金屬礦山大型貫通工程測量技術方案研究

曹英莉，高金成

（1.煙臺黃金職業學院，山東招遠265401；2.招金礦業股份有限公司，山東招遠265400）

1 工程概況

某金屬礦山，隨著企業發展壯大的需要，井上下生產規模也需進行擴大，為了解決井下提升能力不足的問題，該礦對礦井生產系統計劃進行改擴建。改擴建項目的主體工程包括1號礦區一條豎井的施工和井下該豎井在-652m水平與2號礦區生產礦井-652m水平兩井間1500 多米的巷道貫通，其中豎井工程是該主體工程的關鍵工程，隨著開采深度的增加，井下通風不良、粉塵大，作業環境溫度，給井下巷道貫通施工帶來很大困難，所以礦部決定先施工豎井工程，以解決井下作業環境差及平巷貫通工程由于提升能力不足影響工期的問題。

該豎井設計建在選礦廠破碎廠房附近的1號礦區，由于該礦主生產礦區是2號礦區，但該礦井距離選礦廠較遠，井下礦石提升至地表后還要在地表由拉礦翻斗車拉至選礦廠地表原礦倉。該豎井達產后，主要用作提升井下礦石，就可將2號主生產礦井產出的礦石在井下通過電機運至該豎井，通過該豎井直接提升至選礦廠進行破碎，既縮短了運輸距離，減化了生產流程，而且當井下-652m巷道工程貫通后，還可將該豎井作為2號主生產礦井的回風井，大大改善井下作業環境，提高井下勞動生產率。該豎井全長900m，井筒斷面為圓形，凈斷面直徑為5.5m，設計從地表、1 號礦區-230m水平和-652m水平同時施工該豎井，1號礦井原有的開拓方式為斜井加盲豎井的開拓方式，進行貫通測量時還要經過1000 多米長的斜井。因此，測量施工作業條件較差，給工程貫通提出了嚴竣的考驗。

2 測量儀器及測量方案的選擇

2.1 測量精度要求及測量儀器的選擇

根據貫通工程要求，結合該礦各方面實際條件，該貫通工程水平方向的允許偏差為0.2m，垂直方向允許偏差為0.3m。根據該礦現有測量儀器及工程精度的要求，確定井下導線及三角高程測量采用J2型全站儀，全站儀測角精度為2″，測邊精度為2mm+2ppm,本次測量路線較長，全長累計2725m。根據該礦實際應用經驗，利用全站儀進行三角高程測量完全可代替四等水準測量，水準測量采用DS3型水準儀。

2.2 測量方案[1-3]的選擇

1 號礦區采用斜井—盲豎井—盲斜井聯合開拓。為了提高工作效率，減少工期，該豎井貫通工程分為兩部分兩段豎井貫通均采用相向貫通。一部分是-230m水平上掘部分與地表下掘部分貫通，另一部分是-230m 水平下掘部分與-652m 水平上掘部分貫通。根據測量路線實際情況，初步擬定以下兩個貫通測量方案。

方案一：以地表豎井井筒十字中心線兩控制點作為已知點，經一期斜井測量、四中段平巷測量、二期豎井定向、-230m水平平巷測量，其中一條路線向北大巷472 巷測量指揮-230m 水平豎井上掘。另一路線向南大巷測量，經三期斜井、二十四中段平巷測量，指揮-652m水平豎井上掘。

方案二：以地表豎井井筒十字中心線兩控制點作為已知點，經一期斜井測量、四中段平巷測量、二期豎井定向、-230m水平平巷測量，其中一條路線向北大巷472 巷測量指揮-230m 水平豎井上掘。另一路線向南大巷測量至三期斜井口，在三期斜井口取一條測邊作為假設已知邊。一條路線向-230m水平北大巷472巷測量，等上部豎井貫通后將豎井中心投到-230m 水平后，測出豎井中心在-230m 水平的中心坐標。另一條路線經三期斜井、二十四中段平巷測量，按-230m水平所測中心在二十四中段放樣，指揮豎井上掘。

兩方案比較，地表與-230m水平上掘部分只有一種方案可選擇，而-230m 水平下掘與-652m 水平上掘部分則有兩種測量方案，方案二可減少一期斜井測量、四中段平巷測量及二期豎井定向測量帶來的測量誤差，同時將測量路線縮短一半，且測量過程簡單，十分有利于提高測量精度。經過兩種方案的對比，根據測量誤差大小、技術條件、工作量及成本大小、作業環境等因素進行綜合考慮，結合以往的實際經驗，初步確定采用第二種測量方案。

3 測量方法

3.1 平面控制測量

平面控制測量采用J2 型全站儀導線測量，為了確保測量數據的可靠性，所有導線均獨立測量兩次，數據若不超限，取兩次測量平均值。

3.2 豎井定向

采用一井幾何定向，三角形連接測量，獨立進行兩次，兩次互差不超過2′，最后取平均值。

3.3 高程測量

因豎井采用的是一井定向，在井筒內下放鋼絲，因此通過豎井導入高程，采用鋼絲法導入高程,在一井定向結束后，立即利用定向時下放的鋼絲導入高程，可大大節省再次下放鋼絲的時間，或者是長鋼尺法導入高程下放鋼尺的時間，減少了聯系測量需占用井筒的時間，將對生產的影響降到最低。導入高程也需獨立進行兩次，兩次互差不超過豎井長度的1/8000。

