中 国 矿 业 科 技 文 汇 — ２０１３ 钢丝法在深立井导入高程中的应用 １ ２ ３ 桂 维 振 ꢀ 胡 凤 山 ꢀ 胡 丙 忠 （ １ 北 京 工 业 职 业 技 术 学 院 ； ２ 山 东 裕 隆 矿 业 有 限 责 任 公 司 唐 阳 煤 矿 ； ３ 山 东 兖 州 市 大 统 矿 业 有 限 公 司 杨 庄 煤 矿 ） 摘 ꢀ 要 ꢀ 随 着 开 采 煤 层 的 加 深 ， 立 井 深 度 也 不 断 加 深 ， 井 筒 加 深 使 导 入 高 程 工 作 更 加 困 难 。 导 入 高 程 传 统 方 法 是 使 用 拼 接 钢 尺 进 行 测 量 ， 然 而 拼 接 钢 尺 越 多 自 重 影 响 就 越 大 从 而 影 响 测 量 精 度 。 介 绍 利 用 长 钢 丝 导 入 高 程 的 测 量 方 法 ， 以 及 相 关 的 改 正 数 的 选 择 和 计 算 ； 其 中 主 要 研 究 了 长 钢 丝 移 地 测 量 的 垂 曲 改 正 。 并 通 过 实 例 验 证 了 该 方 法 的 可 行 性 。 关 键 词 ꢀ 导 入 高 程 ꢀ 长 钢 丝 ꢀ 钢 丝 移 地 测 量 ꢀ ꢀ 导 入 高 程 是 煤 矿 测 量 中 得 一 项 重 要 工 作 ， 由 于 高 程 时 所 挂 重 量 。 由 于 电 子 测 距 仪 的 操 作 简 便 及 精 度 较 高 ， 故 现 在 移 地 测 量 一 般 选 择 光 电 测 距 仪 测 量 。 立 井 井 筒 越 来 越 深 ， 一 般 长 钢 尺 因 拼 接 、 自 重 等 因 素 影 响 无 法 满 足 深 井 筒 的 观 测 需 要 ， 故 利 用 长 钢 丝 导 入 高 程 。 长 钢 丝 本 身 不 像 钢 尺 一 样 有 刻 度 ， 故 不 能 直 接 量 出 长 度 Ｌ， 需 利 用 钢 尺 或 者 测 距 仪 进 行 钢 丝 移 地 测 量 ， 并 加 上 相 关 改 正 数 进 行 改 正 。 a $%M ! "# A １ ꢀ 立 井 导 入 高 程 高 程 测 量 的 任 务 ， 就 在 于 把 地 面 的 高 程 系 统 通 过 立 井 传 递 到 井 下 高 程 测 量 的 起 始 点 上 。 长 钢 丝 导 WWW.KY114.CN b $ %N 入 高 程 时 ， 由 于 钢 丝 本 身 无 刻 度 不 能 直 接 量 出 井 筒 深 度 ， 所 以 需 要 在 长 钢 丝 做 上 特 殊 标 记 。 在 井 上 、 下 水 准 仪 视 线 水 平 观 测 处 做 出 标 记 Ｍ 和 Ｎ ， 如 图 １ 所 示 。 测 量 完 成 后 将 钢 丝 提 升 到 地 面 ， 可 以 利 用 光 电 测 距 仪 、 钢 尺 或 井 口 附 近 设 置 专 门 的 比 长 台 丈 量 两 标 记 间 距 离 。 采 用 光 电 测 距 仪 或 钢 尺 进 行 移 地 测 量 时 ， 可 在 平 坦 地 面 上 将 钢 丝 拉 直 ， 并 施 加 与 导 入 高 程 时 给 钢 丝 所 加 的 相 同 的 拉 力 。 依 据 钢 丝 上 的 标 记 Ｍ、 Ｎ， 用 光 电 测 距 仪 或 钢 尺 丈 量 ２ 标 志 Ｍ、 Ｎ 之 间 的 B 图 １ꢀ 长 钢 丝 导 入 高 程 示 意 ２） 在 钢 丝 两 端 标 志 处 ， 分 别 安 置 测 距 仪 及 反 （ 射 棱 镜 进 行 观 测 。 因 只 进 行 钢 丝 长 度 测 量 ， 故 不 进 行 垂 直 角 观 测 ， 只 要 求 仪 器 和 棱 镜 同 高 ， 使 测 线 与 钢 丝 基 本 平 行 ， 设 长 度 测 量 相 差 １ ｍｍ， 棱 镜 高 容 许 差 值 列 成 表 １。 