摘要：本文就地面控制及井上下联系测量应用策略开展研究，在对地面控制及井上下联系测量价值进行分析、指出规程提出的相关要求后，从事地面控制及井上下联系测量技术在唐山市迁安市木厂口镇杏山铁矿的具体应用研究，详细分析如何实现地表控制测量以及井上下联系测量阶段的近井点与井口水准基点测量方法、投点方法等，以形成相对健全、完善的技术应用指导方案供我国铁矿企业加以借鉴，从而在生产、测量中全面发挥地面控制及井上下联系测量技术功效，为铁矿安全、稳定生产提供技术保障。

　　关键词：井上下联系测量；测量设备；地面控制测量；GPS静态测量

　　1地面控制及井上下联系测量价值分析

　　联系测量，即将矿区地面的平面坐标系统，同高程系统传递至井下的测量手段。该测量方式下，将地面平面坐标系统向井下进行传递的测量被称为“平面联系测量”，简称“定向”测量，将地面高程系统，向井下传递的测量被称为“高程联系测量”，简称“导入高程”。矿井生产阶段，开展地面控制与井上下联系测量，其作业目的是确保地面与井下测量控制网均可采取统一的坐标，通过井上下联系测量，使地面工作人员了解井下经纬仪导线起算边的坐标方位角、井下经纬仪导线起算点的x、y平面坐标以及了解井下水准基点H高程。

　　将地面控制及井上下联系测量技术应用于铁矿地下矿山，需要遵循相关规程提出的主要精度要求，即联系测量的限差要求以及实际定向精度要求。在定向类别为陀螺经纬仪背景下，井下相同定向边的两次独立陀螺经纬仪定向互差要求15”级＜40”、25”级＜60”。同一边任意两侧回测量陀螺方位角互差要求为15”级＜40”、25”级＜70”。在几何定向技术下，基于近井点推算的两次独立定向结果互差要求为双井定向＜1’、一井定向＜2’。

　　与此同时，规程内所提出的几何定向限差，是以当时制定规程阶段各矿实际定向精度所规定的数值，基于部分局矿的统

　　计资料，计算两次独立定向平均值下的误差以及两次Ma 0独立定向容许误差∆α。在选择两井定向背景下，两个独立定向个数为85，Ma 0为13”，∆α规定值为52”，估算值为1’，在一井定向下，两次独立定向个数为28，Ma 0为25”，∆α规定值为1’40”，估算值为12’。

　　2工程概况

　　为深度开展地面控制及井上下联系测量技术的应用，本文以位于唐山市迁安市木厂口镇的杏山铁矿为例开展地面控制及井上下联系测量的应用研究。杏山铁矿为首钢矿业集团旗下铁矿公司，为首钢旗下首个地下开采矿山，2011年7月前为露天开采形式，7月后转为地下开采。杏山铁矿为继梅山铁矿后成为我国第二大地下矿山，且近年来深度研究远程控制生产，积极组织单台20吨电机车改造试验，取得了丰富的研究成果。目前，杏山铁矿划分为六个作业区，即开拓区、采矿区、井巷区、碎运区、提升区与动力区。

　　联系测量方面，杏山铁矿一期采用主副井斜坡道开拓方式，开拓工程下包含1条主井、1条副井以及通地表斜坡道、进风井、西风井、东风井各1条。杏山铁矿一期主井、副井分别采用箕斗井与罐笼井形式，主副井井筒直径分别为Φ5.5m、Φ6m，井口标高均为123m，井底标高分别为-481.747m与-519.6m，主井服务到-330m阶段水平，安装一台JKM4×6多绳摩擦轮提升机与4000kW电机，负责完成矿、岩提升任务，副井服务到主井粉矿清理水平，主要负责实现人员、粉矿、生产材料、废石以及设备的提升任务，同时杏山铁矿一期生产阶段所用的管线、电缆均布置于副井之中。

