河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊 朱俊峰 焦利偉 蔣學(xué)正

吳桂橋煤礦主副井筒十字中線的恢復(fù)與重建

河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊 朱俊峰 焦利偉 蔣學(xué)正

井筒十字中線對礦井建設(shè)與生產(chǎn)起著極其重要的作用，既是工業(yè)廣場總平面設(shè)計和各種建筑物位置設(shè)計的基礎(chǔ)，又是礦井改擴建和維修等工程設(shè)計和施工測量的依據(jù)。井架、天輪、絞車等提升設(shè)備的安裝與檢查都是根據(jù)井筒十字中線標(biāo)定的，然而，在礦山建設(shè)過程中，十字中線常遭破壞或受現(xiàn)場建筑物影響不通視，需要恢復(fù)和重建。但由于其要求精度高，加之受井筒提升設(shè)備影響，恢復(fù)重建難度很大?，F(xiàn)介紹吳桂橋煤礦主副井十字中線恢復(fù)與重建技術(shù)過程。

一、概況

吳桂橋煤礦還處于礦建階段，副井已經(jīng)安裝完畢，主井建立了臨時提升系統(tǒng)，承擔(dān)礦建期間的提升任務(wù)。井筒已經(jīng)建成，根據(jù)計劃需要進(jìn)行提升系統(tǒng)改造，然而在井筒建設(shè)期間，十字中線點被地面建筑物覆蓋，遭到破壞。因此，需要對主副井十字中線恢復(fù)與重建。控制資料有5″點PPB及4等GPS控制點A001，A002，A003。建井初期布設(shè)的十字線點所剩無幾，所保存下來的點只有FE3，F(xiàn)S3，F(xiàn)W1，ZS1，且互不通視。在井底大巷施工前，已經(jīng)進(jìn)行井上、井下聯(lián)系測量和陀螺定向。因此，為保證井上、井下提升系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)的嚴(yán)格統(tǒng)一，需利用原來起算數(shù)據(jù)重新測出井筒中心，并依據(jù)十字中線設(shè)計方位，重新測設(shè)十字中線。

二、控制網(wǎng)方案設(shè)計

1.控制點布設(shè)。由于礦方提供的現(xiàn)有控制資料有限，沒法準(zhǔn)確確定起算數(shù)據(jù)的精度，所以只有經(jīng)過觀測后來確定從哪些已知數(shù)據(jù)起算。根據(jù)煤礦工業(yè)廣場的建筑物布局及周圍首級控制點的等級及分布，結(jié)合煤礦工業(yè)廣場今后的發(fā)展規(guī)劃特布設(shè)以下10″級邊角網(wǎng)。結(jié)合工業(yè)廣場已有的5″點PPB及四等GPS控制點A001，A002，在主、副井附近布設(shè)6個10″級控制點B1，B2，B3，B4，B5，B6組成邊角網(wǎng)，見圖1。

圖1 控制點布設(shè)

首級控制點采用臨時標(biāo)志，用直徑20mm長600mm的螺紋鋼筋打入地下，頂面做“十”字標(biāo)記。

2.控制網(wǎng)觀測與平差計算?？刂凭W(wǎng)觀測采用2秒級日本產(chǎn)拓?fù)淇礕TS-102N進(jìn)行，觀測前所有儀器進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗校正。角度觀測采用一級技術(shù)要求，測兩個測回，半測回歸零差8″，一測回內(nèi)2C互差13″，同一方向測回間互差9″；距離觀測采用全站儀對向觀測，每次兩個測回，每測回4次讀數(shù)。

計算前必須對外業(yè)記錄進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤的情況下在南方平差易2005下進(jìn)行平差計算。計算完成后要對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，保證每項數(shù)據(jù)都符合規(guī)范規(guī)定。

3.精度分析。利用甲方提供的A001、A002、A003、PPB四個已知點（A001、A002、A003互不通視）對所測平面控制網(wǎng)進(jìn)行平差計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有已知點PPB、A003相對精度偏低，不能滿足測量平差所需，后分析得出A001和A002相對精度尚可，進(jìn)而用其兩點根據(jù)邊角后方交會原理解算出新的PPB點坐標(biāo)，這樣就利用原有的A001和A002點坐標(biāo)及新的PPB坐標(biāo)對測量平面控制網(wǎng)進(jìn)行平差計算。平差結(jié)果：最大點位誤差[A003]=0.003 7（m），最小點位誤差[B3]=0.002 0（m），平均點位誤差=0.002 6（m），最大點間誤差=0.003 6（m），最大邊長比例誤差=39 399，平面網(wǎng)驗后單位權(quán)中誤差=4.19（s）。平差精度很好，所得成果精度能滿足工程所需，以A001、A002、新PPB平面坐標(biāo)作為起算依據(jù)，解算出控制網(wǎng)中其他點平面坐標(biāo)。

三、井筒十字中線的確定

這樣利用原有的A001和A002點坐標(biāo)及新的PPB坐標(biāo)對測量平面控制網(wǎng)進(jìn)行平差，所得成果精度能滿足工程所需，但所產(chǎn)生的新坐標(biāo)系統(tǒng)與原坐標(biāo)系統(tǒng)有所差別，這就需要將副井、主井現(xiàn)有井筒中心坐標(biāo)歸算到新坐標(biāo)系統(tǒng)下（在不改變主副井現(xiàn)有十字中心位置及相對關(guān)系情況下），進(jìn)而對主、副井井筒十字線基點進(jìn)行標(biāo)定。

