摘要：随着建筑工程技术的进步，大型钢结构井架在矿山的应用越来越多。如何保证大型钢结构井架安装时的精密定位，是一项新的技术课题。 铜冠矿山建设股份有限公司从多年大型钢结构井架安装精密定位测量的实践中，总结出了一套实用可靠的全站仪实时跟踪观测主、副斜架精密定位的测量方法。该方法成功地指导了赞比亚谦比西东南矿体主井井架的安装、沙溪铜矿副井井架的安装和铜山矿业公司主井井架的安装。该项技术安全可靠，达到了国内领先的水平。
关键词： 大型钢结构井架 精密定位 全站仪跟踪观测
1测量技术特点
1.1采用高等级全站仪精确标定出井筒十字线点和井架基础十字线点，精准控制井架基础的折页；同时确放样出各稳车基础及各地锚位置。
1.2 利用全站仪的免棱镜功能在井筒十字线点上设站，测出主、副斜架上已粘贴好的反射片十字交点的平面坐标，快速且准确控制主、副斜架吊装后的空间位置。
2.3 与传统的测量方法相比，此方法空间定位测量速度快，测量精度高，降低了成本，提高了工效，作业安全。
2施工原理及操作要点
2.1 施工原理
大型钢结构井架安装精密定位测量工作的关键技术原理就是通过地面控制测量方法提高起始点的三维坐标精度，检测井筒中心坐标并与设计比较，精确标定出井筒十字线点和各基础十字线点，并精密放样出各地锚的位置，然后在井筒十字线点上设站，实时控制大型钢结构井架主、副结构单元起吊时空间位置，实现主、副斜架空间精准对接合拢。
2.2操作要点
2.2.1测量准备
(1)所有测量仪器、器具准备齐全并按照《中华人民共和国计量法实施细则》规定检验合格。
(2)审核施工图，编制大型钢结构井架安装精密定位测量方案，并进行技术和安全交底。
(3)落实人员、设施与材料。
(4)收集专业测绘单位提供的平面坐标、方位和高程控制成果资料。
(5)现场测量控制点位交接,并做好控制点的保护,资料齐全。
(6)定位定向依据的复核。
(7)作坐标反算法核对所给测量控制点的边长和方位角。
(8)用符合校测法对所给出的测量控制点进行校核。
2.2.2地面控制测量
地面近井点的埋设和测量
在需安装的大型钢结构井架的地面选择有利地形位置埋设近井点，并利用地面已有控制点进行平面和高程控制测量。
平面控制测量采用徕卡TS09 plus2″R500（2″ 【棱镜：
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，无棱镜：
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】mm）全站仪三次对中三个测回测角量边，测角中误差和边长相对中误差均符合规范要求。
2.2.3井筒中心位置的检测
采用徕卡TS09 plus2″R500全站仪在近井点设站，后视控制点，通过一定方式实测井筒中心点的平面坐标，并与设计坐标比较，符合规范要求后，进行下一步的测量工作。
2.2.4井筒十字线点埋测
2.2.4.1井筒十字线点埋设
在近井点设站，后视控制点进行定向，在井口场地适当位置分别放样永久主、副十字线方向上的一点，实测出其平面坐标，并与设计坐标比较，符合规范要求后，分别在放样出的点上设站，放样出主、副十字线，挖坑浇砼埋设φ20的圆钢。每条十字线上埋设的标桩符合测量规范要求。
2.2.4.2井筒十字线点测量
采用徕卡TS09 plus2″R500全站仪在近井点设站，后视控制点完成定向后，分别在主、副十字线的圆钢上口面正倒镜法钻一小眼，眼孔即为十字线点标志，并实测出两点的平面坐标，符合规范要求后，全站仪分别在主、副十字线的两个实测点上设站，标定出其它十字线点，之后进行一次对中三个测回测角量边，以求算出十字线各点的坐标。
用DS3型水准仪两次仪器高法测设一级水准测量，将高程基点的高程测至各十字线点上。
2.2.5主副斜架基础十字线的布设
采用徕卡TS02 plus2″R500全站仪在十字线点上设站，将主副斜架基础十字线投放到基础上，弹好墨线，每个基础的校核选用钢尺检验基础上的2个地脚螺栓盒距离基础中心线的实际距离，主斜架两个基础之间、副斜架两个基础之间及主副斜架基础之间的距离利用钢尺检测，其结果与设计比较，确保其精度符合规范要求。
2.2.6主副斜架固定折页安装测量
根据井架基础上的十字中心线，在折页预埋件的水平面和垂直面画出固定折页的纵向边缘线，利用钢尺控制活动折页轴孔中距基础中的距离。根据井架基础附近的高程点，用水准仪测算出固定折页在折页预埋件上安装位置的水平标高，并根据主斜架固定折页安装图计算出固定折页的实际高度，再用气割将折页多余长度割除，外侧打出单面坡口，坡口角度30°。通过固定折页利用吊线、角尺、水平仪等工具进行找正，固定折页的安装必须满足4片固定折页轴心高度一致，活动折页两侧与固定折页间保留5mm间隙。
2.2.7稳车与地锚的安装测量
依据稳车与地锚的平面布置设计图，用全站仪依次放样出各稳车的十字线和地锚的中心点位，以指导稳车和地锚的安装。
2.2.8双桅杆的安装测量
依据设计尺寸，采用徕卡TS09全站仪放样出两桅杆底部中心线，并定出一标高点，以指导两桅杆的安装。
桅杆安装好之后，在其横梁中间位置粘上50cm×50cm的反射片。在桅杆的竖立过程中采用两台全站仪(TS02、TS09)分别在井筒的北和西方向实时跟踪测量，利用全站仪的无棱镜功能及计算与反算功能，通过实测出反射片中心坐标来控制桅杆在空中的位置。
