聯系測量在某礦山的應用

＊林通發

（紫金礦業集團股份有限公司 福建 364200）

引言

目前在礦山井巷聯系測量方法中運用較為普遍的是一井定向、二井定向及陀螺儀組合定向等測量方法[1]。礦山生產建設過程中，通過合適的測量方法把礦山地面的平面坐標、高程系統順利導入到井下，對于井下生產建設及監測監控系統、人員管理系統、通信聯絡系統、壓風自救系統、供水施救系統和緊急避險系統“六大系統”建設各方面均具有重要的意義，精確的測量是生產作業質量的重要保證。

1.聯系測量法

在礦井、高速公路、地鐵以及包括坑道的工作環境中，對豎井的聯系測量使用得相當普遍[2-8]，最常見的方法是幾何定向法和陀螺定向法，其中幾何定向法又分為一井定向法和二井定向法。根據某礦豎井聯系測量的實際操作情況，對一井定向方式在礦山聯系測量的具體運用進行分析。

(1)一井定向原理

一井定向是陀螺全站儀普及前井巷聯系測量中最普通的幾何方法，一般采用三角形聯系法，也可以采用描直法定向，但瞄直法定向主要用于精度要求不高的工礦企業或者電站，故礦山開采特別是大型礦山開采一般不采用瞄直法。

一井的定向觀測系統主要由地面觀測和井下測量兩個部分構成（如圖1所示）：①在待測筒中使用兩條高強度的細鋼絲并在鋼絲繩末端掛上重錘，通過自由下放的定向形式慢速均勻下放，完成鋼絲繩懸掛。地面利用井口附近的控制點，采用導線測量方法將控制點導測到井口，再使用全站儀對二條鋼絲的地面位置、高程和其確定位置的連線方位角進行測量；②在近礦井工作中選擇了一定方向位置，并通過對二條鋼絲實測的地面位置線的方位角和三角形長度、間距的觀測數值，將井上井下起始位置導線點的地面位置和起始位置線的方位角的數值計算出來，從而判斷了井底一邊的地面位置偏離，一點的水平面坐標角度和高程，以便于為井下測量的相關作業安全有序進行提供保證。

圖1 一井定向示意圖

(2)一井定向作業

在地表豎井筒提升系統中掛二條垂球線A和B進行投點（圖1）。因為不能在A、B兩點安設全站儀，所以，必須確定井上、井下三角形的共有聯系邊C和C1，以便于在井上之間產生一個以AB為公共邊的聯系三角形ABC和A1B1C1[3]。

圖2、圖3是井上、下聯系三角的定向示意圖。由圖示中便可知道，當得知地表D一點的位置及其DE的方位角和井下的聯系三角形各內角及邊長時，即可用普通導線的測量方法測量出A、B兩點在井下坐標系上的方位及其聯線的方位角。同理，當得知A、B兩點的方位及其聯線的方位角和地表的聯絡三角形各內角及邊長時，再計算連角δ1，即可求出在井下導線起始邊D1E2點的方位角以及在D1點的方位。其中，聯系的三角線上獨立測量三測回，各測回二次讀數后，測回的間距誤差宜小于1mm，而井上與井下間的定距誤差應小于2mm。點C和D及點C1與D1應當相互通視，而CD和C1與D1間的距離差應當盡量大于20m；點C和C1應當盡可能地置于AB延長線上，角度γ和α及γ1和β1應當小于或等于2°[4]，因為這樣構成的三角形效應比較好；點C和點C1適當地緊靠最近的垂球線上，而a/c與b1/C1的差值通常都不超過1.5倍。

