井下長距離工程測量精度分析及改進措施

李先敬

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東韶關市 512325)

井下長距離工程測量精度分析及改進措施

李先敬

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東韶關市 512325)

分析凡口礦井下－500 m中段東礦帶的平面控制測量精度，對可能施工的貫通工程進行了誤差預計，并提出必須加測陀螺定向邊以提高測量精度。

控制測量;測量精度;貫通誤差預計;陀螺經(jīng)緯儀定向

中金嶺南公司凡口礦是一座年產(chǎn)18萬t鉛鋅金屬量的大型礦山，在多年持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時，一直堅持在主礦體外圍和周邊進行地質探礦工作并取得了很好的成效，發(fā)現(xiàn)了大量有開采價值的礦石資源。從建礦至今，經(jīng)過幾十年的開采，礦石儲量仍保持在較高的水平。為了開采這些新探明的外圍周邊礦體，需要利用現(xiàn)有的井下工程進行延伸掘進，貫通工程的長度和難度大大增加，對井下控制測量的精度提出了更高的要求。

1 －500 m東礦帶的基本情況

東礦帶是指主礦體及獅嶺南礦體以東、F6斷層以西的狹長礦化地帶，共有大小17個礦體，礦體群較集中的分布在2個區(qū)，主要有Dn209#a礦體和Sh263#a礦體。東礦帶的首個開拓探礦中段布置在－500 m，現(xiàn)已施工至東17#穿，終點在東23#穿。

－500 m東礦帶工程目前在凡口礦井下所有中段中距離井口最遠，工作面離井口起算點已超過3000 m。該中段平面控制測量采用經(jīng)緯儀測角和鋼尺量邊的支導線，因此很有必要對其精度進行分析和預計，評定是否能滿足規(guī)范要求和生產(chǎn)需要。如不能滿足則要采取措施來改進和提高測量的精度，從技術上保證生產(chǎn)的順利進行。

2 －500 m東礦帶現(xiàn)有平面控制測量精度

－500 m中段起算坐標與方位角由5#溜井用一井定向的方法導入，定向邊為T1～T2，幾何定向成果方位角為90°08'25″。后因深部開拓的需要，于1996年5月委托外單位進行了陀螺經(jīng)緯儀定向，定向邊同樣為T1～T2，陀螺經(jīng)緯儀定向成果方位角為90°12'46″，較差達 4'21″，說明單井幾何定向成果精度偏低，不能使用，已用陀螺定向成果進行了改算。

從定向邊T1～T2至東礦帶15#穿布設7″級導線作為首級控制，現(xiàn)已施測導線點26個，7″級導線線路總長約 2900 m，最長邊 133．836 m，最短邊7．065 m。采用J2經(jīng)緯儀測角，用經(jīng)過檢定的鋼尺量邊。從東15#穿往設計終點布設15″級導線進行延伸控制，導線線路總長約400 m，采用J6經(jīng)緯儀測角，用經(jīng)過檢定的鋼尺量邊。施測過程嚴格按照《有色金屬礦山測量規(guī)范》進行，導線測量數(shù)據(jù)略。

2．1 支導線終點K的坐標計算

2．2 由測角誤差引起的支導線終點K的坐標誤差

設R1，R2，……Rn為由K點至導線上各點的聯(lián)線長，而 r1，r2……rn為這些聯(lián)線的方位角，R1y，R2y，……Rny為聯(lián)線在 Y 軸上的投影，R1x，R2x……Rnx為聯(lián)線在X軸上的投影，導線上各角為等精度觀測。根據(jù)誤差傳播定律，由測角誤差引起的支導線終點K的X坐標誤差與Y坐標誤差分別為:

2．3 由量邊誤差引起的支導線終點K的坐標誤差

式中，a為邊長丈量的偶然誤差系數(shù)，b為邊長丈量的系統(tǒng)誤差系數(shù)。

2．4 測角和量邊誤差對支導線終點K的共同影響根據(jù)誤差傳播定律，得:

將(2)、(3)式代入(4)得:

2．5 起始邊誤差對終點的影響

2．6 總誤差

一井定向過程中所積累的井下導線起始點坐標誤差，因其值很小，一般可忽略不計。

根據(jù)有關規(guī)范和本礦的實際情況，確定有關參數(shù)如下:

(1)陀螺定向中誤差mT=±20″;

(2)7″級導線測角中誤差mβ= ±7″，15″級導線測角中誤差mβ=±15″;

