井巷贯通设计

1、前言我国煤炭行业对我国的经济开展起到越来越来重要的作用。煤炭是我国应急和社会开展的重要战略资源。在矿山中最大的工程即是井巷贯穿。在贯穿中要保证各掘进面均沿着设计位置与方位掘进，使贯穿后接合处的偏差不超限，防止对采矿生产造成严重的影响。如果贯穿测量过程中发生错误未能贯穿或接合处的偏差值超限都将影响井巷质量，甚至造成井巷报废人员伤亡等严重后果。在经济上和时间上给国家和企业造成很大的损失。为此测量人员有必要将贯穿设计有关的理论掌握。我国的能源资源中，煤炭资源最为丰富。据1997年完成的全国第三次煤炭资源预测与评价，2000m深度内的煤炭总资源为5.57万亿t，1000m深度内为2.86万亿t截止19

2、96年末，全国累计保有储量为10024.9亿t，探明储量为6044亿t。2000年煤炭在一次资源结构中所占比重达67，在国民经济开展中占有十分重要的地位。在开采方式上，中国井工作业的煤矿占95，井深平均在-400m以下，与世界各产煤国家相比，不但煤系、地层构造复杂，而且矿井事故多发。煤矿生产平安历来为我党和国家所重视，新中国成立以来，经过煤炭战线各级领导、工程技术人员和广阔职工几十年的艰苦努力，全国煤矿生产状况与解放前相比发生了根本性的变化。党的十一届三中全会以来，我国煤矿迎来了科技的春天，特别是近十几年来，全国煤矿坚决贯彻“平安第一，预防为主，综合治理，总体推进的指导思想，向平安、高效、洁净

3、、环保、机械化、自动化方向迅速开展，煤炭工业在生产、建设、科研、教育等方面都积累了丰富的经验，一些领域的科技接近或到达国际先进水平。为了系统地总结我国煤炭科技近二十年来取得的研究成果，推动煤矿生产技术水平和管理水平的提高。 1 矿区根本概况本章重点在于对矿山地质的根本特征进行描述，了解其特点及发生条件并确定贯穿巷道施工方式，进一步确定施工时的允许误差参数。1.1 矿区地质概况艾友矿位于阜新煤田西南部，该井煤层属沙海组，层位稳定，厚度为中厚煤为主，最大累厚为13.97 m，平均4.58 m。该区以往煤田勘探阶段瓦斯含量资料因无从查找，所以无确切的含量数据，根据相邻的清河门立井钻孔解吸数据平均8.

4、18 m3/t左右计算，煤层气资源量8.906 8108 m3，平均为49.48106 m3/ km2。煤层分布特征艾友矿煤田主要可采煤层赋存于下白垩统沙海组三段及艾友矿组，共有十个煤层组，煤种较杂，一般为长焰焦煤，以长焰煤和气煤为主。艾友矿组煤层分布面积达25 km2，平均厚度14.49 m，含5个煤层组，厚度变化于0.0596.48 m 之间；煤层不稳定，结构复杂，含煤系数高，平均含煤率为20%40%，单位面积储量在新邱区高达60104 tkm2；聚煤中心为艾友矿区，厚度展布方向 NE5268，分布于同沉积背斜和斜坡地带及低缓的向斜部位。沙海组煤层在全煤田的分布目前尚未完全查明，清河门、艾

5、友、东梁及九道岭等区的煤层浅部薄深部厚，含五个煤层组，厚度变化在0.123.33 m之间，平均厚度7.76 m，分布面积近20 km2。 构造特征 艾友矿煤田位于燕山台褶带的辽西台陷构造单元内，是一个四周被边缘断裂围限的典型断陷盆地。盆地整体呈不一对称的向斜构造，剖面形态呈簸箕状，盆地内褶皱和断裂构造发育。 艾友矿煤田中央槽区呈现明显的同沉积构造，槽内埋藏深，煤层厚，有机质成熟度高，气源丰富。煤田内主要有两个方向的褶皱，主要一组为北东北北东向，另一组为北西北西西向，有些构造有利于煤层气的赋存。同沉积背斜是阜新组的主要构造形式，新邱小哈拉哈同生背斜和东梁清河门同生背斜，已查明是含气构造区。 断裂

6、构造与煤层气生、储、运的关系更为密切。一是许多早白垩世形成的同沉积断裂构造，由于晚白垩世和新生代构造应力场的变化，呈现出挤压作用下的闭合状态，从而对煤层气顺层运移起到了阻隔作用，阻止了煤层气向外运移。二是由于断层的形成和活动，造成了沿断裂带岩石的碎裂和切割破坏，形成了力学薄弱带，为岩浆创造了顺断层带运移的条件，从而形成控制岩浆岩分布的重要地质因素。当岩浆顺断层带运移遇到力学和化学性质更弱的煤层时，那么发生顺煤层侵入，挤压、熔蚀煤层而形成岩床，岩床的厚度那么是断层附近最厚，远离断层带逐渐变薄、尖灭。三是断裂将盆地分割成假设干低级别的断块，断层将阜新组地层切割破碎，不利于煤层气的储藏，特别是目前呈

7、拉张状态下的正断层是煤层气逸散的良好通道。1.2 贯穿巷道概况为了解决艾友矿深部煤层的开采，改善通风条件，将艾友矿新副井和东风井合并为一对新立井提升，解决开凿艾友矿-350m总回风大巷。为加快该工程进度采取两井同时以全断面相向掘进的施工方法。 贯穿测量路线井下符合长度为2542m，其中新副井和东风井为开凿的新井尚未掘进，根据两井的掘进速度决定在东风井距离k点1538 m处相遇贯穿。施工巷道所在岩层地质情况比拟简单，围岩稳定，地压不大，支护方式一律采用喷浆。巷道掘进施工为风动式开凿围岩机打眼，铲斗式装岩机装车运输。 两井深至-350m水平为600m，贯穿巷道边坡度为 ，巷道断面一般宽为3.5 m

