姚德言

瞄直法定向在重新集鐵礦中的應用

姚德言

(安徽金日晟礦業(yè)有限責任公司，安徽 霍邱縣 247400)

一井幾何定向是礦山測量常用的一種定向方法，由于外業(yè)測量和內業(yè)計算都比較復雜，且要求測量技術人員較多，因此，根據(jù)重新集鐵礦實際情況，對其2#主井采用一井定向中的特殊形式即瞄直法定向方法進行定向，該方法易于操作，簡便易行，精度較高。使用該定向法測得的方位角誤差為1′12″，滿足規(guī)范要求，適用于實際生產當中。

礦山測量；一井定向；瞄直法定向

1 概 述

重新集礦區(qū)礦床位于霍邱鐵礦區(qū)的最南端，北端與吳集鐵礦床、環(huán)山鐵礦床相毗鄰；重新集鐵礦全礦床礦帶總長度3900 m，礦帶寬度43～270 m，賦存標高10～?770 m，是一大型鐵礦床，可分為二個含礦帶，分別為：上部Ⅰ礦帶，由Ⅰ1、Ⅰ2兩個礦體組成，時夾1～3層小透鏡狀礦體，以Ⅰ2號礦體為主礦體，資源量占全礦床的39.32%；下部為Ⅱ礦帶，由Ⅱ1、Ⅱ2兩個礦體組成，局部夾1～4層小透鏡狀礦體，以Ⅱ1礦體為主礦體，資源量占全礦床的 20.29%；重新集鐵礦系新建礦山，根據(jù)2#主井?570 m的實際情況，采用事先做好的等礦區(qū)地面控制網(wǎng)對2#主井?570 m采用瞄直法定向的方法將地面坐標系統(tǒng)導入井下。

2 定向方法選擇

在使用豎井開拓礦山中，把地表坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)導入井下使井上下坐標系統(tǒng)統(tǒng)一的方法包括一井定向、兩井定向和陀螺定向。其中常用方法為一井幾何定向。一井定向是用聯(lián)系三角形法進行聯(lián)系測量，在實際操作過程中要嚴格按照規(guī)范要求選擇聯(lián)系三角形的鏈接點，選擇最有利的聯(lián)系三角形的形狀，即鏈接角小于2°，三角形鏈接角的對邊與短邊之比要盡量小，一般小于1.5 m。這樣構成三角形最有利，布點鏈接合理，投點仔細，并嚴格按照規(guī)范測量，一般都能滿足礦山測量規(guī)范的要求，但是該種方法在現(xiàn)場解算較為復雜，測量步驟繁瑣，在緊張的測量任務和復雜的井下環(huán)境下現(xiàn)場解算極容易出錯，且占用井筒時間較長影響生產；兩井定向的必要條件是需要兩個井筒貫通，同時井筒之間距離越長，精度相對越高，根據(jù)貫通距離較近的實際情況，放棄這種方法；陀螺定向由于成本較高一般在大型集團化礦業(yè)公司使用。對于多數(shù)的礦山企業(yè)使用傳統(tǒng)的定向方法能夠達到礦山測量規(guī)范精度要求，滿足施工生產需要即可。重新集鐵礦1#主井與2#主井距離為99.95 m，且2#主井采用連接三角形法一井定向，與1#副井已經貫通，貫通巷道橫向偏差20 cm，縱向偏差10 cm，精度完全符合測量規(guī)程，根據(jù)實際情況決定使用連接三角形法的特殊情況即瞄直法定向方法對2#主井進行 定向。

3 瞄直法定向

瞄直法定向是一種特殊的一井定向方法，即地表和井下的兩個鏈接點在井筒內的兩根鋼絲的延長線上，設垂線穩(wěn)定不動，如圖1所示，假定AB的方位角為0°，按照導線測量的方法把AB的坐標和方位角延長到C′點，公式如下：

如圖1所示，井筒鋼絲為A、B兩點，C及C′在AB在延長線上，AB方位角和坐標根據(jù)馬頭門的方位角和井筒半徑確定，在地表放樣出C點位置，再精確測出C的實際坐標。在C點轉角使之和碼頭門方位一致，在方位上根據(jù)井筒直徑和現(xiàn)場情況確定AB兩點的位置，精確測出AB點的坐標和方位角，井下在AB的延長線上找出一點C′點，在選擇連接點C′時，先粗瞄兩垂線A、B方向，在此方向線上的C′點安置全站儀，整平后用望遠鏡精確瞄準A、B兩垂線，按照垂直于A、B連線的方向移動儀器，然后用望遠鏡瞄準垂線，直至C′點精確的選擇在A、B的延長線上。最后連接成圖1的形狀。

