测量矿井下平面及高程控制网的建立

题目：寺家庄矿井下平面及高程控制网的建立摘要随着社会的发展，科技的日益更新，矿山联系测量技术也随着发展，各种先进的仪器也应用于矿山测量方面，使得测量的精度和效率都有了很大的提高。本次联系测量的地方为寺家庄矿，寺家庄矿为单立井矿，服务年限73年，是一个大型国有煤矿。关键字：矿井联系测量定向导入标高近井点巷道剖面图ABSTRACTWiththedevelopmentofsociety,technologyisincreasinglyupdate,miningrelationmeasurementtechnologyalsowithdevelopment,variousadvancedinstrumentsalsousedinminesurveying,themeasurementprecisionandefficiencyhasimprovedalot.Thisrelationmeasurementforthetempleofthehousewherethetemple,thexiezhuangcoalmineshaftforasinglehomevillageoforeandtheservicein'73,isalargestate-ownedcoalmines.Thedesignoftheoverallstructure:projectprofiles,groundcontrolnetsofmeasuringset,minerelationmeasurementofthespecificstepsandestablishundergroundcontrolnets.ThroughthisgraduationdesignmakesmemoreclearKeywords:M目录TOC\o"1-3"\h\u第一章绪论 1第一节毕业设计任务及目的 1第二节实习单位简介 2第三节毕业设计选题及资料来源 3第二章项目概述 3第一节项目区概述 3第二节项目的任务、内容及要求 4一、项目的内容 4二、项目的任务 4三、项目测量的技术要求 4第三节现有资料整理 5一、项目区数据的编制依据 5二、各项数据的来源 5第三章地面控制网的布设 5第一节地面控制网的概述 5第二节寺家庄矿地面近井点、井口水准基点的布设要求 6一、近井点和井口水准基点选点、埋石和造标的基本要求 6二、煤矿近井点及井口水准基点测量的精度要求 7第三节利用GPS测量近井点 8第四章矿井联系测量 10第一节概述 11一、一井定向 11二、导入标高 11第二节寺家庄矿主立井定向 11一、一井定向前期准备 11二、投点 12三、连接 14四、定向时的安全措施 17第三节主立井导入标高 18一、导入高程的实质 18二、全站仪导入高程的方法 20第五章寺家庄矿井下平面及高程控制网的测量 22第一节寺家庄矿井下平面控制测量方案及实施 22一、特点 22二、目的 23三、精度 23四、井下导线点的设置 23五、井下导线控制网布设的步骤 23六、井下导线测量的内业 25第二节寺家庄矿井下高程控制测量方案及实施 27一、概述 27二、井下水准测量 28三、井下三角高程测量的步骤 28四、巷道剖面图测绘 29总结与感想 31致谢 32参考文献 33第一章绪论矿山联系测量是在矿山开采的各阶段中，使用测量仪器，采用相应的测量方法，根据矿山开采进度及施工要求进行的测量工作，以保证施工的顺利进行，并为工程竣工及运行管理提供必要的测量资料。根据不同类型的工程，制定相应精度的控制方法，一般情况下，应采取先整体后局部，高精度控制低精度的原则。第一节毕业设计任务及目的矿山联系测量在矿山建设和采矿过程中，为矿山的规划设计、勘探建设、生产和运营管理以及矿山报废等进行的测绘工作。矿山测量为地质勘探、矿山设计、矿山建设、运营以及矿山报废等各阶段所进行的测量工作的总称。本次设计的目的是经过实际矿山联系测量的设计与实施，熟练掌握测矿山联系测量的基本方法与步骤。顺利通过并毕业。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就是使地面和井下测量控制网采用同一坐标系统。其必要性在于：（1）需要确定地面建筑物、铁路和河湖等与井下采矿巷道之间的相对位置这种关系一般是用井上下对照图来反映的。众所周知，由于地下开采而引起的岩层移动，往往波及地面而使建筑物遭受破坏，甚至造成重大事故。如果采矿工作是在河湖等水体下进行，当地面出现的裂缝与井下的裂缝相通时，河水就有可能经裂缝流入井下而使整个矿井淹没。因此，我们必须掌握采矿工作是在什么地区的下方进行着，以便采取预防措施。（2）需要确定相邻矿井的各巷道间及巷道与老塘间的相互关系，正确的划定两相邻矿井间的隔离矿柱。不然，就有可能发生大量涌水及瓦斯涌出，迫使采矿工作停顿，甚至造成重大安全事故。（3）为解决很多重大工程问题，例如井筒的贯通或相邻矿井间各种巷道的贯通，以及由地面向井下指定的地点开凿下井或打钻孔等等都需要井上下采用同一坐标系统。联系测量的任务在于：（1）确定井下经纬仪导线起算边的坐标方位角；（2）确定井下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y；（3）确定井下水准基点的高程H。前面两项任务是通过矿井定向来完成的；第三个任务是通过导入高程来完成的。这样就获得了井下平面与高程测量的起算数据。第二节实习单位简介我的实习单位是阳煤寺家庄矿，通过半年的实习了解，我介绍一下该矿的情况。山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司前身为寺家庄矿筹建处，公司正式成立于2005年11月17日，由阳煤集团和国电集团分别按照60%和40%的出资比例组建而成。