礦山測量中高程導(dǎo)入方法的探討與解析

　　在礦山生產(chǎn)建設(shè)中，為了確定井下巷道、采空區(qū)與地面地形、地物的對應(yīng)關(guān)系以及井下各類巷道之間的空間分布情況，就必須使礦井并下的坐標(biāo)與地面的坐標(biāo)系統(tǒng)聯(lián)系起來。為了滿足此要求，就必須進(jìn)行使井上下坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一的聯(lián)系測量工作。聯(lián)系測量就其內(nèi)容而言包括平面、高程聯(lián)系測量兩部分，平面聯(lián)系測量簡稱定向，高程聯(lián)系測量簡稱為導(dǎo)入高程。本文僅對高程聯(lián)系測量即高程導(dǎo)入進(jìn)行論述。
　　高程聯(lián)系測量的實質(zhì)是按照一定的精度要求，采用能夠滿足相應(yīng)精度要求的儀器和合理的測量方法，把地面的高程系統(tǒng)，經(jīng)過平硐、斜井或立井傳遞到井下高程測量的起始點上，為井下測量過程中進(jìn)行高程的傳遞提供精確的起算依據(jù)，從而指導(dǎo)礦井上下的安全生產(chǎn)建設(shè)。導(dǎo)入高程的方法根據(jù)礦井開拓方法的不同分為以下三種。
　　(1)通過平硐導(dǎo)入高程。(2)通過斜井導(dǎo)入高程。(3)通過立井導(dǎo)入高程。
　　因為通過平硐、斜井導(dǎo)入高程可以比較容易地采用一般的水準(zhǔn)測量或三角高程測量來完成，其原理和實現(xiàn)手段比較簡單，所有以下只對通過立井導(dǎo)人高程做詳細(xì)論述。
　　設(shè)在地面井口附近一點A，其高程為已知，一般稱A點為近井水準(zhǔn)基點(見圖1)。在井底車場中設(shè)一點B，其高程待求。在地面與井下安置水準(zhǔn)儀，并在A、B兩點所立的水準(zhǔn)尺上讀取讀數(shù)和。
　　如果我們知道了地面和井下兩水準(zhǔn)儀視線之間的距離，則A、B兩點的高差可按下式求出：h=L-a+b=(L+b-a)　(1)
　　有了h，就能算出B點在統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)中的高程為：HB=HA-h　(2)
　　因此，通過立井導(dǎo)入高程的實質(zhì)，就是如何求得L的長度。所以有人把它叫做井深測量，就是這個緣故。
　　1　一般立井高程導(dǎo)入的方法：鋼尺導(dǎo)入高程
　　鋼尺導(dǎo)入高程分為長鋼尺導(dǎo)入和短鋼尺導(dǎo)入兩種，我國目前使用的有100m和500m長鋼尺，短鋼尺就是日常生產(chǎn)中使用的50m鋼尺。用長鋼尺導(dǎo)入高程的設(shè)備及安裝見圖2。鋼尺通過井蓋放人井下，到達(dá)井底后，掛上一個垂球，以拉直鋼尺，使之處于自由懸掛狀態(tài)。垂球不宜太重，一般以10kg為宜。下放鋼尺的同時，在地面及井下安平水準(zhǔn)儀，分別在A、B兩點所立水準(zhǔn)尺上讀取數(shù)a與b，然后將水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)鋼尺。當(dāng)鋼尺掛好后，井上、下同時讀取數(shù)m和n。同時讀數(shù)主要是避免鋼尺移動所產(chǎn)生的誤差。最后再在A、B水準(zhǔn)尺上讀數(shù)，以檢查儀器高度是否發(fā)生變動。
　　
　　此外，還應(yīng)用溫度計測定井上、下的溫度t1和t2。根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)，就能求得A、B兩點之高差為：
　　h=(m-n)+(b-a)+∑△1　(3)
　　式中：∑△1為鋼尺的總改正數(shù)，它包括尺長改正數(shù)、溫度改正數(shù)、拉力改正數(shù)和鋼尺自重改正數(shù)等4項。即：
