联系测量在某矿山的应用

＊林通发

（紫金矿业集团股份有限公司 福建 364200）

引言

目前在矿山井巷联系测量方法中运用较为普遍的是一井定向、二井定向及陀螺仪组合定向等测量方法[1]。矿山生产建设过程中，通过合适的测量方法把矿山地面的平面坐标、高程系统顺利导入到井下，对于井下生产建设及监测监控系统、人员管理系统、通信联络系统、压风自救系统、供水施救系统和紧急避险系统“六大系统”建设各方面均具有重要的意义，精确的测量是生产作业质量的重要保证。

1.联系测量法

在矿井、高速公路、地铁以及包括坑道的工作环境中，对竖井的联系测量使用得相当普遍[2-8]，最常见的方法是几何定向法和陀螺定向法，其中几何定向法又分为一井定向法和二井定向法。根据某矿竖井联系测量的实际操作情况，对一井定向方式在矿山联系测量的具体运用进行分析。

(1)一井定向原理

一井定向是陀螺全站仪普及前井巷联系测量中最普通的几何方法，一般采用三角形联系法，也可以采用描直法定向，但瞄直法定向主要用于精度要求不高的工矿企业或者电站，故矿山开采特别是大型矿山开采一般不采用瞄直法。

一井的定向观测系统主要由地面观测和井下测量两个部分构成（如图1所示）：①在待测筒中使用两条高强度的细钢丝并在钢丝绳末端挂上重锤，通过自由下放的定向形式慢速均匀下放，完成钢丝绳悬挂。地面利用井口附近的控制点，采用导线测量方法将控制点导测到井口，再使用全站仪对二条钢丝的地面位置、高程和其确定位置的连线方位角进行测量；②在近矿井工作中选择了一定方向位置，并通过对二条钢丝实测的地面位置线的方位角和三角形长度、间距的观测数值，将井上井下起始位置导线点的地面位置和起始位置线的方位角的数值计算出来，从而判断了井底一边的地面位置偏离，一点的水平面坐标角度和高程，以便于为井下测量的相关作业安全有序进行提供保证。

图1 一井定向示意图

(2)一井定向作业

在地表竖井筒提升系统中挂二条垂球线A和B进行投点（图1）。因为不能在A、B两点安设全站仪，所以，必须确定井上、井下三角形的共有联系边C和C1，以便于在井上之间产生一个以AB为公共边的联系三角形ABC和A1B1C1[3]。

图2、图3是井上、下联系三角的定向示意图。由图示中便可知道，当得知地表D一点的位置及其DE的方位角和井下的联系三角形各内角及边长时，即可用普通导线的测量方法测量出A、B两点在井下坐标系上的方位及其联线的方位角。同理，当得知A、B两点的方位及其联线的方位角和地表的联络三角形各内角及边长时，再计算连角δ1，即可求出在井下导线起始边D1E2点的方位角以及在D1点的方位。其中，联系的三角线上独立测量三测回，各测回二次读数后，测回的间距误差宜小于1mm，而井上与井下间的定距误差应小于2mm。点C和D及点C1与D1应当相互通视，而CD和C1与D1间的距离差应当尽量大于20m；点C和C1应当尽可能地置于AB延长线上，角度γ和α及γ1和β1应当小于或等于2°[4]，因为这样构成的三角形效应比较好；点C和点C1适当地紧靠最近的垂球线上，而a/c与b1/C1的差值通常都不超过1.5倍。

