测量学 11井下测量

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1、第十一章 井下测量11-1 近井点和井口水准基点在全国范围内都布设了国家一、二等三角网和水准网 ，在矿区范围内也有国家一、二等三角点和水准点。但是 ，这些点的密度很小，远远不能满足矿区测量的需要。通 常进行的矿区控制测量就是在国家一、二等三角网和水准 网的基础上布设矿区三、四等三角网或高精度的光电测距 导线作为矿区的平面控制，布设矿区三、四等水准网作为 矿区的高程控制。为了满足矿井建设和生产的需要，建立矿井上、下统 一坐标系统，还需在矿井工业广场井筒附近布设平面控制 点和高程控制点，即我们通常所说的近井点和井口水准基 点。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

2、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7 cm，后视边方位 角中误差不得超过10。井口水准基点应按四等 水准测量的精度要求测设。此外近井点和高程水准 基点的布设还要满足以下要求：(1) 尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采 影响的地点；(2) 近井点至井口的连测导线边数应不超过3 条；(3) 高程水准基点应不少于两个(近井点可作为 高程水准基点)。11-2 矿井平面联系测量 一、 概述把井上、井下坐标系统统一起来所进行的测量 工作就称为矿井联系测量。矿井联系测量又分为矿井平面联系测量和矿井 高程联系测量。矿井平面联系测量是解决井上、井 下平面坐标

3、系统的统一问题；矿井高程联系测量是 解决井上、井下高程系统的统一问题。 矿井平面联系测量的任务是根据地面已知点的平面坐 标和已知边的方位角，确定井下导线起算点的平面坐标和 起算边的方位角。矿井平面联系测量的方法主要分为几何定向和物理定 向两种，几何定向又分为一井定向和两井定向两种，物理 定向即陀螺定向。二、 一井定向一井定向是在一个井筒内悬挂 两根钢丝，将地面点的坐标和边的 方位角传递到井下的测量工作。(一) 投点投点是以井筒中悬挂的两根钢 丝形成的竖直面将井上的点位和方 位角传递到井下。 1 投点误差要尽可能采取以下措施减小 2 钢丝自由悬挂的检查(1) 信号圈法；(2) 比距法；(3) 振

4、幅法(二) 连接连接测量分为地面连接测量和井下连接测量两部分。 地 1 连接三角形应满足的条件(1) 点C与D及点C与D要彼此通视，且CD与CD 的边长要大于20 m；(2) 三角形的锐角和要小于2；(3) a/c与a/c的值要尽量小一些，一般应小于1.5 m。 2 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、和三 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、和三个角 度，并丈量a，b和c三条边的边长。3 连接三角形的解算 (1) 运用正弦定理，解算出， (2) 检查测量和计算成果首先，连接三角形的三个内角、以及、 、的和均应为180。若有少量

5、残差可平均分配 到、或、上。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2 mm；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4 mm。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，b，c(3) 将井上、井下连接图形视为一条导线，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CD 的方位角。三、 两井定向 1 概述两井定向是在两个井 筒内各用重球悬挂一根钢 丝，通过地面和井下导线 将它们连接起来，从而把 地面坐标系统中的平面坐 标和方向传递到井下。两 井定向的外业测量包括投 点、地面和井下

6、连接测量 。在连接测量时必须测出 井上、井下导线各边的边 长及其连接水平角；同时 在内业计算时必须采用假 定坐标系。2 两井定向的内业计算 (1)按导线计算方法，计算出地面两钢丝点A、B的坐标(x ，y）、（x，y）； (2) 计算两钢丝点A、B的连线在地面坐标系统中的方位角 ； (3) 以井下导线起始边A1为x轴，A点为坐标原点建 立假定坐标系，计算井下导线各连接点在此假定坐标系中 的平面坐标，设B点的假定坐标为(x，y）； (4) 计算A、B连线在假定坐标系中的方位角 (5) 计算井下起始边在地面坐标系统中的方位角 : (6) 根据A点的坐标(x，y）和计算出的A1边的方位角 ，计算出井下

7、导线各点在地面坐标系统中的坐标和 方位角。四、 陀螺定向 1 陀螺经纬仪的基本原理 自由陀螺仪具有以下两个基本特性： (1) 定轴性:陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指 向初始恒定方向； (2) 进动性:陀螺轴在受到外力作用时，将产生非常重要 的效应 “进动”。常用的陀螺仪是采用两个完全自由度和一个不完全自 由度的钟摆式陀螺仪。它是根据上述的陀螺仪的定轴性和 进动性两个基本特性，并考虑到陀螺仪对地球自转的相对 运动，使陀螺轴在测站子午线附近作简谐摆动的原理而制 成的。2 矿用陀螺经纬仪的基本结构 陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪组合而成的定向仪器 。根据其连接形式不同主要可分为上架式陀螺经纬仪和