(3)鋼尺量邊偶然誤差系數(shù)a=0．0005，系統(tǒng)誤差系數(shù) b=0．00005。

支導線終點總誤差的計算圖表在此不作詳述，結果如表1所示。

表1 終點誤差預計計算

3 貫通誤差預計

3．1 貫通工程概況

－500 m東礦帶目前還沒有與其他中段相通，現(xiàn)在的單一進出通道不利于解決通風、運輸、充填等采礦技術問題，無法形成生產(chǎn)條件。如果要開采這部分礦石資源，就必須另外開掘通道?？赡艿倪x擇是在臨近－500 m的某個中段先開掘平巷至東礦帶附近，再掘斜坡道或豎井聯(lián)通2個中段;或是直接從地面鉆孔貫穿－500 m中段東礦帶，用作通風、運輸、充填等通道。不管采用上述哪種方式，都需要建立高精度的控制測量體系，才能保證聯(lián)通工程的準確貫通，達到預期的目的。本文僅就井下貫通進行討論。

3．2 貫通誤差預計

假設在井下－455 m中段與－500 m東礦帶互掘斜坡道進行貫通，布設7″級導線到斜坡道開門位置，施工過程中采用15″級導線跟進指導中線布設。－455 m中段起算坐標與方位角也由5#溜井用一井定向的方法導入，從井口起算點到東礦帶的支導線線路長度與形狀大致相同，那么其各項誤差也應大致相等，貫通點在重要方向Y軸上的誤差見表2。

表2 貫通誤差預計計算

由于各項測量都獨立進行2次，故貫通相遇點K在重要方向Y軸上的中誤差為:

取兩倍中誤差為預計誤差，則:

從以上分析來看，對于一般的探礦與采準工程，－500 m中段的平面控制測量精度是可以滿足要求的。但根據(jù)《有色金屬礦山測量規(guī)范》規(guī)定和工程需要，重要工程的貫通在水平方向平面位置的誤差應不大于0．3 m，而誤差預計得出的結論是0．414 m，顯然達不到規(guī)范的要求，必須采取措施以提高精度。

4 改進平面控制測量精度的措施

對于井下測量來說，因受條件限制，只能采用支導線測量形式。隨著支導線測站的增加，測角誤差也不斷地積累。且此項誤差用常規(guī)的測量方法和手段很難進行削弱與消除，也是影響支導線終點誤差的主要因素之一。所以，要提高支導線的精度，就必須采取非常規(guī)的測量方法來對測角誤差的傳遞和積累進行限制。

4．1 陀螺經(jīng)緯儀簡介

陀螺經(jīng)緯儀是一種將陀螺儀與經(jīng)緯儀結合在一起的儀器，該儀器利用高速旋轉的陀螺馬達本身的動力學特性(定軸性、進動性)和地球自轉的影響，來達到尋北的目的。它可以在地球南北緯度75°范圍內，不受地形、氣候及外界磁場的影響，無論白天或夜間，都能快速地測出站點的真北來。在支導線上加測陀螺定向邊后，支導線就變成了有2條已知方向的附合導線，因測角誤差的傳遞和積累而帶來的坐標方位角誤差就可以得到控制，精度最弱點也由導線終點移到了中點。如果有特定的需要，還可以在任何導線邊上進行陀螺定向。

4．2 加測陀螺定向邊后的精度分析

假定在－455 m與－500 m東礦帶接近斜坡道開門的7″級導線邊上進行陀螺定向，因陀螺定向是獨立的，不受支導線測角誤差傳遞與積累的影響，所以該導線從井口起算點至斜坡道開門處由測角誤差引起的坐標誤差基本可以消除，剩下的主要是基本控制導線的量邊誤差、斜坡道施工控制導線測角量邊誤差、加測的陀螺定向邊定向誤差等。貫通相遇點K在重要方向Y軸上的誤差重新預計見表3。

表3 貫通誤差預計計算

由于各項測量都獨立進行2次，故貫通相遇點K在重要方向Y軸上的中誤差為:

取兩倍中誤差為預計誤差，則:

Myk=2m'yk= ±0．137 ＜ ±0．3(m)，完全可以達到規(guī)范的要求。

5 結語

與傳統(tǒng)的幾何定向相比，陀螺經(jīng)緯儀定向具有操作簡單、占用井筒和平巷的時間少、精度高等優(yōu)點。同時，在導線傳遞過程中，加測陀螺定向邊，可以大大減少測角誤差積累，提高控制測量精度。正是基于上述原因，凡口礦測量科于2010年引進了1臺徐州工礦設備儀器有限公司生產(chǎn)的JT－15型陀螺經(jīng)緯儀。該儀器在吸收消化國內外同類產(chǎn)品優(yōu)點的基礎上，對設計原理和制造工藝進行了很大改進，是結合我國的實際情況而研制、開發(fā)的新型定向儀器。其陀螺方位角一次測定中誤差不大于15″。筆者建議在條件具備時應在－500 m東礦帶施測陀螺定向邊，為以后的貫通工程打下堅實可靠的技術基礎，也為中金嶺南凡口礦的安全可持續(xù)發(fā)展提供技術保證。

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2010－12－17)

李先敬(1974－)，男，湖南瀏陽人，工程師，從事礦山測量工作。