一井定向在豎井聯系測量中的應用

楊亮亮（新疆亞克斯資源開發股份有限公司　哈密　839000）

一井定向在豎井聯系測量中的應用

楊亮亮
（新疆亞克斯資源開發股份有限公司哈密839000）

介紹豎井平面聯系測量的作用是礦山井下與地面采用統一的測量坐標系統所進行的工作稱為聯系測量，聯系測量中三角形法，一井定向測量計算方法，結合實踐經驗，闡述一井定向三角型連接方法和測量注意事項以及實例計算方法。

一井定向投點連接三角形內業計算

1　概述

礦山井下與地面采用統一的測量坐標系統所進行的工作稱為聯系測量。聯系測量包括平面聯系測量與高程聯系測量兩部分，平面聯系測量稱為定向。礦山測量工作在勘探、設計、建設、生產各個階段直到礦井報廢為止，都要進行礦山測量，在建井和礦山生產中都需要聯系測量。經常會遇到通過一個豎井對上下分段巷道進行聯系測量，統稱一井定向。一井定向是通過豎井進行幾何定向，須在豎井井筒內懸掛兩根鋼絲，鋼絲的一段固定在井口地面，下端系上定向錘球，鋼絲在井筒內自由懸掛，稱兩根鋼絲為錘球線。然后在地面和井下定向水平分別用全站儀和鋼尺測出有關數據，按照地面坐標系統求出兩錘球線的平面坐標及其連接線的方位角；在定向水平上則將錘球線與井下永久點予以連接，這樣便將地面的方向和坐標傳遞到井下，從而達到一井定向的目的。

2　定向測量工作

2.1定向前的準備工作

（1）了解豎井井筒斷面大小和豎井井筒的占用情況，確定兩垂線間的最大間距。踏勘井上、井下測量路線，選擇合理的連接圖形和路線，路線確定后提前做好井口近井點。

（2）根據我國《煤礦測量規程》中規定，在聯系測量前，在定向前埋設好定向須測設的控制點3個（C點、C′點和D′點），要保證DC和C′D′點間距均大于20m。并聯測C點的坐標，保證C點的坐標精度可靠。

（3）準備好在井口須固定鋼絲所用材料、投點使用的手搖絞車、鋼絲、定向錘、配重、油桶以及定向使用的全站儀（井上下）個一臺、鋼尺測距（井上下）各一把。

（4）規定好井口、井下測量人員分配工作，井上下聯系方式（對講機）。

2.2投點

所謂投點就是在井筒內懸掛重錘球至定向水平（圖1）。從地面定向水平頭點時，由于井筒內氣流、滴水和其他因素的影響，將錘球線投到定向水平時發生偏離。投點的方法有多種，一般都采用單重投點法，單重投點法分為兩類，即單重穩定投點和單重擺投點。單重投點法是將錘球放在盛有油桶內使其基本穩定，在定向水平測角時，均與靜止的垂球線進行連接；單重擺點法是讓錘球線自由擺動，通過觀測求出錘球的靜止位置并加以固定，然后按照固定的垂球線進行連測。單重穩定投點法只有當錘球搖擺的振幅不超過0.4mm時才能運用。否則，必須采用搖動投點。

圖1

（1）在豎井內懸掛2根直徑0.3mm的具有相當強度和韌性的鋼絲至井底，下端鋼絲各掛以10kg左右的重錘，根據井深確定加大重錘減少氣流、滴水的阻力。

（2）在進行儀器觀測之前，必須確信垂球線（包括鋼絲與重錘）不與井壁設備和井筒內其他物體接觸而自由懸掛于井筒內，檢查方法有：①信號圈法是用金屬做成2～3cm的信號圈套在鋼絲上下放，觀測是否能夠到達定向水平；②比距法就是利用比較井上下兩垂球線間距進行檢查，若井上下量得距離不大于2mm時，說明正常；③鐘擺法就是把垂球線看作鐘擺，錘球擺動的時間t是否與井深為長度公式中的t值比較來判斷是否處于自由懸掛。

