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1、矿山测量技术及贯通测量的发展第一章 绪论11选题的背景及研究的意义贯通测量工作必须要在确定测量方案和方法时保证贯通所必要的精度，过高或者过低的精度都是不正确的。还必须对所完成的测量和计算工作应有客观可靠的检查，杜绝出现一切粗差。贯通测量是矿山生产给矿井测量工作人员带来的一项重要任务。矿山测量人员要保证各掘进工作面沿着设计的方向掘进，使贯通接合处的偏差不能超过某一规定的限度。显然，贯通测量是矿山测量中一项十分重要的测量工作，贯通测量人员所负的责任是重大的。如果因贯通测量过程中发生差错而未能贯通，或者贯通接合处的偏差值超限，都将严重影响巷道质量，甚至造成巷道报废等非常严重的后果，在经济上和时间上给
2、国家、集体或个人造成巨大的、难以弥补的损失。为了提高矿山巷道的质量、使得贯通误差更小、减少废巷的形成、减少各方面的损失，除了要求我们矿山测量人员一丝不苟、严肃认真对待贯通测量工作的态度外，最重要的是我们必须对贯通工程进行精度分析1。进行精度分析是十分必要的工作，这样我们可以确保巷道的准确贯通，保证巷道的质量，提高贯通工程精度的方法有很多种，运用这些方法极大地提高了贯通测量的精度，这正是本课题研究的意义所在。12矿山测量技术及贯通测量的发展现状作为测绘科学与技术所属二级学科大地测量学与测量工程的一个重要分支和发展矿山测量，其任务是：研究矿山勘探与开发建设过程中各个阶段进行矿区控制测量、矿区地形测
3、绘、矿山施工放样、矿井定向、矿井贯通测量、采掘延伸测量、岩层与地表移动及变形测量、矿山生产安全监测和矿区生态环境监测与治理时的理论与技术；是测绘学在矿产资源勘探、矿井建设、矿井生产与环境恢复全过程中的直接应用；是地质、采矿、测绘、环境、数理及信息科学等的交叉；是一门工程性和实践性极强的边沿学科。今天，随着微电子技术、计算机技术、通信网络技术以及软件技术的综合发展，传统的矿山测量技术已跨入以遥感（remote sensing,RS）、全球定位系统（globalpositioning system,GPS）和地理信息系统（geographical information system;GIS现发展
4、为geo-information system,即地学信息系统，亦简称为GIS）（统称3S技术）为主要技术支撑的现代矿山测量。以3S为核心的数字矿山已提上矿山科技发展日程，是传统矿山企业改造和创新发展的战略方向2。 现代矿山测量的任务不仅包括传统的矿山测量及制图，还包括了矿区可持续发展研究、资源与环境规划、矿山安全生产监测、数字化与可视化决策支持等。通过对矿区地面和地下的空间、资源和环境信息进行采集、存储、处理、表达、显示和利用，为合理有效地开发和保护矿山资源并治理、保护矿区环境服务，支持矿区可持续发展。在使用的测量仪器与手段方面，测绘仪器正在形成一种多传感器相互集成和补充的新格局：数字地面一
5、体化测图系统与空间测量技术手段形成了较好的互补关系。纵观国内外矿井，GPS、防爆型的全站仪、光电测距仪、陀螺仪、激光指向仪等仪器以及计算机技术已在先进矿区的贯通测量工程中得到推广使用，测算绘图自动化及矿山资源信息管理的研究正方兴未艾3。新型测量仪器的逐步应用和新的测量技术手段的不断发展正在为矿山测量包括贯通测量工作注入新的活力。矿山测量技术以及贯通测量技术与整个工程测量的发展一样，也取得了巨大的进步，但还有很多值得我们去研究和解决的重大课题，例如井巷贯通测量的误差问题及精度分析等。随着科学技术的发展，专家们研究出更先进的仪器，再加上其他的原因测量精度大大的提高，但是对于井巷的贯通测量的精度还不
