測量學(xué) 11井下測量

1、第十一章 井下測量11-1 近井點和井口水準(zhǔn)基點 在全國范圍內(nèi)都布設(shè)了國家一、二等三角網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)，在礦區(qū)范圍內(nèi)也有國家一、二等三角點和水準(zhǔn)點。但是，這些點的密度很小，遠遠不能滿足礦區(qū)測量的需要。通常進行的礦區(qū)控制測量就是在國家一、二等三角網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)礦區(qū)三、四等三角網(wǎng)或高精度的光電測距導(dǎo)線作為礦區(qū)的平面控制，布設(shè)礦區(qū)三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)作為礦區(qū)的高程控制。 為了滿足礦井建設(shè)和生產(chǎn)的需要，建立礦井上、下統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，還需在礦井工業(yè)廣場井筒附近布設(shè)平面控制點和高程控制點，即我們通常所說的近井點和井口水準(zhǔn)基點。1 近井點可在礦區(qū)三、四等三角網(wǎng),測邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)的基礎(chǔ)上，用插網(wǎng)、插點和敷設(shè)經(jīng)緯儀導(dǎo)線

2、等方法測設(shè)。近井點的精度，對于測設(shè)它的起算點來說，其點位中誤差不得超過7 cm，后視邊方位角中誤差不得超過10。井口水準(zhǔn)基點應(yīng)按四等水準(zhǔn)測量的精度要求測設(shè)。此外近井點和高程水準(zhǔn)基點的布設(shè)還要滿足以下要求： (1) 盡可能埋設(shè)在便于觀測、保存和不受開采影響的地點； (2) 近井點至井口的連測導(dǎo)線邊數(shù)應(yīng)不超過3條； (3) 高程水準(zhǔn)基點應(yīng)不少于兩個(近井點可作為高程水準(zhǔn)基點)。211-2 礦井平面聯(lián)系測量一、 概述 把井上、井下坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一起來所進行的測量工作就稱為礦井聯(lián)系測量。 礦井聯(lián)系測量又分為礦井平面聯(lián)系測量和礦井高程聯(lián)系測量。礦井平面聯(lián)系測量是解決井上、井下平面坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一問題；礦井高程

3、聯(lián)系測量是解決井上、井下高程系統(tǒng)的統(tǒng)一問題。 3 礦井平面聯(lián)系測量的任務(wù)是根據(jù)地面已知點的平面坐標(biāo)和已知邊的方位角，確定井下導(dǎo)線起算點的平面坐標(biāo)和起算邊的方位角。 礦井平面聯(lián)系測量的方法主要分為幾何定向和物理定向兩種，幾何定向又分為一井定向和兩井定向兩種，物理定向即陀螺定向。4二、 一井定向 一井定向是在一個井筒內(nèi)懸掛兩根鋼絲，將地面點的坐標(biāo)和邊的方位角傳遞到井下的測量工作。 (一) 投點 投點是以井筒中懸掛的兩根鋼絲形成的豎直面將井上的點位和方位角傳遞到井下。1 投點誤差 要盡可能采取以下措施減小2 鋼絲自由懸掛的檢查 (1) 信號圈法； (2) 比距法； (3) 振幅法5 (二) 連接 連

4、接測量分為地面連接測量和井下連接測量兩部分。地1 連接三角形應(yīng)滿足的條件 (1) 點C與D及點C與D要彼此通視，且CD與CD的邊長要大于20 m； (2) 三角形的銳角和要小于2； (3) a/c與a/c的值要盡量小一些，一般應(yīng)小于1.5 m。2 連接三角形法的外業(yè) 地面連接測量是在C點安置經(jīng)緯儀測量出、和三個角度，并丈量a、b、c三條邊的邊長。同樣，井下連接測量是在C點安置儀器測量出、和三個角度，并丈量a，b和c三條邊的邊長。63 連接三角形的解算(1) 運用正弦定理，解算出，(2) 檢查測量和計算成果 首先，連接三角形的三個內(nèi)角、以及、的和均應(yīng)為180。若有少量殘差可平均分配到、或、上。

5、其次，井上丈量所得的兩鋼絲間的距離c丈與按余弦定理計算出的距離c計相差應(yīng)不大于2 mm；井下丈量所得的兩鋼絲間的距離c丈與計算出的距離c計相差應(yīng)不大于4 mm。若符合上述要求可在丈量的a、b、c以及a、b、c中加入改正數(shù)Va，Vb，Vc及Va，b，c (3) 將井上、井下連接圖形視為一條導(dǎo)線，按照導(dǎo)線的計算方法求出井下起始點C的坐標(biāo)及井下起始邊CD的方位角。7三、 兩井定向1 概述 兩井定向是在兩個井筒內(nèi)各用重球懸掛一根鋼絲，通過地面和井下導(dǎo)線將它們連接起來，從而把地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的平面坐標(biāo)和方向傳遞到井下。兩井定向的外業(yè)測量包括投點、地面和井下連接測量。在連接測量時必須測出井上、井下導(dǎo)線各邊的

