矿山测量中高程导入方法的探讨与解析

在矿山生产建设中, 为了确定井下巷道、采空区与地面地形、地物的对应关系以及井下各类巷道之间的空间分布情况, 就必须使矿井井下的坐标与地面的坐标系统联系起来。为了满足此要求, 就必须进行使井上下坐标系统统一的联系测量工作。联系测量就其内容而言包括平面、高程联系测量两部分, 平面联系测量简称定向, 高程联系测量简称为导入高程。本文仅对高程联系测量即高程导入进行论述。

高程联系测量的实质是按照一定的精度要求, 采用能够满足相应精度要求的仪器和合理的测量方法, 把地面的高程系统, 经过平硐、斜井或立井传递到井下高程测量的起始点上, 为井下测量过程中进行高程的传递提供精确的起算依据, 从而指导矿井上下的安全生产建设。导入高程的方法根据矿井开拓方法的不同分为以下三种。

(1) 通过平硐导入高程。 (2) 通过斜井导入高程。 (3) 通过立井导入高程。

因为通过平硐、斜井导入高程可以比较容易地采用一般的水准测量或三角高程测量来完成, 其原理和实现手段比较简单, 所有以下只对通过立井导入高程做详细论述。

设在地面井口附近一点A, 其高程为已知, 一般称A点为近井水准基点 (见图1) 。在井底车场中设一点B, 其高程待求。在地面与井下安置水准仪, 并在A、B两点所立的水准尺上读取读数和。

如果我们知道了地面和井下两水准仪视线之间的距离, 则A、B两点的高差可按下式求出:

有了h, 就能算出B点在统一坐标系统中的高程为:

因此, 通过立井导入高程的实质, 就是如何求得L的长度。所以有人把它叫做井深测量, 就是这个缘故。

1 一般立井高程导入的方法:钢尺导入高程

钢尺导入高程分为长钢尺导入和短钢尺导入两种, 我国目前使用的有100m和500m长钢尺, 短钢尺就是日常生产中使用的50m钢尺。用长钢尺导入高程的设备及安装见图2。钢尺通过井盖放入井下, 到达井底后, 挂上一个垂球, 以拉直钢尺, 使之处于自由悬挂状态。垂球不宜太重, 一般以10kg为宜。下放钢尺的同时, 在地面及井下安平水准仪, 分别在A、B两点所立水准尺上读取数a与b, 然后将水准仪照准钢尺。当钢尺挂好后, 井上、下同时读取数m和n。同时读数主要是避免钢尺移动所产生的误差。最后再在A、B水准尺上读数, 以检查仪器高度是否发生变动。

此外, 还应用温度计测定井上、下的温度t1和t2。根据上述测量数据, 就能求得A、B两点之高差为:

式中:∑△l为钢尺的总改正数, 它包括尺长改正数、温度改正数、拉力改正数和钢尺自重改正数等4项。即:

如无长钢尺时, 也可将几根50m的短钢尺牢固地连接起来, 然后进行比长, 当作长钢尺使用, 同样可取得很好的效果。

短钢尺就是一般生产中常用的50m钢尺, 高程导入的方法和长钢尺导入的方法基本相同, 所不同的只是在井筒内, 用临时点把井深分为许多不超过50m长度的分段, 然后丈量各分段的长度, 从而得到A和B两点之间的高差为:

式 (5) 中:∑ (m-n) 为钢尺在各分段上的上下两端读数之差的总和, 而总改正数∑△l和用长钢尺导入高程的改正数相同, 但每尺段因自重而拉伸的程度很小, 故可忽略不计。短钢尺导入高程一般用于井深不大于钢尺长度的立井和暗井。

不论用长钢尺还是短钢尺, 导入高程均需独立进行两次, 也就是在第一次进行完毕后, 改变井上下水准仪的高度并移动钢尺, 用同样的方法再作一次。加入各种改正数之后, 前后两次之差, 按《煤矿测量规程》规定不得超过l/8000 (l为井上、下水准仪视线间的钢尺长度) 。

2 超深立井高程导入的方法

所谓的超深立井, 本文指的是井深超过1000m的立井。实践表明, 由于地下特殊的客观条件, 当立井井深大于800m时 (有时低于800m) , 导入高程就相对要困难很多。所以, 对于超深立井而言, 导入高程就成为一个难点。在此, 从理论出发对超深立井高程导入提出一些思路, 期望能够对实际工作有所启发。

2.1 利用长钢尺分段导入高程

当立井井深大于1000m时, 我们很难制作出能够满足导入要求的长钢尺, 一方面大于1000m的长钢尺其自重是绝对不能够忽略的, 另外再加上悬挂垂球的质量, 会使钢尺发生比较严重的拉伸形变, 而在地面我们很难模拟出大于1000m的长钢尺在立井中竖直悬挂时的拉伸状态, 所以直接利用长钢尺一次性导入高程其精度值得怀疑。在此情况下, 我们可以将井筒进行分段, 利用满足导入要求的长钢尺 (以500m钢尺为宜) 进行高程导入, 在精确得到井筒某段井深的情况下就可以比较精确地导入高程。同理, 在对立井进行适当分段的基础上, 也可以采用钢丝进行高程导入。

2.2 光电测距仪两段法导入高程

由于超深立井特殊的条件, 光电测距仪很难一次性完成高程导入, 主要原因是湿度、雾气等因素会严重影响测距, 导致不能够测出距离, 这时, 如果我们在井筒中 (应当在大约井深1/2处为宜) 设法放置能够同时向上向下反光的反射镜, 就达到了分段测量的目的, 从而完成高程导入。

3 结语

总之, 高程导入在矿山生产建设中是一项极其重要的基础性测量工作, 其精度必须能够满足矿井生产的实际需要。传统的高程导入方法虽然能够解决一般的高程导入问题, 但随着矿井安全生产形势的发展, 高程导入的精度必然会越来越高, 特别是超深立井高程导入, 仍然是矿山测量工作者面临的一个难点。有待于我们矿山测量工作者在实践中不断探索、验证和总结同时也期待着新仪器设备、新方法的诞生通过使用新仪器、新方法来提高高程导入的精度和效率。

摘要：阐述了矿山生产建设中高程导入的目的与实质, 介绍了传统立井高程导入方法, 并对作为高程导入难点的超深立井高程导入从理论上提出了一些思路。

关键词：高程导入,矿山测量,超深立井

参考文献

[1] 中国煤炭工业百科全书 (地质.测量卷) [M].煤炭工业出版社, 1995.

[2] 胡伍生, 潘庆林, 黄腾.土木工程施工测量手册[M].人民交通出版社, 2005.

[3] 周立吾, 张国良, 林家聪.矿山测量学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1989:162～163.

[4] 吕代铭, 牟金锁.煤矿测量手册 (修订版) [M].煤炭工业出版社, 1990, 12.