《7矿井联系测量》培训课件

7矿井联系测量7.1矿山联系测量的目的与任务7.2矿井定向的种类与要求7.3近井网测量7.4立井几何定向7.5陀螺经纬仪定向7.6导入高程1.联系测量

1）联系测量：将矿区地面平面坐标系统和高程系统传递到井下的测量，称为联系测量。

将地面平面坐标系统传递到井下的测量称平面联系测量，简称定向。将地面高程系统传递到井下的测量称高程联系测量，简称导入高程。矿井联系测量的目的是使地面和井下测量控制网采用同一坐标系统。7.1矿山联系测量的目的与任务2.联系测量重要性为了解地面建筑物、铁路以及水体与井下巷道、回采工作面之间的相互位置关系，需要绘制井上下对照图，以便及时准确地掌握矿井生产动态，采取预防措施为了确定相邻矿井之间的保护煤柱需要准确地掌握两矿井间巷道及采空区的空间相对位置关系为了解决许多重大工程，如井筒的延深贯通和井口间的巷道贯通，以及由地面向井下指定开凿小井或打钻等，都需要在一个统一的平面坐标系统和高程系统中才能得到解决

地面塌陷和井下采矿3.联系测量的任务井下经纬仪导线起始点的方位角井下经纬仪导线起始点的平面坐标井下水准基点的高程前两项任务是通过平面联系测量完成的，后一项任务是由高程联系测量完成的，这样就可以得到井下平面和高程计算数据。7.2矿井定向的种类与要求

矿井定向概括说来可分为两大类：一类是从几何原理出发的几何定向；另一类则是以物理特性为基础的物理定向。

几何定向分为:

(1)通过平硐或斜井的几何定向

(2)通过一个立井的几何定向(一井定向)

(3)通过两个立井的几何定向(两井定向)

物理定向分为：

(1)用精密磁性仪器定向

(2)用投向仪定向

(3)用陀螺经纬仪定向《规程》规定的联系测量的主要精度表7-1联系测量的主要限差15″级:<40″25″级:<60″井下同一定向边两次独立陀螺经纬仪定向的互差15″级:<40″25″级:<70″一井定向：<2′两井定向：<1′陀螺经纬仪精度级别是按实际达到的一测回测量陀螺方位角的中误差确定的同一边任意两测回测量陀螺方位角的互差陀螺经纬仪定向井田一翼长度小于300m的小矿井，可适当放宽限差，但应<10′由近井点推算的两次独立定向结果的互差几何定向备注容许限差类别

《规程》中几何定向的限差，是根据当时制定《规程》时各矿的实际定向精度规定的。根据一些局矿的统计资料，求得两次独立定向平均值的中误差和两次独立定向的容许互差列于表3-2。表7-2实际定向精度与规程限差对比1′2′《规程》规定值估算值52″13″85两井定向1′40″25″28一井定向备注两次独立定向的个数定向方法7.3近井网测量1.矿区控制测量简介矿区基本控制网是指为满足矿山生产和建设对空间位置的精确需要而设立的平面和高程控制网,也称近井网。其目的是将整个矿区或矿山纳入统一的平面坐标系统和高程系统之中。它可以是国家等级控制网的一部分，也可以根据需要单独布设。

2.布设要求

一个矿区应采用统一的坐标和高程系统。为了便于成果、成图的相互利用，应尽可能采用国家3º带高斯平面坐标系统。在特殊情况下，可采用任意中央子午线或矿区平均高程面的矿区坐标系统。矿区面积小于50Km2且无发展可能时，可采用独立坐标系统。矿区高程尽可能采用1985国家高程基准，当无此条件时，方可采用假定高程系统。

矿区地面平面控制网可采用三角网、边角网、导线网，GPS定位等布网方法建立。矿区首级平面控制网必须考虑矿区远景发展的需要。一般在国家一、二等平面控制网基础上布设，其等级依矿区井田大小及贯通距离和精度要求确定。

矿区地面高程首级控制网，一般应采用水准测量方法建立，其布设范围和等级选择依据矿区长度来确定。矿区地面高程首级控制网宜布设成环形网，加密时宜布设成附合路线和结点网，只有在山区和丘陵地带，才允许布设成水准支线。各等水准网中最弱点的高程中误差(相对于起算点)不得大于±2cm。3.近井点和井口高程基点

