冉 輝

(湖南省水口山有色金屬集團公司鉛鋅礦， 湖南常寧市 421513)

0 前言

水口山鉛鋅礦是一座百年老礦，目前以殘礦回采為主。由于殘礦資源多為民國或解放初期遺留下來的邊角余料，采區(qū)內(nèi)井巷、空區(qū)及充填體交錯分布，空間相對位置復(fù)雜，同時巖石風(fēng)化破碎、巷道坍塌及冒頂片幫等地壓現(xiàn)象嚴(yán)重。由于開采時間久遠，老巷道內(nèi)大量測量控制點腐蝕脫落，部分圖紙、數(shù)據(jù)缺失，給老采區(qū)殘礦回采及井巷施工的測量帶來很大困難。必須進行測量坐標(biāo)和高程的導(dǎo)入，才能摸清礦體、空區(qū)及充填體的相對空間位置關(guān)系，指導(dǎo)殘礦回采。

404－20 m副層位于三中段與四中段夾層之間，開掘于民國時期，由于當(dāng)時工藝落后、礦石品位相對較低而棄采。近年來隨著礦石資源開發(fā)利用技術(shù)水平的提升，如今該礦體已具有開采價值。為探明該區(qū)域殘礦資源狀況，從404主平巷開掘一條高22 m的天井到達副層，再在副層掘進一條長36 m的探礦平巷(見圖1)，使之與404w－2采場相通，形成人員及設(shè)備進出通道。由于副層井巷原有測量點破壞，需從404主平巷引坐標(biāo)高程至20 m副層，指導(dǎo)工程施工。

傳統(tǒng)的聯(lián)系測量法利用儀器觀測角度，鋼尺丈量邊長結(jié)合三角函數(shù)計算，進而求得坐標(biāo)，其方法與原理見圖2。其要完成聯(lián)系三角形邊長及鋼絲或棉線高度的丈量，必須預(yù)先在天井頂部搭建一操作平臺，此平臺應(yīng)搭制穩(wěn)定牢固，還必須與投點系統(tǒng)完全脫離。傳統(tǒng)方法測量過程復(fù)雜，數(shù)據(jù)較多，計算繁瑣，且受外界條件影響較大，操作困難，作業(yè)時間長，并且不易控制精度。

圖1 404－20 m副層探礦平巷設(shè)計圖

圖2 傳統(tǒng)聯(lián)系測量法原理

新方法充分運用全站儀的自動解算功能，同時引入懸掛棱鏡，只需在井下利用全站儀觀測角度，量取邊長，井上部分則直接利用儀器對準(zhǔn)懸掛棱鏡測量。測量計算方面，新方法井下部分利用支導(dǎo)線計算原理求得棉線坐標(biāo)，井上部分則用全站儀后方交會自動結(jié)算功能直接測出導(dǎo)入點坐標(biāo)。

1 全站儀后方交會測量法及其應(yīng)用

在待測點設(shè)站，向三個已知控制點觀測兩個水平夾角α、β，從而計算待測點的坐標(biāo)，即為后方交會(見圖3)。圖中A、B、C為已知控制點，是新方法中三根棉線的坐標(biāo)，P點為待測點，是坐標(biāo)導(dǎo)入點。如果觀測了PA和PC之間的夾角α，以及PB和PC之間的夾角β，這樣P點同時位于△PAC和△PBC的兩個外接圓上，必定是兩個外接圓的兩個交點之一。由于C點也是兩個交點之一，則P點便唯一確認。后方交會的前提是待測點P不能位于由已知點A、B、C所決定的外接圓(稱為危險園)的圓周上，否則P點將不能唯一確定，若接近危險圓(待定點P至危險圓圓周的距離小于危險圓半徑的1/5)，則P點的可靠性將降低，在使用后方交會法時應(yīng)盡量避免上述情況。

圖3 后方交會法原理

1.1 吊 線

首先在人行天井頂板上懸吊3根棉線，為保證測量精度及滿足測量要求，3根棉線應(yīng)構(gòu)成較好的三角形，棉線之間的相互距離應(yīng)盡量大于0.5 m，且3根棉線與坐標(biāo)導(dǎo)入點不能構(gòu)成危險圓。在棉線懸掛過程中應(yīng)避免與梯子、梯子平臺、巖壁等接觸。

1.2 井下棉線坐標(biāo)點測量

利用404主平巷中的已知坐標(biāo)高程的控制點A、C，在C處安置全站儀(見圖4)，以控制點A為后視點觀測并計算出儀器與3根棉線之間的方位角α1、α2、α3，用鋼尺丈量出儀器與3根棉線之間的水平距離C1、C2、C3。在丈量距離時首先將全站儀水平角調(diào)到0°00'00″，然后對準(zhǔn)3根棉線，在全站儀十字絲中心對到的棉線處插入鐵釘作為全站儀與棉線水平的標(biāo)志，然后用鋼尺量取該距離，在量距時應(yīng)至少丈量3次取平均值作為儀器與3根棉線之間的水平距離。觀測結(jié)束后可現(xiàn)場采用支導(dǎo)線的原理，利用已知控制點A、C，儀器與棉線的方位角及水平距離計算出1，2，3三根棉線的坐標(biāo)。為保證棉線坐標(biāo)的準(zhǔn)確性，測角、量距、計算需要進行3次以上，然后取計算結(jié)果的平均值作為3根棉線的坐標(biāo)，此棉線坐標(biāo)也是3根棉線懸掛點的坐標(biāo)。

