《矿山测量》 课件 单元九　巷道及回采工作面测量

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知识目标：1、掌握井下巷道平面测量和高程测量的基本方法和要求；2、能正确计算直线巷道中线标定的几何要素，掌握直线巷道中线标

定方法；3、能正确计算曲线巷道中线标定的几何要素，掌握曲线巷道中线标

定方法；4、掌握井下巷道腰线标定的方法。

技能目标：1、井下经纬仪导线测量、井下高程测量、井下罗盘导线测量；2、直线巷道中线的标定及其检查和延长；3、弦线法标定曲线巷道的中线；4、用水准仪标定水平巷道的腰线，用经纬仪标定倾斜巷道的腰线，

次要道5、用半圆仪标定巷道的腰线。

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井下巷道平面测量的目的是建立井下平面控制，确定井下巷道、硐室及采掘工作面的平面位置，指导矿井采掘施工，满足矿图填绘的要求，为矿井安全生产和规划发展提供数据资料。

井下巷道的平面测量分为平面控制测量和碎部测量两个方面的内容。平面控制测量以导线为布设形式，碎部测量采用极坐标法和支距法。一、井下控制导线的等级和分类

井下控制导线可分为基本控制导线和采区控制导线两大类。

基本控制导线精度较高，沿主要巷道布设；采区控制导线精度较低，沿次要巷道布设，闭（附）合在基本控制导线上，作为采区巷道平面测量的控制。按照测角中误差大小划分，基本控制导线分为7″级和15″级两种，采区控制导线为15″级和30″级两种。3导线类别井田（采区）一翼长度/km测角中误差/（″）一般边长/m导线全长相对闭合差闭（附）合导线复测支导线基本控制导线≥5±760~2001/80001/6000＜5±1540~1401/60001/4000采区控制导线≥1±1530~901/40001/3000＜1±30－1/30001/2000井下导线的主要技术指标4二、井下控制导线点的设置

井下导线点分永久点和临时点两种。永久点设在主要巷道顶板的稳定岩石中，每间隔300～500m设置一组，每组由相邻的三点组成。临时点设在顶板岩石或牢固的棚梁上，可以边选边测。为了便于管理和使用，井下所有导线点均应统一编号，并将编号明显地标记在导线点的附近。导线点埋设的方法很多，常见的方法有：（1）用水玻璃、水泥或混凝土将导线点铁芯标志敷设在顶板岩石上；（2）先在顶板岩石上钻一个长约200mm的孔，再用混凝土将已加工好的铁芯标志埋设在孔中，或在孔中打入加工好的短木桩，再在木桩上钉一弯铁钉作导线点标志；（3）用混凝土将导线点标志埋设在底板中，并加保护盖；（4）在木质棚梁上直接钉入弯铁钉，或在金属棚梁上打插木楔后再钉入弯铁钉作临时导线点标志。5三、井下控制导线的角度测量井下导线测量与地面导线测量原理一样，但观测条件和测量方法却有很大差别。当导线点设在底板上时，与地面导线测量一样采用光学对中器进行点上对中。当导线点设在顶板上时，除有些在望远镜上加装光学对中器的矿用经纬仪也可进行光学对中外，一般采用活动垂球进行点下对中。井下测角的的方法有测回法和复测法两种，一般采用测回法。测回法的步骤与地面测量相同。测回法示意图6导线类别使用仪器观测方法按导线边长分（水平边长）15m以下15m~30m30m以上对中次数测回数对中次数测回数对中次数测回数7″级导线DJ2测回法33221215″级导线DJ6测回法22121230″级导线DJ6测回法111111井下导线水平角观测的作业要求7井下导线水平角的观测限差仪器级别同一测回中半测回互差检验角与最终角之差两测回间互差两次对中测回间互差DJ220″－12″30″DJ640″40″30″60″观测方法DJ2经纬仪DJ6经纬仪测回数垂直角互差指标差互差测回数垂直角互差指标差互差对向观测（中丝法）1－－225″25″单向观测（中丝法）215″15″225″25″垂直角的观测精度8四、井下控制导线的边长测量井下导线的边长测量方法有光电测距和钢尺量距两种。防爆的光电测距仪和全站仪可用于井下的导线边长测量。其作业要求如下：（1）每条边的测回数不得少于两个；（2）一测回（照准棱镜一次，读数四次）读数较差不大于10mm；单程测回间较差不大于15mm；往返观测同一边长时，化算为水平距离（经气象改正和倾斜改正）后的互差，不得大于1/6000；（3）测定气压读至100Pa，气温读至l℃，并加入气象改正。9用钢尺丈量基本控制导线的边长时，所用钢尺必须先经比长。丈量时，用弹簧秤对钢尺施加比长时的标准拉力，悬空丈量并测记温度。其作业限差如下：（1）分段丈量时，最小尺段长度不得小于10m，定线偏差应小于5cm；（2）每尺段应以不同起点读数三次，读至毫米，长度互差不大于3mm；（3）导线边长必须往返丈量，丈量结果加入各种改正数（比长改正、温度改正、拉力改正、垂曲改正和倾斜改正）的水平边长互差不得大于边长的l/6000；（4）在边长小于15m或倾角在15°以上的倾斜巷道中丈量边长时，往返水平边长的允许互差不得大于边长的l/4000。用钢尺丈量采区控制导线边长时，可不测记温度，凭经验施以拉力，并采取往返丈量或错动钢尺lm以上的方法丈量两次，其边长互差不得大于边长的l/2000。10