在矿山建设和生产过程中，须按设计和工程要求进行各种采矿工程测量，如:井口位置、十字中线点和工业广场建筑物的标定，井筒掘砌和提升设备安装时的测量，建立地表移动和建(构)筑物变形观测站，工业广场平面图的测绘，井下基本控制导线的施测以及井口之间井巷贯通。

所有这些采矿工程测量都必须依据建立在井口附近的平面控制点和高程控制点来进行。在矿山工程测量中称这类控制点为近井点和井口高程基点。近井点和井口高程基点是矿山测量的基准点。

4.矿区近井点布设要求

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、敷设经纬仪导线(钢尺量距或光电测距)或GPS定位等方法测设。近井点的精度，对于测设它的起算点来说，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″。近井网的布设方案可参照矿区平面控制网的布设规格和精度要求来测设。

井口高程基点的高程精度应满足两相邻井口间进行主要巷道贯通的要求。由于两井口间进行主要巷道贯通时，在高程上的允许偏差=±0.2m，则其中误差±0.1m，一般要求两井口水准基点相对的高程中误差引起贯通点K在Z轴方向的偏差中误差应不超过=±0.03m。

所以井口高程基点的高程测量，应按四等水准测量的精度要求测设。在丘陵和山区难以布设水准路线时，可用三角高程测量方法测定，但应使高程中误差不超过±3cm，对于不涉及两井间贯通问题的高程基点的高程精度不受此限。

近井点和井口水准基点是矿山测量的基准点。在建立近井点和井口水准基点时，应满足下列要求：

(1)尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点。

(2)每个井口附近应设置一个近井点和两个水准基点；

(3)近井点至井口的连测导线边数应不超过三个；

(4)多井口矿井的近井点应统一合理布置，尽可能使相邻井口的近井点构成三角网中的一个边，或力求间隔的边数最少；

(5)近井点和井口水准基点标石的埋设深度，在无冻土地区应不小于0.6m，在冻土地区盘石顶面与冻结线之间的高度应不小于0.3m；

(6)为使近井点和井口水准基点免受损坏，在点的周围宜设置保护桩和栅栏或刺网。在标石上方宜堆放高度不小于0.5m的碎石。

7.4立井几何定向1.立井几何定向在立井中悬挂钢丝垂线由地面向井下传递平面坐标和方向的测量工作称为立井几何定向。几何定向分一井定向和两井定向。立井几何定向方法:

可把立井几何定向工作分为两部分：由地面向定向水平投点(简称投点)；在地面和定向水平上与垂球线连接(简称连接)。

2.一井定向通过一个竖直井筒进行的几何定向叫一井定向。一井定向须在竖井井筒内悬挂两根钢丝，钢丝的一端固定在井口地面，下端系上定向专用垂球，钢丝在井筒内应自由悬挂。称两根钢丝为”垂球线”。然后在地面和井下定向水平分别用经纬仪和钢尺测出有关数据，按照地面坐标系统求出两垂球线的平面坐标及其连线的方向角；在定向水平上则将垂球线与井下永久点予以连测，这样便将地面的方向和坐标传递到井下，从而达到定向的目的。

1）投点

在井筒内挂两根垂球线多重单重稳定:水桶内，静止不变，井深小，摆幅小摆动:井深，风大，摆幅大，自由摆动投点投点误差：风流、滴水等影响，··钢丝地面井下投影不重合，线量偏差投向误差：由投点误差所引起的垂球线连线的方向误差aABbaAbBBAabθθccce··

=1mm,=3m时,=±68.8″规程规定，一井两次独立定向之差小于2′,则一次定向中误差不大小±42″,投向误差小于±30″当=2,3,4m时，=0.3,0.45,0.6mm与成正比与成反比减小投点误差措施：1)增大2)减少马头门处风流3)小直径，高强度纲丝,加大锤重，浸入液体中4)减小滴水影响，挡水，桶盖投点所需主要设备的要求如下：(1)垂球：以对称砝码式的垂球为好，每个圆盘重量最好为10kg或20kg。当井深小于100m时，采用30～50kg的垂球，当超过100m时，则宜采用50～100kg的垂球；(2)钢丝：应采用直径为0.5～2mm的高强度的优质碳素弹簧钢丝。钢丝上悬挂的重锤重量应为钢丝极限强度的60%～70%；(3)手摇绞车：绞车各部件的强度应能承受三倍投点时的荷重，绞车应设有双闸；

