毛 勇

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司豐山銅礦， 湖北陽(yáng)新縣 435232）

無(wú)定向?qū)Ь€測(cè)量在豐山銅礦北緣采場(chǎng)中的應(yīng)用

毛 勇

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司豐山銅礦， 湖北陽(yáng)新縣 435232）

隨著豐山銅礦北緣采場(chǎng)回采的逐層進(jìn)行，采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)中布置的測(cè)量導(dǎo)線控制點(diǎn)被完全破壞，傳統(tǒng)的測(cè)量方法無(wú)法保證成圖精度。無(wú)定向?qū)Ь€測(cè)量方法非常適用于礦山采場(chǎng)基本控制測(cè)量，詳細(xì)介紹了該方法無(wú)定向?qū)Ь€的布設(shè)、計(jì)算過(guò)程及精度分析，實(shí)踐證明，該方法使成圖精度大大提高，具有廣泛的應(yīng)用前景。

豐山銅礦；導(dǎo)線控制；成圖精度；無(wú)定向?qū)Ь€；礦山測(cè)量

1 豐山銅礦北緣采場(chǎng)開(kāi)采現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

豐山銅礦北緣采場(chǎng)采用壁點(diǎn)柱上向分層尾砂充填采礦法，礦塊垂直走向布置，留底柱和頂柱，底柱高度為6m，頂柱高度為4m，中段高度為50m或60m。從切割拉底層開(kāi)始自下而上逐層回采，一個(gè)盤(pán)區(qū)實(shí)行一步驟回采，每次回采高度2.0m。每采一層用尾砂充填一層，充填高度為每分層2.0m，預(yù)留1～1.5m的工作空間。在中段運(yùn)輸水平布置脈外運(yùn)輸平巷和穿脈，每個(gè)盤(pán)區(qū)布置1個(gè)溜井、1個(gè)泄水井，相鄰2個(gè)盤(pán)區(qū)共用1個(gè)充填材料天井。

在北緣采場(chǎng)底部掘進(jìn)時(shí)，采場(chǎng)控制測(cè)量一般通過(guò)斜坡道直接導(dǎo)線傳遞或者簡(jiǎn)易兩井定向方案解決。隨著回采的逐層進(jìn)行，采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)布置的測(cè)量導(dǎo)線控制點(diǎn)被完全破壞。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是依據(jù)充填井或者人行濾水井粗略井中坐標(biāo)為起始數(shù)據(jù)，配合礦山懸掛羅盤(pán)儀用皮尺支距法作圖。根據(jù)人眼分辨率的大小，羅盤(pán)定向中的最高精度為0.5°，對(duì)于狹長(zhǎng)型采場(chǎng)中支導(dǎo)線的傳遞極為不利，根據(jù)誤差傳播定律，最弱邊的方位將會(huì)嚴(yán)重變形；另外羅盤(pán)定向存在著磁偏角的問(wèn)題，在采場(chǎng)里根本無(wú)法找到用于校驗(yàn)磁偏角的導(dǎo)線邊，且每個(gè)地方的磁性都是不一樣的，采場(chǎng)金屬機(jī)械設(shè)備也給羅盤(pán)磁方位角帶來(lái)很大影響，造成很大的誤差。該方法成圖精度低，地質(zhì)技術(shù)人員進(jìn)行礦體邊界圈定誤差較大，往往容易造成資源浪費(fèi)。當(dāng)采場(chǎng)礦體變化較大時(shí)，采礦技術(shù)人員也必須依據(jù)精準(zhǔn)實(shí)測(cè)圖進(jìn)行局部設(shè)計(jì)調(diào)整。在采場(chǎng)頂?shù)字厥諘r(shí)，采場(chǎng)實(shí)測(cè)圖的精度直接影響到與沿脈運(yùn)輸巷道的安全距離，如果安全距離保留過(guò)大，采礦損失率明顯加大；安全距離保留偏小時(shí)則會(huì)給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。針對(duì)以上問(wèn)題，礦山必須要對(duì)北緣采場(chǎng)測(cè)圖方法進(jìn)行改進(jìn)，從而保證成圖精度。

2 測(cè)量工作改進(jìn)措施

為了保證測(cè)量工作能快速進(jìn)行，減少測(cè)量人員在采區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域暴露時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證比較，決定采用無(wú)定向?qū)Ь€測(cè)量方法。

