矿山测量学课件

矿山测量学课件第1页，共82页，2023年，2月20日，星期二矿图测绘第2页，共82页，2023年，2月20日，星期二第3页，共82页，2023年，2月20日，星期二第二节

巷道中线的标定工作

中线：巷道水平投影的几何中心线

作用：指示巷道水平面内的掘进方向

给中线：将图纸上设计好的巷道标设到实地，指导掘进方向和位置，边掘边标，不断向前

1.检查设计图纸。

2.确定标定的必要数据，标定要素。

3.实地标定巷道开切点位置和掘进方向。

4.标定和延长巷道的中腰线。

5.测绘已掘巷道，填图，检查纠己标设方向。第4页，共82页，2023年，2月20日，星期二第5页，共82页，2023年，2月20日，星期二第6页，共82页，2023年，2月20日，星期二第二节

巷道中线的标定工作

一、标定巷道开切点和掘进方向

标定巷道开切点和开掘方向的工作，习惯上称为“开门子”。如下图所示，虚线表示新设计的巷道，AB为巷道的中线，4、5点为原有巷道内的导线点。标定前，应从图上量出(或算出)4点到A点的距离l1和5点到A点的距离l2，l1+l2要等于4—5导线边长，再量出(或算出)4—5边与AB间的夹角。习惯上称为指向角，l1、l2和即为所需的标定要素。

第7页，共82页，2023年，2月20日，星期二BA45βL1L221第8页，共82页，2023年，2月20日，星期二

井下实地标设前，应先检查原有导线点是否移位。巷道开切口和掘进方向的标定一般采用经纬仪法。标定时在4点安置经纬仪，照准5点沿此方向量取平距l1，在顶板上标出开切点A，并丈量l2作为检核。然后将经纬仪安置在A点，后视4点，拨指向角，此时望远镜视线的方向就是新开巷道中线AB的方向。第9页，共82页，2023年，2月20日，星期二

沿此方向在原有巷道顶板上固定临时点2，倒转望远镜在其延长线上再固定临时点1。由1、A和2三点组成一组中线点，即可指示新巷道开切的方向。为明显起见，还可用白灰浆或白油漆在顶板上画出三点的连线。标定后应实测

角，作为检核。第10页，共82页，2023年，2月20日，星期二

二、标定直线巷道中线

巷道开掘后，最初标设的临时中线点常被放炮所破坏或移位，当巷道开掘5~8m后，应当用经纬仪重新标定一组中线点。这时应先检查开切点A是否移位，若发现A点已移位，则应重新标定A点。第11页，共82页，2023年，2月20日，星期二

经检查确认A点未移位或重新设置后，将经纬仪安置在A点上。用正倒镜标定

角，并沿视线方向在新巷道内标出2′点和2″点，取它们的中点2作为中线点。为了避免差错，应重新用一个测回测角，作为检查。所测角值与标定角值之差应在1′以内，若超限则应重新标定2点。第12页，共82页，2023年，2月20日，星期二BA45β2′2″21第13页，共82页，2023年，2月20日，星期二第14页，共82页，2023年，2月20日，星期二

检查符合要求后，沿A2方向再标设1点。A、1、2三点组成一组中线点。中线点应固定在顶板上挂下垂球线指示巷道掘进的方向。一组中线点不得少于3个，点间距离不小于2m为宜。可以从三点是否在一条直线上而发现中线点是否移位。当发现中线点移位时，应当用仪器重新标定。第15页，共82页，2023年，2月20日，星期二也可设置4个点为一组，当发现一个点移位，而其余三点仍在一条直线上时，该组中线仍可继续使用。切忌未作检查而使用两个中线点连线作为指示巷道掘进的方向。第16页，共82页，2023年，2月20日，星期二

