魏碧江,袁 明,郝 波

(1.大冶有色金屬集團公司銅綠山礦, 湖北黃石市 435005;2.大冶有色設計研究院有限公司,湖北黃石市 435005)

銅綠山礦副井井筒延伸工程貫通測量

魏碧江1,袁 明2,郝 波2

(1.大冶有色金屬集團公司銅綠山礦, 湖北黃石市 435005;2.大冶有色設計研究院有限公司,湖北黃石市 435005)

為滿足銅綠山礦副井延深貫通需求,提高測量精度,采用陀螺定向技術,通過地面控制測量、井筒中心測量、豎井聯(lián)系測量、井下控制測量等工作,求解出副井井筒中心坐標并在-605m水平精確測設該點,計算得最大貫通為0.034m,小于附井貫通的允許值0.1 m,確保副井延深正確貫通,為井筒掘進安全快速施工提供科學指導。

礦井延深;貫通測量;定向技術;陀螺定向;控制測量

0 前 言

根據(jù)銅綠山礦地下開采需求,該礦副井需由目前的-365m延伸至-605m。根據(jù)工程設計,目前在-365m中段距副井約80m處已建好措施井,計劃由-605m中段措施井處向副井掘進,在-605m水平確定副井井中位置,由-365m向下及-605m向上相向掘進至貫通。測量應保證工程的正確貫通,要求貫通中心偏差不大于50mm。為此通過地面控制測量、井筒中心測量、豎井聯(lián)系測量、井下控制測量等工作,求解出副井井筒中心坐標并在-605 m水平精確測設該點,滿足副井延深貫通需求。

1 地面控制測量

地面控制測量采用GPS技術,依托有色金屬礦山井巷工程測量規(guī)程YSJ415-93(簡稱《規(guī)程》)、工程測量規(guī)范GB50026-93(簡稱《規(guī)范》)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范GB/T18314-2001(簡稱《GPS規(guī)范》),按E級GPS精度布測近井點及后視方向點;采用四等水準方法測定近井點及基準點高程;采用小直徑彈簧鋼絲向井下導入坐標、陀螺經(jīng)緯儀定向及全站儀測距直接測量井筒深度等方法進行豎井聯(lián)系測量;采用全站儀按井下一級導線精度布測井下控制;采用全站儀極坐標法精確測定副井地面及-365m的井筒中心坐標并測設-605 m副井井中坐標。

銅綠山礦區(qū)經(jīng)多年露天開采,加之近年來由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采,原有的地面基礎控制網(wǎng)點由于各種原因均已損毀,目前副井保存有近井點一點但缺失后視方向?？紤]到該礦已轉(zhuǎn)入地下開采及本工程需求,本次地面控制測量的目的是重新觀測近井點并增加2個后視方向點。

1.1 E級GPS控制測量

近井點及后視方向點按E級GPS精度施測,其精度相對鄰近起算點點位中誤差不超過±25mm,方位角中誤差不超過±10″。地面控制點起算點采用三等三角點,謝季巖、走馬山2點均為銅綠山礦區(qū)原四等三角網(wǎng)的起算點,保存完好,近年來經(jīng)多次檢驗,精度良好。擬由該2已知點及3個未知點組成2個獨立環(huán)的E級GPS網(wǎng)。E級GPS測量主要技術要求見表1。

表1 E級GPS測量的主要技術要求

1.2 四等水準測量

采用四等水準測定井口水準基點及近井點高程。水準起算點采用一等水準點“武九-30”。四等水準主要技術要求如表2所示。

表2 四等水準主要技術要求

2 井筒中心坐標測定

精確測定井筒中心坐標是本次工程測量的關鍵環(huán)節(jié)之一,本次測量應在地面副井口及-365m水平2個面上測定井中坐標,比較兩坐標差異并會同設計人員確定-605m水平的最佳井中坐標。

采用全站儀極坐標法測定井中坐標,測量時,擬在地面及-365m井筒圓周均勻獨立測定2組井壁坐標,每組12點,如圖1所示。各點盡量在同一水平面上,宜用免棱鏡模式觀測。觀測成果由繪圖軟件模擬出井中坐標。2組測量成果模擬出的井中坐標較差不應大于15mm。

圖1 井壁觀測點布置示意

3 豎井聯(lián)系測量

采用小直徑彈簧鋼絲向井下導入坐標、陀螺經(jīng)緯儀井下定向及全站儀測距直接測量井筒深度等方法進行豎井聯(lián)系測量。本項目需進行2處豎井聯(lián)系測量(即副井地面～-365m、措施井-365～-605 m),每處聯(lián)系測量均需獨立進行2次。

3.1 投點

投點的主要設備為手搖絞車、導向滑輪和重錘砣、穩(wěn)定桶及穩(wěn)定液等,其中手搖絞車承受荷載能力應為投點時所受荷重的3倍,滾筒直徑不應小于250mm并設有雙閘制動裝置;導向滑輪直徑不應小于150mm;重錘砣應對稱懸掛。

投點和連接測量期間,應停止風機轉(zhuǎn)動,若井筒淋水過大應采取擋水措施。下放垂線時,測量負責人應親自指揮將垂線放至聯(lián)測水平,加掛工作重砣后,應對垂線與井壁、垂線與井筒中設備、重砣與桶壁進行仔細檢視,確保無接觸。當垂線擺幅小于10 mm時,采用全站儀直接觀測垂線擺幅中間進行坐標聯(lián)測。聯(lián)測時采用兩秒級全站儀井上、井下同時進行。

