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量實踐

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的方法,通過一個立井的幾何定向(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,成功實現(xiàn)了定向,為實現(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。礦體分上下兩個礦帶,全礦床礦帶總長度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號主井,南北回風(fēng)井,副井和1,2,、3號探礦措施井。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的方法,通過一個立井的幾何定向(一井定向)對北風(fēng)井和副井實施定向。

1 一井定向的概念

一井定向就是在一個井筒內(nèi)懸掛兩根鋼絲(或同時鉛垂地發(fā)射兩條可見光束),通過地面和井下聯(lián)測,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和導(dǎo)線邊。一井定向工作分為投點(由地面向定向水平投點)和連接(地面和定向水平上與懸掛的鋼絲連接)兩個部分。

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

(2)連接。連接測量分為地面連接測量和井下連接測量兩部分。地面連接測量是在地面測定兩鋼絲的坐標(biāo)及其連線的方位角;井下連接測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)場實際情況,一井定向測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C、C′為連接點。連接三角形法應(yīng)滿足的條件是點C與D及點C′與D′要彼此通視,且CD與C′D′的邊長要大于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。

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

2 準(zhǔn)備工作

(1)檢查井筒斷面,確定井筒的有效利用面積,測量兩垂線間的最大距離為4.0294m。實地察看井上、下測量線路,確定合理的連接圖形和測量路線。

(2)埋設(shè)與定向有關(guān)的測點。

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

(4)事先在地面對測量儀器進(jìn)行性能檢測。

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)有資料和實際情況建立了井上、下控制系統(tǒng)。兩次獨立定向誤差僅為22″遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定的1′。

(2)根據(jù)埋好的導(dǎo)線點和井口實際情況在地面合理設(shè)置兩個測站,測角量邊嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施測。

(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)定向過程中采用對講機上下聯(lián)絡(luò)。

(5)點投好后,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個信號圈套在鐵絲上,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。

4 聯(lián)系三角形測量

4.1 外業(yè)測量

井上、下三角形測量應(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)系三角形測角量邊及精度要求:

(1)測角,CD邊為36.145m,采用TCR402全站儀對中,地面聯(lián)系三角形測角精度控制在±4″以內(nèi),地下聯(lián)系三角形測角精度控制在±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)用鋼尺的不同起點丈量6次,讀數(shù)估讀到0.5 mm。相同每邊各次測量誤差不大于2mm,取每次測量的平均值作為結(jié)果。在垂線擺動的情況下,對井下各條邊采用擺動的方法進(jìn)行測量,每次至少連續(xù)讀取6個讀數(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)計算

(1)連接三角形的解算。運用正弦定理,解算出α、β、α′、β′。(2)檢查測量和計算成果。首先,連接三角形的三個內(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)線的計算方法求出井下起始點C′的坐標(biāo)及井下起始邊C′D′的方位角。

(3)連接點測角精度評價。因為d邊大于20 m,儀器對中時,連接點測角中誤差僅為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?fù)勇荻ㄏ騼x的費用。

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2010-01-11)

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