井下导线坐标方位角闭合差规定导线类别最大闭合差闭合导线复测支导线附合导线7″级导线15″级导线30″级导线五、井下控制导线的内业计算

注：n为闭（附）合导线的总站数；、分别为复测支导线第一次和第二次测量的总站效；、分别为附合导线起始边和附合边的坐标方位角中误差；为导线测角中误差。11

六、碎部测量

碎部测量主要为矿图填绘提供数据，其对象是巷道和硐室。

井下导线测量时，在完成测角量边后，还应量出前视照准点到测点标志的铅直距离（俗称“上高”）、前视照准点到巷道底板或轨面的铅直距离（俗称“下高”）、前视照准点到巷道左帮的水平距离（俗称“左量”）和前视照准点到巷道右帮的水平距离（俗称“右量”），丈量结果用于计算导线点的高程和填绘矿图。12一、井下高程测量的目的和种类1、井下高程测量的目的

在井下建立一个与地面统一的高程系统，确定各种采掘巷道、硐室在竖直方向上的位置及相互关系，以解决各种采掘工程在竖直方向上的几何问题。2、井下高程测量的任务

（1）确定主要巷道内各水准点与永久导线点的高程，以建立井下高程基本控制；（2）给定巷道在竖直面内的方向；13（3）检查主要巷道及其运输线路的坡度和测绘主要运输巷道纵剖面图。3、井下高程测量的种类现以下图的矿井为例说明井下高程测量的种类我国国家水准测量依精度不同分为一、二、三、四等。

一、二等水准测量是国家高程控制的全面基础，三、四等水准测量直接为地形测图和各种工程建设提供所必须的高程控制。

矿区高程控制测量：是指在国家一、二等水准网的基础上，在矿区建立的三、四等水准网。14综上可见，井下高程测量分为三种类型，即（1）通过立井导入高程（2）水准测量（3）三角高程测量二、井下高程测量的基本要求1、井下高程控制网，可采用水准测量方法或三角高程的方法敷设。δ<50时，水准测量50<δ<80时，即可以用水准测量也可用三角高程测量δ>80时，用三角高程测量152、从井底车场的高程起算点开始，每隔300—500米设置一组高程点，每组高程点至少应由三个点组成。3、水准点可设在巷道的顶板、底板或两帮上，也可在井下固定设备的基础上。

16三、井下水准测量（一）、井下水准测量的外业1、井下水准测量的观测方法变换仪器高法注意：当水准点设在巷道顶板上时，要倒立水准尺，尺底（零刻度）端顶住水准点。2、井下水准测量的限差要求两水准点之间往返测高差较差不大于±50√Rmm