寺家庄公司距县城约8公里，属于阳煤集团平昔矿区的一个大型矿井，年设计生产能力600万吨，井田南北走向长17.3～16.5公里，东西倾斜宽6～9公里，面积123平方公里，可采储量6.65亿吨，其中主采煤层15号煤平均厚度5.48米，可采储量为4.93亿吨，矿井服务年限为73年。矿井开拓方式为斜井、立井中央分列式开拓方式，15号煤采用大采高综采采煤工艺。配套建设年处理原煤600万吨的选煤厂，采用动力煤跳汰选煤工艺，煤泥水厂内一级闭路循环。主要产品有电力煤、洗混块、洗小块、洗粒煤、混煤、中煤、煤泥。矿井铁路专用线接轨于井田东部阳涉铁路上的昔阳车站，可通过太焦线、韩长线外运;向北通过石太线外运通达全国各地。寺家庄矿建设项目总投资概算约32亿元。公司自成立以来就把“创新项目建设思路，打造高效数字化矿井”做为寺家庄公司建设目标。坚持“以人为本，务实创新”的核心理念，立志通过运用先进的信息化技术和现代化的管理手段，统一思想，团结奋战，将寺家庄矿建设成为和谐、文明、安全、高效的数字化矿井。工程建设项目于2005年8月1日举行开工仪式，经过寺家庄公司全体建设者近三年的顽强拼搏，目前，地面主体工程已基本完工，形象工程完成90%以上；铁路专用线工程预计年底完工；地面选煤厂预计年底竣工具备带煤试验条件；矿井主辅运输系统已经投运；虽然受到瓦斯突出的严重影响，但目前首采工作面的井巷掘进正积极稳妥向前推进，预计09年元月可出面。矿井投产日期预计将在2009年6月1日前。第三节毕业设计选题及资料来源本次毕业设计选题主要是根据毕业设计指导书的要求及其所提供的选题类型结合自己在实习单位所实践的具体测量内容选定的题目。再有自己在学校学习期间对矿山测量方面的知识比较熟悉，大概了解矿山测量的平面联系测量和高程联系测量。设计的资料来源是实习时收集和总结的，再加上其它地方查阅的。第二章项目概述项目区概述本次实习在阳煤寺家庄有限公司，施工项目在山西省晋中市昔阳县境内，其地理坐标：东经113°32′09″—113°39′28″；北纬37°30′52″—37°40′19″。该区东部有阳涉铁路通过并与石太铁路相连，阳泉经昔阳到黎城的二级公路也通过该区。昔阳县至阳泉38公里，石太铁路、太旧高速公路、307国道均从阳泉通过，东达石家庄，西达太原。区内公路遍布，97％以上的村庄可通汽车，交通方便。该区位于太行山北段西侧，地势西高东低，南高北低，地形复杂，切割剧烈。大的沟谷为近东西向及北东向，较小沟谷纵横发育。基岩大面积裸露，地面标高极值为1613.3—891米，属中低山地形。该区属海河流域子牙河支流—滹沱河水系。昔阳县属温带大陆性气候。冬季少雪，春季多风，秋季较短，夏秋雨季集中。历年平均降水量为592.0毫米，主要集中在7、8、9三个月，约占全年67％。历年平均蒸发量为1879.6毫米，蒸发量远远大于降水量。年平均气温为9.3℃，极端气温为-23.9—为37.9℃。全年主导风向为西风，极端最大风速为21.0米/秒。历年的11月中旬至次年4月中旬为降雪期，最大降雪厚度为23厘米，最大冻土深度为75厘米。第二节项目的任务、内容及要求一、项目的内容本项目的测量的内容是矿井的联系测量，起始依据的校核，地面控制点，近井点和井口水准基点的选点、埋石和造标，近井点及井口水准基点测量主要内容是对阳煤寺家庄公司的矿井二、项目的任务根据现有资料及数据建立矿井平面及高程三、项目测量的技术要求第三节现有资料整理一、项目区数据的编制依据项目区数据的编著依据有：国土资矿划字[2008]016号文，阳煤集团地测处得图纸，太原测绘局的地面坐标，阳煤集团矿区坐标系统。二、各项数据的来源第三章地面控制网的布设第一节地面控制网的概述地面控制网包括平面控制网和高程控制网。地面平面控制网是由相互联系的控制点构成的网。在平面坐标系统内，以已知点为基础，根据控制的范围，选择一系列未知点，构成一定的图形，观察控制点之间的相对量，通过已知数据和观测数据、推算未知点的平面坐标。选择平面未知点，并和已知点构成一定的图形，称为建立平面控制网。平面控制网中的已知点和未知点称为平面控制点。根据观测量和网形的不同，平面控制网分为三角网、侧边网、边角网、导线网和GPS网，相应的控制测量过程称为三角测量、三边测量、边角测量、导线测量和GPS测量，求出的坐标控制点又称为三角点、导线点和GPS点。根据控制范围的大小和观测精度的高低，平面控制网又分成不同的等级。国家平面控制网分为一等、二等、三等、四等共4个等级；地形平面控制网一般分为一级、二级和图根平面控制3个级别。控制点的密度逐级加大，而精度逐级降低。根据服务对象和作用不同，平面控制网分为国家基本平面控制网、城市及工程平面控制网和地形测图平面控制网。地面高程控制网是由相互联系的高程控制点所构成的网。高程控制网是大地控制网的一部分。高程控制网用水准测量方法建立。一般采用从整体到局部，逐级建立控制的原则，按次序与精度分为一、二、三、四等水准测量。水准测量的施测路线，称为“水准路线”，一等水准路线是高程控制骨干，是研究地壳垂直移动和解决科学研究的主要依据。各等水准路线上每隔一定距离埋设水准标石，该点称为“水准点”，即高程控制点。高程控制网是建筑物区内地上、地下建筑物高程测设和传递的基本依据。高程控制网布点的密度应恰当，一般每栋楼房应设置1~2个点，主要建筑物应设置3个点。其测量方法可采用水准测量和光电测距中的三角高程测量方法。高程控制网的等级为国家三、四等水准测量或等外水准测量等。以上各等级都可作为建筑物区的首级高程控制。 