1.副井井筒十字中線的確定。在已知首級控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行放樣查找只在副井中線上找到了3個原有的中線點FE3，F(xiàn)S3，F(xiàn)W1。在新系統(tǒng)下采集FE3，F(xiàn)S3，F(xiàn)W1坐標(biāo)，由坐標(biāo)反算得知FE3，F(xiàn)S3，F(xiàn)W1之間的距離與原坐標(biāo)下反算的距離有較大差別。同時按本次系統(tǒng)測得的坐標(biāo)與原坐標(biāo)比較也不是一個系統(tǒng)差值，沒有規(guī)律。用FE3和FW1進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn)(以FW1為基點)，可確定副井井筒中心，F(xiàn)W1到FE3的方位角是120°00′18.08″，新系統(tǒng)下FS3到井筒中心的方位角是30°00′15.37″，而實測點FS3到新確定井筒中心的方位角是30°00′47.20″，兩者方位角差31.83″。用FS3以方位角30°00′15.37″，向井筒中心作直線，理論上應(yīng)該過井筒中心。但實際上與FW1到FE3所交點偏離井筒中心18mm，若以其他兩點為基點平移旋轉(zhuǎn)而確定到井筒中心，檢查的偏離值更大。這說明，這三個中線點也不同程度的遭到破壞，但副井已安裝完畢，不可改變，只有盡可能相對準(zhǔn)確地來確定井筒中心坐標(biāo)。礦方提供平煤八礦在原系統(tǒng)下最新復(fù)測FE3、FS3成果(但這兩點距離與實際所測兩點距離相差5mm)，只有通過這兩點進(jìn)行系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，分別以這兩點為基點對副井十字線進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn)，比較分析得出以FE3為基點較為準(zhǔn)確，這樣原十字線在新系統(tǒng)下的坐標(biāo)方位即可確定，但是分別以實際采集的FE3，F(xiàn)S3，F(xiàn)W1以原設(shè)計方位向中心方向作直線理論上應(yīng)與十字中心相重合，但實際均有偏差，后對其三個誤差點取中(三點所構(gòu)成三角形的重心)，最后確定副井井筒中心坐標(biāo)為X=3640000.035，Y=508500.001。十字線方位角采用原設(shè)計方位角30°、120°。

2.主井井筒十字中線的確定。盡管新老系統(tǒng)存在誤差，但是誤差不大，而且主井還沒安裝，礦方認(rèn)為與主井有關(guān)的絞車房基礎(chǔ)、提升中心及其他設(shè)計裝置與主井中心相對位置關(guān)系正確即可。工業(yè)廣場已經(jīng)設(shè)計完畢，不容易變更，礦方要求主井中心仍按原設(shè)計坐標(biāo)X=3 640 060.981，Y=508 454.378。十字線方位角采用原設(shè)計方位角30°、120°。這樣主、副井十字中線就已確定。

3.十字中線點設(shè)計與放樣。結(jié)合現(xiàn)場情況及設(shè)計提升方位，根據(jù)確定的新主副井井筒十字中線，利用AutoCAD軟件在圖上繪制十字中線樁點位置坐標(biāo)，并用全站儀放設(shè)到現(xiàn)場。

四、井筒十字中線樁檢測

測設(shè)的這些十字線點是否能滿足要求(十字線垂直度不大于± 10″)，需根據(jù)現(xiàn)場情況建立邊角網(wǎng)，聯(lián)測分析后確定。

1.外業(yè)觀測。水平角觀測前，對棱鏡對點器、全站儀對點器及全站儀有關(guān)項目進(jìn)行檢驗。水平角觀測限差及技術(shù)要求按《煤礦測量規(guī)程》執(zhí)行，邊長采用對向觀測，各2個測回，每次讀數(shù)4次，氣象數(shù)據(jù)按規(guī)定讀記，垂直角測回數(shù)2個。

2.刻點與改線?；謴?fù)十字線是一項繁瑣、復(fù)雜的精密測量工作，需要解算、糾偏，重新刻點，很難一次使十字中線垂直度達(dá)到要求。在此次恢復(fù)工作中，采取的方法是:對放樣的十字中線樁按5″級邊角網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測，平差計算，平差后將各點坐標(biāo)展繪到AutoCAD十字中線樁設(shè)計圖上，對偏差較大的點重新刻點測量，直到滿足要求。

五、成果平差計算及精度分析

最終觀測數(shù)據(jù)通過檢查及內(nèi)業(yè)處理，在確認(rèn)無誤的情況下，然后利用南方平差易2005進(jìn)行平差計算。平差結(jié)果顯示各點的點位中誤差最大為1.7mm，平均點位誤差為1.4mm，最大點間誤差為2.2mm，單位權(quán)中誤差為2.00″，此幾項誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求，說明外業(yè)觀測精度是較高的，同時也進(jìn)一步說明把A001，A002作為已知數(shù)據(jù)是正確的。各點點位誤差見表1。

六、井中心與十字線基點的方位角及十字中線垂直度與重合度

在平差結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用各十字線基點的平差后坐標(biāo)值進(jìn)行點與井中、點與點之間的方位解算，見表2，及十字中線垂直度與重合度的解算，見表3，從中可以看出各項指標(biāo)均滿足《煤礦測量規(guī)程》的要求。

七、結(jié)語

吳桂橋煤礦井筒十字中線的恢復(fù)，為類似工程施工提供了一套施測和檢查方法，尤其是新建立的地面測量控制系統(tǒng)和原系統(tǒng)存在較大系統(tǒng)誤差，在不改變主副井現(xiàn)有十字中心位置及相對關(guān)系情況下，將副井、主井現(xiàn)有井筒中心坐標(biāo)歸算到新坐標(biāo)系統(tǒng)下，進(jìn)而恢復(fù)了井筒十字中線，是本次成功恢復(fù)的關(guān)鍵。

表1 十字中線基點各點點位誤差表

表2 井中與十字線基點的方位角

表3 十字中線垂直度與重合度

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