金渠金矿大型贯通测量方案优化及误差预计

金渠金矿大型贯通测量方案优化及误差预计

Optimization of large-scale penetration measurement scheme and error prediction in Jinqu Gold Mine

张鹏飞,王鸿波

河南金渠黄金股份有限公司，河南三门峡 472500

摘 要：为了金渠金矿950坑口960中段盲竖井与640中段贯通，需要进行贯通测量。利用本矿现有仪器，设计了贯通测量方案，并对测量方案进行了误差预计，初步确定了贯通测量方案。

关键词：贯通测量 陀螺定向 误差预计

Abstract：In order to connect the blind shaft in the middle section of the 950 pit head and the 960 middle section of the Jinqu Gold Mine with the middle section of the 640 section, it is necessary to carry out a penetration measurement. Using the existing instruments of the mine, the penetration measurement scheme is designed, and the error prediction of the measurement scheme is carried out, and the penetration measurement scheme is preliminarily determined.

Keywords：penetration measurement, gyro orientation, error prediction

金渠金矿950坑口960中段盲竖井是金渠股份公司深部探矿重点工程，竖井在640米标高预留有马头门，现950坑口640中段S202平巷施工已越过盲竖井位置，为了盲竖井施工安全及能与640中段准确贯通，亟需进行贯通测量工作。本次贯通测量属于一井内立井贯通测量，但贯通距离超过4000米，且960中段到640中段现在通过五级斜井相联，S202平巷为沿脉巷道，存在许多距离较短的弯曲巷道，技术上要求高，测量系统复杂，工作量大，贯通难度大。为了使贯通准确顺利进行，须对该贯通进行贯通测量设计，进行误差预计，确定合理方案。

1.贯通测量方案设计

根据工程用途、生产进度情况及“岩金矿山测量工作条例”等关测量规范的要求，本次贯通工程在水平方向上的点位偏差小于0.5米，高程上对贯通属非重要方向，限差为0.3米。结合本矿现有设备及人员，设计两套贯通测量方案，对比两套方案，选出最优方案。

图1 贯通导线示意图

1.1 测量方案一

1.1.1井下平面控制测量

井下导线测量按7″级施测，用AutoCAD软件进行图上设计和实地布点，并进行测量误差预计。其点位布置示意见图1。

图中K为盲竖井位置，K-B段为960中段平巷，B-C段为五级斜井，C-D段为640中段S202平巷，D-K为设计贯通平巷。导线测量采用J2级TOPCON3002LN全站仪测角量边，采用三联架法及强制对中。小于15m 的导线边需3个测回测量水平角，对中3次，15～30m 测2个测回，对中2次；大于30m的导线边2个测回测量水平角，对中1次。测角中误差为±7″。在倾角小于30°的井巷中，水平角的观测的同一测回中半测回间互差应小于20″，两测回间互差应小于12″。在倾角大于15°或视线一边水平而另一边的倾角大于15°的主要井巷中，水平角采用测回法。在观测过程中水准气泡偏离不得超过一格，否则应整平后重测。测定气压读至100Pa，气温读至1℃；每边往返测量边长，往测及返测边长较差不得过(0.003+2×10-6D)。取两次平均值作为一次测量最终值。各项限差均应符合规范要求，独立进行两次。

1.1.2 井下高程测量

因本次贯通在高程上限差要求较宽，因此不再进行水准测量，全程采用三角高程测量，与导线测量同时进行，往返高差互差，不大于10mm＋0.3mm＊L（L为导线水平边长，以m为单位），三角高程闭合差不大于±100(L为导线长度，以km为单位)，仪器高和觇标高应在观测前和观测后用钢尺各量一次，保证各项限差均符合规范要求。