1.3 導(dǎo)入點坐標(biāo)測量

在井上副層中主要利用后方交會法原理，利用求得的棉線懸掛點的坐標(biāo)作為后方交會測量的3個已知控制點來求出未知點的坐標(biāo)。其方法與測量過程如下:

在404－20 m副層的天井兩端巷道的頂板上各做一個導(dǎo)線點作為404平巷中的坐標(biāo)高程導(dǎo)入點，如圖3中的a，b點。此時可以將天井頂板上的3根棉線拆掉，換成懸掛式棱鏡。首先調(diào)節(jié)小棱鏡至水平狀態(tài)，待懸掛棱鏡花桿穩(wěn)定不擺動后，在a點架設(shè)全站儀，b點架設(shè)棱鏡，兩端儀器對中整平后打開全站儀，進入后方交會測量界面，將3根棉線點的坐標(biāo)輸入全站儀并照準(zhǔn)3個棱鏡中心，利用全站儀后方交會功能直接測出a點的坐標(biāo)。然后全站儀照準(zhǔn)b點棱鏡，測量并計算出b點坐標(biāo)，完成a、b兩點坐標(biāo)導(dǎo)入。同樣，為保證測量精度，此過程應(yīng)至少操作3次以上，取數(shù)據(jù)的平均值作為最終結(jié)果。

圖4 全站儀后方交會測量法

1.4 高程導(dǎo)入

高程導(dǎo)入的方式與傳統(tǒng)方法一致(見圖5)，此過程需要在拆除棉線前完成。

圖5 全站儀后方交會測量法高程導(dǎo)入

1.5 測量精度

全站儀后方交會測量本身精度是比較高的，但在設(shè)置坐標(biāo)導(dǎo)入點時要注意導(dǎo)入點與棉線之間的夾角，為保證精度，其夾角一般控制在30°～120°。使用該方法進行聯(lián)系測量，一般可達±5 mm精度。實踐證明用2 s、2+2 ppm級的全站儀，放樣距離在150 m之內(nèi)，其放樣點位中誤差可保證在±3 mm。

2 特點述評

利用全站儀后方交會測量法進行聯(lián)系測量，其主要特點如下:

(1)計算過程簡單快捷且計算量小。傳統(tǒng)方法由于井上、井下部分需要儀器測量及人工丈量的夾角、線距、邊長較多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)多、計算量大。使用全站儀后方交會法，只需儀器測量及人工丈量井下部分的夾角和邊長，而且可以用支導(dǎo)線的方式直接算出3根棉線的坐標(biāo)，其計算過程簡單快捷;井上部分導(dǎo)入點的坐標(biāo)則無需計算，可利用儀器本身功能直接測出。

(2)操作過程簡單。相比較于傳統(tǒng)方法，井上部分利用懸掛式棱鏡代替棉線垂球后無需使用儀器及人工丈量夾角、線距及邊長。只需使用全站儀照準(zhǔn)懸掛棱鏡，利用全站儀的后方交會功能可直接測出導(dǎo)入點的坐標(biāo)，其過程與原理簡單可靠，使測量過程操作量減少，勞動強度降低。

(3)提高測量精度。由于懸掛棱鏡的細花桿長度短，且是硬質(zhì)金屬，利用懸掛棱鏡代替棉線可明顯減小擺動幅度和避免旋轉(zhuǎn)，從而提高測量精度。同時由于省去了人工丈量邊長和線距的環(huán)節(jié)，降低了人為因素造成的測量誤差，使得測量數(shù)據(jù)更加精確。

3 結(jié)語

由于聯(lián)系測量施工現(xiàn)場條件苛刻，勞動強度與作業(yè)難度較大，復(fù)雜的操作和繁瑣的計算極易造成測量儀器及測量數(shù)據(jù)的偏差。利用全站儀后方交會測量法進行聯(lián)系測量，具有操作方便，計算簡單且精度高的特點，相比較于傳統(tǒng)聯(lián)系測量方法具有顯著優(yōu)勢，可以滿足水口山鉛鋅礦殘礦測量的要求，在井下殘礦回采中，尤其是在副層采場、巷道等復(fù)雜的開采條件下可以得到很好應(yīng)用。

另外對于礦井中段、副層開拓等礦建工程，盲豎井、天溜井、風(fēng)井等井巷工程施工結(jié)束后的坐標(biāo)高程導(dǎo)入以及坐標(biāo)檢核校正都可應(yīng)用該方法。

［1］潘正風(fēng)，楊正堯，程效軍，等.數(shù)字測圖原理與方法［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，1990.

［2］楊衛(wèi)民.全站儀在礦山井下測量中的使用［J］.采礦技術(shù)，2012(2):92-93，97.

［3］張國良.礦山測量學(xué)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

［4］周石磊，黃正全，張 健.全站儀后方交會在天溜井聯(lián)系測量中的應(yīng)用探討［J］.科協(xié)論壇，2001.

［5］李傳晗，徐安泰，韓玉偉，等.全站儀井下Ⅰ級水準(zhǔn)測量的方法及誤差［J］.采礦技術(shù)，2012(6):92-94.