姚德言

瞄直法定向在重新集鐵礦中的應(yīng)用

姚德言

(安徽金日晟礦業(yè)有限責(zé)任公司，安徽 霍邱縣 247400)

一井幾何定向是礦山測(cè)量常用的一種定向方法，由于外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)計(jì)算都比較復(fù)雜，且要求測(cè)量技術(shù)人員較多，因此，根據(jù)重新集鐵礦實(shí)際情況，對(duì)其2#主井采用一井定向中的特殊形式即瞄直法定向方法進(jìn)行定向，該方法易于操作，簡(jiǎn)便易行，精度較高。使用該定向法測(cè)得的方位角誤差為1′12″，滿足規(guī)范要求，適用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。

礦山測(cè)量；一井定向；瞄直法定向

1 概 述

重新集礦區(qū)礦床位于霍邱鐵礦區(qū)的最南端，北端與吳集鐵礦床、環(huán)山鐵礦床相毗鄰；重新集鐵礦全礦床礦帶總長(zhǎng)度3900 m，礦帶寬度43～270 m，賦存標(biāo)高10～?770 m，是一大型鐵礦床，可分為二個(gè)含礦帶，分別為：上部Ⅰ礦帶，由Ⅰ1、Ⅰ2兩個(gè)礦體組成，時(shí)夾1～3層小透鏡狀礦體，以Ⅰ2號(hào)礦體為主礦體，資源量占全礦床的39.32%；下部為Ⅱ礦帶，由Ⅱ1、Ⅱ2兩個(gè)礦體組成，局部夾1～4層小透鏡狀礦體，以Ⅱ1礦體為主礦體，資源量占全礦床的 20.29%；重新集鐵礦系新建礦山，根據(jù)2#主井?570 m的實(shí)際情況，采用事先做好的等礦區(qū)地面控制網(wǎng)對(duì)2#主井?570 m采用瞄直法定向的方法將地面坐標(biāo)系統(tǒng)導(dǎo)入井下。

2 定向方法選擇

在使用豎井開拓礦山中，把地表坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)導(dǎo)入井下使井上下坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一的方法包括一井定向、兩井定向和陀螺定向。其中常用方法為一井幾何定向。一井定向是用聯(lián)系三角形法進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量，在實(shí)際操作過程中要嚴(yán)格按照規(guī)范要求選擇聯(lián)系三角形的鏈接點(diǎn)，選擇最有利的聯(lián)系三角形的形狀，即鏈接角小于2°，三角形鏈接角的對(duì)邊與短邊之比要盡量小，一般小于1.5 m。這樣構(gòu)成三角形最有利，布點(diǎn)鏈接合理，投點(diǎn)仔細(xì)，并嚴(yán)格按照規(guī)范測(cè)量，一般都能滿足礦山測(cè)量規(guī)范的要求，但是該種方法在現(xiàn)場(chǎng)解算較為復(fù)雜，測(cè)量步驟繁瑣，在緊張的測(cè)量任務(wù)和復(fù)雜的井下環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)解算極容易出錯(cuò)，且占用井筒時(shí)間較長(zhǎng)影響生產(chǎn)；兩井定向的必要條件是需要兩個(gè)井筒貫通，同時(shí)井筒之間距離越長(zhǎng)，精度相對(duì)越高，根據(jù)貫通距離較近的實(shí)際情況，放棄這種方法；陀螺定向由于成本較高一般在大型集團(tuán)化礦業(yè)公司使用。對(duì)于多數(shù)的礦山企業(yè)使用傳統(tǒng)的定向方法能夠達(dá)到礦山測(cè)量規(guī)范精度要求，滿足施工生產(chǎn)需要即可。重新集鐵礦1#主井與2#主井距離為99.95 m，且2#主井采用連接三角形法一井定向，與1#副井已經(jīng)貫通，貫通巷道橫向偏差20 cm，縱向偏差10 cm，精度完全符合測(cè)量規(guī)程，根據(jù)實(shí)際情況決定使用連接三角形法的特殊情況即瞄直法定向方法對(duì)2#主井進(jìn)行 定向。

3 瞄直法定向

瞄直法定向是一種特殊的一井定向方法，即地表和井下的兩個(gè)鏈接點(diǎn)在井筒內(nèi)的兩根鋼絲的延長(zhǎng)線上，設(shè)垂線穩(wěn)定不動(dòng)，如圖1所示，假定AB的方位角為0°，按照導(dǎo)線測(cè)量的方法把AB的坐標(biāo)和方位角延長(zhǎng)到C′點(diǎn)，公式如下：

如圖1所示，井筒鋼絲為A、B兩點(diǎn)，C及C′在AB在延長(zhǎng)線上，AB方位角和坐標(biāo)根據(jù)馬頭門的方位角和井筒半徑確定，在地表放樣出C點(diǎn)位置，再精確測(cè)出C的實(shí)際坐標(biāo)。在C點(diǎn)轉(zhuǎn)角使之和碼頭門方位一致，在方位上根據(jù)井筒直徑和現(xiàn)場(chǎng)情況確定AB兩點(diǎn)的位置，精確測(cè)出AB點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角，井下在AB的延長(zhǎng)線上找出一點(diǎn)C′點(diǎn)，在選擇連接點(diǎn)C′時(shí)，先粗瞄兩垂線A、B方向，在此方向線上的C′點(diǎn)安置全站儀，整平后用望遠(yuǎn)鏡精確瞄準(zhǔn)A、B兩垂線，按照垂直于A、B連線的方向移動(dòng)儀器，然后用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)垂線，直至C′點(diǎn)精確的選擇在A、B的延長(zhǎng)線上。最后連接成圖1的形狀。