8、，拱高2.5 m。1.3贯穿允许误差参数确定本矿区各项测量的误差参数均根据?煤炭测量规程?中的限差规定求得。1地面导线的测角误差：根据规程得测角中误差=2地面量边误差：按NTS-202全站仪的测距标称精度=5+5ppmmm3井下导线测角误差：根据规程得级井下根本控制导线测角中误差=。根据规程得级井下根本控制导线测角中误差=井下导线量边误差：根据Red mini2型测距仪的标称精度=5+5ppmmm地面水准测量误差：按照规程限差求算四等水准测量每千米的高差中误差=7mm。6导入高程误差：按照规程限差求得一次导入高程的中误差 7井下水准测量误差：根据规程求得每百米的高差中误差 井下三角高程测量误差

9、：根据规程反算求得每千米的高差中误差为 =50mm。2 贯穿测量方案设计与精度分析本章将在前一章说明地质条件的根底上 ，进一步分析矿山贯穿两种方案的布设及其精度分析，并对地面的控制网进行精度评定，井下导线角度平差，进而对矿山贯穿工作程序简单的了解。2.1平面测量方案设计2.1.1矿近井点的布设方案 平面贯穿测量允许误差为0.5m，那么其中误差为0.25m。该项中主要来自近井点误差、定向误差、井下导线误差。近井点应埋设在便于观测、保存，不受开采影响且便于向井口布设连接导线的地点。1GPS网设计为了保证GPS观测效果的可靠性，有效的发现观测成果中的粗差.必须使GPS网中的独立边构成一定的几何图形。

10、常规测量中对图形设计事 一项非常重要的工作。而在GPS网图形设计时因GPS同步观测不要求通视，所以其图形设计具有较大的灵活性。GPS网图形设计主要取于用户的要求，经费，时间，人力以及所投入接受机的类型.数量和后勤保障条件等1。为保证GPS网图形精度，应以两个高级点为根底，保证精度的前提下根据本矿区实际情况，以A .B两高级点为根底，采用边连式的图形。精度估算如下： 2-1其中，近井点之间边长误差。 2-2其中，固定误差；b比例误差；S边与贯穿重要方向之间夹角。2光电测距精密附和导线光电测距仪是一种光机电结合于一体的测距装置，是测绘仪器中开展比拟迅速的一类新型仪器，它的出现使精密测距工作发生了变

11、革随着我国煤炭工业现代化的迅速开展，光电测距技术在煤矿测量工作中得到越来越重要的作用3。绘制比例尺为1：2000的误差预计图，在图上根据商定的贯穿相遇点K点，过K点作轴和轴轴沿待贯穿的水平大巷中心线方向，轴与轴垂直，并在图上标出设计导线点的位置。精度估算如下：测角误差： 2-3其中，地面导线测角中误差；K与各导线点连线在轴上的投影平方和而得。量边误差： 2-4 其中， 测距中误差；固定误差； 比例误差；距离值。导线总误差： 定向测量方案1一井几何定向两风井采用一井几何定向，在两井内各下两根钢丝如，顶中盘法摆动投点在井底选一结点后视近井点。观测两钢丝，地面以导线施测连接导线，井下布设导线连接。风

12、井：采用一井定向，两钢丝间距3.0m。一井定向采用连接三角法，在井筒内挂两根垂球线，采用垂球线单重稳定投点法。一井定向的连接方法为：连接三角形法的示意图如图2-2所示，由于不能在垂球线A、B点安设仪器，因此选定井上下的连接点12与，从而在井上下形成了以AB为公用边三角形AB12和AB，一般把这样的三角形称为连接三角形。从井上下连接三角行的平面投影可看出，当11点的坐标及11-12边的方位角和地面三角形各内角及边长时，便可按导线测量计算法，算出A、B在地面坐标系统中的坐标及连线的方位角。同样，A、B的坐标及其连线的方位角和井下三角形各要素时，再测定连接角，就能计算出导线边起始边-的方位角及点的坐

13、标。风井：采用一井定向，两钢丝间距3.0m。一井定向采用连接三角法，在井筒内挂两根垂球线，采用垂球线单重稳定投点法。一井定向的连接方法为：连接三角形法的示意图如图2-2所示，由于不能在垂球线A、B点安设仪器，因此选定井上下的连接点12与，从而在井上下形成了以AB为公用边三角形AB12和AB，一般把这样的三角形称为连接三角形。从井上下连接三角行的平面投影可看出，当11点的坐标及11-12边的方位角和地面三角形各内角及边长时，便可按导线测量计算法，算出A、B在地面坐标系统中的坐标及连线的方位角。同样，A、B的坐标及其连线的方位角和井下三角形各要素时，再测定连接角，就能计算出导线边起始边-的方位角及

14、点的坐标。图2-2三角示意图Fig.2-2 The map of triangle 在选择井上下连接点12与时，应满足以下要求：a点12与11及点与应彼此通视，且12-11和-的长度应该尽量大于20m.当12-11边小于20m时，在12点进行水平角观测，其仪器必须对中三次，每次对中应将照准部或者基座位置变换120；b点12与应该尽可能地设在AB延长，使三角形锐角应小于2，这样边构成最有利的延伸三角形；c点12和应适当地靠近最近的垂球线，地面为B，井下为A，使a/c及b/c之值尽量小些。一井定向中投点误差影响比拟大所以应采取一定的措施来减小投点误差的影响，其措施有：a尽量增加两垂球间的距离，并选

15、择合理的垂球线位置，尽量使两垂球线连线方向与气流方向一致，这样尽管沿气流方向的垂球线偏差可能很大，但是最危险的方向即垂直与两垂球线连线方向的偏斜却不大，从而可以减小投向误差；b尽量减小马头门处气流对垂球线的影响，定向时最好停止风机运转或增设风门，以减小风速；c采用小半径、高强度的钢丝，适当加大垂球重量，并将垂球浸入稳定液中；d减少滴水对垂球线及垂球的影响，在淋水大的井筒，必须采取挡水措施，并在大水桶上加挡水盖。其中一井定向的工作组织包括：a准备工作选择连接方案，作出技术设计；定向设备及用具的准备；检查定向设备及检验仪器；预先安装某些投点设备和将所需用具设备等送至定向井口和井下；确定井上下的负责

