無定向?qū)Ь€測量在豐山銅礦北緣采場中的應(yīng)用

毛 勇

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232）

無定向?qū)Ь€測量在豐山銅礦北緣采場中的應(yīng)用

毛 勇

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232）

隨著豐山銅礦北緣采場回采的逐層進(jìn)行，采場底部結(jié)構(gòu)中布置的測量導(dǎo)線控制點(diǎn)被完全破壞，傳統(tǒng)的測量方法無法保證成圖精度。無定向?qū)Ь€測量方法非常適用于礦山采場基本控制測量，詳細(xì)介紹了該方法無定向?qū)Ь€的布設(shè)、計(jì)算過程及精度分析，實(shí)踐證明，該方法使成圖精度大大提高，具有廣泛的應(yīng)用前景。

豐山銅礦；導(dǎo)線控制；成圖精度；無定向?qū)Ь€；礦山測量

1 豐山銅礦北緣采場開采現(xiàn)狀及存在問題

豐山銅礦北緣采場采用壁點(diǎn)柱上向分層尾砂充填采礦法，礦塊垂直走向布置，留底柱和頂柱，底柱高度為6m，頂柱高度為4m，中段高度為50m或60m。從切割拉底層開始自下而上逐層回采，一個盤區(qū)實(shí)行一步驟回采，每次回采高度2.0m。每采一層用尾砂充填一層，充填高度為每分層2.0m，預(yù)留1～1.5m的工作空間。在中段運(yùn)輸水平布置脈外運(yùn)輸平巷和穿脈，每個盤區(qū)布置1個溜井、1個泄水井，相鄰2個盤區(qū)共用1個充填材料天井。

在北緣采場底部掘進(jìn)時，采場控制測量一般通過斜坡道直接導(dǎo)線傳遞或者簡易兩井定向方案解決。隨著回采的逐層進(jìn)行，采場底部結(jié)構(gòu)布置的測量導(dǎo)線控制點(diǎn)被完全破壞。傳統(tǒng)的測量方法是依據(jù)充填井或者人行濾水井粗略井中坐標(biāo)為起始數(shù)據(jù)，配合礦山懸掛羅盤儀用皮尺支距法作圖。根據(jù)人眼分辨率的大小，羅盤定向中的最高精度為0.5°，對于狹長型采場中支導(dǎo)線的傳遞極為不利，根據(jù)誤差傳播定律，最弱邊的方位將會嚴(yán)重變形；另外羅盤定向存在著磁偏角的問題，在采場里根本無法找到用于校驗(yàn)磁偏角的導(dǎo)線邊，且每個地方的磁性都是不一樣的，采場金屬機(jī)械設(shè)備也給羅盤磁方位角帶來很大影響，造成很大的誤差。該方法成圖精度低，地質(zhì)技術(shù)人員進(jìn)行礦體邊界圈定誤差較大，往往容易造成資源浪費(fèi)。當(dāng)采場礦體變化較大時，采礦技術(shù)人員也必須依據(jù)精準(zhǔn)實(shí)測圖進(jìn)行局部設(shè)計(jì)調(diào)整。在采場頂?shù)字厥諘r，采場實(shí)測圖的精度直接影響到與沿脈運(yùn)輸巷道的安全距離，如果安全距離保留過大，采礦損失率明顯加大；安全距離保留偏小時則會給安全生產(chǎn)帶來隱患。針對以上問題，礦山必須要對北緣采場測圖方法進(jìn)行改進(jìn)，從而保證成圖精度。

2 測量工作改進(jìn)措施

為了保證測量工作能快速進(jìn)行，減少測量人員在采區(qū)危險區(qū)域暴露時間、降低勞動強(qiáng)度，經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證比較，決定采用無定向?qū)Ь€測量方法。

