千米深井施工测量

祁全峰 谢永东

摘要通过实例，阐述了千米深井施工测量的施工流程、操作要点、质量控制和安全措施等，

并介绍了应用成功的实例。

关键词 千米深井 机动指向装置 双线投点联合陀螺定向 全站仪

中图分类号：TE245文献标识码： A

1 概述

1.1随着采矿业的发展，全球大部分浅部矿床已经或日趋枯竭，从而导致了矿山开采由浅部转入深部，这样千米深竖井将逐渐增多。

1.2千米深竖井施工，主要测量工作是地面控制测量并标设竖井井筒中心及控制井筒质量。浅竖井施工测量技术简单，国内外都有较多的成功经验，这些成果较好地满足了浅竖井矿山生产的需要，但千米深竖井的施工会受到各种自然条件的限制，如高温、地压、淋水及突水等，如何确保千米深竖井施工测量技术适应自然条件的变化和测量技术满足千米深竖井施工机械化作业的需要是当今世界测绘专业技术人员研究的重大课题。

1.3我单位从冬瓜山铜矿六条深井施工中，通过技术攻关，解决了一系列技术难题，形成了一套千米深井施工测量方法。该方法成功地指导了冬瓜山铜矿2条千米深井的施工，大大缩短了矿山建设的工期，为矿山建设早投产、早收效提供了有力的保证，该项技术安全可靠，达到了国内领先的水平。

2测量方法

2.1利用全站仪、水准仪进行空间点的三维坐标定位，形成整个空间三维坐标系。

2.2使用一套机动钢丝绳联接旋转器快速稳定指向装置，指导千米深井井筒的掘砌测量工作。

2.3与传统的测量方法相比，该工法施工测量方便，施工速度快，测量精度高，降低了成本，提高了工效，精度上可靠，作业安全。

3施工工艺流程及操作要点

3.1工艺流程见下图

3.2操作要点

3.2.1测量准备

(1)所有测量仪器、器具准备齐全并按照《中华人民共和国计量法实施细则》规定检验合格。

(2)审核施工图，编制千米深井施工方案，并进行技术和安全交底。

(3)落实人员、设施与材料。

(4)收集专业测绘单位提供的平面坐标、方位和高程控制成果资料。

(5)现场测量控制点位,并做好控制点的保护,资料齐全。

(6)定位定向依据的复核。

(7)用坐标反算法核对所给测量控制点的边长和方位角。

(8)用符合校测法对所给出的测量控制点进行校核。

3.2.2地面控制测量

收集原始测量资料并核算，进行原始点的检测和地面控制测量。

在需要施工的千米深井的地面选择有利地形位置埋设近井点，并利用地面已有控制点对近井点和近井边进行平面和高程控制测量。

平面控制测量采用徕卡TCR1202+R400全站仪【2″、（）】三次对中三个测回测角量边，高程用DS3水准仪测设Ⅳ等水准，各项限差均符合规范要求。

3.2.3井筒中心和井筒十字线的标定

利用地面控制测量所建立的高精度近井点，用极坐标法并以正倒镜位精确标定井筒中心О点，并测算О点的坐标，符合规范要求后，仪器架于О点，标定出井筒东西和南北十字线点。

当井口封口盘铺好后，立即在封口盘上精确标定井筒中心垂线点，以便下放井筒中心垂球线，指示掘砌方向。当封口盘下6m的接料盘固定好之后，将井筒中心下移至接料盘上，以避免其它物件对封口盘井中系统的破坏。在接料盘上精确标出井中后，用直径小于5mm钻头钻孔，孔眼即为井筒中心。

3.2.4井筒测量采用千米深井施工测量机动指向装置

随着井筒下掘，测量测量人员要不断地检查井筒是否垂直，井筒断面是否符合要求。这些检查主要是根据悬挂在井筒内的中线和边线来进行的。边线的数目以保证测量具有一定的精度为原则，同时又要顾及井筒的掘砌、预留梁窝、开掘马头门等方面测量工作的需要，尽量少设，以免妨碍施工。