闭合、附合水准路线单程测量，闭合差不大于±50√Lmm17（二）、水准测量的内业1、水准测量的内业的目的计算各测点之间的高差，经平差后，求出各测点的高程。2、水准测量的内业计算

由于井下的高程点有的设在顶板上，有的设在底板上，可能出现四种情况。（三）、巷道剖面图的测绘1、目的：为了检查平巷的铺轨质量或者为平巷改造提供依据2、具体做法：先用皮尺沿底板每隔10米或20米标记一个临时点，并且将此点标记在巷道两帮上，以便调整坡度放腰线时使用183、巷道剖面图绘制要求：（1）水平比例尺一般为1：2000、1：1000、1：500，对应的竖直比例尺一般为1：200、1：100、1：50；（2）按水平比例尺画出表格，表中填写测点编号、测点间距、测点的实测高程和设计高程、轨道面的实际坡度；（3）在表格的上方，绘出巷道的纵剖面图

绘图时，先按竖直比例尺绘出水平线，注明高程，绘出测点的水平投影位置，按照测点的实际高程和选定的竖直比例尺绘出竖直面上的位置，然后用直线将这些位置点连接起来，便可以得到巷道的实测纵剖面线。（4）在表格的下方绘出该巷道的平面图，并且在图上绘出高程基点和永久导线点的位置。19

四、井下三角高程测量（一）、施测方法

井下三角高程测量一般是与经纬仪导线测量同时进行的。施测方法如图9-２所示

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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δ，用钢尺丈量仪器中心到b点的距离l′,量取仪器高i及觇标高v。

由图9-2可以看出，B对A点的高差可按下式计算：h

=l′sinδ+i-v式中

l′—实测斜长，基本控制导线应是经三项改正后的斜长;

δ—垂直角，仰角为正，俯角为负；

i—仪器高，由测点量至仪器中心的高度，测点在底版时为正值，顶板时为负值。

v—觇标高。由测点量至照准目标点的高度，测点在底版时为正值，在顶板时为负值。21

当井下经纬仪导线为光电测距导线时，在A点安置仪器，在B点安置反射棱镜，并对中整平。用测距仪测出仪器至反射棱镜中心斜距l0′，经气象、加常数等项改正后，得改正后斜距l0′A、B两点间的高差可按下式计算：h

=

l′sinδ+l′²/2R.cosδ(cosδ–k)+i-v

式中

k

—

折光系数；

R

—

侧线处地球曲率半径。

仪器高和觇标高应在观测开始前和结束后各量一次，两次丈量的互差不得大于4㎜，取其平均值作为丈量结果。丈量仪器高时，可使望远镜竖直，量出测点至镜上中心的距离。

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三角高程测量要往返进行。相邻两点往返测量的高差互差不应大于（10+0.3l）㎜（l为导线水平边长，m）；三角高程导线的高程闭合差不应大于±100√L㎜（L为导线长度，km）当高差的互差符合要求后，应取往返测高差的平均值作为一次测量结果。

闭合和附合高程路线的闭合差，可按边长成正比分配。复测支线终点的高程，应取两次测量的平均值。高差经改正后，可根据起始点的高程推算各点的高程。（二）、限差的要求总结如下（１）仪器高和觇标高两次互差不能超过4㎜；（２）三角高程往返测量相邻点高差互差为不大于（10+0.3l）㎜；（３）高程闭合差不大于±100√L㎜；

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井下测量所用的罗盘仪通常指挂罗盘仪，全称为“矿山悬挂罗盘仪”。相对于经纬仪来说，挂罗盘仪是一种低精度的测量仪器。它虽然构造简单，但它可以测量出磁方位角，因此多用于次要巷道和回采工作面的测量，在小煤矿，挂罗盘仪甚至可以作为主要的测量仪器，用于小型贯通测量工程。一、罗盘仪的原理24