2.2.9大型钢结构井架的安装测量
大型钢结构井架分为主斜架、副斜架和立架三个部位，因此，其安装测量工作分为三个部位的组装测量和主、副斜架起吊后对接合拢时的精准测量及立架的精密定位测量。
2.2.9.1大型钢结构井架的组装测量
副斜架应先于主斜架组装，头部距离井口中心6m向东组装，副斜架中心应与井筒中心线重合。
主斜架采用折页定位的组装方式，头部朝西，从G-10开始向头部组装，但主斜架底部箱体G-19需在桅杆竖立以后方可组装。主斜架在副斜架箱体上部组装，主、副斜架间垫道木。
立架组装分上下两段组装，分别为±0.00m～19.300m；±19.300m～38.320m，立架可以在附近合适的地点组装，因两段的重量较小，安装时用吊车移位即可。
主、副斜架组装立架组装时必须用50m钢尺严格控制好各部件间的关系。
2.2.9.2大型钢结构井架精密定位测量
在井架吊装前，在主、副斜架天轮平台梁及主副连接横梁上布置好测量观测点(50cm×50的反射片，反射片的十字中心在井筒十字线方向上)，观测点设在井架的西侧、南侧和北侧。采用徕卡TS09和TS02全站仪分别在井筒十字线点的西侧和北侧设站，分别后视另一十字线点进行坐标定向。主斜架起吊时对其空间位置实时跟踪测量，测出反射片中心坐标，利用全站的计算反算功能快速计算出主斜架的实际位置与设计位置的偏差值，实时调整主斜架在空中的位置；副斜架起吊时也对其空间位置实时跟踪测量，测出反射片中心坐标，利用全站的计算反算功能快速计算出副斜架的实际位置与设计位置的偏差值，实时调整副斜架在空中的位置。
待井架合拢以后，分别观测主、副斜架在西、南、北侧井架的实际偏差情况，通过调整主牵、副斜架后留提升系统，将井架找正，天轮平台设计中心线与提升中心线重合度允差 ±7mm。如主、副斜架调整到与提升中心线重合时，合茬接口处仍存在错口现象，利用千斤顶进行调整，从而实现主、副斜架在空间的精准对接合拢。
3材料及设备
大型钢结构井架安装精密定位测量所需的材料设备见下表
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4质量控制
4.1执行的规范、标准
《有色金属矿山井巷工程测量规程》（YSJ415-93）
4.2质量控制措施
4.2.1测量仪器的质量控制
(1)测量仪器必须符合工程所需的精度要求。
(2)测量仪器在使用前应送到具有检定资质的单位检定，各项精度指标符合规范要求。在使用或运输过程中要采取防震措施，并进行自检合格。
4.2.2地面测量质量控制
(1)对所提供的控制点必须进行现场交接并联测，以检查其点位的准确性和精度情况。
(2)建立的近井点必须达到小三角的精度要求。
4.2.3近井点测量的精度要求
近井点可在矿区三、四等三角网、测边网或边角网的基础上，用插网、插点和敷设导线等方法测设。近井点的精度，对于测量它的起算点来说，其点位中误差不得超过7cm，后视边方位角中误差不得超过10″。
5安全措施
5.1严格执行《中华人民共和国安全生产法》（2002年11月1日起施行）、《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）。
5.2编制安全技术规定，对所有作业岗位明确安全工作要求。
5.3严格执行高空作业安全管理规定，高空作业人员必须系好安全带，落实防坠措施，防止发生人员和物件坠落事故。
5.4测量时必须将测量仪器架设在安全、平稳的地方，且观测人员不能离开仪器，搞好对仪器的监护。
5.5确保各项测量进行过程中信号畅通无阻，联络方便有效。
6效益分析
该技术利用全站仪的无棱镜功能在空中实时跟踪测量反射片的中心点坐标，创新性的选用全站仪的计算和反算功能，及时计算出反射片的中心位置，算出主、副斜架与井筒十字线的偏差值，实时调整主、副斜架在空中的位置，实现主、副斜架在空中的精准对接，具有事半功倍的作用，为矿山的早日建成投产提供了十分重要的关键保障，给矿山创造了巨大的经济效益，具有良好的经济和社会效益。
7应用实例
中色非洲矿业有限公司赞比亚谦比西东南矿区主井井架为钢框架结构式井架，总高度59.00m，总重587t（其中立架约150t）。该大型钢结构井架分主斜架、副斜架和立架，钢井架共分三层，井架总高度为58米，41.750为下天轮平台，49.750为上天轮平台。
该井架起吊方式采用双桅杆法起吊。桅杆最大截面1.60m×1.60m，桅杆总高度48m，单付桅杆重量47.5t，桅杆东西方向（和主斜架背靠背）组装，两桅杆底部中心线距离井筒中心线7m，两付桅杆间中心线距离为7m，桅杆竖立后底面标高±0.80，即桅杆底板下表面标高。
该井架的起吊时，通过采用两台徕卡全站仪(TS09、TS02)分别在北侧、西侧十字线点上设站，经后视进行坐标定向后，利用全站仪的无棱镜功能，测出设站点至反射片的中心位置坐标，创新性地选用全站仪的计算与反算功能，及时算出主、副斜架与井筒十字线的偏差值，实时调整各自在空间的位置，实现主、副斜架在空间的精准定位。该提升系统和井筒装备安装结束后，经轻载运行后重负荷运行，一次性试车成功，受到建设单位和监理单位的一致好评。
参考文献:
【1】《矿山测量学》中国矿业大学出 主编 张国良 副主编 朱家玉 顾和和
【2】《有色金属矿山井巷安装工程规范》 GB 50641-201