(4)导向滑轮：直径不得小于150mm，轮缘做成锐角形的绳槽以防止钢丝脱落，最好采用滚珠轴承；(5)定点板：用铁片制成，定向时也可不用定点板；(6)小垂球：在提放钢丝时用，其形状成圆柱形或普通垂球之形状均可；(7)大水桶：用以稳定垂球线，一般可采用废汽油桶，水桶上应加盖。

2）连接

a.连接三角形法由于不能在垂球线、点安设仪器，故选定井上下连接点与，从而在井上下形成了以为公用边的和，一般把这样的三角形称为连接三角形。当已知点坐标及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、在地面坐标系统中的坐标及其连线方位角。同样，已知、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，就能计算出井下导线起始边的方位角及点的坐标。CBAC′D′E′DEabca′b′c

外业：

(1)在连接点上用测回法测量角度和。

(2)丈量连接三角形的三个边长、及。量边应用检验过的钢尺并施加比长时的拉力，记录测量时的温度。

在垂线稳定情况下，应用钢尺的不同起点丈量6次。估读导0.5mm。同一边各次观测值的互差不得大于2mm，取平均值作为丈量的结果。在垂球摆动的情况下，应将钢尺沿所量三角形的各边方向固定，然后用摆动观测了的方法，以求得边长。每次均须用上述方法测量两次，互差不得大于3mm，取其平均值作为丈量结果。井上、下量得两垂球先间距离的互差，一般应不超过2mm。

内业

检查记录

(1)三角形的解算

当

及

时，

(2)测量和计算正确性检核

①

，平均分配于，上

②

当<时，符合规程要求，分配

2mm,井上4mm,井下3）一井定向的工作组织

工作环节多，测量精度要求高，缩短占用井筒的时间，需很好的工作组织。a准备工作

①选择连接方案，作出技术设计；②定向设备及用具的准备；③检查定向设备及检验仪器；④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；⑤确定井上下的负责人，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。。

4)定向时的安全措施①在定向过程中，应劝阻一切非定向工作人员在井筒附近停留②提升容器应牢固停妥③井盖必须结实可靠地盖好④对定向钢丝必须事先仔细检查，放提纲丝时，应事先通知井下，只有当井下人员撤出井筒后才能开始⑤垂球未到井底或地面时，井下人员均不得进入井筒⑥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⑦应向参加定向工作的全体人员反复进行安全教育，以提高警惕。在地面工作的人员不得将任何东西掉入井内，在井盖工作的人员均应配带安全带⑧定向时，地面井口自始至终不能离人，应有专人负责井上下联系b.瞄直法该法又称穿线法，实质是连接三角形法的一个特例，就是使井上连接点位于AB的延长线上，即C、A、B、C′位于同一直线上。只须在C与C′安置经纬仪，精确测出角度和，量出长度，就能完成定向任务。瞄直法的内外业工作简单，适用于精度不高的小矿井定向。特别是在建井时采矿设计中相邻上下分段巷道的对应关系一致时往往采用瞄直法进行一井定向。3.两井定向

当矿区有两个立井，且两井之间在定向水平上有巷道相通并能进行测量时，就要采用两井定向。两井定向时，由于两垂球线间距离大大增加，因而由投点误差引起的投向误差也大大减小，这是两井定向的最大优点。所谓“两井定向”就是在两个井筒中各挂一根垂球线，然后在地面和井下利用导线把这两个垂球线连接起来，通过计算把地面坐标系统中的平面坐标及方向传递到井下。由于两井定向是把两垂球线分别挂在两个井筒内，因此其间距离很大，一般达30m以上，比一井定向两垂球线之间的距离大大地增加，从而减少了投向误差的影响。如果设投点误差=1mm，垂球线间距离为30m时，其投向误差为

1)外业工作

投点

在两个立井中各悬挂一根垂球线A和B。

地面连接测量

从近井点K分别向两垂球线A、B测设连接导线K-Ⅱ-Ⅰ-A及K-Ⅱ-B，以确定A、B的坐标和AB的坐标方位角。导线可采用Ⅰ级或Ⅱ级导线。

井下连接测量

在定向水平测设经纬仪导线A-1-2-3-4-B，导线可采用7″或15″基本控制导线。2)内业计算根据地面连接测量的结果，计算两垂球连线的方位角及长度

按一般方法，算出两垂球线的坐标、、、根据算出的坐标，计算的方位角及长度

根据假定坐标系统计算井下连接导线

假设为坐标原点，边为轴方向，即

测量和计算的检验

用比较井上与井下算得的两垂线间距离与进行检查。由于两垂球的向地心性，差值为:

