金属矿山一井定向贯通测量实践

任 飞

(安徽金日盛矿业有限责任公司, 安徽霍邱县 237400)

金属矿山一井定向贯通测量实践

任 飞

(安徽金日盛矿业有限责任公司, 安徽霍邱县 237400)

周油坊铁矿床是霍邱县境内一大型深埋型铁矿床之一。为了使该矿井的北回风井-290m水平与副井-290m水平之间的回风巷准确、顺利贯通,采用三角形连接投点的方法,通过一个立井的几何定向(一井定向),建立井上、下联系三角形及布设导线,并进行联测,成功实现了定向,为实现北回风井-290m水平与副井-290m水平之间风巷的准确贯通提供了技术支持。

定向贯通;一井定向;三角形测量

周油坊铁矿是霍邱铁矿区大型铁矿床之一,矿体埋藏于地表73～196m以下,平均埋深约130m。矿体分上下两个矿带,全矿床矿带总长度4000m,矿带总宽30～200m,标高-33～-666m。采用分期开采方案,前期主要开采-530m水平以上区段。南区-170m以上,北区-230m以上开采难度大,与-530m水平以下矿体留在后期统一开采。

该矿下辖8条竖井,分别为:1,2号主井,南北回风井,副井和1,2,、3号探矿措施井。为形成矿山整体通风系统,需要副井和北风井尽快贯通。但是副井和北风井作为两个分离的、没有直接关联的矿井,确保两井间通风巷道的精确、顺利贯通,成了此工程的关键。根据矿山的具体情况,确定采用事先埋设好的四等地面控制网对副井采用一井定向的方法将控制系统导入井下,利用三角形连接投点的方法,通过一个立井的几何定向(一井定向)对北风井和副井实施定向。

1 一井定向的概念

一井定向就是在一个井筒内悬挂两根钢丝(或同时铅垂地发射两条可见光束),通过地面和井下联测,将两重锤线中心(或光束轴心)的平面坐标及其连线的坐标方位角,传递给井下的控制点和导线边。一井定向工作分为投点(由地面向定向水平投点)和连接(地面和定向水平上与悬挂的钢丝连接)两个部分。

(1)投点。投点是以井筒中悬挂的两根钢丝形成的竖直面将井上的点位和方向角传递到井下。

(2)连接。连接测量分为地面连接测量和井下连接测量两部分。地面连接测量是在地面测定两钢丝的坐标及其连线的方位角;井下连接测量是在定向水平根据两钢丝的坐标及其连线的方位角确定井下导线起始点的坐标与起始边的方位角。

由于北风井与副井不通视,根据现场实际情况,一井定向测量连接三角形法的平面见图1。

图1 连接三角形法的平面示意

图1中的点C、C′为连接点。连接三角形法应满足的条件是点C与D及点C′与D′要彼此通视,且CD与C′D′的边长要大于20m;三角形的锐角γ和γ′要小于2°;a/c与a′/c′的值要尽量小,一般应小于1.5。

地面连接测量是在C点安置经纬仪测量出ψ、φ和γ3个角度,并丈量a、b、c3条边的边长。同样,井下连接测量是在C′点安置仪器测量出ψ′、φ′和γ′3个角度,并丈量a′、b′、c′3条边的边长。

2 准备工作

(1)检查井筒断面,确定井筒的有效利用面积,测量两垂线间的最大距离为4.0294m。实地察看井上、下测量线路,确定合理的连接图形和测量路线。

(2)埋设与定向有关的测点。

(3)考虑当时的仪器等实际情况,准备了直径为1.5mm的钢丝、绞车、15kg的重垂球、定向滑轮、定点板、合适的信号圈、大水桶及定向所用的全站仪和水准仪各1台。

(4)事先在地面对测量仪器进行性能检测。

3 建立井上、下控制系统

(1)为了使井下坐标与矿区地表坐标系统统一,确保两井筒间风巷道的准确、顺利贯通。根据现有资料和实际情况建立了井上、下控制系统。两次独立定向误差仅为22″远远小于规定的1′。

(2)根据埋好的导线点和井口实际情况在地面合理设置两个测站,测角量边严格按照相关规范进行施测。

(3)连接图形的要求:三角形中两锐角应小于2°,两垂线O1、O2投点后,井上、下量得两垂球线之间距离的互差,一般应不超过2mm。

(4)定向过程中采用对讲机上下联络。

(5)点投好后,先挂上垂球并检查垂球是否与桶底或桶壁接触,等垂球静止在水桶中,把事先在地面用铁丝做成的直径为2～3cm的3～6个信号圈套在铁丝上,然后放下,看是否能够达到定向水平。若能达到定向水平说明垂线未与井桶壁或其他障碍物接触,否则应进行检查或重新投点。

4 联系三角形测量

4.1 外业测量

井上、下三角形测量应满足下列要求(见图2):

图2 三角形连接法

(1)两吊垂线(O1～O2)的间距c(c′),应尽可能选择最大的数值,本次c=4.0294m。

(2)联系三角形形状应该是延伸形状,三角形内角α及β应尽可能小,在任何情况下,α及β角都不能大于2°,本次定向分别为00°13′56.3″和00°17′10.7″。

(3)联系三角形边长a/c(a′/c′)的比值约为1.5,本次定向a/c=0.811。

联系三角形测角量边及精度要求:

(1)测角,CD边为36.145m,采用TCR402全站仪对中,地面联系三角形测角精度控制在±4″以内,地下联系三角形测角精度控制在±6″以内。

(2)量边,在垂线稳定的情况下,连接三角形的各边应用钢尺的不同起点丈量6次,读数估读到0.5 mm。相同每边各次测量误差不大于2mm,取每次测量的平均值作为结果。在垂线摆动的情况下,对井下各条边采用摆动的方法进行测量,每次至少连续读取6个读数,且每边两次丈量的互差不得大于4mm,最后,取平均值作为最终的丈量结果。

4.2 内业计算

(1)连接三角形的解算。运用正弦定理,解算出α、β、α′、β′。(2)检查测量和计算成果。首先,连接三角形的三个内角α、β、γ以及α′、β′、γ′的和均应为180°,若有少量残差可平均分配到α、β,或α′、β′上。此次定向地面三角形闭合差为179°59′59.81″,井下三角形闭合差为179°59′57″,满足精度要求。其次,井上丈量所得的两钢丝间的距离C与按余弦定理计算出的距离C相差不大于2mm;井下丈量所得的两钢丝间的距离C与计算出的距离C′相差应不大于4 mm。若符合上述要求可在丈量的a、b、c,以及a′、b′、c′,中加入改正数Va、Vb、Vc,及Va′、Vb′、Vc′:

将井上、下连接图形视为一条导线,如D-CO1-O2-C′-D′,按照导线的计算方法求出井下起始点C′的坐标及井下起始边C′D′的方位角。

(3)连接点测角精度评价。因为d边大于20 m,仪器对中时,连接点测角中误差仅为6″,明显小于规定误差的12″。

5 效 果

本次一井定向取得了成功,为北回风井和副井之间3376m的准确贯通提供了技术支持。采用一井定向的常用方法,节约了采购陀螺定向仪的费用。

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2010-01-11)

任 飞(1982-),男,安徽界首人,技术员,主要从事矿山测量工作,Email:496675178@qq.com。