行人井定向與支導線連測技術結合在普轉機采場貫通工程中的應用

劉鵬山，張永龍，靳 博，楊瑾皓，宋 凱，邵云鵬，丁 科

(金川集團股份有限公司龍首礦，甘肅 金昌 737100)

龍首礦東采區是現有儲量較多的高品位普采采場，采場回采面積共17 000 m2，回采至1040水平后，4～7行采場回采面積增大，層礦量達2.5萬t以上。由于采場面積的增大，電耙耙礦能力受限制，采場回采效率難以提高，同時普采采場勞動強度大，制約采場生產能力的發揮。為保證采場的穩定高效回采，對采場采礦方式進行優化改造，降低施工人員的勞動強度，進一步降低采礦成本，提高安全性。

1 貫通工程概況

針對東采區1100中段4～7行采場回采至1040中段以及礦體賦存條件，改變礦石運搬方式，將4～7行采場劃分為一個盤區進行回采，回采方式由普采轉為機械化回采，在1100水平施工斜坡道延伸至1040水平實現機械化回采，如圖1所示，斜坡道與采場進行相互貫通。

圖1 措施斜坡道布置圖

2 行人井定向

行人井定向[1]是指在普采行人井筒內懸掛兩根鋼絲或尼龍繩，行人井上巷道和行人井下采場進行聯測，將行人井上巷道的兩重錘線中心的平面坐標及其連線的坐標方位角，傳遞給行人井下采場的控制點和導線邊，如圖2所示。行人井定向工作分為：(1)投點—行人井上巷道布設的控制點投點于行人井下采場定向水平；(2)連接—懸掛的鋼絲或尼龍繩與行人井上巷道和井下采場定向水平上相互連接。

圖2 行人井定向

2.1 導線布設

在行人井上巷道與井下定向采場中布設導線[2-3]，如圖2所示，兩根鋼絲或尼龍繩(通過行人井)吊有垂錘作為垂線1、垂線2。行人井上巷道布設的已知導線點為Z、A，及行人井下采場布設的待測導線點為B、G，布設行人井下、井上三角形時，應滿足以下要求：

(1)垂線邊距a、a′應盡量布置長些；

(2)e、f、e′、f′角度應盡量小，最大應 ≤ 2°；

(3)b/a、b′/a′比值要盡量小，最大值應 ≤ 1.5。

2.2 投點坐標測量

由圖2可知，E與E′、F與F′都分別處于一條垂線上，故E與E′、F與F′的X、Y坐標保持不變。由上述可知，E坐標(XE、YE、ZE)與F坐標(XF、YF、ZF)經行人井定向投點后，E′坐標是(XE、YE、ZE′)，F′坐標是(XE、YE、ZE′)，如表1所示。

表1 井下采場導線點坐標

2.3 三角形測量

(1)測角：要求全站儀點下對中，控制行人井上、井下聯系三角形測角精度滿足≤ ±4″和≤ ±6″，測e、f、e′、f′角度[1]；

(2)測邊：要求垂線在穩定時，連接三角形的各邊，以鋼尺的不同起點丈量各邊6次，量a、b、c、a′、b′、c′邊長[2](需估讀到0.5 mm)。

2.4 三角形平差計算

根據a、b、c、f，求解j：sinj=bsinf/a；

c的計算值：c算=bcosf+asinj；

c的不符值：h=c算-c；

a邊改正值：Δa=-h/4；

b邊改正值：Δb=-h/4；

c邊改正值：Δc=h/4。

經上述公式計算后，求解出井下三角形平差后的邊角a′、b′、c′、i′、j′。其中，平差值a、b、c是改正后的邊長，求解出平差后的角值i、j(按正弦定理)。因f、f′改正很小，仍采用原測角值。

2.5 重復觀測

為保證行人井定向精度[4]，需多次重復觀測 。每次只稍加移動兩垂線位置，測量方法保持不變，再每次獨立求解出井下采場同一導線點、導線邊的坐標與坐標方位角。每次數值互差滿足限差規定時，行人井下采場導線點E′、F′和B的測量坐標的最終成果取為各組的平均值，如表2所示。

表2 井下采場導線點坐標

2.6 誤差計算

行人井下分別進行兩次獨立定向，定向完成后，所求得的行人井下采場定向邊的方位角之差，應≤±1′，則一次定向的中誤差為：

定向時 ，若忽略投向誤差θ，則

3 支導線測量

支導線[5]是指以井下1100中段巷道布設的已知控制點為起點，不附合、不閉合于巷道中任何已知控制點的導線。任何巷道的完成都是由支導線引導的，支導線沒有多余觀測值，導致無角度檢核條件，不會產生角度閉合差，故觀測值的誤差不容易被發現，需在計算時對其進行再次檢核。在貫通測量工作中，為提高貫通精度，必須進行支導線的多次測量以及數據計算，才能確保支導線測量成果的可靠性。

3.1 測量方法

1100至1040中段斜坡道與4～7行普采采場貫通工程中，采用的支導線測量是指利用一臺全站儀、兩臺棱鏡(棱鏡常數一樣)和三副角架進行測角、測距的一種測量方法，如圖3所示。

圖3 支導線測量

操作步驟[6-7]為：(1)1100中段巷道導線點T5作為測站點，全站儀架設(嚴格點下對中整平)在測站點處；(2)后視棱鏡架設在T6處，同時要求對中整平；(3)1100中段巷道導線點1#作為前視點，前視棱鏡架設(點下對中整平)在前視點處；(4)在全部完成安置之后，按測量規程進行觀測。

3.2 支導線測量

盲井1100中段井口的控制點至措施斜坡道布設測量導線，已知控制點1101X、61102和61103作為起始邊，采用雙設站雙測回法，按測量方法進行全站儀測角、測邊。為了減少誤差對斜坡道與采場貫通的影響，嚴格利用人工擋風和棱鏡進行點下對中，并提高垂球對中的精度。

3.3 全站儀支導線測量成果

盲井1100中段井口控制點至措施斜坡道布設的測量導線，測點總數12個，如表3所示，進行斜坡道與采場兩端(B與W7)導線連測，最后的坐標閉合差fx=+0.006 m，fy=+0.003 m，不超過誤差規定要求，所有貫通前測量工作都選擇1"級全站儀進行觀測。

表3 支導線導線點坐標/m

3.4 誤差計算

貫通誤差[8-9]就是以1100中段巷道支導線控制點1101 x為起點，由于支導線的測角、測距誤差而引起，經多次支導線測量后，則1100至1040中段斜坡道支導線點W7在x′方向上的誤差分別為：

(1)

(2)

式中,mβ為井下導線的測角中誤差；Ry′為W7點與各導線點連線在y′軸上的投影長；α′為導線各邊與x′間的夾角；α為測距的偶然誤差影響系數；ml為測距誤差，m1=±(A+Bl)。

W7點在x′方向上的中誤差[10]為：

(3)

4 總 結

(1)行人井定向可以節省大量的工序和工作時間，也可以減小勞動強度，又建立了措施工程與采場統一的坐標系統，提高了測量系統精度。

(2)支導線在斜坡道與采場貫通中的應用，提高了貫通測量精度，指導1100中段4～7行采場與措施斜坡道精確貫通，為以后普轉機采場措施斜坡道與采場貫通提供了成熟的測量方案，在實際工作中具有一定的借鑒與指導意義。