一井定向与两井定向的相关问题探讨

邵宁钒

(大冶有色铜山口铜矿，湖北 大冶 435112)

0 引言

竖井联系测量是矿山地面测量与井下测量联系起来,即为了使井上下能采用统一坐标系统所进行的工作。联系测量包括平面联系测量和高程联系测量。平面联系测量称为矿井定向。矿井定向,就是要把地面的平面坐标及方位角传递到井下巷道中的经纬仪导线起始边上,使井上下使用同一坐标系。

1 一井定向及两井定向定义及技术要素

进行矿山井巷建设工程,进行矿井建设必须进行矿山联系测量工作,把井上下坐标统一起来,绘制井上、井下对照图。通过井上、井下对照图,一方面指导井下工程施工;另一方面了解地面建筑与地下巷道工程的关系。将地面上的方位角和平面坐标向井下巷道中全站仪导线起始边线上实施传递。使竖井的上下都在统一坐标系统内,一般来说,导向可以分为两井定向和一井定向2种形式。

定向的方法有很多种,我们可以根据不同的矿井情况来选择不同的定向方法。如果是立井,则平面联系测量可根据具体情况采用几何定向方法(一井定向或两井定向)或物理定向(陀螺经纬仪定向),导入高程可采用钢尺或测距仪直接测长。如果是立井和斜井(平硐)联合开拓,可通过立井进行一井或两井定向,同时由斜井(平硐)敷设经纬仪导线到井下起算边;如果是斜井或平硐,则可由地面沿斜井或平硐进行经纬仪导线,水准测量或三角高程来完成联系测量的任务。

一井定向是指:一井定向是借助与一个竖井实施的几何定向,将2根钢丝绳悬挂在竖井的的井壁位置,将一端将定向专有垂球系上,而另外的一端在地面上予以固定,这样就可以在定向水平进行自由地悬挂,然后根据地面坐标系的两个垂直的方位角球附件和平面坐标。同时,还应该联系井下永久点和吊坠,通过这些措施,可以地面坐标和方向的数据导入到地下,从而达到定位的目的。一井定向采用三角形连接法,外业工作包括定向投点和井上、井下连接测量,定向投点就是在井筒中挂两根钢丝垂线,地面连接测量是在近井点上测设经纬仪导线至连接点上,再在连接点上安置经纬仪,后视近井点,与两垂线连测,求出两垂线的坐标及其连线的坐标方位角。井下连接测量是在井下连接点上安置经纬仪,与两垂线连测,一直测导线至定向基点上,求出定向基点的坐标以及方位角,从而完成定向任务。一井定向,受井筒条件限制,井筒最大直径也就4m多,考虑钢丝绳与井筒壁的关系,挂钢丝绳离井壁留有一定距离,两钢丝绳间距最大3m。

两井定向,就是在两个井筒中各挂一个垂球,然后在地面和井下把两个垂球线间用导线联测起来,从而把地面坐标系中的平面坐标及方向传递到井下。使井下、井上具有统一坐标系统。两井定向时,定向投点是在两个立井中各挂一根垂线,地面连接测量的任务是测定两垂线的坐标,通常采用经纬仪导线,井下连接测量是在巷道中两垂线间测设经纬仪导线,通过内业计算,求得起算点的坐标和起算边的坐标方位角,从而完成定向任务。两井定向是把两个垂球分别挂在两个井筒内,因此,两个垂球间的距离很大。据目前我国矿山情况来说,能进行两井定向的两个井筒之间的最短距离约30m左右,这比一井定向来说两垂球间的距离大大增加,因而大大减少了投点误差。

一般来说,投点误差绝对不是两井定向的主要问题。相对来说,这属于两个定向井所反映的最大优势,这就使得如果竖井具备实施两井定向的条件,必须实施两井定向,通过两井定向的实现,可以改善最大的竖井联系测量的准确度。

