石 麗 甄 娟

(山東省煤田地質(zhì)局 物探測量隊，山東 泰安271021)

1 平面聯(lián)系測量及一井定向簡介

在采礦工程中，較早期的測量工作是將地面的平面坐標系統(tǒng)傳遞到地下，從而統(tǒng)一地上、井下平面坐標系統(tǒng)，以確保礦井在平面上的順利建設(shè)和安全生產(chǎn)，該項工作稱為平面聯(lián)系測量。

平面聯(lián)系測量的具體任務(wù)是通過經(jīng)緯儀導線測量并計算得到井下導線起算邊的坐標方位角及起算點的平面坐標x和y的值，并同時對測量的精度和誤差進行控制及預(yù)計。

在平面聯(lián)系測量中，坐標方位角傳遞的誤差是主要的，因此又把它稱為礦井定向。

礦井定向按照其性質(zhì)可分為幾何定向和陀螺定向兩種，而幾何定向又分為一井定向和兩井定向。在通過平硐和斜井以及豎井的幾何定向中，其中前兩種定向較為簡單，而在豎井幾何定向中，又以一井定向較復雜且常見。本文有意對礦山一井定向的基本原理和測量過程進行總結(jié)，并結(jié)合實例分析對其加以說明，以期在今后工作中遇到此類問題時能夠解決的更好。

2 一井定向的基本原理

2.1 鋼絲投點及外業(yè)施測過程

進行一井定向時，在豎井井筒中懸掛兩根鋼絲垂球線（如圖1），投點時利用絞車盤住鋼絲向下放，并使用信號圈檢查鋼絲垂直度，鋼絲下放到井底后掛上30kg的圓盤式垂球。

掛上垂球后的鋼絲呈擺動狀態(tài)，為了確定其投點位置，在井下放置能夠確定鋼絲擺動中心的簡易支架，然后作擺動觀測。根據(jù)井下條件，安置交角位于45°-135°之間的兩臺經(jīng)緯儀，并在其垂直方向分別放兩個直尺，由于鋼絲擺動，用兩臺經(jīng)緯儀分別觀測鋼絲在兩個直尺擺動的左右最大讀數(shù)，連續(xù)取13個讀數(shù)，取其左右平均值，作為鋼絲鉛垂狀態(tài)的位置讀數(shù)。同法進行兩次，當較差不大于1mm時，取其平均值作為最終值。

在地面上利用地面控制點測定兩垂球線的平面坐標及其聯(lián)線方位角。井下擺動觀測完成后，將鋼絲放到一邊（此時，地面應(yīng)連接測量完畢），用兩臺經(jīng)緯儀在定點支架平板上標定鋼絲穩(wěn)定狀態(tài)中心（以后，以此中心進行測角和測邊），然后使用全站儀測角、量邊，把垂球線與井下起始控制點連接起來，并通過計算確定井下起始控制點的坐標和方位角。

圖1 一井定向聯(lián)系測量簡圖

一井定向常采用連接三角形法進行連接測量，如圖2所示，A、B點為兩垂球線點,C與C′稱為井上下的連接點，從而在井上下形成了以AB為公用邊的三角形ABC和ABC′。

其中，在選擇井上下連接點C和C′時應(yīng)滿足下列要求：

（1）CD 和 C′D′的長度應(yīng)盡量大于 20m；

（2）應(yīng)使 C 和 C′點處的銳角 γ 及 γ′小于 2°，構(gòu)成最有利的延伸三角形；

（3）點C和C′應(yīng)適當?shù)乜拷罱拇骨蚓€，使a/c和 b′/c之值盡量小一些。

圖2 連接三角形示意圖

2.2 一井定向的內(nèi)業(yè)計算

內(nèi)業(yè)計算時，首先應(yīng)對全部記錄進行檢查。然后對邊長加入各項改正，并按下式解算連接三角形各未知要素。

計算出的 α、β 角應(yīng)滿足下列條件：α+β+γ=180，

因計算α、β角時數(shù)值湊整誤差的影響，可能會出現(xiàn)不滿足上述條件。

若存有微小的殘差時，則可將其平均分配給α和β。另外計算時應(yīng)對兩垂球線間距進行檢查。設(shè)C丈為兩垂線間距離的實際丈量值，C計為其計算值，則：

如在地面連接三角形中d＜2mm、井下連接三角形中d＜4mm，可在丈量的邊長中分別加人下列改正數(shù)，以消除其差值。

3 一井定向測量實例

在礦山測量中，經(jīng)常使用一井定向方法進行坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一和高程上下傳遞。以下介紹濟寧花園煤礦副井一井定向的過程。

地面連接測量采用礦區(qū)內(nèi)控制點6號點、8號點，其已知坐標數(shù)據(jù)如表1所示。在6號點安置全站儀，以8號點為后視，按5″級導線測量要求，測定副井井口近井點E1點，導線布設(shè)如圖3所示。

表1 已知點坐標

地面“井口E1號點”同鋼絲的連接測量，是用2″級全站儀測水平角，按三個測回施測，并用全站儀測距，各項限差均滿足要求。支導線計算成果如表2所示：

表2 支導線坐標計算

圖3 副井地面連接測量

下面圖4和圖5分別是井下連接導線測量圖和井下連接測量平面示意圖。

圖4 井下連接導線測量

圖5 井下連接測量平面示意

該平面聯(lián)系測量最終成果如表3所示：

表3 副井井下連接測量坐標值及方位角值

4 結(jié)論

綜上所述，豎井一井定向工作的一般程序是進行投點并作擺動觀測，得到井下對應(yīng)點，從而與事先布設(shè)的近井點和井下導線點構(gòu)成連接三角形，通過測角、量邊獲得外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)學公式處理這些數(shù)據(jù)得到井下導線點的平面坐標值和起算方位。在一井定向過程中，需要處理好連接三角形點位之間的位置關(guān)系滿足文中所列條件；另外，實施投點和擺動觀測需要按照專業(yè)規(guī)范要求進行，以力求不損失精度，達到成果合格。

［1］何沛.礦山測量[M].中國礦業(yè)大學出版社，2007，23(2):244-247.

［2］李青岳，陳永奇.工程測量學[M].北京:測繪出版社，2011(2):254-256.

［3］潘正風，楊正堯，程效軍，成樞，王騰軍.數(shù)字測圖原理與方法[M].武漢大學出版社，2008，39(7):52-53.

［4］煤礦測量規(guī)范，GB/T 15663.6-2010[S].