金属矿井联系测量以及井下导线测设的实际应用

黄中德

（安徽山水测绘院， 安徽 淮北 235000）

关键字：联系测量; 导线测设;精度评定;安全保证

1 井上下联系测量的意义及方法

1.1 井上下联系测量的意义

联系测量在矿井作业中发挥着定向的作用，在矿井定向的过程中，在应用这种测量方法时，需要将地面上的平面坐标传递到地下矿井巷道的仪器中，这样可以在矿井中建立平面坐标，而且可以保证井上、井下的坐标体系一致。在矿井定向的过程中，主要有两种工作方式，一种是几何原理的定向方式，另一种是物理特性的定向方式。在应用联系测量方法时，工作人员要采用有效的方式提高测量的精确度，这样才能保证井下作业的质量以及安全性，才能促进金属矿开采行业更好的发展。

1.2 井上下联系测量方法

立井井上下平面坐标的传递采用钢丝投点法。所谓钢丝投点就是从井筒中悬挂一根高强度钢丝至定向水平，投点钢丝为直径1.5mm的高强度钢丝。为了减小投点误差，提高传递坐标的精度，采用单重摆动投点的方法。

当有关设备安装就绪后，电话通知定向水平的人员离开井筒，开始下放钢丝，钢丝的下放端连接牢固一个重约3～5kg的沙包，通过导向滑轮徐徐下放，速度控制在1m/s，等到达测量水平后，立即停止下放钢丝并闸住绞车，井下钢丝牢固连接托盘，并置于盛满水的稳定液桶中，逐个放上重砣并稳定限幅（图1）。

图1 投点设备及其安装Fig. 1 Shaft plumbing equipment and its installation

当垂球线逐渐处于稳定状态后，采用信号圈法检查其在井筒中的自由悬挂情况，信号圈用φ1mm的轻金属丝制作，每隔一定时间（约60s）依次下放一个信号圈，共放3个，确认每个信号圈均顺畅到达托盘，保证钢丝与井壁、井筒设备无接触。

2 井下导线的布设与等级

由于受井下巷道条件的限制，井下平面控制均以导线的形式沿巷道布设。井下平面控制测量的目的是建立井下平面测量的控制，作为测绘和标定井下巷道、硐室、回采工作面等的平面位置的基础，也能满足一般贯通测量的要求。

导线形式是井下平面控制的主要形式，一般沿巷道进行导线的布设，这种布设主要是由巷道条件限制所造成的。建立井下平面测量的控制，并在该测量结果的基础上进行井下巷道、回采及硐室等工作，这就是进行井下平面控制测量的主要目的。这种测量控制能满足一般测量的基本要求。在进行井下导线的布设时，通常需遵循一定的原则，主要原则就是高级控制低级。有关规程规定了井下平面控制类型，主要包括的类型有采区控制与基本控制。在进行井下平面控制时，需将复测支导线或者闭合导线布设在井下平面控制中，无论是采区控制还是基本控制，都需进行敷设。基本控制导导线与采区控制导线主要分为2个级别，采区控制导线的两级是根据测角精度进行划分的，将其划分成±15″与±30″级别。而基本控制导线也是根据测角精度进行划分的，将其划分成±7″与±15″两个级别。

3 井下全站仪导线测量的特点

井下导线测量受环境的影响，与地面测量有很多的不同之处。

3.1 井下测量的主要特点

（1） 施工环境差，如黑暗潮湿，通视条件不好，行人、矿车来往频繁干扰大、点位一般布设于坑道顶部，需进行点下对中，边长长短不一。提高测量精度很关键。

（2）坑道往往独头掘进，通视条件不好，随着坑道掘进，点位误差积累越来越大。

（3）施工面狭窄，坑道测量一般只能前后通视，控制测量形式单一，大多采用导线测量形式。

（4）井下巷道测量精度要求高，在井下平面控制测量及井下巷道贯通测量中，导线测量精度的高低将对确定新老巷道及采空区之间的关系、巷道的贯通等产生直接的影响，在矿山的安全生产及抢险救灾工作中也起着重要的作用。

（5）井下导线测量方法一般先布设低级导线指示坑道掘进，后布设高级导线进行校核。

3.2 全站仪用于井下导线测量的观测方法

（1） 井下导线点的选点和埋点。井下选择导线点，应当全面综合考虑以下几个方面:

邻导线点之间通视良好，并应尽可能使点间距离大些，尽量避免长短边相接。在巷道的连接处和交叉口处，应当埋设导线点。

为了避免运输干扰，应尽量将点设在远离运输轨道的一侧。

导线点应当选在巷道稳定、安全、便于安置仪器进行观测的地方，避开淋水、片帮落石和其他不安全因素。

久点至少应当在观测前一昼夜埋设好，待混凝土将点芯铁固牢后再开始观测。

（2） 仪器操作人员的配置。用全站仪进行井下导线测量一般需要4人，其中主测1人，记录1人，另两人立棱镜和照明前后视觇标。在下井之前应当明确分工，一到井下工作地点便各司其职，迅速而有条不紊地开展工作。

（3）“三联架”法导线测量。目前先进的全站仪均有配套的棱镜、觇标和“三联架”基座设备，即仪器头和棱镜觇标可以共用相同的基座与三脚架。这样，每个三脚架连同基座只需整平对中一次，随后在搬站时，只需移动仪器头和棱镜觇标，而不必移动三脚架和基座。有了“三联架”设备，可以简化工作组织，提高工作效率，并减少对中误差对测角和测边的影响。视不同情况，导线测量可以用以下几种方法来施测:

