两井定向在花园煤矿井下工程测量中的应用.pdf

2 0 1 4年第 7期 童娃晨 斜救 1 4 5 两井定 向在 花 园煤 矿井下工程测量 中的应用 李海亮， 左常清 济宁矿 业集 团花 园煤矿 ，山东 金 乡 2 7 2 2 0 0 l 摘要 当矿区有两个立井， 且两井之间在定向水平上有巷道相通并能进行测量时， 就要采用两井定向， 两井定向较之一井 定向有着精度高， 占用井筒时间少的优点， 但它需要两套设备 经纬仪、 钢尺等 、 两组人员， 井上下同时作业。目 前大多数基建 单位不具备这两种条件 ， 花园煤矿就 采用 了一种简便 方法在人 员少、 仪 器少的情况 下完成 了两井定向工作。 关键 词两井定向 水玻璃 误差分析 中图分 类号T D 1 7 5 ． 3 文献标识码 A d 0 i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 6 7 App l i c a t i o n o f t wo- -s h a f t o r i e nt a t i o n i n und e r gr o und e ng i ne e ring s u r v e y i n g i n Hua y ua n Co a l M i n e Ab s t r a c t Wh e n t h e mi n i n g a r e a h a s t wo s h a f t ，wh i c h a r e c o n n e c t e d b y r o a d w a y i n t h e d i r e c t i o n a l l e v e l a n d c a n b e me a s u r e d，we mu s t u s e t h e t w os h aft o ri e n t a t i o n，t wos h aft o r i e n t a t i o n h a s h i g h p r e c i s i o n，a n d l e s s t i me i n o c c u p y i n g t h e w e l l c o m p a r e d w i t h o n e s h a f t o r i e n t a t i o n ， b u t i t n e e d s t w o s e t s o f e q u i p m e n t t h e o d o l i t e ， s t e e l e t c ． ， t w o g r o u p s o f r e s e arc h e r s ，wo r k i n g a t t h e s a me t i me i n u n d e r gro u n d ．At p r e s e n t ，mo s t of t h e c o n s t r u c t i o n u n i t s d o n o t h a v e t h e s e t wo c o n d i t i o n s ， h u a y u a n c o a l mi n e u s e d a s i mp l e me t h o d u n d e r l i t t l e p e rso n n e l ，i n s t rume n t c o mp l e t e d t w os h a f t o ri e n t a t i o n wo r k ． Ke y wo r d s t wos h aft o r i e n t a t i o n w a t e r g l a s s e r r o r a n a l y s i s 1 两井定向原理 当矿区有两个立井 ， 且两井之间在定向水平上 有巷道相通并能进行测量时， 就要采用两井定 向， 花 园煤 矿正好属于这一 种。两井定 向就是在 两井 筒 中 各挂一根垂球线 ， 此两垂球线在井上、 下连线的坐标 方位角保持不变 ， 如通过地面测量确定此两垂球线 的坐标 ， 并计算其连线的坐标方位角后， 再在井下巷 道中， 用经纬仪导线对两垂球线进行连测， 取一假定 坐标系统来确定井下两垂球线连线的假定方位角， 然后将其与地面上确定的坐标方位角相 比较， 其差 值便是井下假定坐标系统和地 面坐标系统的方位 差 ， 这样便可确定井下导线在地面坐标系统 中的坐 标方位 角。 两井定向较之一井定 向有着精度高 ， 占用井筒 时间少 的优点 ， 但 它需要两套设备 经 纬仪 、 钢尺 收稿 日期2 0 1 4 0 31 4 作者简介李海亮 1 9 8 5 一 ， 男， 汉族， 山东济宁人， 2 0 0 6年毕业于 山 东科技 大学 ， 现就 职 于 济宁 矿 业 集 团花 园 井 田资 源 开发 有 限 公 司。 