采場無定向?qū)Ь€的布設(shè)方案如下。在采場上向中段相鄰2個天井頂部各埋設(shè)1～2個永固點(diǎn)。天井?dāng)嗝嫘∮?.0m2或井筒利用空間不夠時只埋設(shè)1個永固點(diǎn)，天井?dāng)嗝娉^4.0m2時可以根據(jù)實(shí)際情況埋設(shè)2個永固點(diǎn)，本文按天井頂部只埋設(shè)1個永固點(diǎn)論述。永固點(diǎn)可以用井下頂板專用標(biāo)識埋設(shè)，也可以用鋼釘替代。標(biāo)識末端垂直懸掛Φ0.5mm尼龍線，尼龍線的長度根據(jù)天井剩余高度決定。測量使用時，尼龍線自由垂直下放，離采場底板1m左右時，在尼龍線上系上重錘，重錘可以用較為規(guī)則的石塊替代。注意尼龍線不得與井筒內(nèi)任何障礙物接觸，如果因?yàn)榫草^高或風(fēng)流影響其靜止時，可以將重錘置于水桶或油桶中，使之穩(wěn)定。

每分層采場測圖數(shù)據(jù)采集時，以此2點(diǎn)作為基點(diǎn)，通過全站儀在采場內(nèi)側(cè)設(shè)臨時測站點(diǎn)，然后進(jìn)行碎部數(shù)據(jù)的采集。寬度較窄的采場利用全站儀布置支導(dǎo)線，然后使用支距法采集碎部數(shù)據(jù)，也可以利用全站儀測設(shè)臨時測站點(diǎn)，然后利用極坐標(biāo)法采集數(shù)據(jù)。

3 無定向?qū)Ь€的布設(shè)及計(jì)算

如圖1所示，A點(diǎn)和B點(diǎn)為相鄰2個天井的永固點(diǎn)，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)在上向中段用導(dǎo)線常規(guī)測量方法獲取。由于A點(diǎn)和B點(diǎn)為采場起算數(shù)據(jù)，且互不通視，所以該2點(diǎn)方位角需要坐標(biāo)反算求得，故A點(diǎn)和B點(diǎn)必須符合相應(yīng)導(dǎo)線精度，可以按照15″級導(dǎo)線精度施測。A點(diǎn)和B點(diǎn)為上向中段已知起算數(shù)據(jù)，1，2，3，4，…，n等為采場作業(yè)水平新布設(shè)的導(dǎo)線點(diǎn)。由于采場測圖結(jié)束后一般要進(jìn)行尾砂充填，所以臨時導(dǎo)線點(diǎn)可以布設(shè)在采場底板，前視、后視可以使用對中桿棱鏡組。觀測時將A、B兩點(diǎn)自由下放至采場工作水平，在1號點(diǎn)上架設(shè)儀器，依次測出各導(dǎo)線邊之間的夾角、各點(diǎn)之間的平距。

圖1 北緣采場無定向?qū)Ь€布設(shè)示意

無定向?qū)Ь€內(nèi)業(yè)計(jì)算過程如下：

（1）計(jì)算A、B兩點(diǎn)在上向中段的坐標(biāo)方位角與平距為：

式中，XA、YA、XB、YB為上向中段導(dǎo)線測量中測定的已知坐標(biāo)。

（2）計(jì)算采場工作水平新布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)在假定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，則設(shè)A點(diǎn)為原點(diǎn)，其坐標(biāo)為XA′＝Y(jié)A′＝0，A～1邊為X′軸方向，αΑ1′＝0°。利用采場工作水平新測定數(shù)據(jù)，計(jì)算A、B點(diǎn)間假定坐標(biāo)增量總和為：

由A、B兩點(diǎn)假定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，反算其方位角與距離，可得：

（3）在上述測量方案中，天井井筒深度一般都不太深，故上向中段與采場作業(yè)水平導(dǎo)線邊的投影改正數(shù)可以忽略不計(jì)。但是，由于測量誤差的影響，SAB≠SAB′，其差值為ΔS＝SAB－SAB′，當(dāng)ΔS值不超過測量規(guī)程中規(guī)定的允許值時，就可以改算各邊假定坐標(biāo)方位角及距離，然后計(jì)算采場作業(yè)水平各導(dǎo)線點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)。改正公式如下：