挂罗盘仪构造与地质罗盘相仿，体积比地质罗盘大，精度也高一些。挂罗盘仪度盘刻划为0°～360°，最小分划值为30′。松开罗盘盒与圆环之间的连接螺丝后，罗盘由于重力作用而保持水平状态。

半圆仪，又称“坡度规”，其构造如图所示。其轴线两侧都有0～90°的注记，最小分划值为20′（也有的半圆仪最小分划值为30′或1°）。中心O处有一小孔，通过该小孔，用细线挂一小垂球，测量时可沿垂球线读出倾角，用表示。半圆仪两端有挂钩，以便悬挂在测绳上。此外，为了防止仪器在测绳上滑动，可以在测绳上加线夹。25二、罗盘仪导线测量罗盘仪导线布设须在采区导线控制之下，根据巷道和回采工作面的不同情况，可以布成闭合、附合和支导线三种形式。罗盘仪导线测量的主要步骤如下：（1）选点。从已知点开始，边选边测。一般在木棚子上钉入小钉作为临时测点。（2）挂绳。将线绳挂在相邻两点之间，并拉紧。（3）测倾角。将半圆仪分别挂在1/3边长与2/3边长处，用正、反两个位置测出倾斜角，取平均值为该边的倾角，记入表9-9中。（4）测磁方位角。将挂罗盘的N端（零读数端）指向导线前进方向，然后，在靠近导线边的两端点处悬挂罗盘仪，分别按磁针北端读出磁方位角，互差不超过2°时，取平均值作为该边的磁方位角，并记入表9-9中。（5）量边。罗盘仪导线边长一般不得超过20m。量边时，应拉紧皮尺往返丈量．读到厘米，当往返丈量的差值与平均值之比不超过1/200时，取平均值作为该边的长度26至起点斜长/m倾角/（°）平均倾角/（°）磁方位角/（°）平均方位角/（°）水平边长/m高差/m高程/m备注和草图井下挂罗盘测量手薄工作地点：观测者：记录者：日期：仪器：磁偏角：

27一、概述

为了指示巷道在水平面内的方向，需要标定巷道的几何中心线在水平面上投影的方向即中线方向，巷道水平投影的几何中心线称为巷道中线。标定出巷道的中线就可控制巷道在水平面内的掘进方向。

中线点应成组设置，每组不得少于3个点。28

新开巷道标定巷道中线的步骤大致下：

(1)检查设计图纸。主要检查的内容包括：巷道间的几何关系是否符合实际情况；标注的角度和距离是否与设计图一致等；(2)确定标定中线时所必需的几何要素；

(3)标定巷道的开切点和方向；

(4)随着巷道的掘进及时延伸中线；(5)在巷道掘进过程中，随时检查和校正中线的方向。29

包括标定开切点的位置和初步给出巷道的掘进方向两项内容。如下图

从已掘巷道中的A点沿虚线开掘一条新巷道，标定的方法如下：二、标定巷道开切点和掘进方向

标定巷道开切点30

(2)在4点安置经纬仪，瞄准点5，并沿此方向，由点4量取L１，即可得到A点的位置，将之标定于顶板上，然后再量取A至点5的距离作检核；

(3)在A点安置经纬仪，后视点4，用正镜位置给出β角，此时，望远镜所指方向即为新开掘巷道的中线方向，在此方向上标出点2，倒转望远镜，标出点1，则点1、A、2即组成一组中线点。

可以采用经纬仪法、罗盘法或卷尺法进行实地标定。通常采用经纬仪法。(1)从设计图上量取A点至已知中线点4、5的距离L１、Ｌ２，量取巷道的转向角β；31

巷道开切后，最初标定的中线点很容易遭到破坏。当掘进到4~8m时应检查或重新标定中线。简易的检查方法是看一组中线的三个点是否在一条直线上。

在由一组中线点到下一组中线点的巷道掘进过程中，可采用瞄线法或拉线法来标定巷道的掘进方向。三、巷道中线的标定

用经纬仪标定巷道的中线32

给定巷道的平面方向时，除了标定巷道几何中心线的办法外，也常采用标定轨道中心线或标定巷道边线的方法。标定直线巷道的边线33四、直线巷道中线的延长与检查

随着巷道不断向前掘进，中线也要不断向前延设。主要巷道每掘进30m，次要巷道每掘进40m，延设一组中线点C—1—2，以保证最前面一个中线点至掘进工作面的距离不超过40—50m，防止巷道掘偏。巷道中线的延设34

