一井定向在竖井联系测量中的应用

杨亮亮（新疆亚克斯资源开发股份有限公司　哈密　839000）

一井定向在竖井联系测量中的应用

杨亮亮
（新疆亚克斯资源开发股份有限公司哈密839000）

介绍竖井平面联系测量的作用是矿山井下与地面采用统一的测量坐标系统所进行的工作称为联系测量，联系测量中三角形法，一井定向测量计算方法，结合实践经验，阐述一井定向三角型连接方法和测量注意事项以及实例计算方法。

一井定向投点连接三角形内业计算

1　概述

矿山井下与地面采用统一的测量坐标系统所进行的工作称为联系测量。联系测量包括平面联系测量与高程联系测量两部分，平面联系测量称为定向。矿山测量工作在勘探、设计、建设、生产各个阶段直到矿井报废为止，都要进行矿山测量，在建井和矿山生产中都需要联系测量。经常会遇到通过一个竖井对上下分段巷道进行联系测量，统称一井定向。一井定向是通过竖井进行几何定向，须在竖井井筒内悬挂两根钢丝，钢丝的一段固定在井口地面，下端系上定向锤球，钢丝在井筒内自由悬挂，称两根钢丝为锤球线。然后在地面和井下定向水平分别用全站仪和钢尺测出有关数据，按照地面坐标系统求出两锤球线的平面坐标及其连接线的方位角；在定向水平上则将锤球线与井下永久点予以连接，这样便将地面的方向和坐标传递到井下，从而达到一井定向的目的。

2　定向测量工作

2.1定向前的准备工作

（1）了解竖井井筒断面大小和竖井井筒的占用情况，确定两垂线间的最大间距。踏勘井上、井下测量路线，选择合理的连接图形和路线，路线确定后提前做好井口近井点。

（2）根据我国《煤矿测量规程》中规定，在联系测量前，在定向前埋设好定向须测设的控制点3个（C点、C′点和D′点），要保证DC和C′D′点间距均大于20m。并联测C点的坐标，保证C点的坐标精度可靠。

（3）准备好在井口须固定钢丝所用材料、投点使用的手摇绞车、钢丝、定向锤、配重、油桶以及定向使用的全站仪（井上下）个一台、钢尺测距（井上下）各一把。

（4）规定好井口、井下测量人员分配工作，井上下联系方式（对讲机）。

2.2投点

所谓投点就是在井筒内悬挂重锤球至定向水平（图1）。从地面定向水平头点时，由于井筒内气流、滴水和其他因素的影响，将锤球线投到定向水平时发生偏离。投点的方法有多种，一般都采用单重投点法，单重投点法分为两类，即单重稳定投点和单重摆投点。单重投点法是将锤球放在盛有油桶内使其基本稳定，在定向水平测角时，均与静止的垂球线进行连接；单重摆点法是让锤球线自由摆动，通过观测求出锤球的静止位置并加以固定，然后按照固定的垂球线进行连测。单重稳定投点法只有当锤球摇摆的振幅不超过0.4mm时才能运用。否则，必须采用摇动投点。

图1

（1）在竖井内悬挂2根直径0.3mm的具有相当强度和韧性的钢丝至井底，下端钢丝各挂以10kg左右的重锤，根据井深确定加大重锤减少气流、滴水的阻力。

（2）在进行仪器观测之前，必须确信垂球线（包括钢丝与重锤）不与井壁设备和井筒内其他物体接触而自由悬挂于井筒内，检查方法有：①信号圈法是用金属做成2～3cm的信号圈套在钢丝上下放，观测是否能够到达定向水平；②比距法就是利用比较井上下两垂球线间距进行检查，若井上下量得距离不大于2mm时，说明正常；③钟摆法就是把垂球线看作钟摆，锤球摆动的时间t是否与井深为长度公式中的t值比较来判断是否处于自由悬挂。

