一种深井井筒中心点和边线点向下移设的测量方法与流程

本发明涉及一种深井井筒中心点和边线点向下移设的测量方法。

背景技术：

在矿山建设时期，立井井筒是重要的建设工程，在矿井生产时期是联系地面和井下的交通要道。因此施工过程中，立井井筒的掘进和砌壁必须严格按照设计进行，要求井壁竖直，井筒断面的大小、预留梁窝和与井筒连接巷道硐口的位置均应符合设计的规定，测量人员应熟悉设计图纸等有关资料，验算与测量有关的数据，明确各要素的几何关系，并与施工人员密切配合按照设计的要求准确地标定和细致地检查，这些工程的质量与矿山测量工作有着密切的关系。

井筒中心垂线是指示整个井筒施工的依据。井筒掘进时的炮眼布置、井筒断面的检查、临时支护和永久井圈的找正，都是根据井筒中心垂线进行的，当井口封口盘铺好后，应立即在封口盘上标设井筒中心垂线点（或称井中下线点），以便下放井筒中心垂球线。在井筒施工过程中，要定期检查下线点是否移动。点位偏差不得超过10mm，否则应立即纠正。由于立井井筒较深，井筒中心垂球线摆幅大，不易找中，为此应将井筒中心下线点移设到中间固定盘上，现有技术中通常采用的移设的方法有两种：

1、钢丝垂线投点法，分为直接观测垂线定点法和极坐标法定点法。其中直接观测垂线定点法：从井口下放井筒中心钢丝垂线后，在中间固定盘上相互垂直的方向上安置两台经纬仪，观测钢丝垂线摆动，求出两个方向的摆动中值，然后用交会法精确确定出下线点位置，当两次投点确定的点位互差不超过10mm时，取其中位数作为移设的下线点（见说明书图1）；极坐标法定点：当井筒中间设有腰泵房和固定盘时，首先从井口下放两根钢丝垂线，在腰泵房安置经纬仪，用连接三角形法进行一井定向，求出仪器中心坐标以及仪器到钢丝垂线的坐标方位角（方法同一井定向）后，再根据已知的井中坐标，通过计算出的标定参数，用极坐标法在固定盘上标出井中下线点的位置。

2、激光投点法：采用千米激光指向仪（蓝绿光）一次投点或采用激光指向仪分二段投点。

这些方法存在以下缺点：

直接观测垂线定点和极坐标法定点的方法对于井筒不太深、井筒内气流小、滴水小的情况下，移设的精度能满足规范规定的要求，并能指导下部井筒的正常掘砌。但当井筒内气流大、滴水较大或很大时，气流所引起的误差主要是对垂线偏斜的投点误差，其偏斜值与垂球重量成反比而与井深成正比；井筒内滴水、涌水等较大时，将打击垂球线和垂球，破坏其均匀摆动的状态；另外考虑钢丝的弹性作用和钢丝垂线的附生摆动，造成钢丝垂线的摆动不符合简谐运动的规律，致使向下移设后的井筒中心下线点精度很低，达不到规范要求，进而确保不了工程质量。

采用激光投点仪投点取代钢丝投点的方法中，激光指向仪一次投点的方法其误差包括水准管整置误差、仪器竖轴定向误差、仪器对中误差和光斑抖动误差。水准管误差mτ=0.15τh/p=0.15×10″×1000/206265=0.0073m（τ为水准管格值）；仪器竖轴定向误差mv=0.2τh/p=0.2×10″×1000/206265=0.0097m；光斑抖动误差（光斑直径为0.026m）mo=0.7d=0.7×0.026=0.018m；试验知仪器对中误差及大气折光误差值很小，可忽略不计。则激光投点总误差为21.7mm，显然以上计算结果大于10mm，无法满足要求进而确保不了工程质量；采用激光指向仪分二段投点的方法，在井筒中部设置中间盘，由地面投点到中间盘，确定中间点位，再将指向仪安装在中间盘，由此投点到所需的位置。制约点误差为：水准管整置误差mγ=0.15τh/p=0.15×10″×500/206265=0.0036m；仪器竖轴定向误差mv=0.2τh/p=0.15×10″×500/206265=0.0049m；光斑抖动误差mo=0.008m（由实验测得）。则总误差mj=10.0mm，分段两次投点后的误差为14.2mm，也大于10mm、无法满足要求进而确保不了工程质量。此外，随着井深的增大，激光光斑直径增大、成像模糊、抖动过大，从而使投点误差增大，特别是淋水和雾气较大时，激光束难以穿透从而无法投点。