2 一井定向与两井定向区别联系

所采取的方法上来看,两井定向和一井定向两者之间在投点方面存在着一定程度的差别。两井定向只需要在井筒位置悬挂1根钢丝绳,在井筒的管子内悬挂钢丝绳。而这只需要在连接垂球和策略的角或者边的过程当中停止生产。

在一井定向上2根钢丝绳悬挂在一个井筒内部,实施测量的过程当中,其弊端是对于井筒当中的所有生产活动必须全部停止。从这可以看出,一井定向策略占用井筒的时间比两井定向所耗费的时间更长,由于两井定向使用单重锤稳定投点,这样相对一井定向来说做到对时间的最大限度节约。

1)一井定向虽然精度较低、占用井筒时间较长

在现实矿山工作中,新开矿山不可能一下子建两个竖井,就是建两个竖井,竖井贯通也需要测量工作的指导,必须进行竖井联系测量。只能进行一井定向测量,通过一井定向测量工作,地面坐标系统传递到井下,才能进行竖井施工指导,井巷巷道才能贯通。由于一井定向有着比较低的精度,并且占据着比较长时间的井筒时间。从现实情况来看,一下子建立起2个竖井的比较少,即便是做到对2个竖井建立,可是要贯通竖井则必须借助于测量工作的指导作用,则必须实施竖井联系测量。只有做到竖井施工指导,才能做到贯通在井内当中；只有做到一井定向测量的实施,凭借一井定向策略工作,才能做到将地面坐标系统向井下进行传递。

2)一井定向和两井定向有着相同的井下连接测量方法

两井定向是借助于无定向支导线从一个已知点推导到另一个竖井当中的已知点,凭借两个已知点推算出两坐标点方位角,按照计算方位角和推算方位角之间的差额,以便对无定向导线方位角的校正,再对井内的各个导线点坐标进行改正。而一井定向往往都是使用三角形连接法,也就是对于三角形的连接角、一个内角以及三条边进行测量,随后借助于余弦定理求出整个三角形的剩余2个内角,三个内角和相加来对三角形闭合差的计算,从而对井下联系测量精度做好检验,通过计算误差范围之内的平差,做到对于各个角度的求出。凭借导线计算方法对支导线测量结果的推导。

3)两井定向精度较一井定向精度高、占用井筒时间较短

进行两井定向必须在两井井筒相通的情况下进行两井定向测量。许多矿山只建一个竖井,两井定向测量适用范围较少。只有大型矿山在建井时巷道测量开始使用一井定向测量,当两个巷道贯通后,再进行两井定向,提高井巷工程测量精度,为大矿山施工测量提供更高的测绘精度。

3 一井定向与两井定向并用的效益

1)采用两井定向与一井定向并用,可以互相检核,测量精度一次求得,能一次性成功,避免以后的多次测量,极大的提高了工作效率。

2)定向时,不仅需要停风,稳定钢丝也需要2h～3h,同时井上、井下至少要10个人配合,采用两井定向与一井定向并用,只需一次,这样节约了大量的人力,物力和财力,同时也减少了对井下工作的影响。

3)采用一井定向与两井定向并用,既吸收了一井定向所具有的方法简便、直接的优点,也吸收了两井定向精度高的优点。

4)井上、下的联系测量,是井下控制点的开始,是井下导线基础,所以联系测量的好坏直接影响今后的测量精度,成功的定向为今后测量工作提供了重要的保障,具有深远的现实意义。

4 结语

总之,无论是采用一井定向或两井定向,由于其本身条件的制约,测量精度不会太高,随着科技的发展,人们常常采用激光投点,用陀螺经纬仪定向来提高井下控制点以及起算边这方位角的精度。没有条件的矿井,最终必须通过斜井敷设导线至井下起算边。

[1]温建生.一井与两井定向并用测量的探讨[J].山西建筑,2001.

[2]唐军,等.浅谈矿山联系测量中的一井定向、二井定向测量的异同点[J].西部探矿工程,2010.

[3]何光.一井定向及二井定向优缺点及精度问题[J].技术与市场,2013.