在竖井施工中，用常规测量方法指导千米深竖井施工存在下列不足：

(1)国内外激光指向仪的研制问世已应用于浅部矿井测量工作中，但由于目前国内外激光指向仪存在射程太短、光斑直径较大、或加工工艺复杂、市场很小、垂直度要求难以满足等缺点。自六十年代激光指向仪问世以来，并没有在竖井施工中广泛应用，千米竖井施工中的应用更是罕见。

(2)钢丝法指导浅部竖井施工是当今国内外普遍采用的方法，在千米深竖井施工中采用细钢丝“接力”的方法要设多道中间平台，工程成本增大，多次占用井筒对生产造成很大的影响，测量人员的劳动强度加重，而且与竖井快速施工方法不配套。

采用长钢丝一次手动投点指导施工，当今国内外在千米施工中很少使用，原因是：

①收放钢丝时间很长

②常规方法采用长钢丝指向稳定性差

由于千米深竖井温度很高，井上下温差大（竖井每下降100m，温度平均升高1℃左右），冷热气流交换对流对细钢丝的稳定性影响很大。

由于重力的惯性作用，长钢丝配重后，其摆动不再符合简谐振动，而是旋转与简谐振动相结合的一种难以用公式描述的复杂运动。

因此在千米竖井施工中人工投放提升长钢丝投点指向，稳定性差，稳线时间长，一般达到15分钟至20分钟。

③测量工作者劳动强度加大

采用人工长钢丝投点指导施工，钢丝的投放与提升，往往要安排2～3名人员“接力”进行，加大了测量工作者的劳动强度。

④使用长钢丝安全性差

千米深竖井作业环境复杂，施工设施繁多，长钢丝受碰撞挤压的可能性是存在的，特别是含硫矿床的千米深竖井空气潮湿、酸性大，对钢丝腐蚀严重，而千米深竖井施工周期较长（一般都要2～3年），因此，细钢丝使用一段时间后易断裂，安全性差

(3)采用千米深竖井施工测量机动指向装置即“风动绞车”的施工测量方法，先将直径5mm左右长1000m以上的钢丝绳绕在JQH–5×48型风动绞车上，后将该绞车牢固焊结在接料盘上，钢丝绳下端穿过上心垂线孔后，采用一定方式与旋转器（重15kg）联接。该方法采用在配重与钢丝绳之间通过旋转器联接的方式，减少了重力惯性作用对垂球线的稳定性影响，增加配重缩短了稳定时间（其配重应视井深、淋水等情况参照附表选定）。同时，用长钢丝绳代替细钢丝，抗拉强度和抗腐蚀能力增大。该方法一次性投点，且无需转设平台接力投点，比用人工手摇绞车投放提升钢丝有许多优越性。所以在千米深井施工中，采用了该施工测量方法。

附表

井筒掘

进深度 10–5050–200200–500500–700700–10001000以上

（m）

工作垂

球重量＞10 ＞20 ＞30 ＞50＞80＞100

（kg）

3.2.5井筒掘进时的测量工作

为了提高单进水平,加快掘进速度,须将中线钢丝绳从三层盘下放至井底工作面,并在钢丝绳与旋转器之间视井筒深度加入砝码式外向锤球2–10块(12.5kg/块)。配上旋转器和一定重量的砝码，以提高稳定速度，划出圆形井筒的设计断面，确定出炮眼位置后将中线收至三层盘。这种给线方法方便、快捷，现场施工人员容易掌握。其精度能满足快速掘进的施工要求。从下放、稳定、提升中线方面考虑，笔者曾做了统计，最多只需5 min，节省了许多时间，同时也大大减轻了测量人员的劳动强度。