应不超过井上、下连接测量中误差的两倍

按地面坐标系统计算井下导线各边的方位角及各点的坐标

其他边的坐标方位角为：

式中：——该边在假定坐标系中的假定方位角。根据起算数据

,

,与井下导线的测量数据重新计算井下连接导线点的坐标。

将地面与井下求得的B点坐标相比较，如果相对闭合差符合井下所采用连接导线的精度时，可将坐标增量闭合差按井下连接导线边长成比例反号加以分配，因地面连接导线精度较高，可不加改正。

7.5陀螺经纬仪定向

陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪结合的仪器。不受时间和环境的限制，观测简单方便、效率高，较高的定向精度，所以是一种先进的定向仪器。就矿山而言，它完全可以取代国内矿山测量沿用百年之久的几何定向法，克服了几何定向法要占用井筒而造成停产、耗费大量人力、物力和时间等缺点。

1.陀螺经纬仪2.陀螺经纬仪在矿山测量中作用(1)为井下每一水平进行定向。(2)控制导线测量误差的积累。加测陀螺方位边，发现粗差，减少方向误差的积累。(3)矿山及地下工程大型巷道贯通定向。(4)在荫蔽地区，线路、管道、隧道等工程的定向。(5)与光电测距仪配套使用，可用极坐标法测设新点和敷设高精度的光电测距——陀螺定向导线。

自由陀螺仪有两个特性，具体如下：

(1)陀螺轴在不受外力矩作用时，它的方向始终指向初始恒定方位，即所谓定轴性；(2)陀螺轴在受外力作用时，将产生非常重要的效应——“进动”，即所谓进动性。陀螺轴在受外力作用时，以最小角度向外力矩方向进动。通过实验还可以得出：进动的角速度ωP的大小与外加力矩MB成正比，与陀螺仪的动量矩H成反比，即通常用右手定则来表示它们之间的方向关系。

3.陀螺经纬仪的基本结构

目前上架悬挂式陀螺经纬仪的型号很多，在国际上比较有代表性的有GAK-1、Gi-C11、TK4等，我国则有JT15、FT90等。虽然在具体的构造上各有特点，但在总体结构上却基本类似。这里以JT15为例，说明陀螺经纬仪的基本结构。JT15陀螺经纬仪是由陀螺仪、经纬仪、便携式陀螺电源箱及三脚架等四部分组成。陀螺的核心是陀螺马达，它装在密封的充氢的陀螺房中，通过悬挂柱由悬挂带悬挂起来，用两根导流丝12和悬挂带1及旁路结构给其供电。在悬挂柱上装有反光镜。它们共同构成了陀螺灵敏部。与陀螺仪支承壳体固连在一起的光标线，经反射棱镜、反光镜反射后，再通过物镜成像在目镜分划板5上，从而构成了反射式光学系统。转动仪器外部的手轮，通过凸轮带动锁紧限幅机构的升降，使陀螺灵敏部托起(锁紧)或下放(摆动)。器外壳14内壁和底部装有磁蔽罩，用于防止外界磁场的干扰。陀螺仪和经纬仪的连接，靠经纬仪上部的桥形支架及螺纹压环8的压紧来实现。二者连接的稳定性是通过桥形支架顶部三个球形顶针插入陀螺仪底部三条向心“V”形槽达到强制归心的。

4.陀螺经纬仪定向方法

此法要求起始近似定向达到±15′以内。在整个观测过程中，经纬仪照准部都固定在这个近似北方向上。中天法陀螺仪定向时一个测站的操作程序如下:

(1)严格整置经纬仪，以一个测回测定待定或已知测线的方向值。然后将仪器大致对正北方。

(2)进行粗略定向。将经纬仪照准部固定在近似北方N′上，并记录下N′值。

(3)测前零位观测。(4)启动陀螺马达，下放灵敏部，经限幅，使光标像摆幅不超过目镜视场。然后按下列顺序进行观测：①指标线经过分划板零刻线时启动秒表，读取t1；②指标线到达逆转点时，在分划板上读取摆幅读数aE③指标线返回零刻线时读出秒表上读数t2；

