井下同步尾砂膏体充填系统工程施工测量技术的应用

井下同步尾砂膏体充填系统工程施工测量技术的应用

桂杰

云南锡业股份有限公司大屯锡矿，云南 个旧 661000

摘要：本文主要介绍了井下同步尾砂膏体充填系统工程施工过程中测量技术的实际指导应用。从工程的控制测量、施工放样、各分项工程位置关系及其控制、井壁模板安装测量、移动式三维激光扫描仪的应用等测量工作出发，详细阐述了在工程建设过程中遇到的施工测量技术难题以及相应的解决方案，整套施工测量方案的经验对以后类似工程建设有一定的借鉴作用。

关键词：控制测量；施工放样；工程位置控制；模板安装测量；扫描仪

前言：同步尾砂膏体充填系统中含较多类型的工程，各分项工程间联系紧密，相互贯通，结构复杂，对施工测量精度要求高。施工过程中需解决控制导线、施工放样、各分项工程间空间位置关系，建立巷道模型和精确计算混泥土充填浇筑量、井壁模板安装测量等问题。为解决以上问题，满足施工和验收要求，在工程施工过程中布测了5″级控制导线作为基本控制；及时标定中腰线、井筒中心线等指导施工；全面掌握设计目的和要求，及时检查测量资料，利用移动式三维激光扫描仪收集巷道点云数据，建立巷道模型，反映巷道间的空间位置关系以及精确计算混泥土充填浇筑量；井壁模板安装过程中及时测量模板的正圆度、水平度、垂直度，确保安装满足设计要求。

1工程概况

同步尾砂膏体充填系统工程建设于井下，由大直径立式砂仓、水泥仓；大断面硐室及其联道；辅助斜坡道；安全人行通风斜井和相关措施工程组成。主体工程垂直高差45米，自上而下为砂仓顶层、砂仓底层（搅拌层）充填泵层。辅助斜坡道和硐室联道总长1820米，各类硐室200米，立式砂仓和水泥仓120米，安全人行通风斜井460米，垂直高差190米。该工程是一项系统性工程，各分项工程间联系紧密，相互贯通，工程结构复杂。

图1 主体工程概况

2控制测量

由于井下特殊的施工环境限制，控制导线以支导线形式进行布设。为确保巷道精准贯通和各分项工程空间位置关系正确，测量人员通过对附近区域控制系统可靠性和控制距离综合分析，最终选取1360中段一号口附近的3″级控制点B1080、B1080-1为起算边，布设5″级控制导线为基本控制。分别引至充填泵层、搅拌层（砂仓底层）砂仓顶层的开口处。施工过程中控制导线点沿巷道掘进方向不断延伸布设，控制工程施工[1]。各分层间贯通后及时进行贯通测量，使控制导线闭合并平差。从而使各分层间采用统一的控制导线，确保各分项工程空间位置关系正确。

图2 导线控制系统

3施工放样

施工放样就是把设计图纸上工程建筑物的平面位置和高程，用一定的测量仪器和方法测设到实地上去的测量工作[2]。对于同步尾砂膏体充填系统工程而言，施工放样主要有巷道、硐室中腰线放样、井筒中心放样等等。

3.1巷道、硐室中腰线放样

同步尾砂膏体充填系统大断面巷道、长距离斜井开拓工程多，坡度变化大，中腰线放样采用极坐标与方位结合的方法进行，即以临近控制点（仪器）为坐标原点，巷道的设计方向为正北方向，建立假定坐标系[3]。在假定坐标系下放样中腰线，只需要控制点（仪器）到设计中线的Y值增量、相邻腰线点间的X值增量便可放样中腰线，操作简单省时，精度满足施工要求。在有条件安装激光指向仪的巷道内及时安装激光指向仪指导巷道掘进。

大断面硐室，施工工艺采用台阶式作业，先施工硐室顶部，待顶部支护后再逐级下降高度，对于硐室的施工指导线则是根据施工进度，及时在不同高度标定中腰线，准确指导硐室的开挖范围，确保工程符合设计要求。

3.2井筒中心放样

井筒施工，先采用天顶钻机施工一个直径为3米的钻井作为下渣通道，再由上往下采用全断面开挖法爆破一次成井。

井筒中心线是井筒施工、质量检查以及后期设备安装的重要依据。同步尾砂膏体充填系统工程中涉及两个直径为10米，一个直径为7.5米的井筒施工，井口位于砂仓顶层内的大断面硐室中，硐室规格为13x13x8（长x宽x高）由于井口硐室断面大，难以在硐室顶板标定井筒中心位置，且爆破后容易损坏，现场难以再次使用。为解决这一难题，扩井初期，在硐室帮上标定两条过井筒中心点且相互垂直的线来表达井中，待井筒扩刷至3米以下，采用极坐标法在硐室顶板标定出井筒中心点，然后将定滑轮焊接在井筒中心点上，细钢丝穿过定滑轮下放至井筒中来指导井筒施工，钢丝使用时放下，不用时收至硐室顶板，此方法解决了井中使用不便的问题。

