李先敬

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東韶關(guān)市 512325)

井下長距離工程測量精度分析及改進措施

李先敬

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東韶關(guān)市 512325)

分析凡口礦井下－500 m中段東礦帶的平面控制測量精度，對可能施工的貫通工程進行了誤差預(yù)計，并提出必須加測陀螺定向邊以提高測量精度。

控制測量;測量精度;貫通誤差預(yù)計;陀螺經(jīng)緯儀定向

中金嶺南公司凡口礦是一座年產(chǎn)18萬t鉛鋅金屬量的大型礦山，在多年持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時，一直堅持在主礦體外圍和周邊進行地質(zhì)探礦工作并取得了很好的成效，發(fā)現(xiàn)了大量有開采價值的礦石資源。從建礦至今，經(jīng)過幾十年的開采，礦石儲量仍保持在較高的水平。為了開采這些新探明的外圍周邊礦體，需要利用現(xiàn)有的井下工程進行延伸掘進，貫通工程的長度和難度大大增加，對井下控制測量的精度提出了更高的要求。

1 －500 m東礦帶的基本情況

東礦帶是指主礦體及獅嶺南礦體以東、F6斷層以西的狹長礦化地帶，共有大小17個礦體，礦體群較集中的分布在2個區(qū)，主要有Dn209#a礦體和Sh263#a礦體。東礦帶的首個開拓探礦中段布置在－500 m，現(xiàn)已施工至東17#穿，終點在東23#穿。

－500 m東礦帶工程目前在凡口礦井下所有中段中距離井口最遠(yuǎn)，工作面離井口起算點已超過3000 m。該中段平面控制測量采用經(jīng)緯儀測角和鋼尺量邊的支導(dǎo)線，因此很有必要對其精度進行分析和預(yù)計，評定是否能滿足規(guī)范要求和生產(chǎn)需要。如不能滿足則要采取措施來改進和提高測量的精度，從技術(shù)上保證生產(chǎn)的順利進行。

2 －500 m東礦帶現(xiàn)有平面控制測量精度

－500 m中段起算坐標(biāo)與方位角由5#溜井用一井定向的方法導(dǎo)入，定向邊為T1～T2，幾何定向成果方位角為90°08'25″。后因深部開拓的需要，于1996年5月委托外單位進行了陀螺經(jīng)緯儀定向，定向邊同樣為T1～T2，陀螺經(jīng)緯儀定向成果方位角為90°12'46″，較差達(dá) 4'21″，說明單井幾何定向成果精度偏低，不能使用，已用陀螺定向成果進行了改算。

從定向邊T1～T2至東礦帶15#穿布設(shè)7″級導(dǎo)線作為首級控制，現(xiàn)已施測導(dǎo)線點26個，7″級導(dǎo)線線路總長約 2900 m，最長邊 133．836 m，最短邊7．065 m。采用J2經(jīng)緯儀測角，用經(jīng)過檢定的鋼尺量邊。從東15#穿往設(shè)計終點布設(shè)15″級導(dǎo)線進行延伸控制，導(dǎo)線線路總長約400 m，采用J6經(jīng)緯儀測角，用經(jīng)過檢定的鋼尺量邊。施測過程嚴(yán)格按照《有色金屬礦山測量規(guī)范》進行，導(dǎo)線測量數(shù)據(jù)略。

2．1 支導(dǎo)線終點K的坐標(biāo)計算

2．2 由測角誤差引起的支導(dǎo)線終點K的坐標(biāo)誤差

設(shè)R1，R2，……Rn為由K點至導(dǎo)線上各點的聯(lián)線長，而 r1，r2……rn為這些聯(lián)線的方位角，R1y，R2y，……Rny為聯(lián)線在 Y 軸上的投影，R1x，R2x……Rnx為聯(lián)線在X軸上的投影，導(dǎo)線上各角為等精度觀測。根據(jù)誤差傳播定律，由測角誤差引起的支導(dǎo)線終點K的X坐標(biāo)誤差與Y坐標(biāo)誤差分別為:

2．3 由量邊誤差引起的支導(dǎo)線終點K的坐標(biāo)誤差

式中，a為邊長丈量的偶然誤差系數(shù)，b為邊長丈量的系統(tǒng)誤差系數(shù)。

2．4 測角和量邊誤差對支導(dǎo)線終點K的共同影響根據(jù)誤差傳播定律，得:

將(2)、(3)式代入(4)得:

2．5 起始邊誤差對終點的影響

2．6 總誤差

一井定向過程中所積累的井下導(dǎo)線起始點坐標(biāo)誤差，因其值很小，一般可忽略不計。

根據(jù)有關(guān)規(guī)范和本礦的實際情況，確定有關(guān)參數(shù)如下:

(1)陀螺定向中誤差mT=±20″;

(2)7″級導(dǎo)線測角中誤差mβ= ±7″，15″級導(dǎo)線測角中誤差mβ=±15″;