　　3铁矿地面控制及井上下联系测量应用研究

　　3.1技术规程

　　面向杏山铁矿一期项目开展地面控制与井上下联系测量作业，第一需要遵循中国计划出版社出版的GB 50026-93《工程测量规范》要求，第二需要遵循煤炭工业出版社出版的ISBN8-5020-0397《煤矿测量手册》要求，第三需遵循煤炭工业出版社出版的75020030**/t-652.2 td17-65《煤矿测量规程》要求。

　　3.2测量设备

　　相比其他测量方式，第一，陀螺全站仪优点在于其利用积分法进行测量，性能优于目前市场上广泛应用的逆转点法测量设备，在实现全自动同时具有速度快、精度高的优势。第二，陀螺全站仪所具备的基准镜设置程序与零位修正程序，能够实现高精度定向。第三，陀螺全站仪采用直流永磁陀螺电机，旋转精度高、无转动死点，敏感部温升较小。第四，陀螺敏感部采取下挂式摆式陀螺，操作安装相对便捷。

　　杏山铁矿一期项目的地面控制与井上下联系测量主要设备采用Y/JTQ-1陀螺全站仪。Y/JTQ-1陀螺全站仪为解放军1001工厂联合西安市测绘研究所共同研制的Y/JTG系列其中一款，隶属自主式、全天式精密定向陀螺全站仪，组成部分包括主机、脚架、电缆、控制装置，使用积分测量方式实现真北方角快速测量。应用阶段由控制装置执行各项程序，定向时长为20min。获取数据后，Y/JTQ-1陀螺全站仪基于数据线向控制装置传输，同时测量结果的输出、计算、显示均由控制装置完成。目前，Y/JTQ-1陀螺全站仪已广泛应用于矿山、隧道以及井下的定向作业，且在军事领域亦被应用到雷达、火炮、导弹定位之中。调

　　试方面，杏山铁矿一期项目应用的Y/JTQ-1陀螺全站仪一次

　　定向误差为≤7”，一次定向测量时间≤20min，仪器主机重量≤17kg，供电采取交直流电源使用，其中交流电源为220V±

　　10%50Hz，直流电源为12V专用直流电源。

　　3.3地面控制测量

　　3.3.1执行规范与地表已知点检测

　　开展杏山铁矿一期项目地面控制测量，地面首级控制包裹GE01、GE03两个GPS控制点，同时包含2个一级导线点，即KZ08、FW-4。因地表控制点长期未使用，且周围环境已经产生变化，彼此之间无法相互通视，故以矿区周围情况，增加WT01、BGLD两个控制点。其中WT01与KZ08实现通视，BGLD与FW-4实现通视。测量阶段，要求作业单位严格遵循《工程测量规范》(GB50026-2007)、《冶金矿山井巷工程测量规范》(YB/T 4685-2013)、《国际三、四等水准测量规范》(GB/T 12898-2009)、《煤矿测量规程》以及《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314-2009文件提出的相关要求。地表已知点检测方面，对GE01点、GE03点从事X、Y、Z坐标检测，本次已知地表起算控制点GE01X、Y、Z坐标分别为4423374.955、503887.335、131.619，GE03控制点X、Y、Z坐标分别为4423904.095、503887.386、163.851。基于上述坐标参数，可得出两个控制点利用坐标反算后控制点边长为953.092m，G101与GE03基线长度为953.081m与953.085m，均值为953.083m，此刻，GE01与GE0.边长的相对误差为1/105932，满足四等控制网约束点间边长相对中误差要求，即＜1/100000。检测阶段，使用四等水准进行GE01与GE03高程联测，确认计算结果满足四等附和水准路线提出的闭合差要求。