给定巷道的平面方向，除了标定巷道几何中线的办法之外，也常采用标定轨道中心线或标定巷道边线的方法。在大断面双轨巷道，特别是巷道断面不断变化的车场部分，采用标定某一条轨道的中心线是有利的，因为这样做就不必经常改变中心线的位置。有的矿井习惯采用标设靠近巷道一帮的边线，因为这种办法更易于发现巷道的掘偏现象，对掌握巷道规格质量有利。第17页，共82页，2023年，2月20日，星期二

巷道边线(或轨道中心线)的具体标设。巷道边线平行于巷道中线，它距巷道两帮的距离是不相同的。图中A点为巷道中线点，现要标设出巷道边线的起始点B及一组边线点。第18页，共82页，2023年，2月20日，星期二第19页，共82页，2023年，2月20日，星期二

标设前应先根据边线至巷道中线的距离a和A、B两点间的距离lAB计算出标定B点的指向角，计算公式为：(4-1)

(4-2)第20页，共82页，2023年，2月20日，星期二

标定时，先在A点安置经纬仪，根据角

距离

即可标定出B点。然后将仪器移至B点，后视A点标设()角，这时仪器视线方向就是边线(或轨道中心线)的方向。再在视线上连续标设1点和2点，则B、1、2即为一组边线点。边线到较近帮的距离称为边距，用c表示。显然，a、c与巷道宽度D之间的关系为：

(4-3)第21页，共82页，2023年，2月20日，星期二

用边线给向时，测量人员必须将距离c及时通知施工人员，以便他们根据距离c和(D-c)控制巷道的掘进方向。应当注意的是，当相向贯通巷道用边线指示巷道掘进方向时，两头边线的称谓是相反的。第22页，共82页，2023年，2月20日，星期二第23页，共82页，2023年，2月20日，星期二

在巷道掘进过程中，掘进工作面炮眼的布置和支架的位置都是以巷道中线为依据的。用经纬仪标设一组中线点后(或由边线找出中线的位置)，在一定距离内可以该组中线点为依据，用三点连直线原理把巷道中线延长标在掘进工作面上。第24页，共82页，2023年，2月20日，星期二

三、直线巷道的延长和检查

中线不断向前延设,掘30~40m延设一组中线。保证最前一个中线点距工作面不超过40~50m,以防掘偏。方法：经纬仪法，瞄线法，拉线法ABCβ第25页，共82页，2023年，2月20日，星期二第26页，共82页，2023年，2月20日，星期二第27页，共82页，2023年，2月20日，星期二四、标定曲线巷道中线井下运输巷道转弯处或巷道分岔处，都有一段曲线巷道。曲线巷道中心线是一条平面曲线。井下曲线都是圆曲线，其半径根据矿车行驶速度及矿车轴距等因素而定，一般在10~25m之间。曲线巷道的起点、终点、曲线半径和转角(曲线中心角)等参数均在设计中给定。

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曲线巷道的中线是弯曲的，无法像直线巷道那样直接标出中线，而只能在一定范围内以直代曲，即用分段的弦线来代替分段的圆弧线，用内接折线来代替整个圆曲线，并实地标设这些弦线来指示巷道掘进的方向。第29页，共82页，2023年，2月20日，星期二(一)经纬仪弦线法

分段弦线的长度可以是相同的，也可以是不相同的。1计算标设要素首先要确定合理的弦线长度l，使得转折点尽量少，弦两端能通视且便于施工。一般先绘比例尺为1∶100或1∶50的大样图。在图上确定段的划分方案，也可以采用公式估算。为巷道上宽的一半第30页，共82页，2023年，2月20日，星期二第31页，共82页，2023年，2月20日，星期二图4-6为一曲线巷道，已知曲线始点A，终点B，曲线半径R，中心角。现采用等分曲线中心角的弦线法来计算标设要素。将曲线段所对中心角分为等分，则每等分对应的弦长为：

(4-4)

由图可知，起点A和终点B处的转向角为：

(4-5)