3.2.6井筒砌壁时的测量工作

立井砌壁作业,是将3.5m～4.5m高的钢模校正好之后,再浇注混凝土。在千米深竖井施工中采用的是掘砌单行作业方式,在砌壁立模时.先将破碎岩石清理到壁圈底部标高,使壁圈下留有1.5m左右的破碎岩石层再将工作面岩石整平。在壁圈范围内铺上厚50mm的沙子，设立托盘，然后下放钢模。此时，托盘板的水平可用度尺来找平。将井筒中心线从吊盘下至井底，通过一定方式与旋转器联接，其上配以一定重量的砝码，利用从模板内缘丈量到井筒中心垂球线的距离，检查其是否符合设计净半径的大小，各方向的距离是否相等。一般应大于设计净半径10～20mm。托盘与模板平面位置找正后，先将中线收至三层盘，以防浇砼前工作盘等物件破坏中线，然后再浇砼。这种方法简单，克服了井下频繁下放中线找线的缺点。中线稳定速度快、摆幅小。由于采用这种给线方法，井筒连续几个月成井在100m以上。其测量精度、施工质量方面，都符合规范要求。

3.2.7导入高程测量

当井筒快施工至马头门拱顶时，从地面投放经过比长改正的长钢尺至井下，将高程点导入至吊盘处的井壁上(钢尺至少2次读数，其较差不超过井深的1/8000)。后利用该高程点指导相关马头门拱顶及底板施工。在地面和千米深井下平巷马头门联络巷用水准仪按四等水准测量要求进行观测，将地面近井点高程经过钢尺传递到井下平巷联络巷的高程点。

3.2.8马头门施工测量及提高起始方位角精度的措施

当开拓马头门时,利用井筒十字线在井口封口盘上确定出马头门方向线并标出点位,然后通过该点投放长钢丝,用瞄直法在井下即可给定马头门的施工测量线。

马头门掘进20m以上转入平巷施工时，采用“双线投点、联合陀螺定向”的技术措施，将平面座标和方位联测至马头门内，以解决深井测量的难题。

3.2.9内业计算

(1)将陀螺定向和几何定向联合联系测量的结果进行内业计算，从而求出井下平巷定向边、点的平面坐标和方位,作为平巷施工的起始平面控制资料。

(2)将利用水准仪、长钢尺导入到井下平巷的定向边、点的高程的结果进行计算，以此作为平巷施工的起始高程控制资料。

4材料及设备

千米深井平巷多头开拓长距离贯通测量所需的材料设备见下表

序号 名 称 型号与规格 数 量 精 度

01 全站仪 TCR1202+R400 2台套 、

02 陀螺经纬仪 GT3-3 1套 测角中误差

03 水准仪 2台

04 长钢尺 1把

05 钢卷尺 2把

06 铝合金塔尺 2把 (最小读数)

07 对讲机 2部

08 测量用手摇绞车 2台

09 长钢丝 直径 2根×

10 配重砣 12.5kg/块 20块

11 大水桶 2只

12 钻头

10根、10根、10根

13 手持电钻 1把

14 钢丝绳 1根×

15 风动绞车 JQH–5×48 1台

5质量控制

5.1执行的规范、标准

《有色金属矿山井巷工程测量规程》（YSJ415-93）

5.2质量控制措施

5.2.1测量仪器的质量控制

(1)测量仪器必须符合工程所需的精度要求。

(2)测量仪器在使用前应送到具有检定资质的单位检定，各项精度指标符合规范要求。在使用或运输过程中要采取防震措施，并进行自检合格。

5.2.2地面测量质量控制

(1)对所提供的控制点必须进行现场交接并联测，以检查其点位的准确性和精度情况。

(2)建立的近井点必须达到小三角的精度要求。

5.2.3井筒双线投点的质量控制

(1)钢丝的直径不能太大，控制在之内。

(2)钢丝投放到井底水平并配重后，需用信号圈或比距法检查其垂直度，以确保钢丝的自由悬挂。

(3)必须用废机油作为稳定液，必要时可在废机油内加入锯木屑，以增加重砣的稳定性，使钢丝摆幅不超过。

(4)井下必须关闭通风机。

(5)井下用全站仪观测钢丝时，先多观测几次钢丝摆幅的最大和最小值，取其平均值并设置固定目标，后观测固定目标作为观测方向值。

(6)用钢尺量测定向点至两钢丝的水平距离以及两钢丝之间的距离。均量测两组数据，每组数据读数10个，取平均值的的两组数据互差不超过，然后取两组数据的平均值作为最终值。两钢丝之间距离的最终值应与地面井口量测的两钢丝之间的距离进行比较，较差不应超过。