表 １ꢀ 棱 镜 高 容 许 差 值 棱 镜 高 容 许 差 值 ／ ｍｍ 测 量 长 度 ／ ｍ ［ １２］ 。 距 离 １ ２ ３ ４ ５ ００ ００ ００ ００ ００ ４４７ ６３２ ７７５ ８９４ １ ０００ ２ ꢀ 钢 丝 标 定 由 于 钢 丝 导 入 高 程 是 一 次 性 完 成 的 ， 完 成 后 立 即 进 行 移 地 测 量 。 因 此 导 入 高 程 过 程 中 钢 丝 标 定 是 关 键 性 工 作 。 标 定 时 在 水 准 仪 视 线 观 测 处 标 定 ， 为 避 免 提 升 时 ， 单 个 标 定 点 移 动 。 在 标 定 处 上 、 下 ５ ｃｍ 处 分 别 再 标 记 ２ 个 。 利 用 小 钢 尺 精 确 丈 量 ， 以 确 保 可 以 恢 复 水 准 仪 视 线 处 。 ꢀ ꢀ 可 以 得 出 ， ２ 高 度 安 置 要 求 不 需 太 严 格 ， 一 般 说 ［ ３］ 。 来 近 似 同 高 即 可 ３ ꢀ 移 地 测 量 （ 桂 维 振 （ １９８６— ） ， 男 ， 助 教 ， 硕 士 研 究 生 ， １０００４２ 北 京 市 石 景 山 区 石 门 路 ３６８ 号 。 １） 选 择 平 坦 场 地 （ 公 路 、 广 场 ） ， 放 开 钢 丝 ， 先 进 行 标 志 移 动 检 查 ， 在 端 点 处 施 加 丈 量 拉 力 ， 即 导 入 · ３９７· ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 中 国 矿 业 科 技 文 汇 — ２０１３ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ４ ꢀ 内 业 计 算 !"#$% ４  １ꢀ 温 度 改 正 数 P 钢 丝 移 地 测 量 ， 其 长 度 因 井 筒 与 测 量 场 地 温 度 A f B 变 化 而 变 化 ， 其 改 正 数 为 C Δｌｔ ＝ μ × ｌ × ｛ ［ （ ｔ ＋ ｔ下 ） ／ ２］ － ｔ｝ ， （ １） 上 图 ３ꢀ 实 测 钢 尺 松 垂 距 ｆ 式 中 ， μ 为 钢 丝 线 膨 胀 系 数 ， μ ＝ ０ ０００ ０１１ ５； ｔ 为 测 ［ ４］ Ｓ ＝ ２Ｒ， ｌ ＝ ２Ｒｓｉｎα， 距 仪 观 测 时 气 温 。 ２ Ｒ ＝ ｆ／ ２ ＋ ｌ ／ ８ｆ， α ＝ ａｒｃｓｉｎｌ／ ２Ｒ， ４  ２ꢀ 自 重 改 正 所 以 ： 钢 丝 悬 挂 时 因 自 重 而 伸 长 ， 移 地 平 放 后 而 消 失 。 Ｓ ＝ ２Ｒαπ／ １８０， Δｌｆ ＝ Ｓ － ｌ 钢 丝 自 重 改 正 数 Δｌｃ 为 ５ ꢀ 实 测 实 例 ２ 式 中 ， ｒ 为 钢 丝 比 重 系 数 ７ ８５ ｇ ／ ｃｍ３ ； Ｅ 为 钢 丝 弹（ ２性） Δｌ ＝ ｒ × ｌ ／ ２ × Ｅ， ｃ 山 东 某 煤 矿 风 井 井 筒 需 导 入 高 程 ， 井 筒 深 越 ７ ５０ ｍ。 因 现 场 无 长 钢 尺 进 行 导 入 高 程 故 使 用 长 钢 ６ ２ 系 数 ２ × １０ ｋｇ ／ ｃｍ 。 丝 导 入 高 程 的 方 法 ， 钢 丝 下 放 后 做 好 观 测 标 记 然 后 ４  ３ꢀ 垂 曲 改 正 再 进 行 移 地 测 量 。 本 次 移 地 测 量 采 用 全 站 仪 测 距 ， 悬 空 丈 量 时 ， 由 于 钢 丝 所 加 拉 力 不 能 克 服 钢 丝 实 测 得 ｌ 的 距 离 为 ７６４ ４７８ ｍ。 