弦线法是将圆曲线分成圆弧段，以弦线来代替其中线，指示巷道的掘进方向。一、计算标设要素根据圆曲线的设计要素：

图中的曲线起点A、终点B，曲线半径R，中心角α及将曲线等分的段数n，计算标定要素：

圆曲线巷道中线的标定方法很多，这里仅介绍常用的弦线法。

等弦法计算标设要素35

L=2R·sin（α/2n）

βA＝βB＝180°＋α/2n

β1＝β2＝180°＋α/n

弦的长度l、起点和终点的转角βＡ、βＢ以及中间点的转角βi。

在起点A安置经纬仪，后视直线巷道中的中线点P，按转角βＡ，给出弦线A1的方向。但由于前面巷道还未开掘，只能倒转望远镜在其反方向上标设中线点D、C。这样C、D、A三点即组成一组中线点。用它指示巷道掘进到1点后，应丈量弦长l，精确标定出1点。然后，就可按与上述类似的方法继续给出下一弧段的中线。36二、实地标设

巷道掘进到曲线起点位置A后，先标出A点。然后在A点安置经纬仪，后视直线巷道的中点M，测设转向角βA，可得出弦A1的方向。经纬仪法标设曲线巷道37

为了指示巷道掘进的坡度而在巷道两帮上给出的方向线，称为腰线。

腰线点可成组设置，也可每隔30~40m设置一个，但须在巷道两帮上画出腰线，且对于一个矿井，腰线距底板或轨面的高度应为定值。

主要运输巷道的腰线应用水准仪、经纬仪或连通管水准器来标定，次要巷道的腰线可用悬挂半圆仪等标定。急倾斜巷道的腰线应尽量用经纬仪来标定，短距离时，也可用悬挂半圆仪等来标定。38

一、用水准仪标定平巷腰线

所谓平巷，并非绝对水平的巷道，一般情况下，坡度小于8‰的巷道，均视为水平巷道。在主要水平巷道中，常常都是用水准仪来标定腰线。腰线标定

根据已知腰线点和设计坡度，计算下一个腰线点B与已知腰线点A间的高差hAB：

hAB＝Ｌ×i

式中

L---A、B间的水平距离；

i---巷道的设计坡度。

在A、B中间安置水准仪，用皮尺丈量A、B间的水平距离，按上式计算出hＡＢ。39

二、用经纬仪标定斜巷腰线

1、中线点兼作腰线点的标设法

特点：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。中线点兼作腰线点的标设方法40

经纬仪架设于3点，量仪器高i，用正镜瞄准中线，使竖盘读数对准巷道设计的倾角δ。

已知中线点3到腰线位置的垂距a3，则仪器视线到腰线点的垂距b为：b=i-a3

b值为正时，腰线在视线之上，b值为负时，在视线之下。从三个垂球线上标出的视线记号起，根据b的符号用小钢尺向上或向下量取长度b，即可得腰线点位置。412、伪倾角标设法

空间一个倾斜面的真倾角(即它与水平面间所夹二面角)是指在垂直于其与水平面的交线的竖直面内的投影与水平线的夹角。

在与其交线斜交的竖直面内的投影与水平线间的夹角则称为伪倾角。如下图：δ为倾斜面CDEF的真倾角，δ′则为其伪倾角。真倾角永远大于伪倾角。42用伪倾角法来标定腰线的原理是：由于设计巷道时仅给出了真倾角，而腰线是标定在巷道两帮上的，经纬仪又只能安置在巷道中部，因此，只能根据真倾角与伪倾角间的关系，按伪倾角来标定腰线。

