优化矿山测量作业

2022-10-17

1 矿山测量作业优化必要性

矿山测量事矿山资源开发过程中的一项重要的技术基础性工作, 在矿山的勘探、设计、建设、生产和安全等各方面都是不可缺少的。矿山测量作业特别是地下开采的矿山测量作业, 责任重大。例如井巷贯通如果受测量错误的影响出现偏差, 将造成重大的损失;测量工作条件艰苦, 受到施工、生产的干扰;工作任务往往很紧迫, 期限较短。优化矿山测量作业是必要的, 也是可行的。

2 地面控制网的优化

2.1 控制网优化设计的概念

目前, 通常将控制网优化设计划分为四类: (1) 零类设计解决参考系或基准问题, 也可说是控制网的定位。选择合适的基准 (坐标系、起始数据) 使目标函数最优, 可以采用自由网平差法和S变换 (即相似变换) 的理论。 (2) 一类设计是图形设计问题, 包括点位的选择、观测方案的拟定。对于网中具有一定选择范围的点的位置优化, 可以采用解析法或试验分析法。 (3) 二类设计是解决观测精度问题, 或者说是观测权的分配。网的精度标准可以采用纯量指标或者准则矩阵。需要考虑的是网的可靠性指标。求解的方法可以用数学规划法或机助模拟法。 (4) 三类设计是对原有网进行加密、改进、扩充, 是一、二类设计的综合。

2.2 地面首级网的优化设计

地面首级网是矿山测量的基础和依据, 其作用贯穿于勘探、建设、生产各个时期, 要求长期使用、点位稳固 (只能是大部分点位满足这项要求) 、能满足各种工程的多样精度要求。因此, 在布设首级网时, 要统一规划、综合考虑;从当前需要和长远要求两方面决定控制点的精度和点的密度;充分顾及矿山的地质和开采情况, 使主要控制点尽可能长期保存。矿山首级控制网的基准设计, 包括坐标系统和起始数据。按规定应该采用同一坐标系统, 并且尽可能与国家坐标系统取得一致, 起始数据的选择, 则由于电磁波测距仪的普及, 变得较为简单。根据最优的方法应是布设一个起始点、一个起始方向的边角网, 其要点是: (1) 起始点选在全测区精度要求最高的地带或者选在若干个精度要求很高的地带的中心地区。这样, 全网的精度分布与工程的要求相一致, 可以使网的精度发挥最大的效益。起始点的坐标可以从与国家点连测取得, 但不必用很高的精度, 因为全网只是“挂”在国家网上的独立网。 (2) 起始方向可以通过与国家点连测或用陀螺经纬仪观测。有了一个起始点和一个起始方向, 就解决了网的位置基准和网的方位基准。 (3) 通过布设成边角网, 用边长观测值解决网的尺度基准问题, 由于测边值参加平差计算, 故不需要测量高精度的基线作起始边, 只需用一般的工程测量用的测距仪即可。试验表明, 加测3条精度为5mm+1ppm的边长时, 控制网的尺度误差就可能优于有1条高精度基线 (可认为其误差为零) 的情况。这样, 矿山首级控制网的基准设计变得较为灵活方便, 特别是不需丈量高精度的基线, 可以大大减少工作量。矿山首级控制网的点位选择受地质条件、岩层位移等因素影响, 优选的范围一般很小。因此, 一类设计问题主要是:确定网的平均边长也就是点的密度:观测方案的选择 (亦即网的点位确定之后的“连线”) 。矿山首级控制网的二类优化即观测值的精度设计, 如果经过优化设计, 可以得到比按规范进行等精度观测更好的精度效益。

2.3 矿山控制网的加密与扩充

虽然在初期进行首级网设计时考虑了布网的范围尽可能大, 但随着矿山建设的发展, 不可避免地要扩展网的控制范围;此外, 在点位遭到较多破坏时, 要对其进行补充:而网的加密就更是经常要碰到的工作, 这些都属于控制网的三类设计。它是一、二类设计问题的综合, 难度较大。需要注意的是控制网加密时的起始数据误差影响问题。控制网加密之后, 主网的误差不可避免地传递到加密网上。在作加密网平差计算时有两点不合理的做法: (1) 将主网控制点看作“没有误差”的起始点, 将加密点强制符合到主网上; (2) 在评定精度时不考虑起始误差, 有偏高的倾向。虽然将主网与加密网联合平差处理并不困难, 而且这样做也更能反映测量的实际精度, 但是这在矿山测量工作中是很难行得通的。因为主网的控制点数据一经确定, 便不宜变动, 以免引起施工测量基础数据的混乱和其它方面的不连续性。因此, 尽管“不合理”, 仍然只能将主网看作没有误差的固定点。同时以下列措施来补偿:在评定加密网元素的精度时, 将本级网观测误差影响和起始数据误差影响同时考虑;当精度要求高时, 可通提高加密观测精度来进行抵偿;尽量减少加密的等级层次, 因为一次加密优于逐级加密, 同时应将加密网连成整体, 一次观测, 统一平差。当然如果能在布设首级网时留有充分的精度储备, 使起始数据误差对加密网的影响小到忽略不计, 则更为有利。

3 贯通测量优化

(1) 地面连测:井巷贯通地面连测以导线为宜。研究表明, 对于横向贯通误差来说, 两洞口点之间的控制点数目越少, 则推算方向的误差累计越小, 根据这一原理, 如果能设法让两个洞口点相互通视, 这时, 可以实现地面控制网对横向贯通误差影响为零。控制网的误差只对纵向误差产生影响。因此, 在矿山隧道地面控制连测时, 即使不能实现两洞口点相互通视, 也应尽可能减少递边数目。

(1) 地下导线加测陀螺方位角:虽然地下导线转折角测精度mD高于陀螺方位角精度mT, 但在导线中加测陀螺方位角仍然可提高地下导线的横向精度。一般认为在mT≤4mD的情况下, 加测陀螺方位角效果明显。有一种意见认为, 加测一个陀螺方位角时其最佳位置在7/10处;加测2个时, 最佳位置在4/10和8/10处;而加测3个时, 可选择3/10, 6/10, 9/10 (均为支导线全长) 处。