采場(chǎng)無(wú)定向?qū)Ь€的布設(shè)方案如下。在采場(chǎng)上向中段相鄰2個(gè)天井頂部各埋設(shè)1～2個(gè)永固點(diǎn)。天井?dāng)嗝嫘∮?.0m2或井筒利用空間不夠時(shí)只埋設(shè)1個(gè)永固點(diǎn)，天井?dāng)嗝娉^(guò)4.0m2時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況埋設(shè)2個(gè)永固點(diǎn)，本文按天井頂部只埋設(shè)1個(gè)永固點(diǎn)論述。永固點(diǎn)可以用井下頂板專用標(biāo)識(shí)埋設(shè)，也可以用鋼釘替代。標(biāo)識(shí)末端垂直懸掛Φ0.5mm尼龍線，尼龍線的長(zhǎng)度根據(jù)天井剩余高度決定。測(cè)量使用時(shí)，尼龍線自由垂直下放，離采場(chǎng)底板1m左右時(shí)，在尼龍線上系上重錘，重錘可以用較為規(guī)則的石塊替代。注意尼龍線不得與井筒內(nèi)任何障礙物接觸，如果因?yàn)榫草^高或風(fēng)流影響其靜止時(shí)，可以將重錘置于水桶或油桶中，使之穩(wěn)定。

每分層采場(chǎng)測(cè)圖數(shù)據(jù)采集時(shí)，以此2點(diǎn)作為基點(diǎn)，通過(guò)全站儀在采場(chǎng)內(nèi)側(cè)設(shè)臨時(shí)測(cè)站點(diǎn)，然后進(jìn)行碎部數(shù)據(jù)的采集。寬度較窄的采場(chǎng)利用全站儀布置支導(dǎo)線，然后使用支距法采集碎部數(shù)據(jù)，也可以利用全站儀測(cè)設(shè)臨時(shí)測(cè)站點(diǎn)，然后利用極坐標(biāo)法采集數(shù)據(jù)。

3 無(wú)定向?qū)Ь€的布設(shè)及計(jì)算

如圖1所示，A點(diǎn)和B點(diǎn)為相鄰2個(gè)天井的永固點(diǎn)，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)在上向中段用導(dǎo)線常規(guī)測(cè)量方法獲取。由于A點(diǎn)和B點(diǎn)為采場(chǎng)起算數(shù)據(jù)，且互不通視，所以該2點(diǎn)方位角需要坐標(biāo)反算求得，故A點(diǎn)和B點(diǎn)必須符合相應(yīng)導(dǎo)線精度，可以按照15″級(jí)導(dǎo)線精度施測(cè)。A點(diǎn)和B點(diǎn)為上向中段已知起算數(shù)據(jù)，1，2，3，4，…，n等為采場(chǎng)作業(yè)水平新布設(shè)的導(dǎo)線點(diǎn)。由于采場(chǎng)測(cè)圖結(jié)束后一般要進(jìn)行尾砂充填，所以臨時(shí)導(dǎo)線點(diǎn)可以布設(shè)在采場(chǎng)底板，前視、后視可以使用對(duì)中桿棱鏡組。觀測(cè)時(shí)將A、B兩點(diǎn)自由下放至采場(chǎng)工作水平，在1號(hào)點(diǎn)上架設(shè)儀器，依次測(cè)出各導(dǎo)線邊之間的夾角、各點(diǎn)之間的平距。

圖1 北緣采場(chǎng)無(wú)定向?qū)Ь€布設(shè)示意

無(wú)定向?qū)Ь€內(nèi)業(yè)計(jì)算過(guò)程如下：

（1）計(jì)算A、B兩點(diǎn)在上向中段的坐標(biāo)方位角與平距為：

式中，XA、YA、XB、YB為上向中段導(dǎo)線測(cè)量中測(cè)定的已知坐標(biāo)。

（2）計(jì)算采場(chǎng)工作水平新布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)在假定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，則設(shè)A點(diǎn)為原點(diǎn)，其坐標(biāo)為XA′＝Y(jié)A′＝0，A～1邊為X′軸方向，αΑ1′＝0°。利用采場(chǎng)工作水平新測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算A、B點(diǎn)間假定坐標(biāo)增量總和為：

由A、B兩點(diǎn)假定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，反算其方位角與距離，可得：

（3）在上述測(cè)量方案中，天井井筒深度一般都不太深，故上向中段與采場(chǎng)作業(yè)水平導(dǎo)線邊的投影改正數(shù)可以忽略不計(jì)。但是，由于測(cè)量誤差的影響，SAB≠SAB′，其差值為ΔS＝SAB－SAB′，當(dāng)ΔS值不超過(guò)測(cè)量規(guī)程中規(guī)定的允許值時(shí)，就可以改算各邊假定坐標(biāo)方位角及距離，然后計(jì)算采場(chǎng)作業(yè)水平各導(dǎo)線點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)。改正公式如下：