第二节寺家庄矿地面近井点、井口水准基点的布设要求地面近井点对于煤矿来说是至关重要的，近井点是通过建立地面控制网来建立的。下面我就介绍一下寺家庄矿的近井点测设。为了把地面坐标系统中的平面坐标及方向传递到井下去，在定向之前，必须在地面井口附近设立作为定向时与垂球线连接的点，叫做“连接点”。由于井口建筑物很多，因而连接点不能直接与矿区地面控制点通视，以求得其坐标及连接方向。为此，还必须在定向井筒附近设立一“近井点”。为传递高程，还应设置井口水准基点。近井点测设首先要说明测设过程中的各种要求，然后进行实际操作。一、近井点和井口水准基点选点、埋石和造标的基本要求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。当近井点必须设置井口附近工业厂房顶上时，应保证观测时不受机械震动的影响和便于向井口敷设导线；（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变数应不超过三个；（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）在近井点及与近井点直接构成三角网边的点上，宜用角钢或废钻杆等材料建造永久觇标。二、煤矿近井点及井口水准基点测量的精度要求（1）近井点测量的精度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、插点和敷设经纬仪导线等方法测设。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″。我矿是在三等三角网用插点的方法测设的。（2）井口高程基点的精度要求井口水准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，则其中误差，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。所以井口水准基点的高程测量，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，对于不涉及两井间贯通问题的高程精度不受此限。测量高程基点的水准路线，可布设成附（闭）合路线、高程网或水准支线。除水准支线必须往返观测外，其余均可只进行单程测量。用三角高程测量时应采用精度不低于J2级的经纬仪测量垂直角，用测距精度为Ⅱ级的光电测距仪测量边长。利用GPS测量近井点按照上面关于布设的各种要求我们进行近井点的测量。寺家庄矿是用的GPS测量的。利用全球定位系统进行定位测量的技术和方法称全球定位系统测量，即导航卫星测时和测距的简称，通常简写为GPS。寺家庄煤矿位于昔阳县城8公里处。在进行GPS测量近井点前应先进行实地踏勘，根据实地情况的考察和所收集附近的资料，制定观测计划。然后进行GPS外业观测。寺家庄矿的GPS观测采用的是静态相对定位的方法。GPS外业观测首先确定一个已知点。我矿的已知点是以阳煤一矿的近井点为基准，作为已知点。设为A点；在办公大楼对面的山上选两个点一个是土塄点B、一个是半坡点C；铁厂北的山上在选一个点D；附近的桥边选两个点桥头点E、桥上点F；桥边线杆设一个点G；石坝上设一个点H小道设一个点I；路西设一个J，然后埋点，点的标石和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。接着运用GPS进行观测。在A点安置一台接收机作为基准点，接着在B、C、D、E、F、G、H、I、J分别安置GPS接收机收集数据。收集所有未知点的相关数据。收集完成后，我们就回办公室进行内业处理，依照已知点A的坐标通过GPS系统软件来计算出未知点的坐标，并建立该地区GPS控制网。这样就为近井点的测量提供了前提。下面是所设置的点经过内业算出的坐标，以此建立控制网。有关控制点的坐标见表3-1。表3-1GPS控制点表XYh代码桥头68780.990105244.027923.600QTOO双孔桥68296.885106334.606924.940SKQD铁厂北67701.206105671.756962.8513211线杆67627.517105503.436960.386XG11小道边67580.579105310.310977.700石坝67559.199103573.150968.5663331半坡67572.820104310.0521027.28011AB路西67899.710104048.539957.0294444土塄67736.605104327.6471017.957BBBBGPS外业观测包括：制定观测实施方案，天线的设置及量高；接收机的预热和开机；观测过程中的操作和记录；气象数据的观测记录；关机和迁站。关于接收机的具体操作步骤和方法，随接收机的类型和作业模式不同而异。一般来说，观测人员应注意以下事项：（1）严格遵守作业调度命令，按规定时间同步观测同一组卫星。接收机的预热与静置应提前进行；（2）经检查电源电缆和天线等各项连结无误，方可接通电源，启动接收机；（3）接收机开始启动前与作业过程中，应随时逐项填写测量手薄中的记录项目；（4）接收机开始记录数据后，观测员可使用专用功能键和选择菜单，查看测站信息、接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、相位观测残差、实时定位结果及其变化和存储介质记录情况等。（5）观测过程中，接受机不得关闭并重新启动，不准改变卫星高度角限值，不准改变天线高度；（6）每一观测时段中，气象资料一般应在时段始末及中间各观测记录一次。