6、是很完善，使得贯通工程的质量不高，造成很多的废巷，在经济和时间上都造成了很大的损失。本文主要研究的是怎样来提高贯通测量的精度。最突出的两种方法是：利用模型指导施工和利用新的仪器来进行作业。在贯通井巷施工中由于我们依据初始模型严格指导井巷施工，使得贯通处方向和高程达到了工程的需要提高了贯通精确度，同时也大大提高了成巷质量。运用新的仪器来进行作业也会有效的提高贯通测量的精度.例如:在国内，长18.4 km的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于3 mm，一等精密水准线路长120多公里。目前辅助隧道已贯通，仅一个贯通面的情况下，横向贯通误差为12 mm，高程方向的贯通误差只有3 mm。山西潞安环能
7、股份有限责任公司五阳煤矿南峰风井贯通井上导线长6km，井下导线长7km，导线全长约13km，利用GPS、加测陀螺边、光电测距仪等新技术，使贯通点在水平重要方向上的实际贯通误差为-101mm，高程方向贯通误差为+85mm6。另外还有其他几种方法同样是提高贯通测量精度不可缺少的，我们可以选择好的测量方案和测量方法；在施工前进行误差预计；中、腰线的标定也是个重要的方法；最后就是选择贯通点，测量人员应该根据误差预计选择好贯通点，在矿井施工前和施工时，如果可以运用这几种方法的话，那么贯通测量的精度有很大程度上提高。13主要研究目的和主要研究内容131主要研究目的矿山测量是开发矿业过程中不可缺少的一项总共
8、要的基础技术工作，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。本课题通过对矿山测量领域广泛的学习和研究，掌握贯通测量技术的发展动态和方向，联系矿区单位的生产实际，分析矿区在贯通测量工程原设计中的不足和需要改进的方面，找出提高贯通测量精度的方法，如：利用模型指导施工、贯通方案的选定、运用实际例子来进行误差预计、新仪器、新技术的采用（全站仪、GPS等仪器）、中、腰线的调整、最佳贯通点的选取等等。运用这些方法将会使贯通工程更加顺利，既不会由于精度不够而造成工程的损失，也不盲目的追求过高的精度而增加测量工作量，这就是本课题研究的主要目的所在。132主要研究内容举出井巷贯通测
9、量的实例（第2章2.3节）；列出提高精度的几种有效的方法；利用模型指导施工；方案选择的具体方法；运用实例来进行误差预计；在设计中尝试使用新的仪器：全站仪、GPS、等；进行贯通点最佳位置理论探讨；中、腰线的标定及调整的过程；第二章 有关井下测量的特性及贯通实例的工程概况21地下工程测量的特点有：（1）地下工程施工面黑暗潮湿，环境较差，经常需要进行点下对中（常把点位设置在坑道顶部），并且有时边长较短，因此测量精度难以提高。（2）地下工程的坑道往往采用独头掘进，而洞室之间又互不相通，因此不便组织校核，出现错误往往不能及时发现。并且随着坑道的进展，点位误差的累积越来越大。（3）地下工程施工面狭窄，并且
10、坑道往往只能前后通视，造成控制测量形式比较单一，仅适合布设导线。（4）测量工作随着坑道工程的掘进，而不间断地进行。一般先以低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核。（5）由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或者特定的测量方法（如为保证地下和地面采用统一的坐标系统，需要进行联系测量）和仪器4。22地下工程对测量的要求地下工程的测量环节包括：建立地面控制网、地面和地下的联系测量、地下坑道中的控制、竣工及施工测量。对测量的要求如下：（1）应严格按照先控制后碎部，高级控制低级、对测量成果逐项检核，测量精度必须满足规范要求等。（2）在隧道工程中，两个相向开挖的作业面的施工中线往往因测量误差，产生