　　3.3.2地表GPS静态测量

　　开展地表静态GPS测量，目的为检核四个已知监测点的稳定性，同时测量两个新增点的坐标，将GE01、GE03两个控制点作为参考点，将KZ08、FW-4、WT01以及BGLD作为移动站开展GPS组网。组网阶段，杏山铁矿一期工程GPS控制网采取静态相对定位模式、网连式组网开展外业观测。在GPS组网下，对4个原控制点以及2个全新控制点进行X、Y与H高程计算。计算结果下，GE01控制点X、Y、Z坐标分别为4423374.955、503887.335、131.619，GE03控制点X、Y、Z坐标分别为4423904.095、503887.386、163.851。FW-4控制点X、Y、Z坐标分别为4423206.782、503851.729、132.312，WT01控制点X、Y、Z坐标分别为4422106.984、503125.633、284.705。KZ08控制点X、Y、Z坐标分别4423196.708、503781.795、133.142，BGLD控制点X、Y、Z坐标分别为4423055.055、503040.236、280.731。

　　3.4联系测量作业方法与关键内容

　　3.4.1联系测量操作方法

　　第一，全站仪对中、整平。在摆设脚架阶段，要求作业人员将脚架全部松开，随后将其端平放到垂球下方，目测是否对重后踩紧脚架将脚架紧固。随后，安放陀螺仪、调平，在对中期间倘若发现无法对中，则应以垂球同仪器中心的关系进行脚架升降调节，让垂球向着仪器中心反方向移动，稍超出仪器中心后再开展调平对中。第二，在电控箱主界面进行参数设定，主要设置参数为测区的经度与维度。第三，完成参数测试后观测电源电压是否满足22V，若低于22V则必须进行电源更换。第四，进行陀螺全站仪设备预热，最佳预热次数为2次，每次预热操作间隔5min~10min。第五，开始从事陀螺测量操作，在测量完毕后选择数据输入模式，进入全站仪普通测量功能，基于全站仪操作界面记录功能，将左盘测量数据向控制箱传输，随后再利用记录功能进行右盘测量数据传输。第六，点击确认功能，弹出数据显示对话框并显示测量数据。第七，在显示所有数据后，对每一次陀螺全站仪测量的数据进行差值对比，最佳差值应＜30”。此刻需要注意，开展矿井的上下联系测量至少需开展三次陀螺测量，并且相邻的两次陀螺测量，方位差值需要＜30”，若＞30则需要重新测量，直至三次测量均满足上述要求。与此同时，在应用陀螺全站仪进行杏山铁矿上下联系测量阶段，应注意不可使用设站与角度归零功能，否则将导致前期测量阶段仪器的数据异常。

　　3.4.2近井点、井口水准基点测量

　　对近井点采用矿区控制网下插点、插网形式测量。测量期间，针对杏山铁矿一期工程副井近井点采取导线形式进行布网，利用FW-4与BGLD控制点，以BGLD控制点为测站，获取近井

　　点测量的原始数据以及坐标成果。井口水准基点个数要求≥2个，且精度需要满足相邻井口巷道贯通要求。井下主要巷道要求高程贯通允许误差在m允=0.2m，其中误差m=0.1m。一期工程副井共计布设2个水准基点，一个利用近井点，另一个在周围坚固基础中布置，采用闭合水准路线开展联测，FW-4为高程起算点，经过水准测量数据整理后，得出近井点高程H=132.315m，另一水准基点高程为H=132.256。

　　3.4.3投点作业

　　考虑到副井有着较深的定向水平，且筒内滴水量较大，若采用激光投点无法达到预期效果，故杏山铁矿一期工程建设单位决定采用钢丝投点。对于筒内条件价差无法实现钢丝稳定投点情况，采用单重摆动投点法，于重锤自摆动阶段使用专用设备对钢丝摆动情况进行观测，并利于全站仪对钢丝同测站的连接线、定向边之间水平角度进行测量。为有效降低投点误差，作业人员关闭风门，停止风机运行以有效降低筒内空气流动，同时设置水桶盖以防止滴水拍打水面对重锤稳定性造成影响。与此同时，除上述方法，亦可安排作业人员使用直径较小且强度较大的钢丝悬挂重锤，当条件可行，作业人员可合理加大重锤的质量，亦或是在水桶内装入机油代替水，从而有效增加重锤在液体内的阻力，提升重锤的稳定性。