（3）待锤球钢丝线稳定后测量，测量时应关闭风门或者暂时停掉风机，减少风流的影响。

2.3连接

投点工作完成后待垂球线稳定后，应立即进行井下、井上的连接工作。主要是在地面上测定两锤球线坐标及其联系方位角；在井下定向水平，根据垂球线坐标及其联线方位角测定井下导线起始点的坐标与起始边方位角。连接法连接时应遵循以下原则：①使两垂球线间的距离最大；②连接点与垂球线所构成的几何图形最为有利；③在同样精度的要求下，在各种方法中应选择占用井筒时间最短。

（1）连接三角形法

悬挂在井筒内的两根垂球线A和B，与井上下的连接点C和C’，组成以AB为公用的三角形ABC和井下三角形ABC’称为连接三角形（图2），即为井上下连接三角形平面投影。在三角形连接井上下连接点C和C’点是关键，连接时按要求进行。①点C与D及点C’和D’应相互通视，要求CD边长大于20m；②点C和C’应尽可能设在AB连接线上，使角度γ和α 及γ′和β′小于2°构成有利三角形，称延伸三角形。对非延伸三段连接三角形，一般用于范围不大的小型矿井；③点C和C′应尽可能靠近最近垂球线，使α/ c及b‘/c的值最小，一般其比值小于1.5倍为宜。但注意不要近于望远镜明视距离的2m。

（2）外业检查工作

图2

①在连接点C上用测回法测量角度测角γ和φ。当CD边小于20m时，在C点观测水平角，仪器应对中三次，每对中一次应将照准部位置变化120°。对于每一次一井定向所使用仪器测回数和限差按《煤矿测量规程》要求执行；②量距。在丈量连接三角形各边长度时，在垂球线钢丝稳定的情况下，用钢尺以不同的起点丈量6次，各次观测值的互差不得大于2mm，取平均值作为量距结果。《规程》规定，c的计算值和直接丈量值之差，井上不应超过2mm；井下不应超过4mm。

（3）外业精度检查

从连接三角形的布置形式来看，外业精度检查有两种情况：①当α＜20°，β＞160°时。根据余弦公式检核：c计2=a2+b2-2abcosγ，d=c测-c计，d′=c′测-c′计《规程》规定，d值小于±2mm，d′小于±4mm。从计算结果看符合规程规定可以进行内业解算，否则重测；②当α＞20°，β＜160°时，根据边长求半角公式检核：p=1/2（a+b+c）d′=γ′测-γ＇计《规程》规定，边长求半角公式d或d′小于1′30″。从计算结果看符合《规程》规定可以进行内业解算，否则重测。

2.4联系测量数据处理

根据已知点D点坐标和DE边的方位角测得地面连接△ABC各内角边长，按导线计算方法，算成A、B两点坐标及其联线方位角。根据算的A、B坐标及其联线方位角和井下三角形的各数据，算出井下导线起始D’E’的方位角及D’点坐标。

三角形的内角和为180°，可以计算出闭合差f，由于f的误差值很小，将它进行平均分配给α、β。从而得到角度改正f=α+β+γ-180°得：α改=α±f/3；β改= β±f/3。当α＜2°及β＞178°时可用近似公式计算：α″=a/c×γ0″，β″=b/c×γ0〃为了检核一井定向应独立进行两次，两次独立定向计算井下起始边方位角互差不得超过2″。

（2）连接三角形解算实例。哈密香山矿区铜镍矿新副井770水平一井定向，根据地表控制点V-1、V-2及近井点V-8，连接点C的方的方位角，定向数据解算如下：

表1　联系三角形解算表

表2　连接三角形井上下坐标计算成果表

3　结束语

一井定向在实际测量过程中要求，在三角形连接布设上要求点C和C’尽可能的延长AB联线上，使角度γ和α及γ′和β′小于2°；CD的边长要大于20m；根据多年的定向资料以副井定向资料，根据实测数据来解算。

［1］工程测量学.北京：教育科学出版社，2003，10.

［2］卜晔.四川地质学报.2010，（30）1.

收稿：2016-05-20

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.06.006