（3）待錘球鋼絲線穩定后測量，測量時應關閉風門或者暫時停掉風機，減少風流的影響。

2.3連接

投點工作完成后待垂球線穩定后，應立即進行井下、井上的連接工作。主要是在地面上測定兩錘球線坐標及其聯系方位角；在井下定向水平，根據垂球線坐標及其聯線方位角測定井下導線起始點的坐標與起始邊方位角。連接法連接時應遵循以下原則：①使兩垂球線間的距離最大；②連接點與垂球線所構成的幾何圖形最為有利；③在同樣精度的要求下，在各種方法中應選擇占用井筒時間最短。

（1）連接三角形法

懸掛在井筒內的兩根垂球線A和B，與井上下的連接點C和C’，組成以AB為公用的三角形ABC和井下三角形ABC’稱為連接三角形（圖2），即為井上下連接三角形平面投影。在三角形連接井上下連接點C和C’點是關鍵，連接時按要求進行。①點C與D及點C’和D’應相互通視，要求CD邊長大于20m；②點C和C’應盡可能設在AB連接線上，使角度γ和α 及γ′和β′小于2°構成有利三角形，稱延伸三角形。對非延伸三段連接三角形，一般用于范圍不大的小型礦井；③點C和C′應盡可能靠近最近垂球線，使α/ c及b‘/c的值最小，一般其比值小于1.5倍為宜。但注意不要近于望遠鏡明視距離的2m。

（2）外業檢查工作

圖2

①在連接點C上用測回法測量角度測角γ和φ。當CD邊小于20m時，在C點觀測水平角，儀器應對中三次，每對中一次應將照準部位置變化120°。對于每一次一井定向所使用儀器測回數和限差按《煤礦測量規程》要求執行；②量距。在丈量連接三角形各邊長度時，在垂球線鋼絲穩定的情況下，用鋼尺以不同的起點丈量6次，各次觀測值的互差不得大于2mm，取平均值作為量距結果。《規程》規定，c的計算值和直接丈量值之差，井上不應超過2mm；井下不應超過4mm。

（3）外業精度檢查

從連接三角形的布置形式來看，外業精度檢查有兩種情況：①當α＜20°，β＞160°時。根據余弦公式檢核：c計2=a2+b2-2abcosγ，d=c測-c計，d′=c′測-c′計《規程》規定，d值小于±2mm，d′小于±4mm。從計算結果看符合規程規定可以進行內業解算，否則重測；②當α＞20°，β＜160°時，根據邊長求半角公式檢核：p=1/2（a+b+c）d′=γ′測-γ＇計《規程》規定，邊長求半角公式d或d′小于1′30″。從計算結果看符合《規程》規定可以進行內業解算，否則重測。

2.4聯系測量數據處理

根據已知點D點坐標和DE邊的方位角測得地面連接△ABC各內角邊長，按導線計算方法，算成A、B兩點坐標及其聯線方位角。根據算的A、B坐標及其聯線方位角和井下三角形的各數據，算出井下導線起始D’E’的方位角及D’點坐標。

三角形的內角和為180°，可以計算出閉合差f，由于f的誤差值很小，將它進行平均分配給α、β。從而得到角度改正f=α+β+γ-180°得：α改=α±f/3；β改= β±f/3。當α＜2°及β＞178°時可用近似公式計算：α″=a/c×γ0″，β″=b/c×γ0〃為了檢核一井定向應獨立進行兩次，兩次獨立定向計算井下起始邊方位角互差不得超過2″。

（2）連接三角形解算實例。哈密香山礦區銅鎳礦新副井770水平一井定向，根據地表控制點V-1、V-2及近井點V-8，連接點C的方的方位角，定向數據解算如下：

表1　聯系三角形解算表

表2　連接三角形井上下坐標計算成果表

3　結束語

一井定向在實際測量過程中要求，在三角形連接布設上要求點C和C’盡可能的延長AB聯線上，使角度γ和α及γ′和β′小于2°；CD的邊長要大于20m；根據多年的定向資料以副井定向資料，根據實測數據來解算。

［1］工程測量學.北京：教育科學出版社，2003，10.

［2］卜曄.四川地質學報.2010，（30）1.

收稿：2016-05-20

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.06.006