　　3.4.4确认井下导线起算边坐标方位角

　　在实现投点后，利用陀螺全站仪进行井下导线起算边坐标方位角的确认：①基于已知边进行仪器常数测定；②于待定边进行陀螺方位角测定；③于已知边上重新开展仪器常数测定，求仪器常数合适值，对一次测定误差进行评定；④计算子午线收敛角与待定边坐标方位角。测量阶段，对已知边下井前进行3次测定，上井后进行3次测定，最终获取FW-4至KZ08上述已知边的均值为261°48’08”，基于“白塞尔公式”对测定中的误差进行评定，得出m=±4.3''，同时基于已经推导出的井下待测边依次测定方位角中误差，开展陀螺仪常数平均值中误差计算，最终得出m∆平=1.8''。

　　经过计算，-180水平井下定向坐标方位角方面，X坐标=4423207.296、Y坐标=503859.154，γ-子午线收敛角=0°56’03”，陀螺方位角均值=90°45’22”，坐标方位角=90°46’17”。-330m水平井下定向坐标方位角方面，X坐标=4423206.927、Y坐标=503866.897，γ−子午线收敛角=0°56’03”，陀螺方位角均值=90°4’46”，坐标方位角=90°5’41”。-428m水平井下定向坐标方位角方面，X坐标=4423207.316、Y坐标=503873.857，γ−子午线收敛角=0°56’03”，陀螺方位角均值=91°33’50”，坐标方位角=91°34’45”。-480m水平井下定向坐标方位角方面，X坐标=4423207.287、Y坐标=503857.389，γ−子午线收敛角=0°56’03”，陀螺方位角均值=90°41’50”，坐标方位角=90°42’45”。

　　3.4.5确认井下导线起算点平面坐标

　　作业阶段，将TS06莱卡(地表)全站仪、3台DTM352C尼康全站仪以及1台Y/JTQ-1陀螺全站仪架设于地表井点，后视GE01控制点，测站近井点，前视钢丝，仅开展水平角与距离的联测，对-180m、-330m、-428m、-480水平采用全站仪进行测距以提升操作安全性，地表由作业人员使用钢尺进行量距作业。井下作业方面，于各水平1号点架设仪器，后视钢丝同时前视2号点，同时进行3号点的联测，下方钢丝挂重为80kg，待水桶中重锤稳定后进行观测并开展记录。

　　操作阶段，在-180m、-330m、-428m、-480m各水平1号、2号点使用陀螺全站仪进行方位角测定，基于测量获取的水平角同前面定向边方位角计算1号到钢丝的方位角，随后利用钢丝同1号点测量出的距离计算出不同水平下1号点的平面坐标，并陆续求取2号点、3号点坐标，最终获取的各定向边导线起算点坐标计算结果。

　　3.5陀螺全站仪井上下联系测量注意事项

　　在利用陀螺全站仪从事井上下联系测量期间，第一，全站仪工作阶段会因其自身工作特点导致自身温度升高，继而影响测量的精度。为避免这一问题，启动全站仪期间应采取相关措施让设备与环境温度相符，随后再开展测量作业。第二，近井点埋设位置阶段方面需要注意避开机械通道以及开采影响小的区域。第三，近井点联系测量期间，应确保点位误差＜7mm，方位角中误差不可超过10”。第四，井上、井下观测期间水准气泡不可出现偏离。完成一个控制点测量后，应停止陀螺全站仪10min~15min后重新安置陀螺仪开展测量，同时让温度盘位置变换180°/n。

　　4结语

　　本文以杏山铁矿一期项目为例，对地面控制与井上下联系测量技术的应用开展详细研究，对基于Y/JTQ1-1陀螺仪的地面控制、井上下联系测量操作过程、遵循的规范以及获取的结果进行详细分析，深度阐释了地面控制与井上下联系测量技术的应用方法。相关单位可借鉴本文研究成果，从而通过对技术、仪器的合理应用达到预期效果。同时，技术应用阶段，矿业单位应确保测量人员具备扎实的基础知识以及掌握相关仪器使用方法，确保对技术正确、规范使用以充分发挥技术优势。