上述公式計(jì)算推導(dǎo)較為復(fù)雜，可作為理論研究依據(jù)。目前可利用電腦繪圖解析上述數(shù)據(jù)，將假定坐標(biāo)系統(tǒng)各數(shù)據(jù)和A、B兩點(diǎn)起算數(shù)據(jù)在Autocad或其他成圖軟件操作界面內(nèi)展開。以A′點(diǎn)為基點(diǎn)，平移假定坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)到A點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)角度ΔαAB（ΔαAB可以直接在圖上量取，即平移后AB與AB′的夾角），按照比例因子Ks進(jìn)行縮放，使SAB′與SAB重合。電子圖中各點(diǎn)坐標(biāo)就是所求的真實(shí)坐標(biāo)。高程測量可以通過上向中段天井導(dǎo)入，也可以根據(jù)下向中段人行濾水井導(dǎo)入。因?yàn)椴蓤龈叱叹纫筝^低，且傳遞較為簡單，不再贅述。

4 精度分析

由于無定向?qū)Ь€本身僅存一個約束條件，使其成果可靠性有所降低，甚至觀測值中含有粗差也不容易被發(fā)現(xiàn)，因此無定向?qū)Ь€具有一定的局限性，僅適用于低等級控制。不難看出，上述計(jì)算的實(shí)質(zhì)是用強(qiáng)制方法使B′點(diǎn)重合到B點(diǎn)，ΔαAB、Ks的計(jì)算過程是對無定向?qū)Ь€強(qiáng)制平差的過程。平差的實(shí)質(zhì)是將誤差適當(dāng)分配，使之滿足幾何條件和數(shù)學(xué)關(guān)系。實(shí)質(zhì)上，ΔαAB、Ks是觀測角、觀測邊的函數(shù)，是各項(xiàng)差值（包括真假坐標(biāo)方位角之差）相互制約后的綜合改正參數(shù)。如果僅把它作為衡量觀測值精度的尺度，顯然不符合實(shí)際。

如既要保留無定向?qū)Ь€的優(yōu)點(diǎn)，且所需已知點(diǎn)數(shù)量少、便于布設(shè)、外業(yè)觀測量少等，同時又能有效發(fā)現(xiàn)觀測值中的粗差，提高成果的可靠性，建議在實(shí)際測量工作中做到以下幾點(diǎn)：無定向?qū)Ь€在布設(shè)時應(yīng)盡可能整體考慮，將導(dǎo)線布設(shè)在2個以上的高級控制點(diǎn)之間，以作檢核；無定向?qū)Ь€的布設(shè)應(yīng)盡量布設(shè)成伸展形，減少水平角誤差引起的橫向誤差；水平角觀測應(yīng)采用左、右角都觀測的方法，量邊應(yīng)往返觀測，并適當(dāng)提高導(dǎo)線的測角、量邊精度；將特殊地物精確測定以作檢核，如采場中的人行濾水井井筒采用鋼井筒制作，自下而上變形較小，可以將鋼井筒井中坐標(biāo)作為檢核粗差的條件。

5 結(jié) 論

無定向?qū)Ь€在豐山銅礦北緣采場應(yīng)用以來，成圖精度有了很大提高，為采礦技術(shù)設(shè)計(jì)方案的制定以及地質(zhì)礦體界線的圈定提供了有力的保證，且有效降低了采礦損失率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

無定向?qū)Ь€測量方法非常適用于礦山采場或其它服務(wù)年限較長的巷道測量控制點(diǎn)的恢復(fù)作業(yè)，特別是小范圍的補(bǔ)充控制測量，有著其他常規(guī)測量方法無可替代的優(yōu)勢，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著數(shù)字礦山的迅速推廣，較高精度的三維數(shù)據(jù)采集為礦山采場三維建模及實(shí)時動態(tài)采礦提供了較好的基礎(chǔ)。

［1］王向東.無定向?qū)Ь€在礦山測量中的應(yīng)用［J］.新疆有色金屬，2009，32（S2）：79－80.

［2］李先敬.井下長距離工程測量精度分析及改進(jìn)措施［J］.采礦技術(shù)，2011，11（2）：87－88.

［3］楊家文.井下無定向?qū)Ь€測量［J］.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004，3（4）：25－26.

［4］程效軍.無定向?qū)Ь€的布設(shè)及精度分析［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，2002，30（7）：886－889.

［5］李青岳，陳永奇.工程測量學(xué)［M］.北京：測繪出版社，1997.

2012－03－06）

毛 勇（1977－），男，湖北羅田人，助理工程師，主要從事礦山工程測量及技術(shù)管理工作。