(7)必须进行两次独立的投点观测，两次投点坐标互差不超过，取其平均值作为最终结果。

5.2.4陀螺经纬仪观测的质量控制

(1)陀螺经纬仪观测中误差为。

(2)陀螺经纬仪必须使用3、2、3的观测程序，即先在地面已知边上观测3个测回以测定仪器常数，后在井下定向边上观测2 个测回并尽可能在其两端点上各测一测回。

(3)井下定向边的端点必须是永久导线点，埋设要牢固可靠，设在无淋水、风小并便于观测的地点。定向边的长度应大于。

5.2.5井下永久导线点的埋设要求

(1)井下永久导线点为铜棒制作，以便于长期保存，铜棒直径为，棒长，用直径的钻头钻眼。

(2)埋设前，先在预定的地点用冲击钻在巷道的顶板钻深直径为的眼；埋设时将半干水泥塞进眼孔，并将铜棒点埋设牢固。

6安全措施

6.1严格执行《中华人民共和国安全生产法》（2002年11月1日起施行）、《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）。

6.2编制安全技术规定，对所有作业岗位明确安全工作要求。

6.3严格执行高空作业安全管理规定，高空作业人员必须系好安全带，落实防坠措施，防止发生人员和物件坠落事故。

6.4测量时必须将测量仪器架设在安全、平稳的地方，且观测人员不能离开仪器，搞好对仪器的监护。

6.5确保各项测量进行过程中信号畅通无阻，联络方便有效。

6.6井下所有作业人员必须正确穿戴好劳动保护用品。

7环保措施

7.1从事测量工作产生的各种废弃物不得乱扔乱放。

7.2测量用的油漆、墨汁、纸张等必须按规定使用，不得随意乱涂或溢洒。

8效益分析

8.1该测量方法的实施，通过采用机动钢丝绳联接旋转器快速稳定指向装置，减小了重力惯性作用，增加了垂线稳定，缩短了稳定时间，提高了成井速度，从而大缩短了矿山的建设周期。

8.2该方法的实施，通过使用全站仪、陀螺经纬仪、水准仪、高强度长钢丝、千米长钢尺等先进测量设备，采取“双线投点，联合陀螺定向”技术，确保了平巷开拓的精度和质量，为矿山的早日建成投产提供了十分重要的关键保障，具有良好的经济和社会效益。

9应用实例

9.1冬瓜山铜矿主井毛直径，净直径，地面井口标高、井底标高，井深；冬瓜山铜矿出风井毛直径，净直径，地面井口标高、井底标高为,井筒全深为，通过采用机动钢丝绳联接旋转器快速稳定指向装置指导上述2条千米深竖井掘砌测量，解决了千米竖井施工测量工作繁重的问题，减少了中间转点平台的设置，节约了成本，减少了占用井筒的时间，减轻了测量工作者的劳动强度，提高了效率，为实现千米竖井机械化快速施工解决了一道技术难题。从而使该工程建设周期大大缩短，其测量精度和成井质量方面获得中咨监理公司冬瓜山铜矿项目部与冬瓜山工程指挥部的好评。

9.2铜山矿业公司新副井毛直径，净直径，地面井口标高、井底标高，井深，共有个马头门，2009年6月份开工，工程竣工时间为2011年2月，通过采用该指向装置来指导该工程的测量工作，连续几个月均超过，工程质量优良，与测量方法直接相关，受到建设单位的高度赞扬。

通过该工程的实践，总结出了一套科学合理可行的千米深井施工测量工法，为今后推广该技术提供了可靠保证。

9.3中色非洲矿业有限公司赞比亚谦比西东南矿体主井毛直径，净直径，地面井口标高、井底标高，井深，目前也采用了该技术指导井筒的掘砌工作，连续2个月创造了以上的高产。受到建设单位和鑫诚建设监理咨询有限公司的高度赞扬。

第一作者简介：祁全峰，男，1984年9月生，民族：汉，籍贯：甘肃，定西。2009年7月毕业于合肥工业大学地理信息系统专业,本科学历，助理工程师。毕业至今一直从事矿建测量管理工作。