当时段超过60min时，应适当增加观测次数；（7）每时段观测前后应各量取天线高一次，两次量高之差不大于3mm，取平均值作为最后天线高；（8）偏心观测时应测定归心元素；（9）观测中防止接收设备震动，防止人员和其他物体碰动天线或阻挡卫星信号；（10）经认真检查，所有规定作业项目均已完成，并符合要求，记录与资料完整无误，且将点位和觇标恢复原状后，方可迁站。然后根据，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10º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、变电站等设施，其最近不得小于200m；还应避开对电磁波接收有强烈吸收和反射影响的金属和其他障碍物及大范围的水面等要求，进行选点、埋点，我矿的近井点设在联建大楼的楼顶上，井口位于联建大楼的旁边。通过上述的GPS外业方法收集近井点BB1点的相关数据，最后建立的GPS控制网算出近井点的坐标BB1。近井点测量可采用静态定位法。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1992年我国测绘局发布的《全球定位系统（GPS）测量规范》进行。在《规范》将GPS网点划分为A、B、C、D、E五个等级。其中D级和E级分别相当于常规测量的国家三等点和四等点，近井点测量可采用上述等级。有关技术标准见表3-2。表3-2：GPS测量的技术标准等等

级平均边长

/km仪器

要求精度指标/mm图形强度

观测时段个数时段长

/min卫星高度角限值/ºabD10~5单频或双频1010≤10≥2≥60≥15E5~2单频或双频1020≤10≥2≥6≥15GPS测量数据处理的基本内容为：观测值的粗加工；预处理；基线向量解算以及GPS基线向量网数据的综合处理等。工作流程见图3-1。图3-1GPS图3-1GPS测量数据处理的基本流程通过上述的一系列操作，有了本地区的GPS控制网和确定了地面近井点的坐标，为下一步工程的顺利进行做好了前期的准备。第四章矿井联系测量上章我们已经介绍了近井点的测量，下面我们就重点介绍一下我矿的联系测量的定向和导入高程的具体操作步骤。由于我矿现在是单立井，所以定向只介绍一井定向。第一节概述一、一井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。几何定向分为一井定向和两井定向。由于我矿只有一个主立井，所以只能进行一井定向。我矿的立井的井口离近井点的直线距离为26米，井口是长方形的，长为6米，宽为3米，井深约为1034米。一井定向概要地说，就是在井筒内悬挂钢丝垂线，钢丝的一端固定在地面，另一端系有定向专用的垂球自由悬挂于定向水平，一般称作垂球。再按地面坐标系统求出垂球线的平面坐标及其连线的方位角；在定向水平上把垂球线与井下永久导线点连接起来，这样便能将地面的方向和坐标传递到井下，而达到定向的目的。因此，可把立井几何定向工作分为两个部分：由地面向定向水平投点（简称投点）；在地面和井上与垂球线连接（简称连接）。二、导入标高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。高程联系测量的目的是把地面坐标系统中的高程，经过平硐，斜井或者竖井传递到井下高程测量的起始点上，然后以该起始点进行井下高程的传递。其意义是通过井上高程导入井下，井下高程依次传递，达到井下各种巷道在空间结构上满足生产设计的要求，同时便于对井下采掘工作面的分布与地面地形地物的空间对应状况有详细的掌握，它是确保矿井安全生产的一个重要方面。第二节寺家庄矿主立井定向一、一井定向前期准备一井定向方法有连接三角形法、四边形法和适用于小型矿井的瞄直法等。我矿属于大型煤矿，用的是三角形法。进行我矿的矿井定向前先进行施工前的工作计划包括准备工作、制定工作内容及顺序、定向时的安全措施、定向后的技术总结。准备工作（1）选择连接方案，做出技术设计；（2）定向设备及用具的准备；包括垂球、线、钢丝、手摇绞车、导向滑轮、水桶等；（3）检查定向设备及检查仪器；定点板等检查；（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。按照制定工作内容及顺序进行定向。定向要先进行井口投点然后进行地面连接和井下连接。二、投点1、投点的方法由地面向定向水平投点，简称投点采用连接三角形进行一井定向时，要在井筒内挂两根垂球线。投点时，一般都采用垂球线单重投点法，即再投点过程中，垂球的重量不变。单重投点可分为两类：单重稳定投点和单重摆动投点。前一种方法是将垂球放在水桶内，使其基本上处于静止状态；在定向水平上测角量边时均与静止的垂球线进行连接。后一种方法则恰恰相反，而是让垂球自由摆动，用专门的设备观测垂球线的摆动，而求出它的静止位置并加以固定；在定向水平上连接时，则按固定的垂球线的位置进行。采用垂球线单重投点法单重稳定投点〈0.4mm采用垂球线单重投点法单重稳定投点〈0.4mm单重摆动投点 我们按照设计方案的规定，我矿采用的是单重稳定投点的方法进行投点。1、单重稳定投点具体步骤单重稳定投点是假定垂球线在井筒内处于铅垂位置而静止不动，所进行的投点。单重稳定投点设备和安装系统如图4-1所示。图4-1图4-1稳定投点的设备和安装具体步骤是：投点前先让2个人进入井下，等待钢丝下放完之后进行观测校正然后投点投点时把垂球挂到钢丝上，垂球的重量为5kg左右，然后下放钢丝，钢丝下放的速度要均匀、平稳，以每秒1m—2m进行，每下放50米左右停顿一下，待垂球稳定后，再继续下放，接近定向水平时，停止下放取下垂球，然后挂上重砣，重砣的重量不大于钢丝抗拉强度的60%—70%，使重砣沉入液体内，检查重砣避免与桶壁、桶底接触。