联系测量中矿井的一井定向

石 丽 甄 娟

(山东省煤田地质局 物探测量队，山东 泰安271021)

1 平面联系测量及一井定向简介

在采矿工程中，较早期的测量工作是将地面的平面坐标系统传递到地下，从而统一地上、井下平面坐标系统，以确保矿井在平面上的顺利建设和安全生产，该项工作称为平面联系测量。

平面联系测量的具体任务是通过经纬仪导线测量并计算得到井下导线起算边的坐标方位角及起算点的平面坐标x和y的值，并同时对测量的精度和误差进行控制及预计。

在平面联系测量中，坐标方位角传递的误差是主要的，因此又把它称为矿井定向。

矿井定向按照其性质可分为几何定向和陀螺定向两种，而几何定向又分为一井定向和两井定向。在通过平硐和斜井以及竖井的几何定向中，其中前两种定向较为简单，而在竖井几何定向中，又以一井定向较复杂且常见。本文有意对矿山一井定向的基本原理和测量过程进行总结，并结合实例分析对其加以说明，以期在今后工作中遇到此类问题时能够解决的更好。

2 一井定向的基本原理

2.1 钢丝投点及外业施测过程

进行一井定向时，在竖井井筒中悬挂两根钢丝垂球线（如图1），投点时利用绞车盘住钢丝向下放，并使用信号圈检查钢丝垂直度，钢丝下放到井底后挂上30kg的圆盘式垂球。

挂上垂球后的钢丝呈摆动状态，为了确定其投点位置，在井下放置能够确定钢丝摆动中心的简易支架，然后作摆动观测。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直尺，由于钢丝摆动，用两台经纬仪分别观测钢丝在两个直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。

在地面上利用地面控制点测定两垂球线的平面坐标及其联线方位角。井下摆动观测完成后，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测边），然后使用全站仪测角、量边，把垂球线与井下起始控制点连接起来，并通过计算确定井下起始控制点的坐标和方位角。

图1 一井定向联系测量简图

一井定向常采用连接三角形法进行连接测量，如图2所示，A、B点为两垂球线点,C与C′称为井上下的连接点，从而在井上下形成了以AB为公用边的三角形ABC和ABC′。

其中，在选择井上下连接点C和C′时应满足下列要求：

（1）CD 和 C′D′的长度应尽量大于 20m；

（2）应使 C 和 C′点处的锐角 γ 及 γ′小于 2°，构成最有利的延伸三角形；

（3）点C和C′应适当地靠近最近的垂球线，使a/c和 b′/c之值尽量小一些。

图2 连接三角形示意图

2.2 一井定向的内业计算

内业计算时，首先应对全部记录进行检查。然后对边长加入各项改正，并按下式解算连接三角形各未知要素。

计算出的 α、β 角应满足下列条件：α+β+γ=180，

因计算α、β角时数值凑整误差的影响，可能会出现不满足上述条件。

若存有微小的残差时，则可将其平均分配给α和β。另外计算时应对两垂球线间距进行检查。设C丈为两垂线间距离的实际丈量值，C计为其计算值，则：

如在地面连接三角形中d＜2mm、井下连接三角形中d＜4mm，可在丈量的边长中分别加人下列改正数，以消除其差值。

3 一井定向测量实例

在矿山测量中，经常使用一井定向方法进行坐标系统的统一和高程上下传递。以下介绍济宁花园煤矿副井一井定向的过程。

地面连接测量采用矿区内控制点6号点、8号点，其已知坐标数据如表1所示。在6号点安置全站仪，以8号点为后视，按5″级导线测量要求，测定副井井口近井点E1点，导线布设如图3所示。

表1 已知点坐标

地面“井口E1号点”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。支导线计算成果如表2所示：

表2 支导线坐标计算

图3 副井地面连接测量

下面图4和图5分别是井下连接导线测量图和井下连接测量平面示意图。

图4 井下连接导线测量

图5 井下连接测量平面示意

该平面联系测量最终成果如表3所示：

表3 副井井下连接测量坐标值及方位角值

4 结论

综上所述，竖井一井定向工作的一般程序是进行投点并作摆动观测，得到井下对应点，从而与事先布设的近井点和井下导线点构成连接三角形，通过测角、量边获得外业观测数据，然后通过数学公式处理这些数据得到井下导线点的平面坐标值和起算方位。在一井定向过程中，需要处理好连接三角形点位之间的位置关系满足文中所列条件；另外，实施投点和摆动观测需要按照专业规范要求进行，以力求不损失精度，达到成果合格。

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