1.2 测量方案二

1.2.1 加两条陀螺边，即只在导线起始位置和终点位置加测陀螺边，中间导线测量要求与方案一相同。

1.2.2 加测三到四条陀螺边，即在上述两条陀螺边的基础上中间再加一条或两条陀螺边，中间导线测量要求与方案一相同。

1.2.3 高程测量与方案一相同。

2.误差预计

2.1 误差预计所需参数的确定

（1）导线测角中误差：按规范要求=±7″。

（2）导线量边误差：按全站仪标称精度

=±(0.003+2×10-6D),本次测量导线平均边长不超过100米，求得=±3.2mm。

(3) 三角高程测量误差：按规范要求每千米高程中误差=±50mm。

（4）陀螺方位角中误差：按苏一光GTA1810R陀螺仪标称精度=±10″。

2.2 方案一导线测量误差预计

（1）预计时假定坐标的选择：通常以假定的轴表示水平重要方向，轴垂直于轴，坐标原点为设计贯通点K。在本次贯通中,轴为竖井马头门方向，坐标原点为井筒中心，如图1。

（2）误差预计公式：由导线的测角和量边误差引起的K点在方向上的误差为：

=0.0828m （1）

0.0125m （2）

=+=0.0953m （3）

由导线的测角和量边误差引起的K点在方向上的误差为：

=0.0050m （4）

0.0279m （5）

=+=0.0329m （6）

式中，为导线测角中误差，为K点与各导线点连线在轴上的投影长，实际上就是导线点坐标的绝对值,即。同样，即，为导线边长，可由假定坐标系中直接量取，为量边误差系数，为导线边与轴的间的夹角。为在假定坐标系中相邻导线点的坐标值之差，为在假定坐标系中相邻导线点的y′坐标值之差。则K点的中误差为：

=+=0.128m （7）

导线独立施测两次，则平均值中误差为：

==±0.253m （8）

则K点的预计误差为：

=2=±0.506m （9）

预计误差超出限差要求。

2.3 高程误差预计

按单位长度三角高程路线的高差中估算:

==±50=±101.2mm （10）

独立进行两次，则平均值中误差为：

=±=±71.6mm （11）

K点在高程上的预计贯通误差为：

=2=±143.2mm （12）

式中L为三角高程测量线路总长度，以km计。高程误差预计符合要求。

2.4方案二误差预计

2.4.1 加测两条陀螺边的误差预计，即加测导线1-2边和75-76边的陀螺方位角，如图1。O点为陀螺定向附合导线的重心。

（1）由导线量边误差引起K点的误差与方案1相同，导线独立施测两次，即

0.0063m （13）

0.0140m （14）

（2）由导线测角误差引起K点贯通误差，导线独立施测两次：

）=0.0078m （15）

）=0.0012m （16）

（3）陀螺定向边的定向误差引起K点贯通误差：

=0.0037m （17）

=0.00014m （18）

（4）K点贯通中误差为：

=0.182m （19）

（5）K点贯通预计误差为：

=2=0.364m （20）

式中 η为陀螺定向导线各导线点至本段导线重心O的连线在轴上的投影长度；ξ为各导线点至本段导线重心O的连线在轴上的投影长度。为陀螺方位中误差。其余参数与方案一相同。

高程误差预计与方案一相同。

2.4.2 加测三条陀螺边的方案误差预计，即在两条边的基础上在导线中间再加测一条陀螺边，如图1中36-37边。两段陀螺定向附合导线的重心为O1和O2。

（1）由导线量边误差引起K点的误差与上述方案相同，导线独立施测两次，即

0.0063m （21）

0.0140m （22）

（2）由导线测角误差引起K点贯通误差，导线独立施测两次：

）=0.0078m （23）

）=0.0004m （24）

（3）陀螺定向边的定向误差引起K点贯通误差：

=0.0037m （25）

=0.00043m （26）

（4）K点贯通中误差为：

=0.180m （27）

（5）K点贯通预计误差为：

=2=0.360m （28）

如果把中间加测的陀螺边位置改为44-45边，两段陀螺定向附合导线的重心为O3和O4。则K点中误差为：

0.179m

K点贯通预计误差为：

=2=0.358m

如果在上述基础上的起始陀螺边位置放在4-5位置，则K点中误差为：

0.175m

K点贯通预计误差为：

=2=0.350m

如果加测四条陀螺边，如图1所示在24-25边再加一条陀螺边，其他边位置不变，则K点中误差为：

0.172m

K点贯通预计误差为：

=2=0.344m

3 结 论

通过上面的误差预计可知，方案一预计误差大于限差，不符合要求；方案二加两条陀螺边后精度大幅提高，但加测三条及以上陀螺边，精度并没有明显提高。陀螺边位置的选择对精度有一定的影响，但在本次贯通中受导线形状影响及竖井贯通，陀螺边位置对精度的影响也不重要。综上所述，在本次贯通测量中，在导线两端加测两条陀螺边的方案是合适的，并且适当延长井下导线边长，减少导线点数也是保证贯通精度的关键。

参 考 文 献

[1] 周立吾 张国良 林家聪 矿山测量学 第一分册 生产矿井测量[M] 中国矿业学院出版社 1987．

[2] 张国良 朱家钰 顾和和 矿山测量学[M] 中国矿业大学出版社 2008．

[3] 冶金矿山井巷工程测量规范（YB/T 4385-2013）

[4] 国家黄金管理局．岩金矿山地质与测量工作条例．1989．

[5] 李青岳，陈永奇，工程测量学, 测绘出版社, 1995．

通信作者 张鹏飞（1984—），男，大学本科，工学学士，测绘工程师，主要从事矿山测量工作。

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