4主体工程中各分项工程间的位置关系及其位置控制

同步尾砂膏体充填系统主体工程由上到下为砂仓顶层、搅拌层（砂仓底层）充填泵层。砂仓顶层设置一个水泥仓硐室、两个砂仓硐室、水泥仓硐室中心位于砂仓顶层主斜坡道中心线上，两个砂仓硐室位于左右两侧呈对称分布，硐室间通过联道联通。硐室内相应建设立式井筒，井筒下至搅拌层，通过联道联通一级搅拌层硐室，一级搅拌硐室连接二级搅拌硐室，二级搅拌硐室内设置下料口，通过下料口连接充填泵层内的充填泵硐室。

为准确控制各分项工程间空间位置关系，测量技术人员全面掌握设计目的和要求，多次对控制导线复测，及时检查测量资料，保证控制导线有足够的精度，从而更精确的标定各分项工程的位置。在施工的各重要环节，及时检查施工现场各分项工程间的空间位置，并与设计作对比。平面内主要控制水泥仓井筒中心、砂仓井筒中心、下料口中心，保证三者间的位置关系与设计吻合。竖直面内主要控制充填泵硐室顶底板高程、一二级搅拌硐室底板高程、水泥仓井筒、砂仓井筒及其联道的底板高程，保证各分项工程间的高差关系与设计吻合。

图3 主体工程位置关系

5井筒仓壁钢模板安装测量

仓壁钢模板每层由4块组成，每层间的间距为2米，仓壁钢板通过焊接的方式与井圈钢槽、圆钢、锚杆连接，仓壁与井壁间用混泥土充填。对测量工作来说，安装前需检查井筒中心的准确性，找准井筒内第一层仓壁基准点。安装过程中，使用全站仪、水平仪、水准管、钢尺等设备对钢模板的正圆度、水平度、垂直度进行检测。根据设计要求和检测规范，在仓壁钢模板组装时、焊接前后以及浇灌后的4环节进行检测，每次检测均进行16个方向，为设备的安装提供可靠数据支撑，确保安装工程符合设计要求，检测指标为：正圆度偏差≤15mm、水平度偏差≤10mm、垂直度偏差≤1/1000。

图4 钢模板安装

6扫描仪的应用

三维激光扫描仪是一种能够快速测量空间形状的测量仪器，其突破了传统单点测量方式，具有高效率、高精度、非接触三维测量等优势[4-5]。能够快速建立巷道模型，计算出准确的巷道体积。

6.1巷道模型建立

通过三维激光扫描仪对巷道进行点云数据采集，利用解压软件对采集到的点云数据进行解压，将解压后的点云数据导入Reconstructor数据处理软件中进行坐标转换，再将坐标转换后的点云数据导入至3DReshaper软件中进行巷道三维模型创建，完成后输出DXF格式文件，最后将该文件导入dimine软件中便可完成dimine三维模型的建立。

6.2充填浇筑量计算

在同步尾砂膏体充填系统中涉及较多混泥土充填、浇筑量的验收，对于不规则的巷道，采用传统全站仪碎步测量法及支距法测绘，耗时且难以准确计算出混泥土量。三维激光扫描仪的应用便很好的解决了这一难题。

在巷道浇筑前后分别利用三维激光扫描仪对巷道进行扫描测量，并在巷道点云数据未抽希的状态下建立起巷道模型，然后在巷道浇筑的起点与终点处裁剪并封闭模型，得到巷道浇筑前后的体积，两个体积差便是混泥土浇筑量。对于充填量只需要充填前扫描即可。

图5 混泥土浇筑前后巷道对照图

4总结

同步尾砂膏体充填系统工程结构复杂、工程类型多样，各分项工程间联系紧密，系统系强。施工测量过程中以控制测量、施工放样、各分项工程位置关系、井壁模板安装测量和工程量验收等工作为重点，通过对其仔细分析后提出相应的施工测量方案，使工程施工顺利进行，并形成了一套针对此类工程的施工测量方案。

参考文献

[1]张高兴,陈敦云,杨增金.矿山井下全站仪导线测量方法的种类及其应用[J].矿业工程,2012,(03):45-47.

[2]吴贵才.全站仪在建筑工程放样中的应用[J].山西建筑，2007,(15):360-261.

[3]魏国武.假定坐标系统在工程测量中的应用[J]，硅谷，2009(07):87-90.

[4]李鹏宇.姜岳,宗琪,牟占武,袁鑫,姜岩.基于三维激光扫描技术的某金矿采场体积测量与计算[J].金属矿山，2018(4):145-149.

[5]刘志强.基于SLAM技术手持三维激光扫描仪在铜矿山井下的应用[J].中国矿山工程,2021(2):13-16.