任 飛

(安徽金日盛礦業(yè)有限責(zé)任公司, 安徽霍邱縣 237400)

金屬礦山一井定向貫通測(cè)量實(shí)踐

任 飛

(安徽金日盛礦業(yè)有限責(zé)任公司, 安徽霍邱縣 237400)

周油坊鐵礦床是霍邱縣境內(nèi)一大型深埋型鐵礦床之一。為了使該礦井的北回風(fēng)井-290m水平與副井-290m水平之間的回風(fēng)巷準(zhǔn)確、順利貫通,采用三角形連接投點(diǎn)的方法,通過一個(gè)立井的幾何定向(一井定向),建立井上、下聯(lián)系三角形及布設(shè)導(dǎo)線,并進(jìn)行聯(lián)測(cè),成功實(shí)現(xiàn)了定向,為實(shí)現(xiàn)北回風(fēng)井-290m水平與副井-290m水平之間風(fēng)巷的準(zhǔn)確貫通提供了技術(shù)支持。

定向貫通;一井定向;三角形測(cè)量

周油坊鐵礦是霍邱鐵礦區(qū)大型鐵礦床之一,礦體埋藏于地表73～196m以下,平均埋深約130m。礦體分上下兩個(gè)礦帶,全礦床礦帶總長(zhǎng)度4000m,礦帶總寬30～200m,標(biāo)高-33～-666m。采用分期開采方案,前期主要開采-530m水平以上區(qū)段。南區(qū)-170m以上,北區(qū)-230m以上開采難度大,與-530m水平以下礦體留在后期統(tǒng)一開采。

該礦下轄8條豎井,分別為:1,2號(hào)主井,南北回風(fēng)井,副井和1,2,、3號(hào)探礦措施井。為形成礦山整體通風(fēng)系統(tǒng),需要副井和北風(fēng)井盡快貫通。但是副井和北風(fēng)井作為兩個(gè)分離的、沒有直接關(guān)聯(lián)的礦井,確保兩井間通風(fēng)巷道的精確、順利貫通,成了此工程的關(guān)鍵。根據(jù)礦山的具體情況,確定采用事先埋設(shè)好的四等地面控制網(wǎng)對(duì)副井采用一井定向的方法將控制系統(tǒng)導(dǎo)入井下,利用三角形連接投點(diǎn)的方法,通過一個(gè)立井的幾何定向(一井定向)對(duì)北風(fēng)井和副井實(shí)施定向。

1 一井定向的概念

一井定向就是在一個(gè)井筒內(nèi)懸掛兩根鋼絲(或同時(shí)鉛垂地發(fā)射兩條可見光束),通過地面和井下聯(lián)測(cè),將兩重錘線中心(或光束軸心)的平面坐標(biāo)及其連線的坐標(biāo)方位角,傳遞給井下的控制點(diǎn)和導(dǎo)線邊。一井定向工作分為投點(diǎn)(由地面向定向水平投點(diǎn))和連接(地面和定向水平上與懸掛的鋼絲連接)兩個(gè)部分。

(1)投點(diǎn)。投點(diǎn)是以井筒中懸掛的兩根鋼絲形成的豎直面將井上的點(diǎn)位和方向角傳遞到井下。

(2)連接。連接測(cè)量分為地面連接測(cè)量和井下連接測(cè)量?jī)刹糠?。地面連接測(cè)量是在地面測(cè)定兩鋼絲的坐標(biāo)及其連線的方位角;井下連接測(cè)量是在定向水平根據(jù)兩鋼絲的坐標(biāo)及其連線的方位角確定井下導(dǎo)線起始點(diǎn)的坐標(biāo)與起始邊的方位角。

由于北風(fēng)井與副井不通視,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,一井定向測(cè)量連接三角形法的平面見圖1。

圖1 連接三角形法的平面示意

圖1中的點(diǎn)C、C′為連接點(diǎn)。連接三角形法應(yīng)滿足的條件是點(diǎn)C與D及點(diǎn)C′與D′要彼此通視,且CD與C′D′的邊長(zhǎng)要大于20m;三角形的銳角γ和γ′要小于2°;a/c與a′/c′的值要盡量小,一般應(yīng)小于1.5。

地面連接測(cè)量是在C點(diǎn)安置經(jīng)緯儀測(cè)量出ψ、φ和γ3個(gè)角度,并丈量a、b、c3條邊的邊長(zhǎng)。同樣,井下連接測(cè)量是在C′點(diǎn)安置儀器測(cè)量出ψ′、φ′和γ′3個(gè)角度,并丈量a′、b′、c′3條邊的邊長(zhǎng)。

2 準(zhǔn)備工作

(1)檢查井筒斷面,確定井筒的有效利用面積,測(cè)量?jī)纱咕€間的最大距離為4.0294m。實(shí)地察看井上、下測(cè)量線路,確定合理的連接圖形和測(cè)量路線。

(2)埋設(shè)與定向有關(guān)的測(cè)點(diǎn)。

(3)考慮當(dāng)時(shí)的儀器等實(shí)際情況,準(zhǔn)備了直徑為1.5mm的鋼絲、絞車、15kg的重垂球、定向滑輪、定點(diǎn)板、合適的信號(hào)圈、大水桶及定向所用的全站儀和水準(zhǔn)儀各1臺(tái)。

(4)事先在地面對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行性能檢測(cè)。

3 建立井上、下控制系統(tǒng)

