竖井一井定向误差分析的探讨

丁太平

（新疆阿舍勒铜业股份有限公司 哈巴河 836700）

竖井一井定向误差分析的探讨

丁太平

（新疆阿舍勒铜业股份有限公司 哈巴河 836700）

新疆阿舍勒铜矿下采区550m中段至500m中段3号采场使用中深孔分段矿房法，其分段高度为16～17m，50m中段高度之间分几个水平凿岩分段。各水平凿岩分段的平面控制测量采用竖井三角形连接法联系测量，其误差由两个中段的连接误差和投向误差3部分组成，本文对其误差精度进行分析探讨。

阿舍勒铜矿 联系测量 连接误差 投向误差

1 概述

1.1 基本情况

地质概况：新疆阿舍勒铜矿采用上下采区的分区开采方法，其下采区500m中段5003＃采场位于1号矿体中部；矿体上盘界线在平面上向北急剧收缩，其产状近于直立，上下盘矿岩界线向内缓缓收缩；采场宽度10m，中段高度50m，平均地质品位，Cu 3.08%、Zn 1.12%；矿体下盘围岩为黄铁矿，向北变为英安斑岩；上下盘围岩稳固性较差。

采场布置：矿房垂直矿体走向布置，其切井和人行联络井分别布置在矿房的两端。切井作为中深孔爆破拉槽的自由面和补偿空间要求较大为好。该采场分段高度分别为17m、16m、17m，即绝对标高分别为500m、517m、535m，并都与切井和人行井联通，作为中深孔凿岩硐室。由于500m中段底板沿3号穿脉处岩石破碎严重，所以从岩石较稳固的2号穿脉西部斜拉3号穿脉作为沟通巷道，鉴于5号采场目前出矿过程中暴露出来的出矿巷道和出矿进路垮落严重的状况，依照工程技术人员的指示，采用双机芯中深孔拉底方法，以形成V型的出矿堑沟，那样既能有效地保护出矿巷道不受破坏，又能减少残留在矿房中的已采下的矿石量。

1.2 一井定向

一井定向是几何定向的普通方法之一。一井定向通常采用三角形连接法。外业工作包括定向投点和上下水平段的连接测量，定向投点就是在井筒中挂两根钢丝线。

1.3 一井定向的准备工作

一井定向准备工作的完善与否是定向工作顺利完成的关键之一，必须作好充分准备。定向前的准备工作有：

⑴查看定向用的竖井井底和竖井顶部的岩石安全情况，踏勘上下水平中段或分段的测量路线，以便合理作布置投点准备，选择上下段连接用的图形和测量路线；

⑵布设与定向有关的导线点，并进行联系测量；

⑶检核定向用的测量仪器，准备定向投点用的工用具等，如定向投点用的重要设备有钢丝线、锤球、大水桶(装满水)；

⑷点的布设与投点，即将钢丝线系上锤球后放入大水桶中，并要求锤球不能碰到水桶底。

2 一井定向的误差组成

定向测量是由井上连接、井下连接和投向组成，误差分别为：⑴井上连接误差m上；⑵投点误差θ；⑶井下连接误差m下。

则定向误差为：

根据实际定向资料分析可知：

按《规程》要求，一井定向一次定向中误差Mα0＝4 2″，因此，投向误差最大应为：

即有：θ≤30″

当上下连接误差影响大致相等时，连接误差应满足：

2.1 投点误差分析

一井定向是依靠两根锤球线将地面坐标与方向传递到定向水平，由于锤球线偏斜而引起的方向误差，一般称为“投向误差”。欲使投向误差＜30″，当两锤球线间距为2～5m时,其投点误差为0.3～0.8 mm，这个要求很高。下面就各种影响投点精度的因素分别进行分析研究。

⑴气流对锤球的影响：一般通风情况下，矿井内的风流呈紊流状态，从而造成对锤球线的侧压力。这种压力的方向与大小都是混乱的，其中大部分可相互抵消。不过，由于锤球在井筒中所处位置不同，它所受气流影响亦不同，一般分为3段：第一段钢丝在井筒中间所受影响较小；第二段钢丝在定向中段受气流的单向侧压力影响，造成锤球线偏斜；第三段钢丝和锤球在稳定液中，基本不受气流影响。

总之，锤球线在井筒内因气流作用所产生的偏斜值的大小，与锤球长度、锤球质量、风流速度和在定向中段高度等因素有关，可以定量地计算气流对投向误差的影响量。这里不做详细介绍。