16、人，统一负责指挥和联络工作。b制定地面的工作内容及顺序；c制定定向水平上的工作内容及顺序；d定向时的平安措施：在定向过程中，应劝阻一切非定向工作人员在井筒附近逗留；提升容器应牢固停妥；井盖必须结实可靠地盖好；对定向钢丝必须事先仔细检查，放提钢丝时，应事先通知井下，只有当井下人员撤出井筒后才能开始；垂球未到井底或地面时，井下人员均不得进入井筒；下放钢丝时应严格遵守均匀慢放等规定，切忌时快时慢和猛停，因为这样最易使钢丝折断；应向参加定向工作的全体人员反复进行平安教育，以提高警惕。在地面工作的人员不得将任何东西掉入井内，在井上工作的人员均应配带平安带；定向时，地面井口自始至终不能离人，应有专人负责井

17、上、下联系。精度估算如下：根据?规程?规定及有关资料的分析 ； ； ； ； ； ； ； ； 2-5其中，n测回数。 2-6其中，一个测回的测角方法误差 ；测角时仪器对中的线量误差。 2-7其中，测角的误差。 2-8 2-9 2-10定向误差： 2-11 2-122陀螺定向两风井：采用陀螺边定向，采用GAK-1型陀螺经纬仪。陀螺仪定向联系测量由三局部组成：a经立井由地面向定向水平投点；b井上、下与垂球线连接测量；c井下根本控制导线起始边的陀螺经纬仪定向。立井采用陀螺经纬仪定向时的联系测量平面图如图2-3所示。图中C为近井点；DC为起始方向； E9为井下控制导线起始边即陀螺定向边；1、2是井下连接

18、导线点。点2与9、E组成一组井下永久导线点，点1可采用临时点。图2-3一立井用陀螺仪定向时的联系测量平面图Fig.2-3 The plan of contact survey with gyroscopes measuring in Shafta投点由于立井较深、井筒中淋水、尘雾较大，为了保证精度要求，所以采用钢丝投点法。为尽量减少或不占用井筒的提升时间，垂球线布设在管子间。投点采用单重稳定投点。b连接地面连接：在C点安置仪器与垂球线A连接，测角、量边的精度按?煤矿测量规程?中执行。井下连接：由陀螺定向边E9起敷设或15级导线至2、1点。在1点架仪器与垂球线A的稳定位置连测，连接精度要求同15

19、导线。井上、下连接导线与垂球线A的连接都应独立进行两次，其最大相对闭合差对地面二级导线不大于1/10000光电测距导线。c定向在选定的起始边E9上进行陀螺经纬仪定向，求出该边的坐标方位角。陀螺定向采用逆转点法。定向可在投点连接前完成，也可在连接后再进行。 根据艾友矿-350m总回风大巷贯穿工程的掘进速度工作条件等实际情况可将贯穿相遇点k选在待掘进巷道的中点附近。由于井下导线全长2542m，01-k点的全长为1538 m，k-13点的全长为1004 m，01-02边和13-14边加测陀螺定向边：那么定向方差与测角方差比值： 2-13查表时 因此应在11-12边和20-19边加测陀螺定向边，由于距

20、离不是很长只要注意施测的方法和精度不出现粗差可以保证k点的贯穿允许误差。所以在11-12边和20-19边决定不加测陀螺定向边。 2-142.1.3井下根本控制导线1) 经纬仪测距仪导线在加测陀螺定向边的前提下采用经纬仪测距仪导线，一般边长140m为要求施测按?规程?有关规定。精度估算如下：测角误差： 2-15量边误差： 2-16 井下导线总误差： 2经纬仪测距仪导线测角误差： 2-17量边误差： 2-18井下导线总误差： 3设起算点无误差只有起算方向有误差：为井下起算方向误差 2-19其中，各结点与终点K连线在轴上的投影长度。 2-20 此数据不能作为井下导线的精度分析，在此只是验证一井几何定

21、向的方位角误差对井下导线的精度影响。4井下导线角度平差 为了提高井下经纬仪导线的精度，除了用陀螺经纬仪定向测定井下导线起始边的方位角外还可每隔一定距离用陀螺经纬仪加测一些导线边的方位角。由于巷道不是很长两端加测陀螺边可保证精度10。等精度测角，角度闭合差允许值为： 2-21 2-22小于允许值可进行角度平差。陀螺定向边作为坚强方向的判别式： 2-23陀螺定向边不可作为坚强边，陀螺定向边也参加角度平差。均为等精度观测值估条件方程式为： 2-24定向坐标方位角权为 ： 243权倒数为： 组成法方程为： 2-25 2-26 2-27计算改正数： 2.2 高程测量设计2.2.1 井口水准基点的建立方案

22、按?规程?第18条规定在新风井和东风井各建立井口水准基点两个，其点选在便于观测.保存和不受开采影响的地区。按?规程?要求埋石，按四等水准测量规格在矿区进行水准测量。精度估算如下：水准路线R=9.98km其往返闭合差 2-28高差中误差：2.2.2 立井导入标高测量方案1长钢丝法方案 两立井深60m，长钢丝法投入标高较为方便可行。施测时将的钢丝缠在小绞车上，悬挂5kg经井筒缓慢下放至-350m处，确定自由悬挂后换上重砣。井上下各安置水准仪分别在钢丝上做标记见图2-7同时井上下水准基点上立尺读数独立进行两次。精度估算如下：两次导入允许互差： 2-29一次导入中误差： 2-30 2光电测深法测深可用