等 、 两组人员 ， 井上下同时作业。 目前大多数基建 单位不具备这两种条件， 在建井期间大、 中型矿井都 要进行两井间的贯通测量工作。花园煤矿就采用了 一 种简便方 法在 人员 少 、 仪 器少 的情 况 下完 成 了两 井定向工作。 2 花园煤矿两井定向作业简便方法与数据成果 花园煤矿 2 0 0 6年 8月 2号 主副井贯通后一 直没 有定向 ， 为了井 下巷 道掘 进有 一个 统 一 的精确 的基 准， 于2 0 0 6年 1 1 月 2 8号进行了两井几何定向。 2 ． 1 定向前的准备工作 以工 厂内 H Y G 1 、 H Y G 2 点 为起算坐标 和方位 ， 用 主副井十字桩点设闭合环 ， 将坐标和方位传递到井 口及投点上 。 2 ． 1 ． 1 H Y G 2 、 H Y G 1 点位及坐标复核 该矿首级控制为 G P S点 ， 距离远而 且不通 视 ， 在 首级控制 的基础上进行 了控制点加密， 然后进 行 H Y G 2 、 H Y G 1 点方位及坐标复核 。 由于 G P S点之 间不通视 ， 因此 以 G 1 0 、 G 1 1 为基 准布设无定向闭合环， 将 G 1 0 、 G 1 1 带入闭合环中， 计 1 4 6 堪系 科技 2 0 1 4 年 第 7 期 算各点坐标及各边 的方位 。闭合 导线按一 级导线 观 测 ， 使用 N i k o n 3 5 2 C全站仪， 观测四个测 回。从计算 结果看 ， 闭合环的精度高 ， 满足规范要求。 以闭合环中 Z T 、 T P 4点方位作为起始方位 ， 附和 至 H Y G 1 、 H Y G 2 ， 计算 H Y G 1 、 H Y G 2的方位。 结论 观测 仅 l _ H Y c 2 9 9 。 5 0 1 2 ． 6 ” ， 若按 H Y G 1 、 H Y G 2坐标计算则 仅 H Y c l H Y G 2 9 9 。 5 0 1 3 ． 8 ” 。 2 ． 1 ． 2 工厂 内闭合环的观 测计算 为了将 H Y G 1 、 H Y G 2的方位及坐标导至井口， 于 2 0 0 6年 1 1 月 1 号沿主副井十字桩布设闭合环 ， 使用 N i k o n 3 5 2 C全站仪观测 四个测 回。 定 向时将分别 以 F S 1 、 Z S 2为测 站点和后 视点测 定投点 的坐标 。 2 ． 2作 业过 程 2 ． 2 ． 1 井上 使用仪器 N i k o n 3 5 2 C全站仪及配套设备。 工作内容 以十字桩闭合环为基线， 测定投点位 置的坐标， 使用温度计及气压计测定温度和气压， 用 于进行距离改正， 因投点钢丝弹性大投点对 中时对 准钢丝外沿 ， 观测 8 个测 回。 工作步骤 1 在主 、 副井井 盖 门上割 开一个 1 0 X 1 0 e ra 的 小孔， 在小口上方固定铁架， 铁架横梁上割有两个豁 口， 用来固定钢丝。在井盖上方固定两块 5 ra m厚的 钢板 ， 钢板上钻有两个直径 2 ． 0 m m的小孔 ， 固定 在井 盖上 ， 用来下放钢丝 。 2 固定钢丝绞盘， 使直径 1 ． 5 m m的钢丝卡在 横梁豁 口里 ， 通过井 盖钢板小孔下到井下 。 3 在 F S 1架 仪 器 后 视 Z S 2 ， 实 测 距 离 为 3 6 ． 6 4 0 m， 1 1 月 1日观测距离为3 6 ． 6 4 0 m， 符合要求。 4 按要求进行 副井第一次投点观测 。 5 在 Z S 2架仪器后视 F S 1 ， 按要求进行主井第 一 次投点观测 。 6 接井下通知后将钢丝卡在另 一个豁 口里 ， 按 要求进行第二次投点观测 ， 观测结束后量取两豁 口 距离 ， 主井 5 ． 4 e m副井 5 ． 4 e m 2 ． 2 ． 2井下 使 用仪器 J 2光学经纬仪 两台 、 钢尺。 工作内容 进行主副井投点位置观测， 将方位导 入井下 。 工作步骤 1 投点 当钢丝下到井下后 ， 将钢丝穿过三脚 架 ， 拉上垂球并将垂球放入装有水玻璃的油桶内， 使 垂球稳定且使垂球尖不触底， 在三脚架上固定钢尺， 用来观察垂球摆动位置。 2 在 贯 通 巷 内设 K Z I 、 K Z 2 、 K Z 3点 ， 以 K Z 1 、 K Z 3为联测 点 ， 因为 K Z 3点 有可 能在 以后 的施工 中 被破坏 ， 定向工作完成后将方位联测到 K Z 2点。 3 架仪器 要求主、 副井风机停机， 井下停止作 业以防影响定向工作， 对中时使用毛巾挡住风流， 确 保对中精确。在进行第二次投点观测之前 ， 检查仪 器对中情况。 4 用仪器观察垂球摆动并定出中间位置， 然后 进行观测 。 