井上下連接平面投影圖如圖2所示，從圖2可看出，AB邊作為公共邊，C及C′在AB的延長線，CBA C′方位一致，分別測量出井上下C-B，C-A，B-A，A-C′的水平距離，《礦山測量規(guī)程》規(guī)定兩垂線的丈量值與計算值之差井上不超過2 mm，考慮到井下工作條件較困難故對井下放寬到不超過4 mm。如果超限需要重新觀測。

圖2 井上下連接示意圖

以井筒內錘線投影點的坐標及其連接的坐標方位角為井下導線點的起算數(shù)據(jù)。

3.1 投 點

采用一井定向時在井筒內懸掛兩根鋼絲，并懸吊一定重量的砝碼，把砝碼放入裝滿水的桶內，注意在投點過程中鋼絲繩不得碰到井壁內的管線，砝碼不得碰到桶壁不得沉入桶底。使其處于靜止狀態(tài)才能到達上下兩根鋼絲坐標一致的效果，由于井筒較深，所有投點時必須采用一定的措施減少投點誤差。

（1）根據(jù)井筒直徑和馬頭門的方位角選擇兩根鋼絲的位置，并盡量加大鋼絲的距離。

（2）定向時在滿足井筒內作業(yè)人員需要的 風量情況下，盡量減小風速，以減少風速對鋼絲的影響。

（3）將鋼絲繩下面掛入點砝碼，盡量加大砝碼的重量，將砝碼浸入裝滿水的桶里，同上加蓋防止井筒內的滴水對鋼絲的影響。

3.2 連 接

面連接測量根據(jù)事先測量的近井點測出兩鋼絲的坐標；井下連接點根據(jù)兩根鋼絲繩的坐標測出?570 m連接的坐標及方位角。從而達到把地表坐標系統(tǒng)傳入井下的目的。如圖2所示，C與C′為井上下的連接點。在選擇井下連接點C′時應滿足以下要求：

（1）在碼頭施工20 m以上時進行定向，確保C′D′點大于20 m。C′D′點固定在堅固的巷道頂板上，防止巷道倔進爆破導致定向點破壞。

（2）應使CC′盡可能的在AB延長線上，即CC′的鏈接角趨向于0°。

投點后，把重錘浸入裝滿水的水桶中，認真檢查錘線是否與井壁和水桶壁特別是?570中段的臨時操作平臺接觸，采用全圓觀測法觀測D′E的角度，測距采用徠卡TCR402全站儀免棱鏡功能加放射片。由于井下濕度較大，在測距時采用鋼尺量距檢核確保測量的準確性。地表和井下AB邊長丈量結果互差不應超過2 mm，否則重新觀測。

4 瞄直法一井定向的誤差分析

由于風流和滴水等影響，鋼絲在地面井下不重合引起投點偏差，投向誤差是投點誤差引起的垂球線連線的方向偏差，瞄直法定向誤差主要是測角和投向誤差。投向誤差計算公式為：

=±(/)×（2）

式中，為投點誤差，AB兩點距離3.861 m，投點誤差為0.7 mm；為垂線間的距離；為206265。

經計算得投向誤差為37.4″。

規(guī)范規(guī)定，一次定向中誤差不超過42″。為了檢驗瞄直法定向的效果，在與1#主井電梯井聯(lián)絡巷貫通后進行了聯(lián)測，B7-B8點已知方位角158°43′ 46"，以瞄直法定向的數(shù)據(jù)測出的方位角為158° 44′58"，相差0°01′12"，符合《礦山測量規(guī)程》規(guī)定一井定向時兩次獨立定向之差不超過2′的規(guī)定。

5 結 論

通過瞄直法定向方法對重新集鐵礦2#主井?570 m進行定向可以看出，采用瞄直法定向最大的優(yōu)點是不用鏈接三角形的解算，較鏈接三角形一井定向具有從外業(yè)觀測到內業(yè)計算都較為簡單的優(yōu)點，實際工作中只要準備充分、操作仔細，將投向誤差和連接點的選擇作為提高精度的主要問題加以控制，同樣可以達到較好的定向效果，在貫通 距離不超過300 m的井筒定向中具有非常好的應用效果。

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(2018-11-26)

姚德言（1985—）男,安徽壽縣人，測量工程師，一級建造師，主要從事礦山測量及相關技術工作，Email: 66994223@qq.com