中间各弦交点处的转向角为：

(4-6)第32页，共82页，2023年，2月20日，星期二

图4-6所示为转向角大于180°的情况。反之，当转向角小于180°，即由B向A掘进时，则上述各转向角(左角)相应为：

第33页，共82页，2023年，2月20日，星期二第34页，共82页，2023年，2月20日，星期二2.实地标设

当掘进到曲线起点A后，先标出A点。然后在A点安置经纬仪，后视直线巷道中线点M，测设转向角，即可给出弦A1的方向。因为此时曲线巷道尚未掘出，只能倒转望远镜，在A1的反方线上于巷道顶板标出中线点1′和1″，则1′、1″、A三点组成一组中线点，指示A1段巷道掘进的方向。当掘至1点后，再置经纬仪于A点，在A1方向上量取弦长标出1点。然后将经纬仪置于1点，后视A点，拨转向角可标出12段巷道掘进的方向。照此办法逐段标设下去，直至弯道的终点B为止。

第35页，共82页，2023年，2月20日，星期二第36页，共82页，2023年，2月20日，星期二第37页，共82页，2023年，2月20日，星期二第38页，共82页，2023年，2月20日，星期二

(二)短弦法

本法的特点是弦比较短，故可用线交会法标设，如图4-10所示，已知圆心角，曲线半径。设弦的个数为，则弦长和为：

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实地标设时，先标出A点，再由A点沿中线方向向后丈量距离标出M点。以点A、M为圆心，分别以和为半径，用线交会法定出A1点。A1A指示第一弦的掘进方向。当巷道掘到B点后，沿A1A的方向由A点丈量弦长标出B点，然后再以A、B为圆心，分别以和为半径，用线交会法定出B1点，B1B指示第二弦的掘进方向。以此类推。第41页，共82页，2023年，2月20日，星期二第42页，共82页，2023年，2月20日，星期二

六、标设竖直巷道的中线

由下向上掘进小井时，标设中线可采用下面的方法。如图4-12a所示，先在下部巷道中标出小井的井中位置，并在巷道底板上牢固埋设标志。在小井的帮上相对位置1、3和2、4点，令其相对点连线的交点恰好是井中点，以作检查用。小井向上掘进时，可由工作面向下挂一垂球线使其对正点，此时垂球线即是小井的中心线。第43页，共82页，2023年，2月20日，星期二第44页，共82页，2023年，2月20日，星期二继续向上掘进时，小井将分为放矸间和梯子间，中心垂球无法下挂，这时可在梯子间缝隙中设法挂下两个垂球和，见图4-12(b)。在下部巷道内丈量距离和，然后以此距离用线交会法将中心点标设在工作平台下部的木支撑上(点)。施工人员只须把工作平台板拿开一块，挂垂球线对正点，垂球线即为小井中心线，这样就可在工作面标出井中位置，指导掘进施工。点要随着掘进不断地向上移设。

第45页，共82页，2023年，2月20日，星期二第三节巷道腰线的标定工作

为了运输、排水或其他需要，井下巷道须有一定的坡度或倾角。巷道腰线是用来指示巷道在竖直面内的掘进方向及调整巷道底板或轨面坡度用的。腰线通常标设在巷道的一帮或两帮上，离轨面1m，离巷道底板1.3m。

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不论采用哪种数值，全矿井应统一，以免造成差错。每组腰线点不得少于3个，点间距不小于2m为宜。最前面一个腰线点至掘进工作面的距离一般不应超过30m。标定巷道腰线时的准备工作和标定中线时基本是一样的，实际标设工作也往往同时进行，要注意它们之间的联系。第47页，共82页，2023年，2月20日，星期二第48页，共82页，2023年，2月20日，星期二一、斜巷腰线的标定(一)经纬仪法

1.中线点兼作腰线点的标设法这个方法的特点，是在中线点的垂球线上作出腰线的标志。同时量腰线标志到中线点的距离，以便随时根据中线点恢复腰线的位置。如图4-14所示，1、2、3点为一组已标设腰线点位置的中线点，4、5、6点为待设腰线点标志的一组中线点。第49页，共82页，2023年，2月20日，星期二第50页，共82页，2023年，2月20日，星期二

