線要素綜合數據處理方法[J].礦山測量，2009,10.

［6］任富強.冬瓜山礦床深井聯系測量方法[J].采礦技術，2008,3.

［7］王永，等.利用 Excel繪制誤差橢圓的方法[J].礦山測量，2008,12.