④指标线到达另一逆转点时读摆幅读数aW；⑤灵敏部指标线返回零刻线时读秒表上中天时间t3；重复进行上述操作，一次定向需连续测定5次中天时间。记录不跟踪摆动周期T2。(5)测后零位观测。

(6)测定待定或已知测线方向值。取前、后两次的平均值作为测线方向值。基本计算如下：摆动半周期：时间差：摆幅值：近似北方偏离平衡位置的改正数为：

摆动平衡位置在水平度盘上的读数(陀螺北方向值)应为：

式中c——比例系数。

c值的测定和计算方法如下：①利用实际观测数据求c值。把经纬仪照准部摆在偏东10′和偏西10′左右，分别用中天法观测，求出时间差Δt1和Δt2，以及摆幅值a1和a2，可列出如下方程式，以求解c值。

解之得：

c值与地理纬度有关，在同一地区南北不超过500km范围以内可使用同一c值，超过这个范围须重新测定。隔一定时间后应抽测检查。②利用摆动周期计算比例系数c

式中m——分划板分划值；

T1——跟踪摆动周期；

T2——不跟踪摆动周期。

5.陀螺经纬仪定向时的注意事项

陀螺经纬仪是以动力原理论为基础的光、机、电结合的精密仪器。工作时，陀螺灵敏部具有较大的惯性，必须注意合理使用，妥善保管，才能保持仪器的精度和寿命。在使用时，应根据仪器的性能及指标注意一些事项。(1)必须由具有一定操作经验的人员来使用仪器。前后两次测量仪器常数，一般应在三昼夜内完成。(2)在启动陀螺马达到额定转速之前和制动陀螺马达的过程中，陀螺灵敏部必须处于锁紧状态，防止悬挂带和导流丝受损伤。(3)在陀螺灵敏部处于锁紧状态、马达又在高速旋转时，严禁搬动和水平旋转仪器。否则将产生很大的力，压迫轴承，以致毁坏仪器。(4)在使用陀螺电源逆变器时，要注意接线的正确；使用外接电源时应注意电压、极性是否正确。在没有负载时，不得开启逆变器。(5)陀螺仪存放时，要装入仪器箱内，放入干燥剂，仪器要正确存放，不要倒置或躺卧。(6)仪器应存放在干燥、清洁、通风良好处，切忌置于热源附近，环境温度以10℃~30℃为宜。(7)仪器用车辆运输时，要使用专用防震包装箱。(8)在野外观测时，仪器要避免太阳光直接照射。(9)目镜或其他光学零件受污时，光用软毛刷轻轻拭去灰尘，然后用镜头纸或软绒布揩拭，以免损伤光洁度和表面涂层。

7.6导入高程

1.导入高程的实质高程联系也称导入标高，它的任务就在于把地面的高程系统，经过平硐、斜井或立井传递到井下高程测量的起始点上。所以我们称之为导入高程。导入高程的方法随开拓的方法不同而分为：①通过平硐导入高程②通过斜井导入高程③通过立井导入高程

通过平硐导入高程，可以用一般井下几何水准测量来完成。其测量方法和精度与井下水准相同。

通过斜井导入高程，可以用一般三角高程测量来完成。其测量方法和精度与井下基本控制三角高程测量相同。

通过立井导入高程的实质，就是如何来求得井上下两水准仪水平视线间的长度l。立井导入高程的方法有长钢尺导入高程、长钢丝导入高程和光电测距仪导入高程。

则

因此通过立井导入高程的实质就是如何求得l的长度。

2.钢尺导入高程

目前在国内外使用的长钢尺有500m、800m、1000m等几种。钢尺通过井盖放入井下，挂上一个10kg左右垂球，以拉直钢尺，使之居于自由悬挂位置。在地面及井下安平水准仪，分别在A、B两点水准尺上取读数a与b，然后将水准仪照准钢尺。当钢尺挂好后，井上、下同时取读数m和n。同时读数可避免钢尺移动所产生的误差。还应用点温计测定井上、下的温度t1、t2。

根据上述测量数据，就能求得A、B两点之高差为：

式中:为钢尺的总改正数，它包括尺长、温度、拉力和钢尺自重等四项改正数。即

在计算温度改正数时，钢尺工作时的温度应该取井上下温度的平均值，即t=(t上+t下)/2

对于钢尺的自重改正，可按下式计算：

式中——钢尺的相对密度，即7.8g/cm3;

E——钢尺的弹性系数，等于2×106kg/cm