第一次观测完成后， 通知地面变换投点位置， 进 行第二 次独立定 向观测 。 2 ． 3 内业计算 1 根据地面连接测量的结果， 计算两垂球连线 的方位角及长度 。 2 根据假定坐标系统计算井下连接导线。 3 测量和计算的检验。 4 按地面坐标系统计算井下导线各边 的方位 角及各点 的坐标 。 5 两井定 向应独立进行两次 ， 其互差不得超 过 1 。 2 ． 4定 向结 果 第一次和第二次两井独立定向得到的 0 c 分 别为 9 9 。 5 2 5 7 ” 、 9 9 。 5 3 0 1 。 △ 4 ” ， 完全满足矿山测量规程的要求， 取两次 结果的平均值， 最后采用数据为 O I K Z1 一 9 9。 5 2 5 9 ” ； K Z 1 座标 X r, z l 1 8 4 1 ． 6 5 5 ， y 解 l 4 2 9 7 0 8 6 8 3 地面投向误差分析 采用此简便方法进行两井定向投点时， 钢板小 孔的直径与钢丝直径总存在一个较小的差值Ad ， 则 钢丝中心与小孔中心就存在一个偏差， 示意图如 图 l 。 图 1 地面投 向误差示意 图 2 0 1 4年第 7期 童堪晨 斜救 1 4 7 图中所用符号为 A 。 、 B 。 一两井盖上中心小孑 L 的中心位置； A ； 一钢丝 中心位置 ； e 一钢丝中心偏离小孔 中心的距离， 即等于 1 ／ 2△ d ‘ P i e 与两孔中心连线的夹角； 0 一 由 e 引起 的投 向误差 ； C 一 两小 孔 中心的距离 ； 如 图 I 所示 ， 假定 投点 时 ， B 。 点 没有 误 差 ， 只有 A 0 点一线量误差 e ， 而由此引起的投向误差为 由正弦定理得 要 1 S g nU A s t r t ‘ 令 A B 。 C， 则 1 式为 0 A ” e A S L n O i 2 A -_ p L z， 由 2 式可知， 0 的大小不仅取决于 和 C的 大小 ， 还 与 的大小有 关 ， 由于 A 可 以处在 以 A 。 为 圆心 ， 以 e 为半径的圆周上的任意位置， 即 可在 0 2 r 之间变化。由真误差求其中误差 [ O A O a ] e ． m O A m 式 中 n 则 “ m 』 02 S t 。 n 如 ， 鲥 J 口 通过积分运算得 2 e2 p ” m 鲋 甜 3 同理可得 由 B 。点 的投 点误差 而引起 的投 向 误 差 e n p” 由于两根垂球线的投点方法相同， 令 e e e 则 总的投 向误差 2 P“ C e e2 ” ” 6 选用钢丝直径 1 ． 5 m m， 小孔直径 2 ． O m m， △d 0 ． 5 m m， 计算地面投向误差为 l I 3 ” 4 两井定向时应注意的问题 I 钻有小孔 的钢梁必须牢 固 固定 ， 在井 下连接 测量 时 ， 必须检查钢梁是否移动 。 2 投点时， 穿过小孔 的钢丝必须保持铅垂状 态， 否则由钢丝弹性引起的误差是很大的。 3 钢 丝直 径 与小 孔 直径 之 差 △d0 ． 5～ 1 ． O m m为宜 。 4 在定向方案设计时如果投向偏差较大， 应在 误差预计时予以考虑 。 4 【 参考文献】 [ 1 ] 刘延伯． 工程测量． 北京； 冶金工业出版社， 1 9 8 4 [ 2 ] 周 立吾等． 矿 山测量学． 生产矿 井测量第一分册； [ M] ． 中国矿业大学， 1 9 8 7 ， [ 3 ] 袁伟平． 探讨提高两井定向成果解算精度的方法 有 色金属 矿 山部 分 ， 2 0 0 5 o 4 上接 第 1 3 9页 2 因地压灾害严重， 地应力集中， 基础挖掘后 采用锚网喷注浆 铺工字钢 ， 浇筑时基础帮部安设 泡沫板作为缓冲层， 明显减少 了应力集中对基础 的 影响 。 3 模 板采用脚手架和木料 加 固， 减少 了浇筑 工 程中的模板跑模变形。预埋螺栓孔采用 P V C管， 减 少了拆模的难度 ， 同时减少因木模板难清理， 造成二 次浇筑质量差， 基础整体性差等问题。 【 参考文献】 [ 1 ] 黄玉诚 ．高水速凝材料巷旁充填留巷的矿压观测研 究[ J ] ．煤炭开采， 1 9 9 5 ， 2 3 53 7 ． [ 2 ] 杨 本生 ．高水 固结尾 矿砂 充填 体 力 学特 性 的研 究 [ J ] ．黄金， 2 0 0 0 ， 4 1 11 4 ． [ 3 ] 权学金， 李广余等 ．巷旁充填沿空留巷技术应用[ J ] ．煤炭科技 ， 2 0 0 6 ， 1 2 0 2 1 ． [ 4 ] 彭晓亚， 卢燕等 ．沿空留巷高水灰渣速凝材料充填 技术分析[ J ] ， 山西焦煤科技， 2 0 0 9 ， 2 1 1～ 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