3.2 陀螺經(jīng)緯儀定向

擬在-365m中段和-605m中段各布測1條陀螺方位邊,要求兩端點必須是永久導線點,并應滿足無淋水、風小、便于觀測,長度應大于50m,采用瑞士產(chǎn)GAK1陀螺經(jīng)緯儀(25″級)按逆轉(zhuǎn)點法進行觀測。陀螺經(jīng)緯儀定向應符合下列規(guī)定:

(1)在井下定向測量前后,應在地面同1條已知邊上各測量3次陀螺方位,前、后求得6個儀器常數(shù),其任意2常數(shù)互差不應超過±70″。

(2)陀螺經(jīng)緯儀的懸掛帶零位不應超過±0.5格,超過時應及時校正,達到要求時方可使用。

(3)井下同一定向邊2次獨立陀螺儀定向值,其互差應小于50″。

(4)井上、下觀測應由同一人進行。

陀螺經(jīng)緯儀的觀測及各項限差要求,應符合《規(guī)程》4.5.4、4.5.5、4.5.6、4.5.7之規(guī)定。

3.3 高程導入

結(jié)合銅綠山工程實際可采用如下2種高程導入方案:

(1)方案1。采用全站儀測距直接測定井筒深度進行高程導入。作業(yè)時,在井口支撐架上安置全站儀(此時全站儀豎軸應垂直于鉛垂線),在井下設置棱鏡組,使其大致與全站儀在同一鉛垂線上,通過全站儀的望遠鏡或激光導向裝置照準棱鏡測距,求出井筒深度,井上、下分別用三角高程法測定上、下水準基點至全站儀中心和棱鏡中心高差。全站儀測量井筒深度時,應測量井上、下的溫度和氣壓等氣象數(shù)據(jù),溫度記錄至0.2℃,氣壓記錄至100Pa。

(2)方案2。采用鋼絲法高程導入。井上、井下水準基點與鋼絲上相應標志之間高差用水準儀2次獨立測定,其互差不大于4mm。鋼絲上、下兩標志之間長度采用比長臺方法測量,測量時應施加導入高程時所用重錘相當?shù)睦Σ㈩櫦皽囟雀恼?2次獨立導入的高程較差,不大于井筒深度的1/8000。

4 井下控制測量

(1)平面控制。井下平面控制擬按基本導線一級精度要求布測,主要技術要求如表3所示。井下一級導線水平角觀測應符合《規(guī)程》5.3.1、5.3.3之規(guī)定。井下一級導線邊長采用全站儀往返觀測各一測回(讀數(shù)4次,互差不大于3mm),往返邊長較差不大于邊長的1/8000。

表3 井下導線主要技術要求

(2)高程控制。高程控制采用三角高程測量,在施測導線的同時進行。三角高程的垂直角觀測1測回,儀器高和目標高測前測后量2次,較差不得大于4mm,取平均值作為最終成果。同一條邊往返高差不符值及復測支導線末端點高程不符值分別不大于10+0.3S和30L0.5mm(S為以公里為單位的導線邊平距,L為以公里為單位的導線全長)。

5 井中測設

-605m中段基本導線布測完成后,即可對該水平的副井井中進行測設,采用全站儀極坐標法測設,測設完成后的點位坐標的測量值與理論值較差不得大于10mm。

6 誤差分析及精度估計

由本工程特點可知,地面控制點誤差對本次貫通沒有影響,貫通誤差主要由以下幾項誤差組成:

(1)投點誤差,包括地面井口投點至-365m中段及措施井的-365m中段投點至-605m2次投點誤差;

(2)地下支導線測量誤差,包括-365m中段副井至措施井及-605m中段措施井至副井2條支導線誤差;

(3)-605m中段副井測設誤差。

由于投點誤差和測設誤差相對較小并且較容易控制,下面主要討論井下支導線對貫通的影響。

井下支導線末端誤差主要由陀螺起始邊誤差測角誤差、測邊誤差引起。假設任意形狀支導線初始坐標x0,y0起始方位為a0,經(jīng)過n站導線測量可計算出最終點k的坐標。

設mβi為第i站相應測角誤差;mli為第i條邊測邊誤差。支導線終點坐標為所有實測角度和邊長的函數(shù),根據(jù)誤差傳播理論推導可得:

設陀螺起始方位邊誤差為mt,導線終點與起始點連線長度為L,則起始方位引起的導線終點誤差為:

根據(jù)地下導線的布置圖,將各參數(shù)代入式(2)～式(4),得-365m導線終點誤差分別為:M1β=0.0032m,M1l=0.0112m,M1t=0.0062m;-605 m導線終點誤差分別為:M2β=0.0025m,M2l=0.0110m。設豎井投點誤差及-605m副井井中測設誤差均為0.010m,則-605m副井井中位置中誤差為0.0245m,由于以上過程均取2次獨立成果為最終成果,故-605m副井井中位置中誤差為0.0245=0.017m,取2倍中誤差為允許誤差,則最大貫通為0.034m,小于附井貫通的允許值0.1m。

[1]YSJ415-93.有色金屬礦山生產(chǎn)技術規(guī)程[S].

[2]安海波.現(xiàn)代礦山測繪新技術與實際應用及現(xiàn)場操作技術規(guī)范[M].西安:西北礦業(yè)學院出版社,2006.

[3]GB/T18314-2001.全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S].

[4]劉宏偉,劉中元.豎井貫通測量方案優(yōu)化[A].礦山測量編輯部.全國礦山測量新技術學術會議論文集[C].唐山:礦山測量編輯部,2009:81-83.

2011-08-15)

魏碧江(1968-),男,測量助理工程師,注冊安全工程師,主要從事礦山測量及工程施工管理工作。