4 貫通的誤差預計

4.1 根據所選擇的測量儀器和測量方法，確定誤差預計[4-5]中采用的各項參數值[6]

（1）導線測角中誤差mβ=±10″,a=0.0004；

（2）井下一井定向一次測量中誤差為:mα0=±60″；

（3）井下水準測量誤差:每百米高差中誤差為mh水=±10mm；

（4）導入高程中誤差MH0=±0.018m，根據本礦以往實測資料分析求得；

（5）井下三角高程測量每百米高差中誤差為mh三=±15mm。

以上誤差參數均是根據本礦平時積累和綜合分析得到的實際數據，并通過在多個貫通工程誤差預計中應用，數據較理想。

4.2 貫通誤差預計

4.2.1 -230m水平井筒中心的誤差預計

（1）水平方向的誤差預計。

①導線測量誤差[7]：實際施測時各段導線獨立施測兩次，取平均值使用。按下式計算導線測量誤差：

式中：Ri——各點與井中連線長度；

Li——導線各邊長度。

②定向測量誤差，一井獨立定向兩次，取平均值：

③水平方向的預計中誤差為:

④預計貫通誤差取兩倍中誤差，則水平方向的預計貫通誤差為：

M預=2M平=±0.182m

（2）高程上的預計誤差。

①水準測量誤差：

式中：R——水準路線的總長度，km。

②三角高程測量誤差：

式中：L——三角高程測量路線的總長度，km。

③豎井導入高程誤差為：

MH0=±0.018m

④貫通在高程方向上總誤差為：

⑤貫通在高程上的預計誤差：以上測量均獨立進行兩次,且取兩倍中誤差作為高程方向上的貫通預計誤差。

4.2.2 -652m水平井筒中心誤差預計

因-652m 水平用類似于假定獨立測量系統，不用再考慮定向誤差。

（1）水平方向的誤差預計。

(2)高程上的預計誤差。

①水準測量誤差：

②三角高程測量誤差：

③貫通在高程方向上總誤差為：

④貫通在高程上的預計誤差：以上測量均獨立進行兩次,且取兩倍中誤差作為高程方向上的預計誤差。

從以上誤差預計結果可看出，-230m水平和-652m水平貫通工程在水平和高程上的預計誤差均未超過該工程允許偏差值，說明以上所選定的貫通測量方案、測量方法、測量儀器等足以滿足貫通工程精度要求。而且通過誤差預計可看出，引起水平方向上的貫通誤差諸多因素中，全站儀測角誤差及一井定向誤差是最主要的誤差來源；而引起高程上測量誤差的諸多因素中，根據測量路線長度比例關系，發現使用全站儀進行三角高程測量是最主要的誤差來源。這就需要在后緒貫通工程測量中加以重視，通過采取措施盡量減小這方面的測量誤差，以便使貫通工程準確貫通。

5 結束語

經過測量工程技術人員的精心施測與指揮，上述兩個工程最終精確貫通，且整條豎井貫通后，特別是-652m水平豎井貫通后，該礦深部通風得到了明顯的改善，降低了作業現場的環境溫度，大大改善了工人的作業環境，為緊隨其后的-652m 水平巷道貫通提供了良好的作業環境，并且減輕了施工貫通巷道的運輸提升壓力，為整個改擴建項目的順利完成起到了決定性作用。

本豎井的成功貫通，為該礦在今后大型貫通測量積累了寶貴經驗。下面簡單談一下自己的心得,希望能給其它類似貫通工程提供一點借鑒。

（1）對于重要的貫通工程進行測量方案設計和測量方法選用時，首先要根據本單位儀器或借用儀器情況看在實地施測時是否可行，而且還要保證貫通測量精度要能滿足貫通工程的設計允許誤差。

（2）進行貫通誤差預計的目的是為了優化測量方案和選擇合適的測量方法，既不應盲目追求過高的精度而增加測量工作量，也不應由于精度不夠心存僥幸而造成貫通測量事故。

（3）貫通誤差參數確定方面，由于井下情況比較復雜，相同的測量儀器和測量方法在不同的礦井條件下誤差參數也會有所不同，所以誤差參數原則上應采用本礦平時積累和分析得到的實際數據，這點需要測量工作人員在平時多加積累，多注意測量基礎工作。

（4）通過貫通測量誤差預計，不僅可以獲得貫通的總預計誤差的大小，還可以獲知哪些測量環節是貫通測量的主要誤差來源，便于在修改測量方案和測量方法時有針對性，并在實測過程中采取必要措施提高精度，以便最終獲得滿足要求的貫通效果。