减小风流影响一般采取下述措施：①减小风速，在定向时采取停风，关闭风门措施；②减小锤球线受气流影响的长度，若采取停风，关闭风门后，仍有负压存在，则可在垂线上加一套管，以防气流直接冲击垂线；③加大锤球质量，但应注意锤重与所选用的钢丝直径相适应。否则钢丝直径增大，钢丝受风流的作用力也增大，一般选用钢丝直径为1.5～2.0mm，而锤球质量不超过300 kg为好；④选择下放锤球位置，尽量使两锤球线的联线方向与风流方向一致，以减小投向误差。

⑵井筒内滴水对锤球线的影响：井筒内滴水、涌水或水管漏水等，将打击锤球和垂线，破坏其均匀摆动。但这种现象无法用数学式来表达，因此，只能在选择锤球线的悬挂位置时给予注意，采用挡水板并在稳定液桶上加挡水盖等措施，以减小其影响。

⑶钢丝的弹性作用：为了避免这种影响应采用大直径滚筒的绞车，直径较细的钢丝和相应的锤重；选择定点板下完全铅直的位置进行观测。为此，在连接时要求视线低于定点板，尽量布置在两锤球线的联线方向上，并使滑轮与定点板间一段斜线对铅垂线的偏角β尽可能小，以减少对投向的影响。

⑷锤球线的摆动面和标尺面不平行：当进行锤球线的摆动观测时，若垂线摆动方向与标尺面不平行，这时真正的稳定位置应位于摆幅的中点。该点在标尺上的读数与真实位置的距离差，即为由于锤球线的摆动面与标尺面不平行所引起的投点误差。为了减少这项误差的影响,观测时应尽量使锤球线的摆动方向与标尺平行,并适当限制摆幅的大小,一般要求不超过100 mm。

⑸锤球线的附生摆动：在理想条件下，井筒内锤球线的摆动，应象单摆一样具有均匀而逐渐衰减的摆幅，但从实际观测发现锤球线的各相邻摆幅中央位置的联线并不成直线而是不规则曲线。这说明锤球线在摆动过程中，有其它附加的摆动影响了其主要摆动。这种附加的摆动，称为锤球线的附生摆动。为了减少附生摆动，可采取适当增大垂线摆幅，并采用足够的锤球质量。同时将锤球放在稳定液中，尽量减小风速并保持稳定气流状态，这样可以减小附生摆动的影响。

2.2 三角形法连接时的误差分析

在图1中,井下导线起始边C'D'的方位角αc'd'，是由下式推算的：

图1

所以可以认为方位角αc'd'的误差即为定向误差，以Mαc'd'表示。该误差除包括各角的测角误差外，还有投向误差e。因此，其总的定向误差为：

实际该公式分别表示井上连接、井下连接和投向误差等3部分，即有：

连接三角形中锤球线处角度的中误差及连接三角的最有利形状另起段在连接测量中锤球线处的角度α，是通过正弦定理间接算得，即：

根据误差传播定律对上式进行偏导数计算，令ma=mc=ms可得β角的误差为：

对井下定向水平的连接三角形，也可得同样的误差计算公式。

由该公式可知角误差mα、mβ与锤球线距离c成反比，而与C点至两锤球线间的距离a、b成正比。

根据上述分析，连接三角形如按下述要求布置与测算时最为有利，即所谓“有利连接三角形”：

（1）垂线间距c愈大愈好；

（2） C点至A、B两点距离a、b愈小愈好。据研究认为，当c=3～5m时，a为8.5m左右最为有利；

（3）γ角观测精度愈高愈好；

（4）锐角α愈小愈好，钝角β角则愈大愈好：α应＜2°，β应＞178°，使A、B、C 3点尽可能位于一直线上，形成“延伸三角形”；

（5） 方位角传递时，必须通过误差较小的锐角；

（6）由于γ在计算中没有检查，必须仔细观测与计算。

3 误差预计和分析

阿舍勒铜矿联系测量中，在5003＃采场采用连接三角形法进行一井定向，其连接方案见图1。试根据下列实测结果，预计其定向误差。

由图 1可推得 αc'd'=αcd+φ-α+β'+φ'±4×180°；设ψ、β、α′和ψ′的中误差为mψ、mβ、mα′和mψ′则定向水平起始边方位角中误差为：

式中，θ为投向误差（可以查表或计算出来）。定向测量工作使用莱卡402全站仪。其主要技术指标：一测回水平方向中误差±0.71″；照准误差±2″；读数误差为0。

按下列顺序估计或估算定向测量的各项误差：

⑴连接误差：

算角中误差mβ、mα′：

e根据550m中段巷道顶板高度3～4m，对中线量误差较大，设e=1mm，535m分段巷道断面小，对中线量误差较小，设e=0.1mm。

则在测站C点上：

该次的定向中误差符合《测量工作规程》的精度要求。

收稿：2013-08-26