23、大功率光管的光电测距仪传递高程，在井下-350m处安置测距仪井盖上设置反图2-7长钢丝导入高程Fig.2-7 long wires guide elevation射镜，使其和井下反射镜在同一铅垂线上同时井上下各一台水准仪分别在水准点上和反射镜上立尺读数。精度估算如下： 2-31水准误差： 2-32其中, 每段距离平均值；水准仪望远镜倍数； 测站立尺读数个数。相对误差： 井下水准测量方案1按?规程?第64条规定井下平巷中采用级水准测量，施测规格执行各项规定。井下水准路线长1824m以每百米级水准高差中误差为依据： 2-33 2-34高差中误差 2-35 2-36斜巷：经纬仪高程法井下斜巷三段总长

24、为418m，用经纬仪测角. 斜边长140 m可按导线施测进行具体要求执行?规程?有关规定。误差参数如下：量仪器高的误差： 经纬仪瞄准误差： 经纬仪水准气泡符合误差： 2-37量边总误差： 测倾角误差: 257其中，测倾角误差一测回时: n=6 2-38=5mm 2-39量仪器高的误差: 2-40三角高程总误差： 水准测量总误差: 2斜巷光电测距和经纬仪高程法量边误差: 2-41测倾角误差: =5mm 2-42量仪器高的误差: 2-43三角高程总误差： 水准测量总误差 3 贯穿测量方案选择与误差预计本章重点对贯穿方案的分析结果进行比拟选择，确定出在理论上最为可行的方案，然后对贯穿方案进行误差预计

25、，最终选择贯穿测量方案。3.1 方案选择方案的选择须考虑到经济技术仪器时间用户的要求等诸多方面，选择一个又满足精度要求使用经费最低的方案。使其两个综合考虑选择一个最优化的方案是我们所追求的目标。3.1.1 近井网方案的选择GPS控制往的点与点间不需要通视.能提供连续的实时的位置.速度和时间信息。而且定位精度高，本钱低经济效益高等特点。导线网作为建立平面控制网的一种形式得到了广泛的应用。有布设灵活，推进迅速，容易克服地物障碍等优点。 GPS网在上的误差为，两点误差椭圆计算得点位误差为.相对误差椭圆。导线网上的误差为，点位误差为，边长相对误差为。通过以上分析比拟综合考虑采用GPS网。3.1.2 定

26、向方案的选择由于两井从为做过定向测量因此只能采用陀螺定向，因为?规程?有关规定一井几何定向不能作为井下根本控制导线的控制方向。3.1.3 井下根本控制导线的选择井下根本控制导线共设计两个方案均可满足本次贯穿的精度要求，由于光电测距在矿区的广泛使用，因此两条导线均布设为光电测距导线。导线在上的误差为，导线为考虑到技术与经费饿问题选择光电测距导线为佳。3.1.3高程测量的方案选择地面高程控制测量仍采用四等水准测量进行。因为地面的外界条件与外界环境都优与三角测量的条件并费用最少。、导入高程与定向中的投点方案相同，光电测深比长钢丝方便且精度高于长钢丝导入高程。井下平巷中采用水准测量，斜巷随经纬仪测距仪

27、导线同时进行三角程测量。这样在时间方面节省了许多，防止重复观测。3.2 误差预计3.2.1 贯穿相遇点K在水平重要方向的误差预计1近井点的误差影响地面采用GPS控制网因此只有边长误差影响 3-1其中，近井点之间边长误差。 3-2其中， 固定误差；b比例误差；S边与贯穿重要方向之间夹角。2定向误差影响 3-33井下根本控制导线误差影响测角误差 : 3-4量边误差： 3-5 井下导线总误差： 4贯穿相遇点K在水平重要方向的总误差 3-63.2.2 贯穿相遇点K在竖直方向的误差预计1地面水准测量误差影响水准路线R=9.98km其往返闭合差： 3-7水准测量误差： 3-82导入高程误差影响 3-9水准

28、误差： 3-10 两次导入高程平均值： 3-113三角高程误差影响量边误差: 3-12测倾角误差 =5mm 3-13量仪器高的误差: 3-14三角高程总误差： 4井下水准测量误差影响高差中误差 : 3-15 3-165通相遇点K在竖直方向的总误差 以上计算说明该贯穿巷道杂水平和竖直方向上的误差预计，均小于允许偏差的要求，那么本设计所采用的方案在精度上可行能满足贯穿工程规定的要求。4 贯穿测量的技术路线本章主要根据-350m总回风大巷贯穿工程施工情况设计合理的技术方案，实施步骤，设计方案的准备工作以及仪器设备、内外业的观测和数据计算等工作。在实测过程中应注意的问题。4.1 实施贯穿测量方案步骤根

29、据-350m总回风大巷的贯穿工程施工情况和该矿测量仪器，设备及技术条件在实施贯穿测量方案时决定采用以下步骤进行。 1)调查了解待贯穿井巷的实际情况，根据贯穿的容许偏差，选择合理的测量方案与测量方法。对重要的贯穿工程，要编制贯穿测量设计书，进行贯穿测量误差预计，以验证所选择的测量方案，测量仪器和方法的合理性。2依据选定的测量方案和方法，进行施测和计算，每一施测和计算环节，均须有独立可靠的检核，并要将施测的实际测量精度与原设计书中要求的精度进行比拟。假设发现发现实测精度低于设计中所要求的精度时，应当分析其原因，采取提高精度的相应措施，返工重测。3根据有关数据计算贯穿巷道的标定几何要素，并实地标定巷

30、道的中线和腰线。4根据掘进巷道的需要，及时延长巷道的中线和腰线，定期进行检查测量和填图，并按照测量结果及时调整中线和腰线。贯穿测量导线的最后几个测站点必须牢固埋设。最后一次标定贯穿方向时，两个相向工作面之间的距离不得小于50m。当两个掘进工作面之间的距离在岩巷中剩下1520m，煤巷中剩下2030m,测量负责人应以书面形式报告矿井技术负责人以及平安检查和施工区队等有关部门1。5巷道贯穿之后，应立即测量出实际的贯穿偏差值，并将两端的导线连接起来，计算各项闭合差。此外，还应对最后一段巷道的中线和腰线进行调整。6重大贯穿工程完成后，应对测量工作进行精度分析与评定，写出总结。4.2平面测量4.2.1近井