6、邊長及其連接水平角；同時在內(nèi)業(yè)計算時必須采用假定坐標(biāo)系。82 兩井定向的內(nèi)業(yè)計算(1)按導(dǎo)線計算方法，計算出地面兩鋼絲點A、B的坐標(biāo)(x，y）、（x，y）；(2) 計算兩鋼絲點A、B的連線在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的方位角；(3) 以井下導(dǎo)線起始邊A1為x軸，A點為坐標(biāo)原點建立假定坐標(biāo)系，計算井下導(dǎo)線各連接點在此假定坐標(biāo)系中的平面坐標(biāo)，設(shè)B點的假定坐標(biāo)為(x，y）；(4) 計算A、B連線在假定坐標(biāo)系中的方位角(5) 計算井下起始邊在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的方位角:(6) 根據(jù)A點的坐標(biāo)(x，y）和計算出的A1邊的方位角，計算出井下導(dǎo)線各點在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)和方位角。9四、 陀螺定向1 陀螺經(jīng)緯儀的基本原理自

7、由陀螺儀具有以下兩個基本特性：(1) 定軸性:陀螺軸在不受外力作用時，它的方向始終指向初始恒定方向；(2) 進動性:陀螺軸在受到外力作用時，將產(chǎn)生非常重要的效應(yīng) “進動”。 常用的陀螺儀是采用兩個完全自由度和一個不完全自由度的鐘擺式陀螺儀。它是根據(jù)上述的陀螺儀的定軸性和進動性兩個基本特性，并考慮到陀螺儀對地球自轉(zhuǎn)的相對運動，使陀螺軸在測站子午線附近作簡諧擺動的原理而制成的。102 礦用陀螺經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)陀螺經(jīng)緯儀是陀螺儀和經(jīng)緯儀組合而成的定向儀器。根據(jù)其連接形式不同主要可分為上架式陀螺經(jīng)緯儀和下架式陀螺經(jīng)緯儀兩大類。上架式陀螺經(jīng)緯儀即陀螺儀安放在經(jīng)緯儀之上，下架式陀螺經(jīng)緯儀即陀螺儀安放在經(jīng)緯

8、儀之下。3 陀螺經(jīng)緯儀定向的方法運用陀螺經(jīng)緯儀進行礦井定向的常用方法主要有逆轉(zhuǎn)點法和中天法。它們間的主要差別是在測定陀螺北方向時，逆轉(zhuǎn)點法的儀器照準(zhǔn)部處于跟蹤狀態(tài)，而中天法的儀器照準(zhǔn)部是固定不動的。1111-3 礦井高程聯(lián)系測量 礦井高程聯(lián)系測量又稱導(dǎo)入標(biāo)高，其目的是建立井上、井下統(tǒng)一的高程系統(tǒng)。采用平硐或斜井開拓的礦井，高程聯(lián)系測量可采用水準(zhǔn)測量或三角高程測量，將地面水準(zhǔn)點的高程傳遞到井下。采用豎井開拓的礦井則需采用專門的方法來傳遞高程，12一、 鋼絲法導(dǎo)入標(biāo)高 采用鋼絲法導(dǎo)入標(biāo)高時，首先應(yīng)在井筒中部懸掛一鋼絲，在井下端懸以重錘，使其處于自由懸掛狀態(tài)；然后，在井上、井下同時用水準(zhǔn)儀測得A、B

9、處水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)a和b，并用水準(zhǔn)儀瞄準(zhǔn)鋼絲，在鋼絲上作上標(biāo)記；變換儀器高再測一次，若兩次測得的井上、井下高程基點與鋼絲上相應(yīng)標(biāo)志間的高差互差不超過4 mm，則可取其平均值作為最終結(jié)果。最后，可通過在地面建立的比長臺用鋼尺往返分段測量出鋼絲上兩標(biāo)記間的長度，且往返測量的長度互差不得超過L/8000(L為鋼絲上兩標(biāo)志間的長度)。1314二、 光電測距儀導(dǎo)入標(biāo)高 光電測距儀導(dǎo)入標(biāo)高不僅精度高，而且縮短了井筒占用時間。 15 基本方法：在井口附近的地面上安置光電測距儀，在井口和井底的中部，分別安置反射鏡；井上的反射鏡與水平面成45夾角，井下的反射鏡處于水平狀態(tài)；通過光電測距儀分別測量出儀器中心至井上和

10、井下反射鏡的距離l、S，從而計算出井上與井下反射鏡中高差：H=S-l+l 式中，l為光電測距儀的總改正數(shù)。 然后，分別在井上、井下安置水準(zhǔn)儀。測量出井上反射鏡中心與地面水準(zhǔn)基點間的高差hAE和井下反射鏡中心與井下水準(zhǔn)基點間的高差hFB，則可按下式計算出井下水準(zhǔn)基點B的高程H： BAhAEhFB hAEa-e hFBf-b式中，a、b、e、f分別為井上、井下水準(zhǔn)基點和井上、井下反光鏡處水準(zhǔn)尺的讀數(shù)。 運用光電測距儀導(dǎo)入標(biāo)高也要測量兩次，其互差也不應(yīng)超過H/8000。1611-4 井下平面測量 井下平面測量主要包括井下平面控制測量和采區(qū)測量。一、 井下平面控制測量1 概述 井下平面控制測量只能以礦