技术实现要素：

本发明的目的是解决先有技术中井下投点测量时钢丝投点和激光投点的误差无法满足施工要求的问题。

本发明采用的技术方案是：一种深井井筒中心点和边线点向下移设的测量方法：采用全站仪检测地面井口的井筒中心下线点，根据设计图纸和井筒的布置情况，在马头门方向上选择一点并在地面井口平台上放样出该点，用钻头在该点钻眼孔；

从地面将井筒中心线和边线穿过眼孔投放至腰泵房位置的井筒吊盘上，在井筒吊盘上设置盛满稳定液的桶，在井筒中心线和边线的下端安装砝码式重陀并将砝码式重陀浸在桶内、从而形成投点a和b，在井筒中心线和边线的下端安装砝码式重陀，将砝码式重陀浸在盛满稳定液的大桶内、用比距法和信号圈法检查井筒中心线和边线、确保它们自由悬挂；

在腰泵房巷道内任意布设两个测量点d1和d2，在d1点设全站仪后视d2点进行坐标定向，在井筒中心线和边线上悬挂反射片、待摆动趋于平稳后用全站仪前视井筒中心线和边线，并取观测摆动中值测距测角记录，计算出a点和b点的假定坐标；

安装测量平台，利用全站仪观测井筒中心线和边线的摆动中间位置，记录井筒中心线和边线在腰泵房处的假定坐标，通过全站仪的计算和反算功能，计算出边线点在测量平台上的位置的假定坐标，之后在测量平台上精确放样出井中点a1和b点，用适当直径的钻头在a1点和b点钻两个孔，电动绞车固定在腰泵房内和测量平台上，用钢丝绳穿过a1点下方的孔下放至井底并安装重陀。

本发明的有益效果是：在假定坐标系统的情况下取观测摆动中值测距测角记录，通过全站仪的计算与反算功能，快速算出边线点在测量平台上的位置的假定坐标，可直接进行放样工作，既能确保测量精度，又可减轻测量人员在恶劣环境的劳动强度，缩短测量人员占用井筒的时间，大大提高了企业的经济效益。为井筒的继续下掘和砌壁及马头门平面的施工提供了可靠的技术保障。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为本发明平面示意图，为图1的俯视方向。

图中所示：1全站仪，2金属支架，3电动绞车，4钢丝垂线，5反射片，6吊盘，7水桶，8水桶里的稳定液，9重陀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图所示，一种深井井筒中心点和边线点向下移设的测量方法：采用全站仪检测地面井口的井筒中心下线点，根据设计图纸和井筒的布置情况，在马头门方向上选择一点并在地面井口平台上放样出该点，用钻头在该点钻眼孔；

从地面将井筒中心线和边线穿过眼孔投放至腰泵房位置的井筒吊盘上，在井筒吊盘上设置盛满稳定液的桶，在井筒中心线和边线的下端安装砝码式重陀并将砝码式重陀浸在桶内、从而形成投点a和b，在井筒中心线和边线的下端安装砝码式重陀，将砝码式重陀浸在盛满稳定液的大桶内、用比距法和信号圈法检查井筒中心线和边线、确保它们自由悬挂；

在腰泵房巷道内任意布设两个测量点d1和d2，在d1点设全站仪后视d2点进行坐标定向，在井筒中心线和边线上悬挂反射片、待摆动趋于平稳后用全站仪前视井筒中心线和边线，并取观测摆动中值测距测角记录，计算出a点和b点的假定坐标；

安装测量平台，测量平台一侧与井筒壁连接、另一侧与硐室底板之下的井壁相连，利用全站仪观测井筒中心线和边线的摆动中间位置，记录井筒中心线和边线在腰泵房处的假定坐标，通过全站仪的计算和反算功能，计算出边线点在测量平台上的位置的假定坐标，之后在测量平台上精确放样出井中点a1和b点，用适当直径的钻头在a1点和b点钻两个孔，电动绞车固定在腰泵房内和测量平台上，用钢丝绳穿过a1点下方的孔下放至井底并安装重陀。