标设时经纬仪安置于3点，量仪器高，用正镜瞄准中线，使竖盘读数对准巷道设计的倾角，此时望远镜视线与巷道腰线平行。在中线点4、5、6的垂球线上用大头针标出视线位置，用倒镜测其倾角作为检查。已知中线点3到腰线位置的垂距，则仪器视线到腰线点的垂距为：

(4-7)

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式中，和均从中线点向下量取(和值均取正号)。求出的值为正时，腰线在视线之上，值为负时则在视线之下。从三个垂球线上标出的视线记号起，根据的符号用小钢尺向上或向下量取长度，即可得到腰线点的位置。在中线上找出腰线位置后，拉水平线将腰线点标设在巷道帮上，以便掘进人员掌握施工。第52页，共82页，2023年，2月20日，星期二

2.伪倾角标设法

即

式中：——OA、OB两视线间的水平角。

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实地标设时，仪器安置在中线点Ⅰ上，在标出新中线点Ⅱ后，量仪器高,并根据本站的中线点与腰线点的高差(是上次给线时求出的)，算出视线到腰线的高差。水平度盘置零，瞄准中线点，然后瞄准帮上拟设腰线点4处，测出水平角，算出伪倾角。第55页，共82页，2023年，2月20日，星期二

仪器竖盘对准角，根据望远镜视线在帮上标出4′点。最后从4′点用小钢尺向上或向下量取值定出腰线点4。用同法可连续标设一组腰线点。标设完腰线点后，应将高程导到中线点Ⅱ上，并求出值()，为标设下一组腰线点用。式中，、均以中线点向下量为正值。第56页，共82页，2023年，2月20日，星期二第57页，共82页，2023年，2月20日，星期二(二)用斜面仪标设腰线

斜面仪的结构如图所示。在经纬仪主望远镜2的上部安装一个副望远镜1，其转动轴3同时垂直于主望远镜视准轴及横轴，同时副望远镜的视准轴与本身转动轴垂直。当主望远镜视准轴置于巷道设计倾角的倾斜方向上时，转动副望远镜，此时副望远镜视准轴扫过的是一平行于腰线的倾斜面。倾斜面与巷道两帮的线即是与巷道腰线相平行的一条线。第58页，共82页，2023年，2月20日，星期二第59页，共82页，2023年，2月20日，星期二第60页，共82页，2023年，2月20日，星期二

在中线点A整置斜面仪，用主望远镜照准另一个中线点，固定水平度盘，再使垂直度盘读数等于巷道的设计倾角，固定垂直度盘。主望远镜固定不动后，转动副望远镜，瞄准原有腰线点1的上方点，用小钢尺量得垂距a，再瞄准腰线点2处上方点，量作检查。检查无误后，即可标设新的一组腰线点。转动副望远镜，照准巷帮拟设腰线点处，在视线上标设视点3′、4′和5′，自视点向下(或向上)量取，即可标出一组新腰线点3、4和5。第61页，共82页，2023年，2月20日，星期二二、平巷腰线的标定

在平巷中，用得最普遍的是水准仪标设腰线，在次要平巷中可用半圆仪标设腰线。在巷道中已有一组腰线点1、2、3，巷道的设计坡度为，需向前标设一组新的腰线点4、5、6。组间距一般为30m左右。

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标设时水准仪安置在两组点之间，先照准原腰线点1、2、3上的小钢尺并读数，然后计算各点间的高差，以检查原腰线点是否移动。当确认其可靠后，记下3点的读数。的符号以视线为准来定，点在视线之上为正，在视线之下为负。然后丈量3点至4点的距离l34，则可按下式算出腰线点4距视线的高度。

(4-9)

式中:——3点与4点间的高差。第63页，共82页，2023年，2月20日，星期二

坡度的符号规定为：上坡为正，下坡为负。水准仪前视4点处，以视线为准，根据值标出腰线点4的位置。值为正时，腰线点在视线之上，值为负时则在视线之下。5、6腰线点依同法标设。上述标设方法虽简单易行，但稍不注意就要出错。标设时应特别注意、、的符号，图4-19中分别表示出三种不同的情况。第64页，共82页，2023年，2月20日，星期二