将钢丝卡入定点板内，最后因定好钢丝绳，待钢丝绳稳定后，要用3个—5个直径为1cm—2cm的信号圈下放，检查钢丝是否自由悬挂，防止钢丝碰壁。如果没有说明投点完成。在一井定向中我们要选择好两垂球的下放位置，要防止距离过大，防止碰壁，防止井壁淋水。投点是要注意进行工作人员要离开井筒。上述都进行完之后，我们就完成了由井上到井下的投点。2、投点注意事项：投点误差与投向误差由地面向定向水平投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，使得垂球线在地面上的位置投到定向水平后会发生偏离，这种偏离称为投点误差。由投点误差引起的垂球线连线的方向误差，称为投向误差。见图4-2.(a)(b)(c)图4-2投点误差与投向误差图4-2投点误差与投向误差图(b)则为两垂球偏向于连线的同一侧，且在连线的垂直方向上，是AB方向的投射产生一个误差角。则如果两垂球向其他连线两边偏离，且在垂直于连线方向上，图（c)则其投向误差可用下式求得：设AA′=BB′=e，AB=c，且由于θ很小，则(c)图中的θ可简化为：总投向误差为：因此要减少投向误差，必须加大两垂球线间的距离c和减少投点误差e之值。投点时必须采用有效的措施减小投点误差，这些主要措施包括：（1)尽量增加两垂球线间的距离，并选择合理的垂球位置。例如使两垂球线连线方向尽量与气流方向一致。这样尽管沿气流方向的垂球线偏斜可能较大，但是最危险的方向，即垂直于两垂球线连线方向上的偏斜却不大，因而可以减少投向误差。（2）尽量减少马门头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，以减少风速。（3）采用小直径、高强度的钢丝，适当加大垂球重量，并将垂球浸入稳定液中。（4）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。三、连接1、概念把地面上的已知点和定向水平上的永久点与垂球线连接，简称为连接。2、连接测量连接测量分为地面连接测量和井下连接测量两部分。我们工作的重点之一。地面连接测量是在地面测定两钢丝的坐标及其连线的方位角；地面有近井点至井口（定向连接点）的连测导线，边数应不超过3个。导线点因埋设标石，并尽可能与三角点连测方向，以备检查近井点和导线点是否发生移动，或当近井点遭到破坏时可用连测导线点测量定向连接点的坐标。见图4-3。图4-3图4-3地面至井口联测地面连测时，应敷设测角中误差不超过5″或10″的闭合导线或复测支导线，10″（二级）小三角网作为首级控制的小矿区。我们采用的是的闭合导线。井下连接测量是在定向水平根据两钢丝的坐标及其连线的方位角确定井下导线起始点的坐标与起始边的方位角。连接测量的方法很多，这里仅以连接三角形法为例予以介绍。δδδγαβγ′′′′′图图4-4连接三角形法2.1.连接三角形应满足的条件图中三角形ABC和ABC′称为连接三角形。为了提高定向的精度，在选择井上、井下连接点C、C′时，应使连接三角形△ABC和△ABC′满足以下三个条件：（1）点C与D及点C′与D′要彼此通视，且CD与C′D′边长要大于20m。当CD边小于20m时，在C点进行水平角观测，其仪器必须对中三次，每次对中将照准部变换120度；

(2)三角形的锐角γ和γ′要小于2°；构成最有利的延伸三角形；(3)a/c与b′/c′的值要尽量小一些，一般应小于1.5m。2.2连接三角形法的外业δδδγγ′′′′′图图4-5连接三角形法的外业

地面连接测量是在C点安置经纬仪测量出φ和γ两个角度，并丈量a、b、c三条边的边长。同样，井下连接测量是在C′点安置仪器测量出φ′和γ′两个角度，并丈量c，b′和a′三条边的边长。

2.3内业内业分为两部分：解算连接三角形各未知要素及其检核；按一般导线方法计算各边的方位角与各点坐标。连接三角形的解算①运用正弦定理，解算出α，β，α′，β′②检查测量和计算成果首先，连接三角形的三个内角α、β、γ以及α′、β′、γ′的和均应为180°。若有少量残差可平均分配到α、β或α′β′上。(角的检验）其次，井上丈量所得的两钢丝间的距离c丈与按余弦定理计算出的距离c计相差应不大于2mm；井下丈量所得的两钢丝间的距离c丈与计算出的距离c计相差应不大于4mm。若符合上述要求可在丈量的a、b、c以及a′、b′、c′中加入改正数Va，Vb，Vc及Va′，Ｖb′Ｖc′③将井上、井下连接图形视为一条导线，如D—C—A—B—C′—D′，按照导线的计算方法求出井下起始点C′的坐标及井下起始边C′D′的方位角图图4-5三角形示意图3、连接具体步骤：井上连接测量

我们以联建楼顶的控制点作为近井点，分别向两垂球线A、B测设连接导线，以确定A、B的坐标和AB的坐标方位角。测设导线的等级为5秒级，使用DJ2经纬仪，2个测回数观测水平角，测角中误差为±5秒；使用钢尺量边，测设至A的导线时和B的导线时，量边的偶然误差系数a都选择0.0025，系统误差系数b都选择0.00025。另外，使用DJ2仪器观测时，同一测回中半测回互差不超过20秒，两测回间互差不超过12秒，两次对中测回间互差不超过30秒。

井下连接测量