井上下連接平面投影圖如圖2所示，從圖2可看出，AB邊作為公共邊，C及C′在AB的延長(zhǎng)線，CBA C′方位一致，分別測(cè)量出井上下C-B，C-A，B-A，A-C′的水平距離，《礦山測(cè)量規(guī)程》規(guī)定兩垂線的丈量值與計(jì)算值之差井上不超過2 mm，考慮到井下工作條件較困難故對(duì)井下放寬到不超過4 mm。如果超限需要重新觀測(cè)。

圖2 井上下連接示意圖

以井筒內(nèi)錘線投影點(diǎn)的坐標(biāo)及其連接的坐標(biāo)方位角為井下導(dǎo)線點(diǎn)的起算數(shù)據(jù)。

3.1 投 點(diǎn)

采用一井定向時(shí)在井筒內(nèi)懸掛兩根鋼絲，并懸吊一定重量的砝碼，把砝碼放入裝滿水的桶內(nèi)，注意在投點(diǎn)過程中鋼絲繩不得碰到井壁內(nèi)的管線，砝碼不得碰到桶壁不得沉入桶底。使其處于靜止?fàn)顟B(tài)才能到達(dá)上下兩根鋼絲坐標(biāo)一致的效果，由于井筒較深，所有投點(diǎn)時(shí)必須采用一定的措施減少投點(diǎn)誤差。

（1）根據(jù)井筒直徑和馬頭門的方位角選擇兩根鋼絲的位置，并盡量加大鋼絲的距離。

（2）定向時(shí)在滿足井筒內(nèi)作業(yè)人員需要的 風(fēng)量情況下，盡量減小風(fēng)速，以減少風(fēng)速對(duì)鋼絲的影響。

（3）將鋼絲繩下面掛入點(diǎn)砝碼，盡量加大砝碼的重量，將砝碼浸入裝滿水的桶里，同上加蓋防止井筒內(nèi)的滴水對(duì)鋼絲的影響。

3.2 連 接

面連接測(cè)量根據(jù)事先測(cè)量的近井點(diǎn)測(cè)出兩鋼絲的坐標(biāo)；井下連接點(diǎn)根據(jù)兩根鋼絲繩的坐標(biāo)測(cè)出?570 m連接的坐標(biāo)及方位角。從而達(dá)到把地表坐標(biāo)系統(tǒng)傳入井下的目的。如圖2所示，C與C′為井上下的連接點(diǎn)。在選擇井下連接點(diǎn)C′時(shí)應(yīng)滿足以下要求：

（1）在碼頭施工20 m以上時(shí)進(jìn)行定向，確保C′D′點(diǎn)大于20 m。C′D′點(diǎn)固定在堅(jiān)固的巷道頂板上，防止巷道倔進(jìn)爆破導(dǎo)致定向點(diǎn)破壞。

（2）應(yīng)使CC′盡可能的在AB延長(zhǎng)線上，即CC′的鏈接角趨向于0°。

投點(diǎn)后，把重錘浸入裝滿水的水桶中，認(rèn)真檢查錘線是否與井壁和水桶壁特別是?570中段的臨時(shí)操作平臺(tái)接觸，采用全圓觀測(cè)法觀測(cè)D′E的角度，測(cè)距采用徠卡TCR402全站儀免棱鏡功能加放射片。由于井下濕度較大，在測(cè)距時(shí)采用鋼尺量距檢核確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。地表和井下AB邊長(zhǎng)丈量結(jié)果互差不應(yīng)超過2 mm，否則重新觀測(cè)。

4 瞄直法一井定向的誤差分析

由于風(fēng)流和滴水等影響，鋼絲在地面井下不重合引起投點(diǎn)偏差，投向誤差是投點(diǎn)誤差引起的垂球線連線的方向偏差，瞄直法定向誤差主要是測(cè)角和投向誤差。投向誤差計(jì)算公式為：

=±(/)×（2）

式中，為投點(diǎn)誤差，AB兩點(diǎn)距離3.861 m，投點(diǎn)誤差為0.7 mm；為垂線間的距離；為206265。

經(jīng)計(jì)算得投向誤差為37.4″。

規(guī)范規(guī)定，一次定向中誤差不超過42″。為了檢驗(yàn)瞄直法定向的效果，在與1#主井電梯井聯(lián)絡(luò)巷貫通后進(jìn)行了聯(lián)測(cè)，B7-B8點(diǎn)已知方位角158°43′ 46"，以瞄直法定向的數(shù)據(jù)測(cè)出的方位角為158° 44′58"，相差0°01′12"，符合《礦山測(cè)量規(guī)程》規(guī)定一井定向時(shí)兩次獨(dú)立定向之差不超過2′的規(guī)定。

5 結(jié) 論

通過瞄直法定向方法對(duì)重新集鐵礦2#主井?570 m進(jìn)行定向可以看出，采用瞄直法定向最大的優(yōu)點(diǎn)是不用鏈接三角形的解算，較鏈接三角形一井定向具有從外業(yè)觀測(cè)到內(nèi)業(yè)計(jì)算都較為簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際工作中只要準(zhǔn)備充分、操作仔細(xì)，將投向誤差和連接點(diǎn)的選擇作為提高精度的主要問題加以控制，同樣可以達(dá)到較好的定向效果，在貫通 距離不超過300 m的井筒定向中具有非常好的應(yīng)用效果。

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(2018-11-26)

姚德言（1985—）男,安徽壽縣人，測(cè)量工程師，一級(jí)建造師，主要從事礦山測(cè)量及相關(guān)技術(shù)工作，Email: 66994223@qq.com