标设好新的一组腰线点后，应该由3点求算4、5、6点的高程。连续向前标设几组腰线点后，应进行检查测量。检查时，可从水准点引测高程到腰线点，看腰线点的高程是否与设计相符。如不相符，应调整腰线点，使其符合设计位置后，再由调整后的腰线点向前继续标设腰线。对于平巷，有的矿井要求在大巷的两帮均标出腰线，或在帮上用涂料画出腰线，以便严格控制巷道掘进和铺轨的坡度。第65页，共82页，2023年，2月20日，星期二第四节激光指向仪及其应用

采矿机械化的发展和巷道掘进速度加快，使传统的标定中腰线方法越来越不能适应快速掘进的要求。我国20世纪70年代以来，研制成多种型号的矿用防爆激光指向仪，并已广泛用于矿山指示直线巷道的掘进方向。而且已应用激光技术作为巷道掘进机的自动方向指导控制。目前我国矿山应用的激光指向仪基本上都是氦氖激光指向仪。20世纪90年代研制生产的半导体激光指向仪与前者相比具有体积小、重量轻、寿命长、便于安装使用等优点。第66页，共82页，2023年，2月20日，星期二第67页，共82页，2023年，2月20日，星期二

1.激光指向仪的结构

仪器的主要特点是采用半导体激光器为光源，两节5号电池为电源，故体积大大减小，它又设计了悬挂钩，成为便携式，在巷道拐弯较多时使用极为方便。仪器由半导体激光发射器、电池腔、后盖、电源开关及悬挂装置组成。悬挂装置的两个挂钩挂于巷道内连接两中线点之间的线绳上，激光束穿过前面的中线垂球线给出巷道掘进方向，激光束在掘进迎头形成一个圆形光斑(在40m内，光斑直径≦40mm)。依光斑中心即可布置炮眼、扶棚或检查工程质量。第68页，共82页，2023年，2月20日，星期二第69页，共82页，2023年，2月20日，星期二

仪器用后即可取下装入盒内带走，为确保挂钩位置的正确性，挂钩上设有调节螺旋，以便对挂钩进行检校。检校时，在40～50m内拉线绳或钢丝，在线绳前端挂一垂球线，在其背后衬以白纸，在线绳后端悬挂仪器，按动电源开关，则激光束照在前端的线绳上，并在白纸上映出光斑，当垂线平分光斑时，则仪器悬挂轴线与激光束处于同一铅垂面内，不必校正。反之，则松开指向仪前端挂钩的螺钉，微调该挂钩，使光斑中心与垂线重合，然后固定挂钩螺钉即可。第70页，共82页，2023年，2月20日，星期二2.激光指向仪的安置及使用(1)指向仪在井下的安置

指向仪的安置地点，距离掘进工作面一般应不小于70m，以防爆破引起仪器振动或损坏。根据仪器的性能，在保证光斑清晰和稳定的前提下，可自行确定仪器到掘进工作面的最大距离。指向仪的安置方式要视巷道的具体情况而定。

第71页，共82页，2023年，2月20日，星期二第72页，共82页，2023年，2月20日，星期二

在锚杆上安置指向仪与调节光束的步骤。1)用经纬仪在巷道中标设三个以上中线点，如A、B、C三点，并在中线垂球线上标出腰线位置。B、C两点间距为30～50m.2)在安置指向仪的中线点处顶板上按一定的尺寸固定四根锚杆，再将有长孔的两根角钢按在锚杆上。3)将仪器的托板用螺栓与角钢相连，根据仪器前后的中线垂球移动仪器，使之处于中线方向上，然后把螺栓固紧。第73页，共82页，2023年，2月20日，星期二4)将电缆从电源经防爆开关引入仪器接线箱内。接通电源，光束即由聚焦镜筒内出。