(1)為了使井下坐標(biāo)與礦區(qū)地表坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一,確保兩井筒間風(fēng)巷道的準(zhǔn)確、順利貫通。根據(jù)現(xiàn)有資料和實(shí)際情況建立了井上、下控制系統(tǒng)。兩次獨(dú)立定向誤差僅為22″遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定的1′。

(2)根據(jù)埋好的導(dǎo)線點(diǎn)和井口實(shí)際情況在地面合理設(shè)置兩個(gè)測(cè)站,測(cè)角量邊嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施測(cè)。

(3)連接圖形的要求:三角形中兩銳角應(yīng)小于2°,兩垂線O1、O2投點(diǎn)后,井上、下量得兩垂球線之間距離的互差,一般應(yīng)不超過2mm。

(4)定向過程中采用對(duì)講機(jī)上下聯(lián)絡(luò)。

(5)點(diǎn)投好后,先掛上垂球并檢查垂球是否與桶底或桶壁接觸,等垂球靜止在水桶中,把事先在地面用鐵絲做成的直徑為2～3cm的3～6個(gè)信號(hào)圈套在鐵絲上,然后放下,看是否能夠達(dá)到定向水平。若能達(dá)到定向水平說明垂線未與井桶壁或其他障礙物接觸,否則應(yīng)進(jìn)行檢查或重新投點(diǎn)。

4 聯(lián)系三角形測(cè)量

4.1 外業(yè)測(cè)量

井上、下三角形測(cè)量應(yīng)滿足下列要求(見圖2):

圖2 三角形連接法

(1)兩吊垂線(O1～O2)的間距c(c′),應(yīng)盡可能選擇最大的數(shù)值,本次c=4.0294m。

(2)聯(lián)系三角形形狀應(yīng)該是延伸形狀,三角形內(nèi)角α及β應(yīng)盡可能小,在任何情況下,α及β角都不能大于2°,本次定向分別為00°13′56.3″和00°17′10.7″。

(3)聯(lián)系三角形邊長(zhǎng)a/c(a′/c′)的比值約為1.5,本次定向a/c=0.811。

聯(lián)系三角形測(cè)角量邊及精度要求:

(1)測(cè)角,CD邊為36.145m,采用TCR402全站儀對(duì)中,地面聯(lián)系三角形測(cè)角精度控制在±4″以內(nèi),地下聯(lián)系三角形測(cè)角精度控制在±6″以內(nèi)。

(2)量邊,在垂線穩(wěn)定的情況下,連接三角形的各邊應(yīng)用鋼尺的不同起點(diǎn)丈量6次,讀數(shù)估讀到0.5 mm。相同每邊各次測(cè)量誤差不大于2mm,取每次測(cè)量的平均值作為結(jié)果。在垂線擺動(dòng)的情況下,對(duì)井下各條邊采用擺動(dòng)的方法進(jìn)行測(cè)量,每次至少連續(xù)讀取6個(gè)讀數(shù),且每邊兩次丈量的互差不得大于4mm,最后,取平均值作為最終的丈量結(jié)果。

4.2 內(nèi)業(yè)計(jì)算

(1)連接三角形的解算。運(yùn)用正弦定理,解算出α、β、α′、β′。(2)檢查測(cè)量和計(jì)算成果。首先,連接三角形的三個(gè)內(nèi)角α、β、γ以及α′、β′、γ′的和均應(yīng)為180°,若有少量殘差可平均分配到α、β,或α′、β′上。此次定向地面三角形閉合差為179°59′59.81″,井下三角形閉合差為179°59′57″,滿足精度要求。其次,井上丈量所得的兩鋼絲間的距離C與按余弦定理計(jì)算出的距離C相差不大于2mm;井下丈量所得的兩鋼絲間的距離C與計(jì)算出的距離C′相差應(yīng)不大于4 mm。若符合上述要求可在丈量的a、b、c,以及a′、b′、c′,中加入改正數(shù)Va、Vb、Vc,及Va′、Vb′、Vc′:

將井上、下連接圖形視為一條導(dǎo)線,如D-CO1-O2-C′-D′,按照導(dǎo)線的計(jì)算方法求出井下起始點(diǎn)C′的坐標(biāo)及井下起始邊C′D′的方位角。

(3)連接點(diǎn)測(cè)角精度評(píng)價(jià)。因?yàn)閐邊大于20 m,儀器對(duì)中時(shí),連接點(diǎn)測(cè)角中誤差僅為6″,明顯小于規(guī)定誤差的12″。

5 效 果

本次一井定向取得了成功,為北回風(fēng)井和副井之間3376m的準(zhǔn)確貫通提供了技術(shù)支持。采用一井定向的常用方法,節(jié)約了采購(gòu)?fù)勇荻ㄏ騼x的費(fèi)用。

[1]饒世文.漂塘礦區(qū)一井定向工作實(shí)踐[J].江西有色金屬,2007,21(1):17.

[2]秦雪貴.煤礦井下一井定向貫通測(cè)量[J].山西科技,2002,(6):62～63.

[3]任富強(qiáng).冬瓜山銅礦深井聯(lián)系測(cè)量方法[J].采礦技術(shù),2008,8(2):49.

[4]張國(guó)良.礦山測(cè)量學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2006.

[5]周建鄭.工程測(cè)量學(xué)[M].鄭州:黃河水利出版社,2006.

2010-01-11)

任 飛(1982-),男,安徽界首人,技術(shù)員,主要從事礦山測(cè)量工作,Email:496675178@qq.com。