上述公式計(jì)算推導(dǎo)較為復(fù)雜，可作為理論研究依據(jù)。目前可利用電腦繪圖解析上述數(shù)據(jù)，將假定坐標(biāo)系統(tǒng)各數(shù)據(jù)和A、B兩點(diǎn)起算數(shù)據(jù)在Autocad或其他成圖軟件操作界面內(nèi)展開(kāi)。以A′點(diǎn)為基點(diǎn)，平移假定坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)到A點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)角度ΔαAB（ΔαAB可以直接在圖上量取，即平移后AB與AB′的夾角），按照比例因子Ks進(jìn)行縮放，使SAB′與SAB重合。電子圖中各點(diǎn)坐標(biāo)就是所求的真實(shí)坐標(biāo)。高程測(cè)量可以通過(guò)上向中段天井導(dǎo)入，也可以根據(jù)下向中段人行濾水井導(dǎo)入。因?yàn)椴蓤?chǎng)高程精度要求較低，且傳遞較為簡(jiǎn)單，不再贅述。

4 精度分析

由于無(wú)定向?qū)Ь€本身僅存一個(gè)約束條件，使其成果可靠性有所降低，甚至觀測(cè)值中含有粗差也不容易被發(fā)現(xiàn)，因此無(wú)定向?qū)Ь€具有一定的局限性，僅適用于低等級(jí)控制。不難看出，上述計(jì)算的實(shí)質(zhì)是用強(qiáng)制方法使B′點(diǎn)重合到B點(diǎn)，ΔαAB、Ks的計(jì)算過(guò)程是對(duì)無(wú)定向?qū)Ь€強(qiáng)制平差的過(guò)程。平差的實(shí)質(zhì)是將誤差適當(dāng)分配，使之滿足幾何條件和數(shù)學(xué)關(guān)系。實(shí)質(zhì)上，ΔαAB、Ks是觀測(cè)角、觀測(cè)邊的函數(shù)，是各項(xiàng)差值（包括真假坐標(biāo)方位角之差）相互制約后的綜合改正參數(shù)。如果僅把它作為衡量觀測(cè)值精度的尺度，顯然不符合實(shí)際。

如既要保留無(wú)定向?qū)Ь€的優(yōu)點(diǎn)，且所需已知點(diǎn)數(shù)量少、便于布設(shè)、外業(yè)觀測(cè)量少等，同時(shí)又能有效發(fā)現(xiàn)觀測(cè)值中的粗差，提高成果的可靠性，建議在實(shí)際測(cè)量工作中做到以下幾點(diǎn)：無(wú)定向?qū)Ь€在布設(shè)時(shí)應(yīng)盡可能整體考慮，將導(dǎo)線布設(shè)在2個(gè)以上的高級(jí)控制點(diǎn)之間，以作檢核；無(wú)定向?qū)Ь€的布設(shè)應(yīng)盡量布設(shè)成伸展形，減少水平角誤差引起的橫向誤差；水平角觀測(cè)應(yīng)采用左、右角都觀測(cè)的方法，量邊應(yīng)往返觀測(cè)，并適當(dāng)提高導(dǎo)線的測(cè)角、量邊精度；將特殊地物精確測(cè)定以作檢核，如采場(chǎng)中的人行濾水井井筒采用鋼井筒制作，自下而上變形較小，可以將鋼井筒井中坐標(biāo)作為檢核粗差的條件。

5 結(jié) 論

無(wú)定向?qū)Ь€在豐山銅礦北緣采場(chǎng)應(yīng)用以來(lái)，成圖精度有了很大提高，為采礦技術(shù)設(shè)計(jì)方案的制定以及地質(zhì)礦體界線的圈定提供了有力的保證，且有效降低了采礦損失率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

無(wú)定向?qū)Ь€測(cè)量方法非常適用于礦山采場(chǎng)或其它服務(wù)年限較長(zhǎng)的巷道測(cè)量控制點(diǎn)的恢復(fù)作業(yè)，特別是小范圍的補(bǔ)充控制測(cè)量，有著其他常規(guī)測(cè)量方法無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著數(shù)字礦山的迅速推廣，較高精度的三維數(shù)據(jù)采集為礦山采場(chǎng)三維建模及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采礦提供了較好的基礎(chǔ)。

［1］王向東.無(wú)定向?qū)Ь€在礦山測(cè)量中的應(yīng)用［J］.新疆有色金屬，2009，32（S2）：79－80.

［2］李先敬.井下長(zhǎng)距離工程測(cè)量精度分析及改進(jìn)措施［J］.采礦技術(shù)，2011，11（2）：87－88.

［3］楊家文.井下無(wú)定向?qū)Ь€測(cè)量［J］.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，3（4）：25－26.

［4］程效軍.無(wú)定向?qū)Ь€的布設(shè)及精度分析［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30（7）：886－889.

［5］李青岳，陳永奇.工程測(cè)量學(xué)［M］.北京：測(cè)繪出版社，1997.

2012－03－06）

毛 勇（1977－），男，湖北羅田人，助理工程師，主要從事礦山工程測(cè)量及技術(shù)管理工作。