豎井一井定向誤差分析的探討

冉建強（新疆阿舍勒銅業股份有限3司　哈巴河　836700）

豎井一井定向誤差分析的探討

冉建強
（新疆阿舍勒銅業股份有限3司哈巴河836700）

新疆阿舍勒銅礦下采區550m中段至500m中段3號采場使用中深孔分段礦房法，其分段高度為16～17m，50m中段高度之間分幾個水平鑿巖分段。各水平鑿巖分段的平面控制測量采用豎井三角形連接法聯系測量，其誤差由兩個中段的連接誤差和投向誤差3部分組成，本文對其誤差精度進行分析探討。

阿舍勒銅礦聯系測量連接誤差投向誤差

1　概述

1.1基本情況

地質概況：新疆阿舍勒銅礦采用上下采區的分區開采方法，其下采區500m中段5003#采場位于1號礦體中部；礦體上盤界線在平面上向北急劇收縮，其產狀近于直立，上下盤礦巖界線向內緩緩收縮；采場寬度10m，中段高度50m，平均地質品位Cu 3.08%、Zn 1.12%；礦體下盤圍巖為黃鐵礦，向北變為英安斑巖；上下盤圍巖穩固性較差。

采場布置：礦房垂直礦體走向布置，其切井和人行聯絡井分別布置在礦房的兩端。切井作為中深孔爆破拉槽的自由面和補償空間要求較大為宜。該采場分段高度分別為17m、16m、17m，即絕對標高分別為500m、517m、535m，并都與切井和人行井聯通，作為中深孔鑿巖硐室。由于500m中段底板沿3號穿脈處巖石破碎嚴重，所以從巖石較穩固的2號穿脈西部斜拉3號穿脈作為溝通巷道，鑒于5號采場目前出礦過程中暴露出來的出礦巷道和出礦進路垮落嚴重的狀況，依照工程技術人員的指示，采用雙機心中深孔拉底方法，以形成V型的出礦塹溝，那樣既能有效地保護出礦巷道不受破壞，又能減少殘留在礦房中的已采下的礦石量。

1.2一井定向

一井定向是幾何定向的普通方法之一。一井定向通常采用三角形連接法。外業工作包括定向投點和上、下水平段的連接測量，定向投點就是在井筒中掛兩根鋼絲線。

1.3一井定向的準備工作

一井定向準備工作的完善與否，是定向工作能否順利完成的關鍵之一，必須作好充分準備。定向前的準備工作有：一是查看定向用的豎井井底和豎井頂部的巖石安全情況，踏勘上、下水平中段或分段的測量路線，以便合理作布置投點準備，選擇上、下段連接用的圖形和測量路線；二是布設與定向有關的導線點，并進行聯系測量；三是檢核定向用的測量儀器，準備定向投點用的工用具等，如定向投點用的重要設備有鋼絲線、錘球、大水桶（裝滿水）；四是點的布設與投點，即將鋼絲線系上錘球后放入大水桶中，并要求錘球不能碰到水桶底。

2　一井定向的誤差組成

定向測量是由井上連接、井下連接和投向3部分組成，這3部分誤差分別為：（1）井上連接誤差m上；（2）投點誤差θ；（3）井下連接誤差m下。

則定向誤差Ma0w為：

根據實際定向資料分析可知，井上下連接誤差之和與投向誤差大致相等，即有：

按《規程》要求，一井定向一次定向中誤差Ma0= 42〞，因此，投向誤差最大應為：

即有：θ≤30"。

當上下連接誤差影響大致相等時，連接誤差應滿足：

2.1投點誤差分析

一井定向是依靠兩根錘球線將地面坐標與方向傳遞到定向水平的，由于錘球線偏斜而引起的方向誤差，一般稱為“投向誤差”。欲使投向誤差小于30〞，當兩錘球線間距為2～5m時，其投點誤差應在0.3～0.8mm之間，這是一個很高的要求。下面就各種影響投點精度的因素分別進行分析研究。

（1）氣流對錘球的影響：一般通風情況下，礦井內的風流呈紊流狀態，從而造成對錘球線的側壓力。這種壓力的方向與大小都是混亂的，其中大部分可相互抵消。不過，由于錘球在井筒中所處位置不同，它所受氣流影響亦不同，一般分為3段：第一段鋼絲在井筒中間所受影響較小；第二段鋼絲在定向中段受氣流的單向側壓力影響，造成錘球線偏斜；第三段鋼絲和錘球在穩定液中，基本不受氣流影響。

總之，錘球線在井筒內因氣流作用所產生的偏斜值的大小，與錘球長度、錘球質量、風流速度和在定向中段高度等因素有關，可以定量地計算氣流對投向誤差的影響量。這里不做詳細介紹。

應注意減小風流影響，一般采取下述措施：①減小風速，在定向時采取停風，關閉風門措施；②減小錘球線受氣流影響的長度，若采取停風，關閉風門后，仍有負壓存在，則可在垂線上加一套管，以防氣流直接沖擊垂線；③加大錘球質量，但應注意錘重與所選用的鋼絲直徑相適應。否則鋼絲直徑增大，鋼絲受風流的作用力也增大，一般選用鋼絲直徑為1.5～2.0mm，而錘球質量不超過300kg為宜；④選擇下放錘球位置，盡量使兩錘球線的聯線方向與風流方向一致，以減小投向誤差。