11、井聯(lián)系測量測得的井底車場內(nèi)的已知點和已知邊作為導(dǎo)線的起始點和起始邊，逐步敷設(shè)導(dǎo)線來完成標(biāo)定巷道掘進方向和測繪礦圖等任務(wù)。井下導(dǎo)線分為基本控制導(dǎo)線和采區(qū)控制導(dǎo)線?；究刂茖?dǎo)線精度較高，是井下的首級平面控制。采區(qū)控制導(dǎo)線的精度較低，是礦井的加密控制，它是以基本控制導(dǎo)線點為基礎(chǔ)。井下基本控制導(dǎo)線可分為7級和15級兩種。采區(qū)控制導(dǎo)線也包括15級和30級兩種。172 導(dǎo)線點的選設(shè) 井下導(dǎo)線點分為永久點和臨時點兩種。永久點應(yīng)設(shè)在碹頂上或巷道頂(底)板的穩(wěn)定巖石中。臨時點可選設(shè)在頂板巖石中或牢固的棚梁上。3 水平角的觀測 經(jīng)緯儀需標(biāo)有鏡上中心，以便于點下對中。 常用的方法主要有測回法和復(fù)測法兩種。4 邊長的

12、丈量 井下導(dǎo)線邊長的丈量可采用光電測距儀或鋼尺丈量。5 導(dǎo)線的延長 隨著巷道的不斷掘進，井下導(dǎo)線也要及時延長。采區(qū)控制導(dǎo)線一般應(yīng)每隔30100m延長一次，基本控制導(dǎo)線應(yīng)每隔300500m延長一次。186 復(fù)測支導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算 井下觀測工作完成后，應(yīng)及時整理和檢查外業(yè)手簿，確認各觀測成果符合規(guī)程的規(guī)定后，方可進行內(nèi)業(yè)計算。(1) 分別按往、返測成果計算導(dǎo)線最末邊的方位角和。(2) 計算并檢核角度閉合差f f=(3) 分配角度閉合差，若往測和返測的中間導(dǎo)線點不完全重合，則角度閉合差應(yīng)分別分配，即往測和返測各分配f2(4) 按分配閉合差后的水平角推算往、返測各邊的方位角。(5) 計算坐標(biāo)增量和往、返

13、測坐標(biāo)增量閉合差：(6) 計算并檢核坐標(biāo)相對閉合差K：(7) 分配坐標(biāo)閉合差：(8) 分別計算往測和返測各導(dǎo)線點的坐標(biāo)：19二、 采區(qū)測量1 采區(qū)聯(lián)系測量 通過豎直或急傾斜巷道向采區(qū)內(nèi)傳遞方向、坐標(biāo)和高程的測量工作。 (1) 通過兩個豎直巷道進行聯(lián)系測量 (2) 通過一個豎直巷道進行聯(lián)系測量 (3) 通過急傾斜巷道進行聯(lián)系測量2 采區(qū)次要巷道測量 采區(qū)次要巷道測量是為了填繪礦圖，以采區(qū)控制導(dǎo)線為基礎(chǔ)而敷設(shè)的碎部導(dǎo)線測量。 采區(qū)次要巷道測量的主要任務(wù)是為填繪礦圖提供資料。其主要測繪內(nèi)容包括：測繪大比例尺巷道圖；丈量巷道的長度和斷面大??；測定斷層、煤厚變化等地質(zhì)特征點和瓦斯突出點、涌水點的位置等。

14、203 回采工作面測量 回采工作面測量是按旬或按局、礦規(guī)定的日期進行的驗收填圖測量。回采工作面每月測量的次數(shù)，應(yīng)以能滿足生產(chǎn)和回采率計算的要求為目的，但至少須測出工作面的月末位置。 回采工作面測量應(yīng)以導(dǎo)線點為基礎(chǔ)，采用低精度經(jīng)緯儀、測角儀、皮尺等進行測量。測量的內(nèi)容主要有：回采工作面的長度、進度；充填區(qū)和煤柱的位置和尺寸；煤層厚度和采高等。2111-5 井下高程測量 方法主要有水準(zhǔn)測量和三角高程測量兩種。一、 井下高程點的選設(shè) 井下高程點應(yīng)布設(shè)在巷道頂、底板或兩幫的穩(wěn)定巖石中，碹體上或井下永久固定設(shè)備的基礎(chǔ)上，也可選用井下永久導(dǎo)線點作為高程點。22二、 井下水準(zhǔn)測量 應(yīng)選用精度不低于DS10的水準(zhǔn)儀和普通水準(zhǔn)尺，采用變更儀器高(