(3)鋼尺量邊偶然誤差系數(shù)a=0．0005，系統(tǒng)誤差系數(shù) b=0．00005。

支導(dǎo)線終點總誤差的計算圖表在此不作詳述，結(jié)果如表1所示。

表1 終點誤差預(yù)計計算

3 貫通誤差預(yù)計

3．1 貫通工程概況

－500 m東礦帶目前還沒有與其他中段相通，現(xiàn)在的單一進出通道不利于解決通風(fēng)、運輸、充填等采礦技術(shù)問題，無法形成生產(chǎn)條件。如果要開采這部分礦石資源，就必須另外開掘通道。可能的選擇是在臨近－500 m的某個中段先開掘平巷至東礦帶附近，再掘斜坡道或豎井聯(lián)通2個中段;或是直接從地面鉆孔貫穿－500 m中段東礦帶，用作通風(fēng)、運輸、充填等通道。不管采用上述哪種方式，都需要建立高精度的控制測量體系，才能保證聯(lián)通工程的準(zhǔn)確貫通，達(dá)到預(yù)期的目的。本文僅就井下貫通進行討論。

3．2 貫通誤差預(yù)計

假設(shè)在井下－455 m中段與－500 m東礦帶互掘斜坡道進行貫通，布設(shè)7″級導(dǎo)線到斜坡道開門位置，施工過程中采用15″級導(dǎo)線跟進指導(dǎo)中線布設(shè)。－455 m中段起算坐標(biāo)與方位角也由5#溜井用一井定向的方法導(dǎo)入，從井口起算點到東礦帶的支導(dǎo)線線路長度與形狀大致相同，那么其各項誤差也應(yīng)大致相等，貫通點在重要方向Y軸上的誤差見表2。

表2 貫通誤差預(yù)計計算

由于各項測量都獨立進行2次，故貫通相遇點K在重要方向Y軸上的中誤差為:

取兩倍中誤差為預(yù)計誤差，則:

從以上分析來看，對于一般的探礦與采準(zhǔn)工程，－500 m中段的平面控制測量精度是可以滿足要求的。但根據(jù)《有色金屬礦山測量規(guī)范》規(guī)定和工程需要，重要工程的貫通在水平方向平面位置的誤差應(yīng)不大于0．3 m，而誤差預(yù)計得出的結(jié)論是0．414 m，顯然達(dá)不到規(guī)范的要求，必須采取措施以提高精度。

4 改進平面控制測量精度的措施

對于井下測量來說，因受條件限制，只能采用支導(dǎo)線測量形式。隨著支導(dǎo)線測站的增加，測角誤差也不斷地積累。且此項誤差用常規(guī)的測量方法和手段很難進行削弱與消除，也是影響支導(dǎo)線終點誤差的主要因素之一。所以，要提高支導(dǎo)線的精度，就必須采取非常規(guī)的測量方法來對測角誤差的傳遞和積累進行限制。

4．1 陀螺經(jīng)緯儀簡介

陀螺經(jīng)緯儀是一種將陀螺儀與經(jīng)緯儀結(jié)合在一起的儀器，該儀器利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺馬達(dá)本身的動力學(xué)特性(定軸性、進動性)和地球自轉(zhuǎn)的影響，來達(dá)到尋北的目的。它可以在地球南北緯度75°范圍內(nèi)，不受地形、氣候及外界磁場的影響，無論白天或夜間，都能快速地測出站點的真北來。在支導(dǎo)線上加測陀螺定向邊后，支導(dǎo)線就變成了有2條已知方向的附合導(dǎo)線，因測角誤差的傳遞和積累而帶來的坐標(biāo)方位角誤差就可以得到控制，精度最弱點也由導(dǎo)線終點移到了中點。如果有特定的需要，還可以在任何導(dǎo)線邊上進行陀螺定向。

4．2 加測陀螺定向邊后的精度分析

假定在－455 m與－500 m東礦帶接近斜坡道開門的7″級導(dǎo)線邊上進行陀螺定向，因陀螺定向是獨立的，不受支導(dǎo)線測角誤差傳遞與積累的影響，所以該導(dǎo)線從井口起算點至斜坡道開門處由測角誤差引起的坐標(biāo)誤差基本可以消除，剩下的主要是基本控制導(dǎo)線的量邊誤差、斜坡道施工控制導(dǎo)線測角量邊誤差、加測的陀螺定向邊定向誤差等。貫通相遇點K在重要方向Y軸上的誤差重新預(yù)計見表3。

表3 貫通誤差預(yù)計計算

由于各項測量都獨立進行2次，故貫通相遇點K在重要方向Y軸上的中誤差為:

取兩倍中誤差為預(yù)計誤差，則:

Myk=2m'yk= ±0．137 ＜ ±0．3(m)，完全可以達(dá)到規(guī)范的要求。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)的幾何定向相比，陀螺經(jīng)緯儀定向具有操作簡單、占用井筒和平巷的時間少、精度高等優(yōu)點。同時，在導(dǎo)線傳遞過程中，加測陀螺定向邊，可以大大減少測角誤差積累，提高控制測量精度。正是基于上述原因，凡口礦測量科于2010年引進了1臺徐州工礦設(shè)備儀器有限公司生產(chǎn)的JT－15型陀螺經(jīng)緯儀。該儀器在吸收消化國內(nèi)外同類產(chǎn)品優(yōu)點的基礎(chǔ)上，對設(shè)計原理和制造工藝進行了很大改進，是結(jié)合我國的實際情況而研制、開發(fā)的新型定向儀器。其陀螺方位角一次測定中誤差不大于15″。筆者建議在條件具備時應(yīng)在－500 m東礦帶施測陀螺定向邊，為以后的貫通工程打下堅實可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，也為中金嶺南凡口礦的安全可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保證。

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2010－12－17)

李先敬(1974－)，男，湖南瀏陽人，工程師，從事礦山測量工作。