传递到井下后，在井下的井底车场中，布设井下连接导线，导线采用7秒基本控制导线，使用DJ2经纬仪观测水平角，测角中误差为±7秒，测角的方法和限差与地面连接的导线的测设过程相同。使用钢尺进行量边，量边时要加入比长改正，温度改正，拉力改正，垂曲改正等改正项，然后最终将导线的边长化算到高斯平面上。量边的偶然误差系数取0.0025，系统误差系数b取0.0025.通过上述操作我们就把近井点BB1传递到了井下车场并建立井下首个控制点BA1.再以此传递到工作大巷，北翼和南翼大巷，再次传递建立井下控制网。四、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）井盖必须结实可靠的盖好；（4）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；（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，因为这样最容易使钢丝折断；（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。五、定向后的技术总结定向工作完成后，应认真总结经验，并写出技术总结，同技术设计书一起长期保存。定向后的技术总结，首先应对技术设计书的执行情况作简要说明，指出在执行中遇到的问题、更改的部分及原因。其次编入下列内容：（1）定向测量的实际时间安排，实际参加定向的人员及分工；（2）地面连测导线的计算成果及精度；（3）定向的内业计算及精度评定；（4）定向测量的综合评述和结论。如附录A：我矿的寺家庄副立井标定成果（新成果）监理；附录B寺家庄副立井标定成果（新成果）。通过上述一系列的工作，我们就完成了矿井的定向工作，由于为了确保测量精度，矿井定向和导入高程是同期进行的，所以我们完成定向的同时，就要进行导入高程。第三节主立井导入标高一、导入高程的实质高程联系测量的实质在于按照一定的精度要求，采用能够满足相应精度要求的仪器和合理的测量方法，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，为井下测量过程中进行高程的传递提供精确的起算依据，从而有效指导矿井上下的安全生产建设。导入高程的方法应矿井开拓方法的不同分为以下3种：通过平硐导入高程：可以用一般井下几何水准测量来完成。其测量方法和精度应当与井下I级水准测量相同。通过斜井导入高程：当斜井倾角能够满足水准测量要求时，可以用一般井下几何水准测量来完成：当精度要求不高时，也可以用一般三角高程测量完成。当斜井倾角超过水准测量要求时，可以用一般三角高程测量来进行。其测量方法和精度与井下I级水准测量或者井下基本控制三角高程测量相同。通过立井导入高程：由于水准测量与三角高程测量都难以实现，则需要采用一些专门的方法来完成。但无论采用什么方法，这些方法基本原理都是完全一致的，所不同的仅仅是具体实现手段的不同。因通过平硐、斜井导入高程可以比较容易的采用一般的水准测量或三角高程测量来完成，其原理和实现手段比较简单。寺家庄矿属于立井矿，下面介绍一下立井高程传递。如图：4-6。图4-6图4-6通过立井导入高程设在地面井口附近一点A，其高程为已知，一般称A点为近井水准点。在井底车场中设一点B，其高程待求。在地面与井下安置水准仪，并在A、B两点所立的水准尺读取读书和。如果我们知道了地面和井下两水准仪视线之间的距离，则A、B两点的高差可按下式求出：h=l-a+b=l+(b-a)有了h，就能算出B点在统一坐标系统中的高程为：因此，通过立井导入高程的实质，就是如何求得l的长度。所以有人把它叫做井深测量，就是这个缘故。二、全站仪导入高程的方法在立井高程联系测量中，传统的方法是钢尺导入法和钢丝导入法，这两种方法通用性较强，但都存在准备时间长，投入大、工序繁琐和占用井筒时间较长等缺点。通过种种考虑，结合实际情况，我矿最后决定用有自动搜索功能的全站仪导入高程。1实测原理图4-7全站仪导入高程示意图如图4-7，采用有长距离自动搜索目标功能的全站仪，将井上下的平均温度，气压输入全站仪。搜索井口固定住的棱镜，搜索完毕后，测出仪器中心至井口棱镜的天顶距和斜距S，这样仪器中心至棱镜的高差h可以测出。井上口棱镜的高程从井口近井点利用三角高程的方法测得，注意井上下实测应尽量同时进行，这样可以减少棱镜固定不稳造成的误差。h与实测完毕后，将全站仪的天顶距调成，这样全站仪可以当作水准仪使用，读出待测点下水准尺的读数h。图4-7全站仪导入高程示意图测出的斜距S经过温度、气压、加乘常数以及棱镜的棱镜常数改正后，计算出全站仪仪器中心与井口棱镜之间的高差为改正后的斜距，从而得出待测点A的高程为根据使用的全站仪类型的不一样，施测原理略有不同，对没有自动搜索功能的全站仪也可以导入高程。。只需将全站仪的天顶距调成，按跟踪测量键，与此同时地面人员把棱镜在井筒上方缓慢移动，当井下全站仪读出数时，则立即通知地面人员将棱镜固定，井下和地面同时施测，地面通过三角高程的方法测出棱镜的高程，井下测出的距离S即为仪器中心至棱镜的高差。2导入高程的具体步骤2.1准备工作将全站仪的视准差，竖盘指标差进行检校，尽量减少2C和竖盘指标差；确保仪器的双轴补偿处于打开状态；从近井点联测水准至井口连接点；将棱镜固定在中杆上，并将和对中杆用绳索均系在地面固定物上，以防止井口作业时出现意外；提前将井下作业人员，仪器，水准尺等运至导高水平；确保井上下联络畅通。2.2高程传递打开井盖，将吊桶提起，将全站仪置在井下吊桶落差的位置，精确整平全站仪，卸去仪器手柄，输入温度，和气压；井上口人员将棱镜固定在井上下仪器都可视的位置，注意井上下同时作业的安全；使仪器处于超级搜索状态搜索井上口棱镜，待全站仪搜索到棱镜后，通知井上人员，同时施测。井上口通过三角高程测出棱镜中心的高程，井下仪器测出仪器中心至棱镜的斜长以及天顶距将全站仪的天顶距调到，瞄准井下永久水准点下的水准尺，读出水准尺的读数为；这样就完成了第一次独立导入高程，为了测量的可靠性，重新整平仪器，重复上述步骤。然后计算出高程3精度分析由于寺家庄矿深度为1034米。分析导入高程的误差。