圖2 地表聯系三角形定向示意圖

圖3 井下聯系三角形測量示意圖

(3)一井定向數據處理

一井定向的內業技術工作大致可以分為兩個部分，第一部分工作分為解算聯系的三角形上各未知元素，以及兩垂球線間的夾角并對其加以檢核[5]。

角γ及邊長a，b，c均為已知，根據三角函數中正弦公式（1）計算出角α，β。

sinα=(a/c)sinγ，sinβ=(b/c)sinγ （1）

計算聯系三角形得到α，β后，則應滿足三角形內角和公式（2）。

（α+β+γ）=180 （2）

對于延伸三角形計算后的內角和一般都能閉合，由于角度計算中需保留有效小數，導致計算得到的三角形內角之和不等于180°，存在三角形閉合誤差f0。

2.工程應用

某礦山330中段水平的巷道頂板的控制點已基本廢棄或丟失，需將地表平面坐標和高程系統重新引入井下。根據礦區地形現狀等基本情況，本文提出利用聯系測量[6]中的一井定向方法，將地表的坐標和高程重新引入井下，指導330中段水平各項作業任務。在計算地表聯系三角形時，應利用符合誤差規定范圍數值并經平差后的距離、角度等數值來進行運算，可按導線測量表格來測定觀邊方位角和各點位置。

由于本案例高程聯系測量的高程僅為18m，只用一把30m的鋼卷尺就能完成高程導入測量。具體方法如圖4所示。

圖4 井深測量示意圖

（1）將鋼尺0點處綁在B點上，緩緩下放鋼尺，待鋼尺離至井下巷道底板1m左右時停止放鋼尺，并在鋼尺末端綁上適當重量的重錘，放入桶中。

（2）將C點、C1點架設電子全站儀，水平夾角調節至90°，同時對準鋼卷材讀取數據L，L1，則二個儀器視線差為：L=L1-L，在求出高差L后，由于H（C）的存在，就可以算出C1點在統一坐標系的高度。

H(C1)=H(C)-hi(C)-l+hi(C1) （8）

因此，豎井導入標高的實質，就是如何求得L的長度，又稱為井深測量。鋼尺總長應大于井深，當鋼尺較長時，可將它繞在一個手搖絞車上使用。

開展定向過程中，應充分利用各種先進的科學手段來降低了各因素對鋼絲的干擾，以提高定向準確性，本文以各單項的獨立計算數據及平差結果表列出，見表1、表2。

表1 地表聯系三角形觀測數據及平差結果

表2 井下聯系三角形觀測數據及平差結果

3.結論

通過前期的籌劃和一井定向過程中嚴謹的觀測、較好的誤差控制，成功將地表控制網導入井下。目前，通過新的控制網，已順利完成提升系統、井下貫通、排水線路、通風系統等設施建設；同時配合生產推進，較好的完成了采準、切割等巷道的掘進，并廣泛運用于井下的位移監測等工作中。

在礦井地下開采過程中，豎井的建立工作應當符合礦井勘測要求，使井上和井下地面坐標進行有效聯系，從而合理地測繪出井下和井上的實際位置圖，有助于檢測人員更良好地掌握地面工程與地下工作之間的聯系，從而保證了地面方位角，以及將平面坐標信息有效傳輸至井下巷道中，以輔助井下工程建設的順利開展。經過對本文的分析和一井定向法在某礦山具體施工中的實際運用，作者總結了以下幾點經驗。

（1）為保證測量精度，盡量用鋼絲而不要用建筑線。因為無法確定井筒中懸掛的鋼絲點在兩個中間水平的鉛垂狀態，而丈量的邊長與兩個水平中間相距約3cm。這樣是不符合精度要求的。應在鋼絲末端距巷道底板1m標高處，掛上適當重錘，放入裝滿水的水桶，使其處于相對靜止狀態。

（2）觀測水平角時，A1，B1點會左右小幅度擺動，所以外業觀測照準目標時，應使十字絲在線小幅度左右擺動的中間時刻讀數并記錄。

（3）一井定向測量要求更高，測量人員要注意自身安全的同時，做到外業、內業認真仔細，一絲不茍，觀測數據記錄字跡清楚，計算結果應由其他測量專業技術人員幫忙檢查、驗算后方可使用，確保數據的準確性和可靠性。

（4）要有一絲不茍的工作態度對待外業工作。嚴格控制測量精度。在測量過程中，需要按照嚴格的測量規范進行操作，確保每個步驟的精度符合要求。

（5）測量儀器和設備需要定期進行校準和維護，確保其精度和穩定性。