31、点的建立1近井点是矿山测量的基准点，在建立GPS网近井点时应满足以下要求：近井点应埋设在视野开阔处，点周围视场内不应有地面倾角大于15度的成片障碍物，以免阻挡来自卫星的信号。同时应避开高压输电线等设施，其最近不得小于200米。2准备工作仪器设备：GPS接收机，三脚架，米尺人员组成：观测三人3外业观测为了确保该项工程的顺利实施决定采用GPS网建立地面独立平面控制网。采用静态定位方法，静态定位能够通过大量的重复观测来提高定位精度，GPS测量必须按?GPS测量标准?进行见表4-1。在?标准?中E级相当于常规测量的国家四等测量。在点架设仪器分别测定两个近井点，这样在地面建立起了平面控制系统，可以最大限

32、度的消除地面控制测量误差对贯穿相遇点K的影响。表4-1 GPS测量技术标准Tablet.4-1 Table of Wulong district long flame coal quality features等级水平均边/km仪器图形强度观测时段个数时段长/min高度角精度指标/mmE10-5双频102601510204.2.2定向测量1准备工作仪器设备：GAK-1陀螺经纬仪一台，温度计一支，花杆一个人员组成：观测一人，记录一人，后视一人2外业观测为了提高定向的精度采用悬挂钢丝的方法井下传递平面坐标。地面用经纬仪测角. 井下用经纬仪测角。用陀螺定向方法传递方向，采用GAK-1陀螺经纬仪字两风

33、井分别进行陀螺定向，定向时采用逆转点法观测，作业方法和限差要求按规程?有关规定执行。每井同独立进行三次取平均值。3内业计算风井：采用陀螺边定向。陀螺经纬仪定向的作业过程： = 1 * GB3 在地面边上测定仪器常数由于陀螺仪轴衰减微弱的摆动系数保持不变，故其摆动的平均位置可以认为是假象的陀螺仪轴的稳定位置。实际上，因为陀螺仪轴与望远镜光轴及目镜分划板零线所代表的光轴通常不在同一竖直面中，所以假象的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合。二者的夹角称为仪器常数，一般用表示。陀螺定向各角度之间的关系如图4-1所示。 图4-1 陀螺仪定向示意图Fig.2-4The map of the gyros

34、copes directional仪器常数可以在方位角的精密导线边或三角网边上直接测出来，测定仪器常数实际上就是测定边的陀螺方位角。在下井定向之前，在边上测定仪器常数23次，各次之间互差对于GAK-1型陀螺经纬仪应小于。每次测量后，要停止陀螺运转1015分钟，经纬仪度盘应变换180/(23)。 = 2 * GB3 在井下定向边上测定陀螺方位角井下定向边的长度应大于50m，如图4-2在点仪器安装点安置好仪器，测出目标边边的陀螺方位角，然后求出地理方位角。测定定向边陀螺方位角应独立进行两次，其互差对GAK-1型号的仪器应小于40。 = 3 * GB3 仪器上井后重新测定仪器常数仪器上井后，在边上重

35、新测定仪器常数23次。前后两次测定的仪器常数，其中任意两个仪器常数的互差对于GAK-1型仪器不大于40。然后求出仪器常数的最或然值，并按白塞尔公式来评定一次测定中误差。式中n为测定仪器常数的次数。 = 4 * GB3 求算子午线收敛角地面精密导线边坐标方位角0，需要求算的井下定向边，也是要求出其坐标方位角，而不是地理方位角A，因此还要求出子午线的收敛角。如图4-2所示，地理方位角与坐标方位角的关系为：。子午线收敛角按下式计算：K为系数；y为点的横坐标。子午线收敛角的符号可由安置仪器点的位置来确定，即中央子午线以东为正，以西为负。 = 5 * GB3 求算井下定向边的坐标方位角由图4-2可以看出

36、： 4-1井下陀螺定向边的坐标方位角为： 4-2由以上将式代入上式那么： 4-3其中，表示地面和井下安置陀螺仪地点的子午线收敛角的差数，可按下式求得： 4-4 式中的单位为s； 当地面和井下定向点的距离部超过510km，纬度小于60时采用；为当地的纬度；和为地面和井下定向点的横坐标km。图4-2陀螺仪定向示意图Fig.2-5 The map of the gyroscopes directional = 6 * GB3 陀螺仪悬带零位观测悬带零位是指陀螺马达不转时，陀螺灵敏部受悬挂带和导流丝扭力作用而引起扭摆的平衡位置，就是扭力矩为零的位置。这个位置应在目镜分划板的零刻线上。在陀螺仪观测之前和

37、结束后，要作悬带零位观测，称为测前零位和测后零位观测。测定悬带零位时，先将经纬仪整平并固定照准部，下放陀螺灵敏部从读数目镜中观测灵敏部的摆动，在分划板上连续读出三个逆转的读数，估读到0.1格，按下式计算零位： 4-5式中，为逆转点读数，以格数计。同时还需要用秒表测定自动摆动周期,零位观测完毕，托起并锁紧灵敏部，如测前与测后悬挂零位变化在0.5格以内，且自摆周期不变，那么不必进行零位校正。当超过0.5格时，就要进行校正。如果陀螺定向时井上、下所测得的零位变化超过0.3格时，应参加改正数。零位改正计算公式为： 4-6式中，零位变动，其中m为目镜分划板分化值，为零位格数； 零位改正系数，其中分别为跟

38、踪和不跟踪摆动周期。 = 7 * GB3 粗略定向在测定边和定向边的陀螺方位角之前，必须把经纬仪望远镜视准轴置于近似北方，也就是粗略定向。配有定向罗盘的陀螺仪，可以用罗盘进行；如在边上测定仪器常数时，可利用边的坐标方位角及仪器站的子午线收敛角来直接寻找近似北方。当在未知边定向，且仪器无罗盘附件时，那么可以利用仪器本身来寻找北方。该方案采用两逆转点法。仪器在测站安置好后，将经纬仪视准轴大致摆在北方向后，启动陀螺马达，到达额定转速后，下放陀螺灵敏部，松开经纬仪水平制动螺旋，用手转动照准部跟踪灵敏部的摆动，使陀螺仪目镜视场中移动着的光标像与分划板零刻划线随时重合。当接近摆动逆转点时，光标像移动慢下来