3.1地面近井点高程连接点至井口的距离为26米，则三角高程测量的高程误差为3.2井下全站仪测距误差我们所使用的全站仪测距的标称精度是2mm+2ppm，则全站仪测距误差为3.3井下全站仪的瞄准误差对距离的影响当面准误差是1m时，对距离的影响是3.4井下全站仪竖盘指标差产生的误差井下全站仪天顶距调至时，由于仪器的竖盘指标差产生的误差，仪器的指标差为1，仪器至井下待定水准点的距离为10m，则竖盘指标差产生的误差为这次全站仪导入高程的误差经过计算远高于《煤矿测量规范》的要求说明这次高程导入是成功的。例如我矿的；寺家庄进风井井底高程测量成果图附录C、D；寺家庄进风井井底高程测量成果这样我们就把地面高程导入了井下，可以以此建立高程控制网了通过上面的一系列的操作。我们已经成功的把地面坐标导入到了井下，能够建立完整的井下高程控制网，矿井的联系测量已经完成。下步是以此为依托建立控制网，为以后的生产服务。第五章寺家庄矿井下平面及高程控制网的测量第一节寺家庄矿井下平面控制测量方案及实施一、特点：由于受井下巷道条件的限制，井下平面控制均以导线的形式沿巷道布设，而不能像地面控制网那样可以有测角网、测边网、GPS网和交会法等多种方案。二、目的：是建立井下平面测量的控制，作为测绘和标定井下巷道、硐室、回采工作面等平面位置的基础，也能满足一般贯通测量的需要。三、精度：根据我国《煤矿测量规程》我矿的井下平面控制的基本控制精度采用的是，采区控制精度采用的是。我们用全站仪进行导线布设。四、井下导线点的设置井下导线点按照其使用时间长短和重要性而分为永久点和临时点两种。导线点应当选择在巷道顶(底)板稳固、通视良好且易于安设仪器观测、尽量不受来往矿车影响的地方。永久导线点应埋设在主要巷道中，一般每隔300～500m埋设一组三个永久点永久点的结构应以坚固耐用和使用方便为原则所有导线点均应做明显标志并统一编号，用红漆或白漆将点位圈出来，并将编号醒目地涂写在设点处的巷道帮上，以便于寻找。五、井下导线控制网布设的步骤进行布设前的计划和准备。包括人员的配置，去哪些巷道布设等等。进行仪器检查。3、进行井下导线测量外业井下导线测量外业，与地面导线基本相同，但由于井下环境的特殊性，如导线不是一次全面布设，而是随巷道掘进而不断延长，每次延长之前都要对上次测设的最后一个导线角度进行检查；井下导线点多设于顶板，仪器要在点下对中；井下黑暗，仪器及觇标均需照明；井下巷道狭窄，运输繁忙，观测条件不利等。1）、劳动组织和仪器配备。测角一般4人：1人观测，1人记录，前后视各一人量边一般5人：2人拉尺，2人读数，1人记录并测定温度两者可同时进行，也可分开进行2）、选点和设点：我们主要是在北翼和南翼以及通风、回风、运输等主要主要大巷进行布设，先布设主要的然后逐步推进到每个工作面。我们每200米布设一个导线点。南翼以NY开始，北翼以BY始通风以TF1开始等布设。选设点时应注意：1）导线点应便于保存;2）应通视，间距均匀;3）凡巷道分岔、拐弯、边坡点和已停工掘进工作面等均应设定;4）永久点应按照《规程》要求于施测前1~2天设好;5）导线点应统一编号。3）、用全站仪量边和测角(一)、工作组织钢尺导线5人，光电导线4人，分工，联络信号仪器高，觇标高，巷道上下左右,记录、用三联架法进行导线测量图5-1三联架法导线测量图5-1三联架法导线测量具体过程是：首先从近井点引到井下的点BA1点开始。引导车场建立两个已知点CC1和CC2，然后以这两个已知点开始施测。例如北翼大巷，首先在CC2点安置全站仪仪器整平对中，在后视点CC1和前视点BY1安置觇标整平对中。测完CC2站后，CC2点及BY1点的三脚架和基座保持不动，将CC2的点的仪器移到BY1点，直接插入原已安置好的三脚架基座中，将CC1的棱镜觇标直接插入CC2点的三脚架中，而将CC1点的三脚架和基座移到BY2整平对中，并将BY1点的棱镜觇标插入BY2点以整平对中的基座中，开始下一个点的观测，以此类推进行传递测量。4）、碎部测量。目的:为了以后填图的需要，我们要进行碎部测量，测得井巷的细部轮廓形状。导线测量完成之后，丈量仪器中心到巷道顶板、底板和两帮的距离(量上、量下、量左和量右)。还要测量巷道、硐室或工作面的轮廓，通常是用“支距法”，将钢尺拉紧，然后用皮尺或小钢尺丈量巷道两帮特征点到钢尺(即导线边)的垂直距离(横距)b和垂足到仪器站点的距离(纵距)a。图5-2图5-2碎部测量草图如寺家庄矿井下的1号绞车房的碎部测量，首先进行导线测量，用全站仪进行三架法导线测量。然后用钢尺量出巷高，左右帮，顶底板的数据，记录。就进行完了碎部测量。5）、导线测量记录。既要全站仪记录一份，也要手工记录一份。6）、导线延长与检查为了检查验证已知起始点的可靠性，在接测之前应对上次所测的最后一个水平角及最后一条边长按原观测的相应精度进行检查。此次观测与上次观测的水平角之差△d不应超过由下式所计算出的容许值：△d容≤2√2mβ式中：mβ——相应等级的导线测角中误差。井下7″、15″和30″导线的△d容分别为±20″，±40″和±80″。重新丈量上次最后一条边长与原丈量结果之差不得超过相应等级导线边长往返丈量之差的容许值(基本控制导线为边长的1/6000，采区控制导线为边长的1/2000)。如果检查结果不符合上述要求，则应继续向后检查，直到符合要求后方可以它作为起始数据，继续向前延长导线。当巷道掘进工作面接近各种采矿安全边界(水、火、瓦斯、老采空区、井田边界及重要采矿技术边界)时，除应延长经纬仪导线至掘进掌子头外，还必须以书面手续报告矿(井)技术负责人，并书面通知安全检查和施工区、队等有关部门。