山东胜宏矿业张家茅滩铁矿风井-340水平联系测量

宋 杰 崔 静 李增强

（1.山东胜宏矿业有限公司，山东 济宁 272500；2.山东龙口矿业集团 工程建设有限公司，山东 邹城 273500；3.山东鲁能菏泽煤电公司 郭屯煤矿，山东 菏泽 274000）

0 引言

张家茅滩铁矿位于山东省汶上县北部，行政区划隶属汶上县郭仓镇，南距县城约13km、距津浦铁路兖州火车站约40km。区内公路四通八达，交通十分方便。矿区地势平坦，海拔标高46.1～50.1m，北高南低。

风井位于矿区北侧，距副井约942m，井筒净直径Φ4.5m，井深390.8m，担负井下排风任务，为井下专用回风井。风井-340水平与副井-340水平贯通，为下一步1#、2#、3#矿体的开采和运输创造条件。为了使贯通工作能够很好地进行，特进行了矿井联系测量工作。

根据《煤矿测量规程》、《有色金属矿山井巷工程测量规范》的规定以及目前矿井联系测量技术水平，张家茅滩铁矿联系测量采用了长钢丝投点、长钢尺投入标高及陀螺定向技术完成张家茅滩铁矿风井联系测量工作。

1 地面连接测量与投点

1.1 地面连接导线测量

在风井南面有三个E级GPS点，即ITK13、ITK14、ITK16，其坐标如表1。

表1 已知点坐标表

为了达到风井联系测量的目的，需进行地面连接测量，测设风井投点所需的近井点。根据实际情况，使用南方静态GPS施测了 “风井门口点”、“风井小庙前”等近井点的平面坐标，高程进行了等外水准测量，利用改变仪器高法施测。

1.2 投点设备

投点工作，在地面付井罐笼下料口安放小绞车，主要设备与指标为：

（1）钢丝：准备600m长钢丝一盘，直径为1.0mm～1.8mm；

（2）绞车：一部，并将600m长钢丝缠好，固守在井口附近；

（3）垂球：采用圆柱式垂球，共2个，每个为40kg～45kg；

（4）信号圈：检查钢丝垂直度；

（5）井下确定钢丝摆动中心的简易支架装置。

1.3 钢丝的下放和自由悬挂检查

风井钢丝是通过井口罐笼下料口下放的，由于钢丝处于一个吊罐的空间，故处于自由悬挂状态，长钢尺也是从北风井罐笼下料口下放的。

地面“风井门口点”同钢丝的连接测量，是用2″级全站仪测水平角，按三个测回施测，并用全站仪测距，各项限差均满足要求。

2 井下连接测量

井下钢丝的准确观测是两井定向的难点，本次的观测是在风井-340m水平，井深约为380m，因此，提高井下连接测量精度是本次联系测量的关键所在。在本次井下连接测量中，采用摆动观测技术，在井筒淋水大、钢丝摆幅大的情况下，实现了高精度测量，这是本次联系测量的一项成功的技术实践。

2.1 摆动观测

当钢丝下放到井底，并悬挂重锤后，根据井下条件，安置交角位于45°～135°之间的两台经纬仪，并在其垂直方向分别放两个水准尺，由于钢丝摆动，用两台经纬仪分别观测钢丝在两个水准尺摆动的左右最大读数，连续取13个读数，取其左右平均值，作为钢丝铅垂状态的位置读数。同法进行两次，当较差不大于1mm时，取其平均值作为最终值。

然后将钢丝放到一边（此时，地面应连接测量完毕），用两台经纬仪在定点支架平板上标定钢丝稳定状态中心，以后，以此中心进行测角和量边。

2.2 井下连接测量

本次风井连接测量，井上下均采用2″级全站仪测角、测距。

井下水平角施测3个测回，进行往返测距。各项限差均满足要求。

3 导入标高

3.1 长钢尺导入标高基本原理

用长钢尺导入标高，就是通过北风井罐笼下料口将比长的长钢尺下放到井底，到达井底后，挂上垂球以拉直钢尺，使其处于悬挂位置。垂球不宜太重，以5Kg为宜，本次为2.4Kg。然后井上下安置水准仪或经纬仪，本次是井上安置S2级自动安平水准仪，井下为S2级自动安平水准仪，然后分别读取塔尺读数及钢尺读数，并记录井上下温度t上与 t下，本次测定为：t上=29°C，t下=26°C。 钢尺需进行比长、温度、拉力及自重改正。本次长钢尺导入标高独立进行两次。