由图得tanδ′=cosβ·tanδ43

在1点上或下作一记号，用小钢尺量取腰线点1至记号的垂直距离b。然后，将望远镜瞄准前面一个中线点C，读取水平度盘读数，再转动照准部，瞄准欲标设的腰线点2，根据水平读盘读数计算出望远镜转动的水平角β2，并按照上述同样的方法，计算出伪倾角δ2′。将望远镜的倾角调至δ2′，再由此向上或向下量取垂直距离b,并作上标记，即得腰线点2。

用伪倾角法标定腰线可与标定中线同时进行。

实地标设时，将经纬仪安置在中线点B下，后视中线点A，瞄准A点附近的腰线点1，读取水平度盘读数即水平角β１。按伪倾角与真倾角间的关系式，计算出伪倾角δ1′。并将望远镜竖盘位置准确调至竖直角δ1′。

根据真倾角δ和两个竖直面间所夹的水平角β，计算出伪倾角δ′，从而标定腰线点的位置。44

随着采矿掘进机械化和自动化程度的迅速提高，在巷道施工中，上述的标定中、腰线的方法已不能适应高度机械化快速掘进的要求。目前，激光技术被广泛应用于矿山建设过程中，以代替传统的中、腰线标定方法。45一、激光指向仪如图所示，是我国南方测绘仪器厂制造的JGY-5型防爆型激光指向仪。1-防爆电池；2-电源电缆线；3-水平微调螺旋；4-激光器；5-物镜；6-倾斜微动旋钮；7-倾斜固定旋钮；8-水平固定旋钮9-锚杆固定旋钮46二、激光指向仪的安置和调试471．如图9-26所示，用经纬仪在巷道中标设三个中心线点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ａ、Ｂ距离5m左右，B、Ｃ距离30-50m，标设b、c。2．在距Ａ点一侧的顶板上钻眼，埋入φ25mm锚杆，避免倾斜。3．将安装杆套在锚杆上，上下移动，高度适当时，固紧安装杆。4．将安装杆插入激光指向仪中心孔，按动电源，左右移动仪器，使仪器在A点对中，紧锁固定旋钮。5．调节水平微动旋钮，使激光束同时对准B、Ｃ点的垂线球（垂线球平分光斑），紧锁水平方向旋钮。6．调整倾斜微动旋钮，使光斑中心至B、C两垂线的坡度标志点b、c的铅垂距离相等，紧锁倾斜旋钮。7．光斑过大时，调松固定旋钮，向后微旋激光器，使中心光斑小于50mm即可。8．激光指向仪在使用过程中，为了防止仪器碰动而影响中、腰线位置，应经常检查激光束的方向和坡度并根据检查情况随时调整。48一、采区次要巷道测量

在采区次要巷道中,为填绘矿图而测设的碎部导线，应以采区控制导线为基础，尽可能敷设成闭合（附合）导线。若测设支导线，则必须有可靠的校核措施，如测设左、右角来进行检查。碎部导线可根据生产需要选用低精度的经纬仪、测角仪等进行测量，在无磁性影响的地方，也可使用罗盘仪测量。

用低精度经纬仪测设碎部导线时，平面坐标和三角高程的相对闭合差应分别小于1/500和1/1000，用罗盘仪测设碎部导线时，导线边长应小于20m，导线最弱点距起始点不宜超过200m。导线和三角高程的相对闭合差应分别小于1/200和1/300。49次要巷道测量工作包括下列内容：（1）测量巷道的轮廓，绘制大比例尺巷道图；（2）丈量巷道长度，验收巷道的进尺；（3）丈量巷道断面的各种尺寸，验收巷道的规格质量；（4）测定断层、厚度变化等地质特点和瓦斯突出点、涌水点的实际位置，并反映到有关的矿图上。（5）绘制井上下对照图，确定井下巷道和地面附着物的相对位置关系，以及采矿范围边界的确定。50二、回采工作面测量

回采工作面应按月或按煤矿管理者规定的日期进行填图测量。每月的测量次数，取决于工作面的长度、推进速度、煤层埋藏要素和厚度变化情况，且应能满足生产和回采率计算等要求，至少每月一次。停产时必须进行测量。回采工作面测量应以