如附录E；寺家庄回风井马头门定向成果六、井下导线测量的内业内业计算的目的，是求出导线各边的坐标方位角及各导线点的平面坐标，并填绘矿图。1、测量资料整理在内业计算开始之前，要重新仔细检查外业观测记录，是否超限，是否有漏测、漏记、记错、算错等问题。记录手簿经检查无误后，方可进行下一步计算。2、计算边长改正和平均边长井下基本控制导线用钢尺丈量的边长应加入比长，温度、垂曲等改正后化算为水平边长，如有必要，还应加入归化到投影水准面的改正和投影到高斯—克吕格平面的改正。将往、返测边长分别加入上述改正后，如果互差不超过边长的1/6000，则可取其平均值作为最后边长。采区控制导线则只需把量得的往、返测斜距化算为平距，而不必加入其他改正，如果往、返测平距的互差不超过边长的1/2000，则可取其平均值作为最终边长。3、计算角度闭合差4、坐标方位角的推算各条导线边的坐标方位角是按下式计算的：式中：、——分别为第i边(待求边)与第i-1边的坐标方位角；——改正后的角值。在闭合导线中，从第一边开始，经各导线边再推算回到该边的坐标方位角应相同；附合导线(含方向附合导线)中，推算出的最后一边的坐标方位角应与原最终坚强边的坐标方位角相同；复测支导线两次推算得的最后一条公共边的坐标方位角应当相等。否则，便是计算有误，应检查角度闭合差fβ、角度改正值Vβi及各边坐标方位角αi的计算，发现错误及时改正。5、坐标增量闭合差的计算及调整为计算坐标增量闭合差，须先计算各条导线边的坐标增量，其方法同地面导线。6、坐标计算按下式计算各导线点的坐标：xi=xi-1+△xi-1,i；yi=yi-1+△yi-1,I如为闭合导线，则由起始点起算，经各导线点再算至起始点的坐标应相等；附合导线由起始点推算到最终已知坚强点坐标应相等；而复测支导线和方向附合导线则两次算得的最末点的坐标应相等。整个导线计算除角度闭合差和坐标增量相对闭合差两项大的检核外，每一步计算都有检核。但也可能发生错误，如用错起算数据或抄错原始资料等。因此，在实际工作中，全部计算工作应由两人分别独立进行，最后相互对照校核，以杜绝错误。通过上面的步骤操作，我们就建立的井下平面控制网了，下一步就是井下高程控制网的建立。第二节寺家庄矿井下高程控制测量方案及实施一、概述井下高程测量的目的和种类井下高程测量是测定井下各种测点高程的测量工作。其目的是为了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。其具体任务大体为：1.在井下主要巷道内精确测定高程点和永久导线点的高程，建立井下高程控制；2.给定巷道在竖直面内的方向；3.确定巷道底板的高程；4.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。在主要水平运输巷道中，一般应采用精度不低于S3级的水准仪和普通水准尺进行水准测量；在其他巷道中，可根据巷道坡度的大小、采矿工程的要求等具体情况，采用水准测量或三角高程测量测定。当巷道倾角小于5°时采用水准测量；倾角在5°～8°之间可采用水准测量，也可采用三角高程测量，当倾角大于8°时则采用三角高程测量。井下高程测量分三种类型，即：(1)通过立井导入高程；（2)水准测量；(3)三角高程测量。在进行井下高程测量之前，应在井底车场和主要巷道内预先设置好水准点。从井底车场高程起算点开始，沿井底车场和主要巷道逐段向前敷设，每隔300～500m设置一组高程点，每组至少应由三个点组成，其间距以30～80m为宜，永久导线点也可作为高程点使用。水准点可设在巷道的顶板、底板或两帮上，也可以设在井下固定设备的基础上。设置时应考虑使用方便并选在巷道不宜变形的地方。设在巷道顶、底板的水准点构造与永久导线点相同。井下所有高程点应统一编号，并将编号明显地标记在点的附近。二、井下水准测量1、井下高程测量的基本要求井下水准测量，主要用于测量水平巷道内的高程点及经纬仪导线点的高程。井下每组高程点的高差，应采用往返测量的方法确定，往返测量高差的较差不应大于如条件允许，可布设闭、附合水准路线，其闭合差不应大于。2、我们以近井点传递到井下的点BA1进行高程测量。3、井下水准测量外业主要是测出相邻两测点高差,方法：仪器放两测点中间，前后视放水准尺，(倒立)照明。粗平瞄准精平读数两次仪器高,仪器高之差大于10cm,两次仪器高高差互差不大于5mm井下水准路线为支线、附合路线或闭合路线。4、水准测量内业计算测点间高差hi--平差--求各测点高程Hih=a-b测点在顶板上时，水准尺读数前冠以-号三、井下三角高程测量的步骤井下三角高程测量是与全站仪导线测量同时进行的。施测方法如下图所示。安置全站仪与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2-4可以看出，B对A点的高差可按下式计算：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；

v——觇标高，由测点量至照准目标点的高度；当测点在顶板时，i和v为负值，在底板时为正值。图5-3图5-3井下三角高程测量三角高程测量的倾角观测一般可采用一个测回。仪器高和觇标高在开始前和结束后各量一次(以减小垂球线荷重后的渐变影响)，两次丈量的互差不得大于4mm，取其平均值作为测量结果。丈量仪器高时，可使望远镜竖直，量出测点至镜上中心间的距离。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+0.3*)mm(为导线水平边长，m)；三角高程导线高差闭合差不应大于±100√Lmm(L为导线长,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