图2 地表联系三角形定向示意图

图3 井下联系三角形测量示意图

(3)一井定向数据处理

一井定向的内业技术工作大致可以分为两个部分，第一部分工作分为解算联系的三角形上各未知元素，以及两垂球线间的夹角并对其加以检核[5]。

角γ及边长a，b，c均为已知，根据三角函数中正弦公式（1）计算出角α，β。

sinα=(a/c)sinγ，sinβ=(b/c)sinγ （1）

计算联系三角形得到α，β后，则应满足三角形内角和公式（2）。

（α+β+γ）=180 （2）

对于延伸三角形计算后的内角和一般都能闭合，由于角度计算中需保留有效小数，导致计算得到的三角形内角之和不等于180°，存在三角形闭合误差f0。

2.工程应用

某矿山330中段水平的巷道顶板的控制点已基本废弃或丢失，需将地表平面坐标和高程系统重新引入井下。根据矿区地形现状等基本情况，本文提出利用联系测量[6]中的一井定向方法，将地表的坐标和高程重新引入井下，指导330中段水平各项作业任务。在计算地表联系三角形时，应利用符合误差规定范围数值并经平差后的距离、角度等数值来进行运算，可按导线测量表格来测定观边方位角和各点位置。

由于本案例高程联系测量的高程仅为18m，只用一把30m的钢卷尺就能完成高程导入测量。具体方法如图4所示。

图4 井深测量示意图

（1）将钢尺0点处绑在B点上，缓缓下放钢尺，待钢尺离至井下巷道底板1m左右时停止放钢尺，并在钢尺末端绑上适当重量的重锤，放入桶中。

（2）将C点、C1点架设电子全站仪，水平夹角调节至90°，同时对准钢卷材读取数据L，L1，则二个仪器视线差为：L=L1-L，在求出高差L后，由于H（C）的存在，就可以算出C1点在统一坐标系的高度。

H(C1)=H(C)-hi(C)-l+hi(C1) （8）

因此，竖井导入标高的实质，就是如何求得L的长度，又称为井深测量。钢尺总长应大于井深，当钢尺较长时，可将它绕在一个手摇绞车上使用。

开展定向过程中，应充分利用各种先进的科学手段来降低了各因素对钢丝的干扰，以提高定向准确性，本文以各单项的独立计算数据及平差结果表列出，见表1、表2。

表1 地表联系三角形观测数据及平差结果

表2 井下联系三角形观测数据及平差结果

3.结论

通过前期的筹划和一井定向过程中严谨的观测、较好的误差控制，成功将地表控制网导入井下。目前，通过新的控制网，已顺利完成提升系统、井下贯通、排水线路、通风系统等设施建设；同时配合生产推进，较好的完成了采准、切割等巷道的掘进，并广泛运用于井下的位移监测等工作中。

在矿井地下开采过程中，竖井的建立工作应当符合矿井勘测要求，使井上和井下地面坐标进行有效联系，从而合理地测绘出井下和井上的实际位置图，有助于检测人员更良好地掌握地面工程与地下工作之间的联系，从而保证了地面方位角，以及将平面坐标信息有效传输至井下巷道中，以辅助井下工程建设的顺利开展。经过对本文的分析和一井定向法在某矿山具体施工中的实际运用，作者总结了以下几点经验。

（1）为保证测量精度，尽量用钢丝而不要用建筑线。因为无法确定井筒中悬挂的钢丝点在两个中间水平的铅垂状态，而丈量的边长与两个水平中间相距约3cm。这样是不符合精度要求的。应在钢丝末端距巷道底板1m标高处，挂上适当重锤，放入装满水的水桶，使其处于相对静止状态。

（2）观测水平角时，A1，B1点会左右小幅度摆动，所以外业观测照准目标时，应使十字丝在线小幅度左右摆动的中间时刻读数并记录。

（3）一井定向测量要求更高，测量人员要注意自身安全的同时，做到外业、内业认真仔细，一丝不苟，观测数据记录字迹清楚，计算结果应由其他测量专业技术人员帮忙检查、验算后方可使用，确保数据的准确性和可靠性。

（4）要有一丝不苟的工作态度对待外业工作。严格控制测量精度。在测量过程中，需要按照严格的测量规范进行操作，确保每个步骤的精度符合要求。

（5）测量仪器和设备需要定期进行校准和维护，确保其精度和稳定性。