39、，此时制动照准部，用水平微动螺旋继续跟踪，到达逆转点时，读取水平读盘读数；松开制动螺旋，按上述方法继续向反方向跟踪，到达另一逆转点时，再读取水平度盘数。锁紧灵敏部，制动螺旋马达，按下式计算近似北方在水平度盘上的读数： 4-7转动照准部，把望远镜摆在读数位置，再加上仪器常数和子午收敛角，这时视准轴就指向了近似北方向。指北精度达。 = 8 * GB3 精密定向精密定向就是精确测定边和定向边的陀螺方位角。该设计方案采用逆转点法精密定向，观测时陀螺经纬仪在一个测站的操作程序如下：严格整置经纬仪，架上陀螺仪，以一个测回测定待定或测线的方向值，然后将仪器大致对正北方向；锁紧摆动系统，启动陀螺马达，待到达额

40、定转速后，下放陀螺灵敏部，进行粗略定向，制动陀螺并托起锁紧，将望远镜视准轴转到近似北方向位置，固定照准部，把水平微动螺旋调到行程范围的中间位置；翻开陀螺照明，下放陀螺灵敏部，进行测前零位观测，同时用秒表记下自摆周期T3，零位观测完毕，托起并锁紧灵敏部；启动陀螺马达，到达额定转速后，缓慢地下放陀螺灵敏部到半脱离状态，稍停数秒钟，再全部下放。如果光标像移动过快，再使用半脱离阻尼限幅，是摆幅大约在13范围为宜。用水平微动螺旋微动照准部，让光标像与分划板零刻线随时重合，即跟踪。跟踪要做到平稳和连续，切忌跟踪不及时，在摆动到达逆转点时，连续读取5个逆转点读书u1、u2u5如图4-3所示。然后锁紧灵敏部，

41、制动陀螺马达1。跟踪时还需用秒表连续测定连续两次同一方向经过逆转点的时间，称为跟踪摆动周期T1。摆动平衡位置在水平度盘上的平均读数NT，称为陀螺北方向值，用式4-9计算： 4-8其中、由式2-11求得 4-9 陀螺仪相邻摆动中值及间隔摆动中值的互差，对级仪器应分别不超过和。测后零位观测，方法同测前零位观测。以一测回测定待定或测线的方向值，测前测后两次观测结果的互差对J2和J6级经纬仪分别不得超过10和25。取测前测后两测回平均值为测线方向值。图4-3用逆转点法观测Fig.2-6The Observing of reversal point精度评定：仪器常数测定误差： 4-10井下定向边两次定向

42、平均值中误差： 4-114.2.3井下导线测量1导线点的设置全长为永久导线点。其编号以罗马字母，英文字母，阿拉伯数字组成，选择线点的位置时，应当全面综合考虑以下几个方面：相邻导线点之间通视良好，并尽可能使点间距大些；为了防止运输干扰，应尽量将点设在远离运输轨道的一侧；导线点应中选在巷道稳定、平安、便于安置仪器进行观测的地方，避开淋水，片帮落石和其他不平安因素。选点工作通常由三人完成，在保证相邻点通视的条件下，同时选出后视、中间测站和前视三个点，并将后视点及中间点固定，而前视点需待三人继续往前选点时再最后确定。 2) 准备工作仪器设备：经纬仪一台，测距仪一台，脚架机座3套，单棱镜2个人员组成：观

43、测一人，记录一人，前后视各一人3外业观测 井下导线分别从两风井底起始边开始按?规程?有关井下导线的规定施测。采用经纬仪测回法测倾角和水平角，测距采用三架法。4内业计算施测两次，角度闭合差：和 4-124.3 高程测量 4.3.1 地面水准测量1井口水准点的建立 埋设水准基点两个通过两水准基点布设四等水准符合路线2准备工作 仪器设备：级水准仪一台，铟钢水准尺一对，尺台一对人员组成：观测一人，记录一人，前后视各一人3外业观测两风井的高程控制测量按?国家水准测量标准?有关地面四等水准测量规定执行。采用水准仪测定井口高程基点的高程，四等水准测量独立进行两次取平均值。4内业计算： 符合水准路线闭合差：

44、4-134.3.2导入高程测量1准备工作 仪器设备：测距仪一台，单棱镜一对，平面反光镜一个，脚架一个，级水准仪一台，铟钢水准尺一对人员组成：观测二人，记录二人，前后视各二人2外业观测在地面井口附近设一点即近井水准基点A，其高程为，在井底车场设一点B，其高程待求。在地面与井下安置水准仪，并在A、B两点所立的水准尺上读取读书a和b。设地面和井下两水准仪视线之间的距离，那么A、B两点的高差按下式求出： 4-14=计算出了，就能算出B点在统一坐标系统中的高程为： 4-15 3内业计算 两次测量互差应小于平均值，每次三测回，独立施测两次。4.3.3 井下水准测量1井下水准点建立 每间隔400m设置水准点

45、一组，每组二个间距30m2准备工作仪器设备：水准仪一台，水准尺一对， 人员组成：观测一人，记录一人，前后视各一人3外业观测 井下平巷采用几何水准测量，斜巷三角高程测量，按?规程?有关规定执行。几何水准测量采用水准仪两次仪器高方法进行测量。为了减少通过斜巷传递高程误差在斜巷中采用光电测距和经纬仪高程法进行测量，以上均取两次平均值。斜巷中三角高程测量与导线同时施测，施测方法如图4-3所示。图4-3井下三角高程测量Fig.2-8 triangle height measurement of underground安置经纬仪于A点，对中整平。在B点悬挂垂球。用望远镜瞄准垂球线上的标志b点，测出倾角，用

