无定向导线测量在丰山铜矿北缘采场中的应用

毛 勇

（大冶有色金属有限责任公司丰山铜矿， 湖北阳新县 435232）

无定向导线测量在丰山铜矿北缘采场中的应用

毛 勇

（大冶有色金属有限责任公司丰山铜矿， 湖北阳新县 435232）

随着丰山铜矿北缘采场回采的逐层进行，采场底部结构中布置的测量导线控制点被完全破坏，传统的测量方法无法保证成图精度。无定向导线测量方法非常适用于矿山采场基本控制测量，详细介绍了该方法无定向导线的布设、计算过程及精度分析，实践证明，该方法使成图精度大大提高，具有广泛的应用前景。

丰山铜矿；导线控制；成图精度；无定向导线；矿山测量

1 丰山铜矿北缘采场开采现状及存在问题

丰山铜矿北缘采场采用壁点柱上向分层尾砂充填采矿法，矿块垂直走向布置，留底柱和顶柱，底柱高度为6m，顶柱高度为4m，中段高度为50m或60m。从切割拉底层开始自下而上逐层回采，一个盘区实行一步骤回采，每次回采高度2.0m。每采一层用尾砂充填一层，充填高度为每分层2.0m，预留1～1.5m的工作空间。在中段运输水平布置脉外运输平巷和穿脉，每个盘区布置1个溜井、1个泄水井，相邻2个盘区共用1个充填材料天井。

在北缘采场底部掘进时，采场控制测量一般通过斜坡道直接导线传递或者简易两井定向方案解决。随着回采的逐层进行，采场底部结构布置的测量导线控制点被完全破坏。传统的测量方法是依据充填井或者人行滤水井粗略井中坐标为起始数据，配合矿山悬挂罗盘仪用皮尺支距法作图。根据人眼分辨率的大小，罗盘定向中的最高精度为0.5°，对于狭长型采场中支导线的传递极为不利，根据误差传播定律，最弱边的方位将会严重变形；另外罗盘定向存在着磁偏角的问题，在采场里根本无法找到用于校验磁偏角的导线边，且每个地方的磁性都是不一样的，采场金属机械设备也给罗盘磁方位角带来很大影响，造成很大的误差。该方法成图精度低，地质技术人员进行矿体边界圈定误差较大，往往容易造成资源浪费。当采场矿体变化较大时，采矿技术人员也必须依据精准实测图进行局部设计调整。在采场顶底柱回收时，采场实测图的精度直接影响到与沿脉运输巷道的安全距离，如果安全距离保留过大，采矿损失率明显加大；安全距离保留偏小时则会给安全生产带来隐患。针对以上问题，矿山必须要对北缘采场测图方法进行改进，从而保证成图精度。

2 测量工作改进措施

为了保证测量工作能快速进行，减少测量人员在采区危险区域暴露时间、降低劳动强度，经实验论证比较，决定采用无定向导线测量方法。

采场无定向导线的布设方案如下。在采场上向中段相邻2个天井顶部各埋设1～2个永固点。天井断面小于4.0m2或井筒利用空间不够时只埋设1个永固点，天井断面超过4.0m2时可以根据实际情况埋设2个永固点，本文按天井顶部只埋设1个永固点论述。永固点可以用井下顶板专用标识埋设，也可以用钢钉替代。标识末端垂直悬挂Φ0.5mm尼龙线，尼龙线的长度根据天井剩余高度决定。测量使用时，尼龙线自由垂直下放，离采场底板1m左右时，在尼龙线上系上重锤，重锤可以用较为规则的石块替代。注意尼龙线不得与井筒内任何障碍物接触，如果因为井筒较高或风流影响其静止时，可以将重锤置于水桶或油桶中，使之稳定。

每分层采场测图数据采集时，以此2点作为基点，通过全站仪在采场内侧设临时测站点，然后进行碎部数据的采集。宽度较窄的采场利用全站仪布置支导线，然后使用支距法采集碎部数据，也可以利用全站仪测设临时测站点，然后利用极坐标法采集数据。