本发明中，井筒中心线和边线均为钢丝垂线，b点为边线点。比距法是指：因井筒内有许多悬吊钢丝绳，井筒内布设了风管、水管、动力电缆、信号电缆等等，有的井筒井壁上有许多防治水时的孔口管，从地面井口下放至腰泵房处的井筒中心线和边线可能被以上的设施阻挡。阻挡后钢丝（井筒中心线和边线）不垂直而改变了方向，这样钢丝就不在理论位置，在腰泵房处测得的钢丝坐标就是错误的。为确保钢丝自由悬挂，通过技术措施，在地面井口和腰泵房处用钢尺丈量两钢丝间的水平距离，如果井上和井下两钢丝间距离相符或误差很小，说明钢丝垂直。信号圈法是指：用一定型号的铁丝加工成一定直径的圆环（信号圈），将钢丝通过一定方法套入信号圈后并下放，如果信号圈顺利滑至钢丝下端，说明钢丝没有被井筒内的设施阻挡。所以常用比距法和信号圈法检查钢丝的正确性，确保钢丝自由悬挂，保证了测出的钢丝坐标正确，从而可正确进行下步测量工作。本发明中，通过全站仪的计算与反算功能，快速算出边线点计算出边线点在测量平台上的位置的假定坐标，从而将地面的点移至井下指导井下施工，测量平台安装时适当位置安装其辅梁，辅梁安装好之后铺设钢板以方便测量人员下放钢丝垂线指导施工，测量平台安装好后吊盘继续下降进行施工。

以一个探矿井的施工为例，井净径7.0m，地面井口标高+192m，井底标高-908m，井筒全深1100m，设有-558m腰泵房，腰泵房之下有-750m有轨运输巷、-800m大件道、-850m皮带道、-900m粉矿巷，-558m以下井筒内淋水滴水量较大(约30立方米没消失)，井筒中心线和边线下放到-558m以下，虽然配重较大(大于100kg)，井筒中心线和边线摆动仍很大，确保不了井筒的下掘和马头门的施工，其精度指标达不到设计和规范规定要求，为提高井筒和马头门的施工质量，有必要将井筒中心线和边线向下移设，以控制井筒中心线和边线的摆动幅度。在地面将标定好的井筒中心线和边线下放至-558m、各配上100kg以上的重陀、并浸入盛满稳定液(比如水)的大桶内形成投点a和b，通过比距法和信号圈法检查钢丝以确保两根钢丝自由悬挂。与此同时，在-558m腰泵房内任意布设两个测量点d1和d2，任意假定其平面坐标，例如假定d1(0.000，0.000)、d2(50.000，50.000)，通过设站和定向，测定井筒中心线和边线摆动中值并测距测角记录，通过全站仪的计算与反算功能，快速算出和边线点在测量平台上和井筒内的合理位置坐标，之后在已安装好的测量平台上直接放样出井中点a1（井中点a1是指在腰泵房处全站仪实测的a点坐标）和边线点b并钻孔。如果腰泵房处井筒内的测量平台上不能放样出b，则根据井筒的布置和实际情况，在井筒中心线至边线方向上利用全站仪的计算与反算功能重新计算一合适的与井筒内的设施有一定间距的点（该点称为一边线点c，实测a点和b点的坐标计算出现场能够标定一边边线点c的坐标，从而为下部施工提供指导）。之后在已安装好的测量平台上直接放样出井中点a1（井中点a1是指在腰泵房处全站仪实测的井筒中心线a坐标）和边线点b并钻孔，实测出放样处的点的平面坐标，将1t电动绞车(已缠绕了800m长的直径5.5mm的细钢丝绳)和手摇绞车(已缠绕了800m长的直径1.2mm的细钢丝)焊接加固好，并将细钢丝绳和细钢丝分别穿过相应的钻眼孔。与设计比较，放样出井中点和边线点的差数分别为0.6mm和0.5mm，满足规范规定要求，在测量平台安装后吊盘继续下降进行施工。这样根据已标定的井筒中心线能够指导井筒往下的掘进和掘壁，且根据已放样出的井筒中心线和边线，能够指导-558m以下马头门平面位置的施工。与一井平面定向测量的方法相比，这种方法能够节省4个小时的测量时间，同时减轻了测量人员在恶劣环境条件下的劳动强度，提高了企业的经济效益。

本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。