46、钢尺丈量仪器中心到b点的距离，量取仪器高及觇标高。由图可知，B对A点的高差的计算公式为： 4-16式中，实测斜长，根本控制导线应是经三项改正后的斜长；垂直角，仰角为正，俯角为负；仪器高，由测点量至仪器中心的高度，测点在底板时为正值，顶板时为负值；觇标高，由测点量至照准目标点的高度，测点在在底板时为正值，顶板时为负值。每条导线边两端往返测高差的互差不大于10mm+0.3mm(为导线水平边长，以m为单位)，每段三角高程导线的高差往返测互差不应大于100mmL为导线长度，以km为单位。当高差的互差符合标准后，应取往返测高差的平均值作为一次测量结果。以上高程测量均独立进行两次4内业计算两次施测高差闭合

47、差小于取两次平均值。4.4 贯穿测量的技术路线中应注意的问题 1注意原始资料的可靠性，起算数据应当准确无误。使用地面控制网的资料时，必须对原网的精度.控制网点位是否受到采动影响等了解清楚，必要时应实地进行检查测量。对于地面控制点和井下测量起始点，务必查明确无破坏和位移前方能使用。对于工程设计的资料，特别是巷道的方位，坐标，距离，高程，坡度等，要进行认真的检核。2各项测量工作都要有可靠的独立检核。要进行复测复算，防止产生粗差。对于重要的贯穿工程，在进行复测时，应尽可能换人观测和计算，条件允许时，最好换用测量仪器和工具，复测合格前方可施工。3精度要求很高的贯穿工程。要采取提高精度的相应措施。例如，

48、设法提高定向测量的精度，有可能时，可加测陀螺定向边，并进行平差；在施测高精密导线时，要尽可能增大导线边长，并用光电测距仪量边。对井下边长较短的测站，要设法提高仪器的对中精度，如采取防风措施，采用光学对中，加大垂球的重量，增加重新对中的次数，或者采用三架法测量，省点法测量。斜巷中测角要注意仪器整平的精度，并考虑经纬仪的竖轴的倾斜改正。陀螺定向时要尽量消除外界不良环境条件对精度的影响，例如在地面测定仪器常数时，可将测站点因入室内进行观测，防止在室外高压线附近，或风大、气温低的测站上观测；井下亦可选在硐室内观测，再引测到贯穿导线边上，这样就减少了巷道中运输、风流等对陀螺定向观测的影响。4对施测结果要

49、及时进行精度分析，并与原误差预计的精度要求进行比拟，各个环节都不能低于原精度要求，必要时要进行返工重测。5利用测量成果计算标定要素时，注意不要抄错或用错数据资料。实地标定时，注意不要用错测点。井下测点的标志编号要醒目、清晰。6贯穿巷道掘进过程中，要及时进行测量和填图，并根据测量成果及时调整巷道掘进的方向和坡度等。如采用全断面一次成巷施工，那么在贯穿前的一段巷道内可采用临时支护。铺设临时简易轨道，以减少巷道贯穿后的整修工作量1。5 测绘新技术应用本章主要介绍有限元法在测绘中的应用和矿山开采沉陷观测数据处理的程序。对有限元法的理论和计算方法进行简单的描述，编制数据处理的程序使其工作量减少。5.1

50、用有限元法进行测边网平差一个平面三边测量网类似于一个平面结构的框架。前者是测量两点之间的距离，而后者是用铰链连接再一起的弹性构件。由于测量误差的存在。多余观测通常在三边测量网中不能吻合。因此，必须对所有的距离加以适当的改正数数进行调整。同样，由于构件的装置误差使框架中的多余构件不能结合。如果使构件强制在应有位置上，那么将引起各个构件中的变形，引起了构件中的长度变化。距离和构件的长度变化改正数均按最小条件来调配，即距离改正数的权总和与多余构件连接到框架中所做的功为最小。有限元法进行结构分析，该方法要求计算出各节点的初始坐标。一个或几个多余构件的变形将会引起节点的位移，这种位移可以直接计算出来。可

51、以认为位移的垂直和水平分量就是各点初始坐标的改正数。因此，可以获得一个类似于附有条件的坐标变量的平差方法。表5-1 结构和测量相似的表示方法结构1框架 平面架 节点 构件 劲度 坐标 弹性模数 横截面积测量2网 平面测边网 控制点 距离 权 坐标 距离 权5.1.1 有限元法有限元法像其它数值一样是一种离散化的方法。它是一个带有无限量自由度的连续体，可以用一个模拟实际情况的模型来代替，但这里仅为有限量的自由度。着模型是一个离散元件的集合体，它仅仅是被次节点的连接。设有一长为L，截面积为A，弹性模数为E的杆状元件。作用在两节点上的轴向力分别为和，引起这两点的轴向位移为和。利用最小势能原理得构件上

52、力与位移关系结果如下： 5-1如果应用于杆上的力和为，那么从方程式可计算出位移和，反之亦然。上述方程式可以写成下面的一般形式： 其中构件的力向量，即作用在构件节点上所有的力构件的劲度矩阵，即构件的材料和几何特征性相结合矩阵的构件的位移向量，即构件节点的位移5.1.2 内业计算 表5-1 距离观测值及平差值 编号 测得距离L 权P 力f 改正数v=f/p 改正数L+v1 1999 1.0 +0.002 +0.002 1999.0022 2191 1.1 +0.005 +0.004 2191.0043 1679 0.84 +0.002 +0.002 1679.0024 1194 0.06 +0.0

53、06 +0.007 1194.0075 1657 0.83 +0.007 +0.008 1657.008表5-2 坐标、待定点坐标初始值及平差值点 X Y 1 -19091 -21490 0 02 -17531 -20241 + 0.000228 + 0.0001983 -16032 -20980 + 0.001361 + 0.0010404 -16918 -21780 0 0用有限元法进行测边网的平差计算，其计算结果与传统最小而乘法结果相似。对于大规模多余观测较多的测边网使用该法其优点更明显。利用边长改正数可进行观测精度的评定。5.2 矿山开采沉陷本文论述了地表移动、变形数据处理程序的设计思

