復(fù)雜富水金屬礦山井巷貫通測(cè)量方法及誤差分析

郝 爽

(馬鋼姑山礦業(yè)公司, 安徽 馬鞍山市 243181)

白象山鐵礦建設(shè)規(guī)模為200萬t/a采選生產(chǎn)能力。礦山設(shè)計(jì)井筒深700 m,地壓大,巷道易變形,巷道貫通施工時(shí)多為獨(dú)頭施工,通風(fēng)條件差,溫度高(一般為35℃～36℃),加之礦床水文地質(zhì)條件屬?gòu)?fù)雜類型,最大涌水量為30000 m3/d,巷道淋水嚴(yán)重,水霧大等因素對(duì)巷道貫通施測(cè)很不利[1-3]。按照我國(guó)井巷大型貫通測(cè)量40″級(jí)(XYZ)和10″級(jí)(XYZ)支導(dǎo)線規(guī)范規(guī)定,要求兩井貫通的平面中心允許偏差±0.3 m,垂直允許偏差±0.2 m,對(duì)此針對(duì)白象山鐵礦特殊條件下的測(cè)量工作進(jìn)行了研究與探討,結(jié)合實(shí)際施工條件,優(yōu)化了測(cè)量程序。其方案依據(jù)《冶金測(cè)量規(guī)范》有關(guān)規(guī)定,從4個(gè)方面對(duì)測(cè)量程序進(jìn)行了優(yōu)化。

1 測(cè)量方法優(yōu)化

(1)施工導(dǎo)線點(diǎn)(40″級(jí))延長(zhǎng)到300 m左右。井下導(dǎo)線敷設(shè),通常采用分級(jí)布設(shè)的方法,一般有3種。

施工導(dǎo)線：在巷道向前推進(jìn)時(shí),用以進(jìn)行放樣而指導(dǎo)開挖的導(dǎo)線邊長(zhǎng)為25～50 m。基本導(dǎo)線：當(dāng)掘進(jìn)100～300 m時(shí),敷設(shè)邊長(zhǎng)較長(zhǎng)(50～100 m)精度要求較高的基本導(dǎo)線,以檢查巷道的方向是否與設(shè)計(jì)相符合。主要導(dǎo)線：當(dāng)巷道掘進(jìn)大于1 km時(shí),基本導(dǎo)線將不能保證應(yīng)有的貫通精度,就要敷設(shè)主要導(dǎo)線,邊長(zhǎng)為150～800 m。

(2)把施工導(dǎo)線點(diǎn)的復(fù)測(cè)工作舍掉(主要在直巷內(nèi)),當(dāng)施工導(dǎo)線點(diǎn)達(dá)300 m左右時(shí)由基本導(dǎo)線點(diǎn)(10″級(jí))跟上并附合在最前施工導(dǎo)線點(diǎn)上,用前Ⅰ級(jí)導(dǎo)線檢測(cè)前Ⅱ級(jí)導(dǎo)線,測(cè)角用國(guó)產(chǎn)J2型經(jīng)緯儀一個(gè)測(cè)回,滿足測(cè)角規(guī)范的要求后,量邊采用2－2式丈量法,即第一次首數(shù)在1 m范圍內(nèi)讀數(shù)2次,以后換人換位用同樣方法丈量,這樣可以有效地防止錯(cuò)誤的發(fā)生,達(dá)到要求精度。

(3)基本導(dǎo)線丈量采用鑒定鋼尺逐段丈量與紅外測(cè)距儀相結(jié)合的方式,經(jīng)過拉力、尺長(zhǎng)、溫度和垂直改正后與紅外測(cè)距儀同邊長(zhǎng)的精度誤差＜3 mm。(獨(dú)頭巷道距離長(zhǎng),通風(fēng)條件差,溫度高、潮氣大、霧氣重、能見度低,紅外測(cè)距儀不能經(jīng)常使用,為保險(xiǎn)起見,在井下條件相對(duì)好時(shí)采用測(cè)距儀相互檢查驗(yàn)證)。

(4)高程測(cè)量采用10″級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)為Ⅰ級(jí)高程閉合到40″級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)為Ⅱ級(jí)高程的方法,儀器采用國(guó)產(chǎn)DS3型普通水準(zhǔn)儀。

為了保證40″級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)不產(chǎn)生粗差,在直線和彎道上給中心每次都采用夾角法,這樣既可以檢查測(cè)角和前一組中心又可以保證給點(diǎn)精度在夾角小的拐角點(diǎn)和彎道上盡量布設(shè)較長(zhǎng)的40″級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)。