11、贯通误差（分为纵向贯通误差、横向贯通误差和高程贯通误差）。对于隧道而言，纵向误差不会影响隧道的贯通质量，而横向误差和高程误差将影响隧道的贯通质量。因此应采取措施严格控制横向误差和高程误差，以保证工程质量。（3）为保证地下工程的施工质量，在工程施工前应进行工程测量误差预计。预计中应将允许的竣工误差加以适当分配。一般来说，地面上的测量条件比地下好。故对地面控制测量的精度应要求高一些，而将地下测量的精度要求适当降低。（4）在地下工程中应尽量采用先进的测量设备。地面控制测量应采用GPS测量技术进行。平面联系测量应尽量采用陀螺定向。坑道内的导线测量应采用红外测距仪测距以加大导线边，减少导线点数。为限制测
12、角误差的传递，当导线前进一定距离后应使用高精度陀螺经纬仪加测陀螺定向边4。23贯通测量实例的工程概况及设计参数231贯通测量实例的工程概况本文引用红会三矿为例，红会三矿是一个煤矿，下面就其工程概况做介绍：红会三矿井田位于甘肃中部黄土高原区，行政区划隶属于甘肃省白银市平川区，北距腾格里沙漠8090km，地形为低山丘陵或沙滩，海拔17801900m；地理坐标：东径10501201050250，北纬364045364150，为祁连山地槽系内一起伏不平的山间倾斜盆地。距白银市平川区约25km，区内河流无常年性流水，沙河及冲沟有季节性流水。矿区地势东北高、西南低。气候特征为大陆性干旱气候。全区均被第四系
13、黄土覆盖，地形起伏较大，以黄土丘陵居多。区内有专用铁路和公路分别与包兰铁路和109国道连接，交通便利。该矿是靖远煤业有限责任公司下属的一对片盘斜井，1972年建成简易投产，设计能力21万吨/年，矿井曾连续三年产量达30万吨/年。由于超生产能力服务和小窑破坏，使老采区资源枯竭。为了矿井接续，经原矿务局研究决定，对红会三矿实施深部接替改造设计。为此需将三矿主井筒继续延伸，使之与红会一矿三采区轨道上山贯通，从而解决矿井延伸后的总回风、提升等问题。该贯通测量工程属一矿副井与三矿主井两井间贯通，属重要贯通工程。两井口相距2100米，井下导线长度约2700米，实际贯通距离约为160米。见下图： 此图为：一
14、矿副井与三矿主井两井间贯通工程概况232设计参数本设计按煤矿测量规程32的有关规定和设计院有关三矿接替延深方案进行编写。本设计所采用的起始数据为1968年西北煤田地质局测量六队的三角点成果和1997年9月公司地质队提交的三角点成果联测到井下的导线点成果资料，属1954年北京坐标系，1956年黄海高程系。经对已知点进行检查核实，起始资料正确可靠。测量起始数据（见下表）：井筒中心线坐标方位角=1440000备注井筒倾角井筒毛断面井筒净断面主井总长度井筒水平长度=180000S=8.5S=7.36L=1050mD=998.609m按照煤矿测量规定贯通相遇点K水平重要方向上的允许偏差不得超过0.3m，
15、高程方向上的允许偏差为0.2m。24贯通测量线路分析选择贯通测量应选择最佳贯通测量路线，本次贯通可供选择的路线有：一是从一矿副井1635大巷三矿主井；二是从一矿副井1540中巷1540北巷轨道上山三矿主井；三是从一矿副井1675中巷1675北巷轨道上山三矿主井。第二条比第一条线路导线长增加200余米，且三角高程路线增加，并有小于15夹角两个；第三条比第一条线路导线长增加约400米，且三角高程路线增加，并有小于15夹角一个。如下图：此图为：贯通测量路线选择线路方案路线长度(m)图形条件备注第一条第二条第三条27002900310060m边长：5个；15角度：无60m边长：6个；15角度：2个60m边长：7个；15角度：1个根据以上因素，实际选择了第一条贯通测量线路，即从一矿副井1635大巷三矿主井线路。贯通误差主要有横向贯通误差和高程贯通误差。其中减少横向误差主要是减少测角误差和两边误差，高程误差主要是减少导线边长。第三章 分析提高井巷贯通测量精度的几种方法分析提高井巷贯通测量精度的各种方法是本文研究的重点所在,下面几种方法都是提高测