54、路，以及实现过程。该程序能够快速处理地表移动、变形的原始观测数据。5.2.1 程序流程图；读入原始观测数据进行数据处理 输出处理结果 输出曲线图6 结束语本章将在前几章进行分析的根底上，对贯穿测量的设计方案进行总结，进一步的体会描述出来。最后对贯穿测量中存在的一些问题进行分析和解决，使贯穿工作顺利的完成。6.1 贯穿测量设计方案总结1对特大型贯穿测量工作，要尽可能采用先进的测量仪器和技术，提高贯穿精度，保证贯穿万无一失。利用到装切眼，把上下风巷的支导线连接起来，可行成一条闭合导线进行检查，提高导线的精度，然后用平差值修正前进方向。2团结协作，充分调动职工的积极性，是提高贯穿测量工作精度和效率的

55、有效途径。测量工作是一项集体性很强的工作，需要多人密切协作，相互配合，每人都要有高度的责任心测量工作才能顺利的完成。3贯穿测量工作必须严格遵守?煤矿测量规程?和有关的规定执行。煤矿的贯穿测量工作是一项重要的，技术性很强的工作，贯穿误差的大小直接影响工程的质量的好坏和煤矿的平安生产，因此对贯穿工作的重要性要有足够的认识，在实际操作过程中要认真细致，严格遵守每一项操作规程，选点要合理，观测记录要认真细致，对超限的成果和数据要分析原因重新测量。4根据现有的仪器设备进行测量方案的优化：依据现场情况尽量减少测站数；适当增加控制边数；利用三连架方法，减少对点误差的传递；利用到装切眼的贯穿及时联测平差，修正

56、巷道掘进方向等措施保证最终贯穿精度。6.2 体会本次设计为期时间虽短，却很好地到达了理想的效果，在很大程度上实现了理论联系实际，使老师课堂所传授的知识与实际得到了很好的结合，对矿山测量学有了更加深入的了解，特别是对贯穿测量预计这方面的知识了解得更加透彻，掌握得更加牢固，主要表达在以下几个方面：1首先，表达在矿山测量的重要性方面。矿山测量被誉为矿山的“眼睛是不无道理的。矿山测量是开发矿业过程中不可缺少的一项重要的根底技术工作。在勘探、设计、建设、生产各个阶段直到矿井报废为止，都要进行矿山测量工作。在贯彻执行平安、经济、合理地最大限度采出有用矿物的根本方针的过程中，矿山测量发挥了重要作用：在均衡生

57、产方面起保证作用；在充分开采地下资源和采掘工程质量方面起监督作用；在平安生产方面起指导作用。2其次，贯穿测量作为矿山测量的一局部，其重要性也是不可无视的。贯穿测量是一项非常重要的测量工作，矿山测量人员的任务就是保证各掘进工作面均沿着设计位置与方向掘进，使贯穿后接合处的偏差不超过规定限差，这就要求矿山测量人员必须一丝不苟，严肃认真地对待贯穿测量工作。因为贯穿测量过程中发生错误未能贯穿，或贯穿后接合处的偏差值超限，都将影响井巷质量，甚至造成井巷报废、人员伤亡等严重后果，在经济和时间上给国家造成很大损失，也使测量人员的信誉一落千丈。3最后，对贯穿测量设计书的编制有了深入了解。编制贯穿测量设计书的主要

58、任务是选择合理的测量方案和测量方法，并进行贯穿测量的误差预计。特别地，通过本次课程设计，我掌握了一井内巷道贯穿测量的误差预计、一井几何定向巷道贯穿测量的误差预计、井下导线加测坚强陀螺定向边后巷道贯穿测量的误差预计等方法。总之，通过本次设计，我不但加强稳固了理论知识、加强了动手能力而且更重要的是培养了认真、一丝不苟、不怕繁琐的工作精神，等等这些都为今后的学习、工作奠定了坚实的根底，使我对知识的认识与掌握程度有了更进一步的提高。6.3 井下仪器对中存在的问题分析井下导线测量水平角的观测方法有复测法和测回法两种。由于井下观测条件的影响，仪器对中的时间约占测量时间的一半，特别是井下测量条件困难，造成仪

59、器对中偏差较大。 井下观测水平角时，经纬仪的旋转轴旋转中心和仪器上的对中器光轴中心不在一条铅垂线上，产生了一个偏差，这个偏差称为仪器对中残差。一般有两点：第一，用光学对中器对中时仪器光学中心与光学对光轴中心所产生的偏差。第二，悬挂垂球对中时垂球中心所产生的偏差。受井下条件的限制，加上照明条件差，风速过大等多种因素，造成了仪器的竖轴和测点中心产生了一个偏差，称为偏距e值，为了尽量使偏距差对观测值影响减少到最低值，必须采取合理的方法进行改正才能满足?煤矿测量规程?要求。 假设仪器未正确对中，所测的水平角就有误差，如图1，C为测站，测得的，假设仪器对中后在点，测得的，设偏心的距离，那么偏心距产生的水

60、平角误差为： 6-1其中， 式中，e仪器对中残差；a,b导线边长；对中残差发生方向与边长方向的夹角。可见与偏心距成正比，与观测距离成反比，所以边距离对测角影响较大。由于井下导线短边，多角这一特点，仪器对中偏差对水平角测量影响明显。按复测法和测回法观测时，如不加任何措施很难消除仪器对中的残差。?煤矿测量规程?要求井下级导线边长小于15m，采用测回法至少三次对中观测，级导线采用复测法和测回法至少二次对中观测，实际中我们遇到的问题不止这些。下面介绍以下如何消除对中时所产生的误差。在观测中，当脚架大致安平后，仪器上基座的三个安平螺旋包含于脚架头上三角形位置上，垂球挂好在顶板上的测点，每一次对中直接将基