3 无定向导线的布设及计算

如图1所示，A点和B点为相邻2个天井的永固点，其坐标数据在上向中段用导线常规测量方法获取。由于A点和B点为采场起算数据，且互不通视，所以该2点方位角需要坐标反算求得，故A点和B点必须符合相应导线精度，可以按照15″级导线精度施测。A点和B点为上向中段已知起算数据，1，2，3，4，…，n等为采场作业水平新布设的导线点。由于采场测图结束后一般要进行尾砂充填，所以临时导线点可以布设在采场底板，前视、后视可以使用对中杆棱镜组。观测时将A、B两点自由下放至采场工作水平，在1号点上架设仪器，依次测出各导线边之间的夹角、各点之间的平距。

图1 北缘采场无定向导线布设示意

无定向导线内业计算过程如下：

（1）计算A、B两点在上向中段的坐标方位角与平距为：

式中，XA、YA、XB、YB为上向中段导线测量中测定的已知坐标。

（2）计算采场工作水平新布设导线点在假定坐标系中的坐标，则设A点为原点，其坐标为XA′＝YA′＝0，A～1边为X′轴方向，αΑ1′＝0°。利用采场工作水平新测定数据，计算A、B点间假定坐标增量总和为：

由A、B两点假定坐标系中的坐标，反算其方位角与距离，可得：

（3）在上述测量方案中，天井井筒深度一般都不太深，故上向中段与采场作业水平导线边的投影改正数可以忽略不计。但是，由于测量误差的影响，SAB≠SAB′，其差值为ΔS＝SAB－SAB′，当ΔS值不超过测量规程中规定的允许值时，就可以改算各边假定坐标方位角及距离，然后计算采场作业水平各导线点的真实坐标。改正公式如下：

上述公式计算推导较为复杂，可作为理论研究依据。目前可利用电脑绘图解析上述数据，将假定坐标系统各数据和A、B两点起算数据在Autocad或其他成图软件操作界面内展开。以A′点为基点，平移假定坐标系统数据到A点，旋转角度ΔαAB（ΔαAB可以直接在图上量取，即平移后AB与AB′的夹角），按照比例因子Ks进行缩放，使SAB′与SAB重合。电子图中各点坐标就是所求的真实坐标。高程测量可以通过上向中段天井导入，也可以根据下向中段人行滤水井导入。因为采场高程精度要求较低，且传递较为简单，不再赘述。

4 精度分析

由于无定向导线本身仅存一个约束条件，使其成果可靠性有所降低，甚至观测值中含有粗差也不容易被发现，因此无定向导线具有一定的局限性，仅适用于低等级控制。不难看出，上述计算的实质是用强制方法使B′点重合到B点，ΔαAB、Ks的计算过程是对无定向导线强制平差的过程。平差的实质是将误差适当分配，使之满足几何条件和数学关系。实质上，ΔαAB、Ks是观测角、观测边的函数，是各项差值（包括真假坐标方位角之差）相互制约后的综合改正参数。如果仅把它作为衡量观测值精度的尺度，显然不符合实际。

如既要保留无定向导线的优点，且所需已知点数量少、便于布设、外业观测量少等，同时又能有效发现观测值中的粗差，提高成果的可靠性，建议在实际测量工作中做到以下几点：无定向导线在布设时应尽可能整体考虑，将导线布设在2个以上的高级控制点之间，以作检核；无定向导线的布设应尽量布设成伸展形，减少水平角误差引起的横向误差；水平角观测应采用左、右角都观测的方法，量边应往返观测，并适当提高导线的测角、量边精度；将特殊地物精确测定以作检核，如采场中的人行滤水井井筒采用钢井筒制作，自下而上变形较小，可以将钢井筒井中坐标作为检核粗差的条件。

5 结 论

无定向导线在丰山铜矿北缘采场应用以来，成图精度有了很大提高，为采矿技术设计方案的制定以及地质矿体界线的圈定提供了有力的保证，且有效降低了采矿损失率，取得了良好的经济效益和社会效益。

无定向导线测量方法非常适用于矿山采场或其它服务年限较长的巷道测量控制点的恢复作业，特别是小范围的补充控制测量，有着其他常规测量方法无可替代的优势，具有广泛的应用前景。随着数字矿山的迅速推广，较高精度的三维数据采集为矿山采场三维建模及实时动态采矿提供了较好的基础。

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［5］李青岳，陈永奇.工程测量学［M］.北京：测绘出版社，1997.

2012－03－06）

毛 勇（1977－），男，湖北罗田人，助理工程师，主要从事矿山工程测量及技术管理工作。