通過采用這幾種方法,不僅取消了沿用已久的40″級(jí)導(dǎo)線復(fù)測(cè),同時(shí)也減少了測(cè)量環(huán)節(jié),提高了測(cè)量精度。

2 測(cè)量精度分析

彎道導(dǎo)線以Z16－Z33的439 m為例,起點(diǎn)與終點(diǎn)數(shù)據(jù)見表1。

導(dǎo)線全長(zhǎng)閉合差：

式中,?s為導(dǎo)線全長(zhǎng)閉合差;fx,?y為坐標(biāo)增量閉合差。

表1 導(dǎo)線點(diǎn)參數(shù)

導(dǎo)線測(cè)量的精度一般用?s與導(dǎo)線全長(zhǎng)的比值來衡量并化作分子為1的分?jǐn)?shù)形式表示,叫做導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差。根據(jù)式(1)可計(jì)算得出?s＝±83 mm。

導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差：

式中,K為導(dǎo)線的相對(duì)閉合差;?s為導(dǎo)線全長(zhǎng)閉合差;∑s為導(dǎo)線全長(zhǎng)。

Ⅰ級(jí)高程允許閉合差為15 n＝30＞7(實(shí)際)。直線導(dǎo)線以Z4－Z16的576 m為例,效果比較見表2。

表2 相同工作時(shí)間下不同測(cè)量方法工作量對(duì)比

由表2可以看出,改進(jìn)方法后,測(cè)量工作提高了2倍功效。

兩級(jí)導(dǎo)線同點(diǎn)坐標(biāo)比較,比較數(shù)據(jù)見表3。

表3 誤差對(duì)比

井下導(dǎo)線主要技術(shù)要求,具體要求見表4。

表4 井下導(dǎo)線測(cè)量誤差要求

本次實(shí)際作業(yè)中常規(guī)40″級(jí)導(dǎo)線量邊與用紅外測(cè)距儀的比較,精度比較見表5。

高程閉合差應(yīng)滿足要求：

表5 不同測(cè)量方法作業(yè)誤差對(duì)比

理論要求40″級(jí)高程閉合在10″級(jí)高程：

實(shí)際閉合差為3 mm＜110 mm

3 陀螺定向測(cè)量驗(yàn)證

為進(jìn)一步證明改進(jìn)后方法的優(yōu)越性及精度,又對(duì)施工巷道進(jìn)行了陀螺定向測(cè)量,以驗(yàn)證優(yōu)化的測(cè)量方案,具體分述如下。

3.1 儀器常數(shù)的測(cè)定

使用儀器：JT15－04004

測(cè)量方法：逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法3－2－2式觀測(cè)

測(cè)量時(shí)間：2011-7-7

通過連續(xù)5個(gè)測(cè)回的測(cè)定,該儀器的常數(shù)或是值為：00°03′55″

3.2 逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法及其計(jì)算公式

逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法是通過跟蹤觀測(cè)陀螺靈敏擺幅逆轉(zhuǎn)點(diǎn),然后計(jì)算陀螺擺動(dòng)平均位置。舒勒平均值法計(jì)算公式為[4-5]：

式中,Nm為陀螺北平衡位置的平均值;n為逆轉(zhuǎn)點(diǎn)連續(xù)的個(gè)數(shù);a1a2a為逆轉(zhuǎn)點(diǎn)同1.2…n的讀數(shù)。

相關(guān)平差法計(jì)算公式為：

3.3 陀螺定向方位角與幾何定向方位角成果比較

詳細(xì)數(shù)據(jù)見表6。

(風(fēng)井)支導(dǎo)線精度允許：

表6 測(cè)量成果對(duì)比

實(shí)際：20 7＝52.9＞5(實(shí)際方位與陀螺方位比差)。

(副井)支導(dǎo)線精度允許：

實(shí)際：20 6＝49＞19(實(shí)際方位與陀螺方位比差)。

4 結(jié) 論

從陀螺方位角與與幾何定向方位角比較看,改進(jìn)后的方法精度是很高的,特別是在白象山鐵礦基建工程主副井與風(fēng)井2347 m大型折線貫通施工測(cè)量中,采取此方法指導(dǎo)施工,取得了令人滿意效果,貫通點(diǎn)井巷平面實(shí)際偏差30 mm,比規(guī)范允許的300 mm,精度提高了10倍,垂直面偏差30 mm,比規(guī)范允許的100 mm,精度提高了3.3倍。