　　∑A1=△1k+△1t+△1P+△1　(4)
　　如無長鋼尺時，也可將幾根50m的短鋼尺牢固地連接起來，然后進(jìn)行比長，當(dāng)作長鋼尺使用，同樣可取得很好的效果。
　　短鋼尺就是一般生產(chǎn)中常用的50m鋼尺，高程導(dǎo)入的方法和長鋼尺導(dǎo)入的方法基本相同，所不同的只是在井筒內(nèi)，用臨時點把井深分為許多不超過50m長度的分段，然后丈量備分段的長度，從而得到A和B兩點之間的高差為：
　　h=∑(m-n)+(b-a+∑△1　(5)
　　式(5)中：∑(m-n)為鋼尺在各分段上的上下兩端讀數(shù)之差的總和，而總改正數(shù)∑△1和用長鋼尺導(dǎo)人高程的改正數(shù)相同，但每尺段因自重而拉伸的程度很小，故可忽略不計。短鋼尺導(dǎo)入高程一般用于井深不大于鋼尺長度的立井和暗井。
　　不論用長鋼尺還是短鋼尺，導(dǎo)入高程均需獨立進(jìn)行兩次，也就是在第一次進(jìn)行完畢后，改變井上下水準(zhǔn)儀的高度并移動鋼尺，用同樣的方法再作一次。加入各種改正數(shù)之后，前后兩次之差，按《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定不得超過1／8000(1為井上、下水準(zhǔn)儀視線間的鋼尺長度)。
　　2　超深立井高程導(dǎo)入的方法
　　所謂的超深立井，本文指的是井深超過1000m的立井。實踐表明，由于地下特殊的客觀條件，當(dāng)立井井深大干800m時(有時低于800m)，導(dǎo)入高程就相對要困難很多。所以，對于超深立井而言，導(dǎo)入高程就成為一個難點。在此，從理論出發(fā)對超深立井高程導(dǎo)入提出一些思路，期望能夠?qū)嶋H工作有所啟發(fā)。
　　2.1利用長鋼尺分段導(dǎo)入高程
　　當(dāng)立井井深大于1000m時，我們很難制作出能夠滿足導(dǎo)入要求的長鋼尺，一方面大于1000m的長鋼尺其自重是絕對不能夠忽略的，另外再加上懸掛垂球的質(zhì)量，會使鋼尺發(fā)生比較嚴(yán)重的拉伸形變，而在地面我們很難模擬出大于1090m的長鋼尺在立井中豎直懸掛時的拉伸狀態(tài)，所以直接利用長鋼尺一次性導(dǎo)入高程其精度值得懷疑。在此情況下，我們可以將井筒進(jìn)行分段，利用滿足導(dǎo)入要求的長鋼尺(以500m鋼尺為宜)進(jìn)行高程導(dǎo)入，在精確得到井筒某段井深的情況下就可以比較精確地導(dǎo)入高程。同理，在對立井進(jìn)行適當(dāng)分段的基礎(chǔ)上，也可以采用鋼絲進(jìn)行高程導(dǎo)入。
　　2.2光電測距儀兩段法導(dǎo)入高程
　　由于超深立井特殊的條件，光電測距儀很難一次性完成高程導(dǎo)入，主要原因是濕度、霧氣等因素會嚴(yán)重影響測距，導(dǎo)致不能夠測出距離，這時，如果我們在井筒中(應(yīng)當(dāng)在大約井深1／2處為宜)設(shè)法放置能夠同時向上向下反光的反射鏡，就達(dá)到了分段測量的目的，從而完成高程導(dǎo)入。
　　3　結(jié)語
　　總之，高程導(dǎo)人在礦山生產(chǎn)建設(shè)中是一項極其重要的基礎(chǔ)性測量工作，其精度必須能夠滿足礦井生產(chǎn)的實際需要。傳統(tǒng)的高程導(dǎo)入方法雖然能夠解決一般的高程導(dǎo)人問題，但隨著礦井安全生產(chǎn)形勢的發(fā)展，高程導(dǎo)人的精度必然會越來越高，特別是超深立井高程導(dǎo)入，仍然是礦山測量工作者面臨的一個難點。有待于我們礦山測量工作者在實踐中不斷探索、驗證和總結(jié)，同時也期待著新儀器設(shè)備、新方法的誕生，通過使用新儀器、新方法來提高高程導(dǎo)入的精度和效