①三联脚架法。如图2所示，欲从已知导线点A和B开始施测导线A－B－1－2－3…，首 先 在B点安置全站仪整平对中，在后视点A和前视点1安置觇标整平对中。测完B站后，B点及1点的三脚架和基座保持不动，将B点的仪器头移到1点，直接插入原已安置好的三脚架基座中，将A点的棱镜觇标直接插入B点的三脚架基座中，而将A点的三脚架和基座移到2点整平对中，并将1点的棱镜觇标插入2点已整平对中的基座中，即可开始第二站的观测。由此可见，每观测完一站，只需在新的前视点上将三脚架和基座整平对中一次，从而提高了井下的工作效率。

②四架法。

③省点法。

图2 三联脚架法测量原理Fig. 2. Measuring principle of tripod method

4 工程实例应用

本矿区位于濉溪县四铺乡新庄村，矿区北距濉溪县城约29km，东距宿州市火车站约13km，距合徐高速公路约8km，宿州市至河南303省道经过矿区边部，交通十分方便。矿区地势平坦，地面海拔27.5m。矿区西边有陈庄铁矿、刘楼铁矿，和三铺铁矿毗邻。

4.1 井上下联系测量

因矿井资源分布断层情况，本次联系测量为二次联系测量，即在一次联系测量的基础上，又进行了井下井的开挖。新副井分为两个水平，井下-300m处为第一水平，井下-530m处为第二水平。新副井联系测量方法采用陀螺仪定向法。经过陀螺定位仪测量得出两个水平的成果表如表1、表2 所示。

表1 新副井（-300m）联系测量成果表Table 1. Connection measurement results of new auxiliary shaft (-300m)

表2 新副井（-530m）联系测量成果表Table 2 Connection measurement results of new auxiliary shaft (-530m)

根据井上已知点X1，X2坐标，通过钢丝，钢尺，陀螺经纬仪，全站仪等工具经坐标导入井下，为井下导线测量提供起始值。

4.2 井下导线测量

井下导线作为井下掘进，贯通以及安全保证的基准，应正确的选点与观测，本矿区采用全站仪“三联脚架法”进行井下导线的测量。“三联脚架法”测量原理我们在上文已经经过详细的介绍，本文选取新副井-530m的导线测量数据进行简要分析。

使用2秒全站仪，全圆法观测2测回，长短边相邻角增加测回数，导线边长往返测量取其平均值，采用“三联脚架法”进行导线测量。本次井下导线总长为1225.685m，控制测边长最长边为142.717m，短边为4.597m，导线边长往返测量较差≤2mm，水平角同一测回中半测回互差最大为10″，两测回间互差最大为12″，测角中误差为8.14″。平面坐标精度分析如表3所示。

以上测量闭合误差、中误差等均符合《规程》和《设计书》等规范要求。

表3 平面精度分析Table 3. Analysis of plane precision

井下高程控制测量采用三角高程测量。井下高程点为导线点的高程。

井下三角高程测量要求相邻两点往返测高差的互差不应大于10mm+3mm×D （D为导线平边长，以m为单位）。三角高程导线的高程闭合差不应大于30√L（L为导线长度，以km为单位）。

仪器高和觇标高在观测开始前和结束后用钢尺各量一次。两次丈量的互差最大为2mm，然后取其平均值作为丈量结果。相邻两点往返测高差的互差最大为12mm；三角高程导线的高程闭合差为±8.3cm。符合《规程》等要求。

4.3 导线控制网的实际应用

井下导线控制网是矿井生产的基础，不仅能指导矿井掘进的方向，贯通以及工作面开采等问题，其在矿井安全保证上也有很大的意义。本次金属矿在-530m巷道施工过程中，需在A点处再挖一口暗竖井，但在施工过程中，当挖至-530m以下5m处左右，出现突水现象，地下水从A点涌出，威胁到矿山生产安全。

鉴于此种情况，经矿方研究决定，需在地面A’进行钻孔施工，直通A点，进行混凝土浇灌，防止突水的恶化，保证-530m巷道的安全施工。

根据施工方提供的A点平面坐标，并结合地面控制网放样至地面A’处。然后进行钻孔。直接通向-530m巷道处，竖井正好落在A(x,y)点，进行混凝土浇灌作业。经后期测量工作，测出竖井在-530m井口中心坐标A’(X，，Y，)，求出A’点点位中误差为考虑到施工过程中的误差影响，此精度满足工程要求。

此次井上下联系测量进一步验证井下导线的精度满足规范要求，同时井下巷道的安全施工提供安全可靠的保证。

5 结语

本文主要采用传统的联系方法进行了两次井上下联系测量，并简要介绍了新副井（-530）的导线布设，测量结果以及精度评定。并以工程实例介绍了井下导线控制的重要意义。矿井勘测是一种重要的工作，随着科技的不断发展，矿井测量方法越来越多，也越来越先进，其中联系测量在矿井作业时发挥中重要的定向作用，应用这种方法，可以保证井下作业的安全性。

我认为，每次测量过程都会有不同的收获，身为地质测绘工作者，要勇于实践，不能只是纸上谈兵，要更多的深入一线测绘行列之中，认真总结每次的体会与收获，并将之分享，相信那句话，你有一个观点，我有一个感触，我们以之交换，就会是一加一大于二的过程。