（2）井筒內滴水對錘球線的影響：井筒內滴水，涌水或水管漏水等，將打擊錘球和垂線，破壞其均勻擺動。但這種現象無法用數學式來表達，因此，只能在選擇錘球線的懸掛位置時，給予注意，并采用擋水板并在穩定液桶上加擋水蓋等措施，以減小其影響。

（3）鋼絲的彈性作用：為了避免這種影響應采用大直徑滾筒的絞車，直徑較細的鋼絲和相應的錘重；選擇定點板下完全鉛直的位置進行觀測。為此，在連接時要求視線低于定點板，盡量布置在兩錘球線的聯線方向上，并使滑輪與定點板間一段斜線對鉛垂線的偏角β盡可能小，以減少對投向的影響。

（4）錘球線的擺動面和標尺面不平行：當進行錘球線的擺動觀測時，若垂線擺動方向與標尺面不平行，這時真正的穩定位置應位于擺幅的中點。該點在標尺上的讀數與真實位置的距離差，即為由于錘球線的擺動面與標尺面不平行所引起的投點誤差。為了減少這項誤差的影響，觀測時應盡量使錘球線的擺動方向與標尺平行，并適當限制擺幅的大小，一般要求不超過100mm。

（5）錘球線的附生擺動：在理想條件下，井筒內錘球線的擺動，應象單擺一樣具有均勻而逐漸衰減的擺幅，但從實際觀測發現錘球線的各相鄰擺幅中央位置的聯線并不成直線而是不規則曲線。這說明錘球線在擺動過程中，有其它附加的擺動影響了其主要擺動。這種附加的擺動，稱為錘球線的附生擺動。為了減少附生擺動，可采取適當增大垂線擺幅，并采用足夠的錘球質量。同時將錘球放在穩定液中，盡量減小風速并保持穩定氣流狀態，這樣可以減小附生擺動的影響。

2.2連接三角形法的誤差分析

在圖1中，井下導線起始邊C’D’的方位角αc'd'，是由下式推算的：

圖1　

所以可以認為方位角αc'd'的誤差即為定向誤差，以Mαc'd'表示。該誤差除包括各角的測角誤差外，還有投向誤差e。因此，其總的定向誤差為：

實際該公式分別表示井上連接、井下連接和投向誤差等3部分，即有：

連接三角形中錘球線處角度的中誤差及連接三角的最有利形狀另起段在連接測量中錘球線處的角度α，是通過正弦定理間接算得，即：

根據誤差傳播定律對上式進行偏導數并計算，令：ma=mc=ms可得β角的角度誤差為：

對井下定向水平的連接三角形，也可得同樣的誤差計算公式。

由該公式可知角誤差mα、mβ與錘球線距離c成反比，而與C點至兩錘球線間的距離a、b成正比。

根據上述分析，連接三角形如按下述要求布置與測算時，最為有利，即所謂“有利連接三角形”：

⑴垂線間距C愈大愈好；

⑵C點至A、B兩點距離a、b愈小愈好。據研究認為，當c=3～5m時，a邊長8.5m左右最為有利；

⑶γ角觀測精度愈高愈好；

⑷銳角α愈小愈好，鈍角β角則愈大愈好：α應小于2°，β應大于178°，使A、B、C三點盡可能位于一直線上，形成“延伸三角形”；

⑸方位角傳遞時，必須通過誤差較小的銳角；

⑹由于γ在計算中沒有檢查，必須仔細觀測與計算。

3　誤差預計和分析

阿舍勒銅礦聯系測量中，在5003#采場采用連接三角形法進行一井定向，其連接方案如圖1所示。試根據下列實測結果，預計其定向誤差。

實測 數 據：a=11.031，b=11.723，c=0.69，d= 57.287，γ=0°0′53″，a′=3.113，b′=3.794，c′=0.688，d′= 1.909，γ′=1°39′37″。

由圖1可知αc'd'=αdc+φ-α+β'+φ'±4×180o；設ψ、β、α′和的中誤差為mψ、mβ、mα′和mψ′則定向水平起始邊方位角中誤差為：

式中，θ為投向誤差（可以查表或計算出來）。定向測量工作使用萊卡402全站儀。其主要技術指標：一測回水平方向中誤差±0.71″；照準誤差±2″；讀數誤差為0。按下列順序估計或估算定向測量的各項誤差：

（1）連接誤差

算角中誤差mβ、mα′：

求算連接角中誤差mψ，mψ′。

（2）對中誤差

e根據550m中段巷道頂板高度3～4m，對中線量誤差較大，設e=1mm，535m分段巷道斷面小，對中線量誤差較小，設e=0.1mm。

（3）儀器誤差

（4）連接角中誤差

同理可得：mψ′=±7.72″。

（5）連接誤差

（6）投向誤差

根據《規程》查得37.78″。

（7）定向總誤差

該次的定向中誤差符合《測量工作規程》的精度要求。

收稿：2016-03-16

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.05.021