温 度 分 别 为 ｔ ＝ 上 自 重 而 产 生 弯 曲 ， 使 所 测 量 的 钢 丝 长 度 并 非 曲 线 长 度 而 是 ２ 标 志 点 的 直 线 长 度 ， 如 图 ２ 所 示 。 因 此 要 加 上 垂 曲 改 正 。 ２ ４°， ｔ ＝ ２８°， ｔ ＝ ２２°， 所 施 加 的 拉 力 Ｐ ＝ １５ ｋｇ。 则 下 每 一 项 改 正 数 为 ： ４  ３ １ꢀ 松 垂 距 实 测 方 法 （ １） 温 度 改 正 ： 在 地 面 上 打 下 ２ 个 大 木 桩 （ 或 安 置 ２ 个 三 脚 Δｌｔ ＝ μ × ｌ × ｛ ［ （ ｔ ＋ ｔ下 ） ／ ２］ － ｔ｝ ＝ ３５ ２ ｍｍ。 上 架 ） Ａ 和 Ｂ。 其 间 距 略 小 于 钢 尺 整 长 ， 如 图 ３ 所 示 。 将 水 准 仪 安 置 于 Ａ、 Ｂ 的 一 侧 ， 使 Ａ 和 Ｂ 两 端 等 高 ， ꢀ ꢀ （ ２） 自 重 改 正 ： ２ Δｌ ＝ ｒ × ｌ ／ ２ × Ｅ ＝ １１４ ６ ｍｍ。 ｃ WWW.KYꢀ114.CN 将 钢 尺 两 端 分 别 安 置 于 Ａ 和 Ｂ， 并 施 加 拉 力 Ｐ 将 钢 ꢀ （ ３） 垂 曲 改 正 尺 拉 紧 ， 再 在 Ａ（ 或 Ｂ） 及 中 间 点 Ｃ 处 立 水 准 尺 ， 用 水 准 仪 在 水 准 尺 上 读 数 ａ 和 ｃ， 并 用 目 估 读 钢 尺 在 Ｃ 点 水 准 尺 上 的 读 数 ｄ， 则 该 钢 尺 的 松 垂 距 ： ｆ ＝ ｃ － ａ － ｄ。 现 场 实 测 松 垂 距 长 度 为 ： ｆ ＝ ０ １６４ ｍ。 ２ Ｒ ＝ ｆ／ ２ ＋ ｌ ／ ８ｆ ＝ ４４５ ４４７ １９５ ｍ。 α ＝ ａｒｃｓｉｎ（ ｌ／ ２Ｒ） ＝ ０ ０４９ １６°， Ｓ ＝ ２Ｒαπ／ １８０ ＝ ７６４ ６２４ ｍ， ４  ３ ２ꢀ 垂 曲 改 正 Δｌ ＝ Ｓ － ｌ ＝ ０ １４６ ｍ。 图 ２ 中 ｌ 为 实 测 所 得 的 已 知 长 度 ， 两 端 施 加 拉 ｆ ꢀ ꢀ （ ４） 钢 丝 刚 正 后 长 度 ： 力 Ｐ 拉 紧 钢 尺 。 钢 尺 因 自 重 下 垂 而 弯 曲 成 曲 线 ＡＣＢ。 故 用 量 得 水 平 直 线 ＡＤＢ 的 长 度 ｌ 求 弧 ＡＣＢ 的 长 度 Ｓ。 垂 曲 改 正 为 弧 ＡＣＢ 与 弦 ＡＤＢ 长 度 之 差 。 ｌ ＝ ｌ － Δｌ － Δｌ － Δｌ ＝ ７６４ ７７３ ８ ｍ。 实 ｔ ｃ ｆ ꢀ ꢀ 独 立 进 行 ２ 次 实 测 ， 第 二 次 结 果 为 ７６４ ７７２ ４ ｍ。 ２ 次 误 差 符 合 煤 矿 测 量 规 范 。 即 Δｌｔ ＝ Ｓ － Ｌ。 O ６ ꢀ 总 ꢀ 结 长 钢 丝 导 入 高 程 解 决 了 深 井 筒 的 测 深 问 题 ， 避 R R 免 了 拼 接 使 用 长 钢 尺 断 裂 的 危 险 。 虽 然 长 钢 丝 导 入 高 程 不 像 长 钢 尺 那 样 方 便 ， 但 经 过 改 正 可 以 达 到 煤 矿 测 量 精 度 的 要 求 。 本 文 通 过 实 测 数 据 验 证 了 该 方 法 的 可 行 性 ， 并 进 行 独 立 ２ 次 实 验 进 行 了 对 比 。 另 外 使 用 全 站 仪 测 量 钢 丝 长 度 ， 减 小 了 操 作 步 骤 提 高 了 观 测 效 率 ， 使 长 钢 丝 导 入 高 程 更 加 方 便 。 P P D l A B f C 图 ２ꢀ 钢 丝 垂 曲 改 正 示 意 设 曲 线 ＡＣＢ 是 Ｏ 为 圆 心 的 圆 弧 ， 则 由 图 ２ 可 知 ： · （ 下 转 第 ４１０ 页 ） ３９８·