3.2 长钢尺改正量计算

通过对钢尺进行改正，求得的钢尺第一次总的改正量为0.124m；

改变水准仪的仪器高，以同样的方式进行了第二次改正，求得钢尺第二次总的改正量也为0.124m；

两次的改正量相同。

3.3 风井导入标高钢尺改正后实长

第一次仪器高改正后视线间钢尺长为383.583m；

第二次仪器高改正后视线间钢尺长为383.627m。

3.4 风井井下顶板高程计算

第一次投点算得井下J1点高程为-330.098m；

第二次投点算得井下J1点高程为-330.099m；

本次测量两次风井导入标高高程平均值为HJ1＝-330.098m，进一步，可得 HJ3＝-330.102m，HJ4＝-330.106m，HJ5＝-330.186m.

4 陀螺定向测量

4.1 已知数据

ITK14 点至 ITK13 点坐标方位角：α=95°50′35″。

4.2 各项限差要求

使用仪器是日本生产的索佳GP1型，标称精度为±25″的陀螺仪，该仪器在风井井下各种工程使用中，性能稳定，精度可靠。对照《煤矿测量规程》，各项限差如下：

（1）观测程序：2-2-2，即下井前在地面上用两个测回定仪器常数，风井井下定向边用两个测回测定陀螺方位角，上井后在地面上用两个测回测定仪器常数；

（2）逆转点个数：5 个；

（3）摆动中值计算：NT=（N1+N2+N3）/3；

（4）全站仪前后两测回的方向值互差的限差为：15″；

（5）摆动中值的相邻互差取30″，间隔互差取55″；

（6）地面仪器常数互差：取 40″；

（7）下井前后仪器常数互差：取 40″；

（8）风井井下定向边陀螺方位角两测回互差：取70″；

（9）相邻逆转点的衰减值互差为：60″；间隔逆转点衰减互差为：75″；

（10）悬挂带零位变动误差应在±0.5格内。

4.3 子午线收敛角计算

通过计算，得张家茅滩铁矿ITK14点的子午线收敛角：γ=-0°17′8.3″

4.4 在地面已知边上测定仪器常数

定向仪器常数的测定在已知边“ITK14—ITK13”进行。下井前和上井后各测定了2个测回，仪器常数按下式计算。

△=A0-αT

式中：A0为已知边的地理方位角；αT为该边的陀螺方位角。

最后，计算得仪器常数一次测定中误差为：

4.5 风井东西大巷定向边上测定陀螺方位角

本次测定的是风井东西大巷巷道中“J2-J4边”的陀螺方位角，于2012年8月28日完成。各项限差均满足要求。所得该边的坐标方位角为 74°32′12″。

4.6 J2-J4边精度分析

陀螺定向边一次测定中误差计算：α=αT+△-γ

故陀螺定向边一次测定中误差：

5 结论

该次定向成果准确、可靠、精度高，定向中误差为±3.08″，完全可作为井下7″级首级控制的起始方向,并且作为坚强边不参加平差。

在本次井下连接测量中，采用摆动观测技术，在井筒淋水、钢丝摆幅大的情况下，实现高精度测量。以上各项测量工作于2012年8月28日完成，各项限差均满足要求，测量精度较高，为今后井下各项工程打下了良好的基础。

后记：风井-340水平2#岩脉已于2014年3月6日顺利贯通，各项限差均符合要求。

［1］栾元重，等.地表移动与变形的动态预测方法[J].矿山测量，2003,3.

［2］张国良，等.矿山测量学[M].2版.中国矿业大学出版社，2008,10.

［3］张国良，等.陀螺经纬仪定向[M].中国矿业大学出版社，1988.

［4］王正帅，等.联系测量对矿井重大工程质量的影响[J].江苏煤炭，2004,6.

［5］王永，等.基于分形的线要素综合数据处理方法[J].矿山测量，2009,10.

［6］任富强.冬瓜山矿床深井联系测量方法[J].采矿技术，2008,3.

［7］王永，等.利用 Excel绘制误差椭圆的方法[J].矿山测量，2008,12.