8、下 架式陀螺经纬仪两大类。上架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放 在经纬仪之上，下架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪 之下。3 陀螺经纬仪定向的方法 运用陀螺经纬仪进行矿井定向的常用方法主要有逆 转点法和中天法。它们间的主要差别是在测定陀螺北方向 时，逆转点法的仪器照准部处于跟踪状态，而中天法的仪 器照准部是固定不动的。11-3 矿井高程联系测量矿井高程联系测量又称导入标高 ，其目的是建立井上、井下统一的高 程系统。采用平硐或斜井开拓的矿井 ，高程联系测量可采用水准测量或三 角高程测量，将地面水准点的高程传 递到井下。采用竖井开拓的矿井则需 采用专门的方法来传递高程，一、 钢丝法导入标高采用钢丝法导入标

9、高时，首先应在井筒中部悬挂一 钢丝，在井下端悬以重锤，使其处于自由悬挂状态；然 后，在井上、井下同时用水准仪测得A、B处水准尺上 的读数a和b，并用水准仪瞄准钢丝，在钢丝上作上标记 ；变换仪器高再测一次，若两次测得的井上、井下高程 基点与钢丝上相应标志间的高差互差不超过4 mm，则 可取其平均值作为最终结果。最后，可通过在地面建立 的比长台用钢尺往返分段测量出钢丝上两标记间的长度 ，且往返测量的长度互差不得超过L/8000(L为钢丝上两 标志间的长度)。二、 光电测距仪导入标高光电测距仪导入标高不仅精度高，而且缩短了井筒占 用时间。 基本方法：在井口附近的地面上安置光电测距仪，在 井口和井底的

10、中部，分别安置反射镜；井上的反射镜与水 平面成45夹角，井下的反射镜处于水平状态；通过光电 测距仪分别测量出仪器中心至井上和井下反射镜的距离l 、S，从而计算出井上与井下反射镜中高差：H=S-l+l式中，l为光电测距仪的总改正数。然后，分别在井上、井下安置水准仪。测量出井上反 射镜中心与地面水准基点间的高差hAE和井下反射镜中心 与井下水准基点间的高差hFB，则可按下式计算出井下水 准基点B的高程H：BAhAEhFBhAEa-e hFBf-b 式中，a、b、e、f分别为井上、井下水准基点和井上、井 下反光镜处水准尺的读数。运用光电测距仪导入标高也要测量两次，其互差也不 应超过H/8000。11

11、-4 井下平面测量井下平面测量主要包括井下平面控制测量和采区测量 。 一、 井下平面控制测量 1 概述井下平面控制测量只能以矿井联系测量测得的井底车 场内的已知点和已知边作为导线的起始点和起始边，逐步 敷设导线来完成标定巷道掘进方向和测绘矿图等任务。 井下导线分为基本控制导线和采区控制导线。基本控制导 线精度较高，是井下的首级平面控制。采区控制导线的精 度较低，是矿井的加密控制，它是以基本控制导线点为基 础。井下基本控制导线可分为7级和15级两种。采区 控制导线也包括15级和30级两种。2 导线点的选设井下导线点分为永久点和临时点两种。永久点应设在 碹顶上或巷道顶(底)板的稳定岩石中。临时点可

12、选设在顶 板岩石中或牢固的棚梁上。 3 水平角的观测经纬仪需标有镜上中心，以便于点下对中。常用的方法主要有测回法和复测法两种。 4 边长的丈量井下导线边长的丈量可采用光电测距仪或钢尺丈量。 5 导线的延长随着巷道的不断掘进，井下导线也要及时延长。采区 控制导线一般应每隔30100m延长一次，基本控制导线 应每隔300500m延长一次。6 复测支导线的内业计算井下观测工作完成后，应及时整理和检查外业手簿， 确认各观测成果符合规程的规定后，方可进行内业计 算。 (1) 分别按往、返测成果计算导线最末边的方位角和 。 (2) 计算并检核角度闭合差f f= (3) 分配角度闭合差，若往测和返测的中间导

13、线点不完全 重合，则角度闭合差应分别分配，即往测和返测各分配 f2 (4) 按分配闭合差后的水平角推算往、返测各边的方位角 。 (5) 计算坐标增量和往、返测坐标增量闭合差： (6) 计算并检核坐标相对闭合差K： (7) 分配坐标闭合差： (8) 分别计算往测和返测各导线点的坐标：二、 采区测量 1 采区联系测量通过竖直或急倾斜巷道向采区内传递方向、坐标和高 程的测量工作。(1) 通过两个竖直巷道进行联系测量(2) 通过一个竖直巷道进行联系测量(3) 通过急倾斜巷道进行联系测量 2 采区次要巷道测量采区次要巷道测量是为了填绘矿图，以采区控制导线 为基础而敷设的碎部导线测量。采区次要巷道测量的主

14、要任务是为填绘矿图提供资料 。其主要测绘内容包括：测绘大比例尺巷道图；丈量巷道 的长度和断面大小；测定断层、煤厚变化等地质特征点和 瓦斯突出点、涌水点的位置等。3 回采工作面测量回采工作面测量是按旬或按局、矿规定的日期进行的 验收填图测量。回采工作面每月测量的次数，应以能满足 生产和回采率计算的要求为目的，但至少须测出工作面的 月末位置。回采工作面测量应以导线点为基础，采用低精度经纬 仪、测角仪、皮尺等进行测量。测量的内容主要有：回采 工作面的长度、进度；充填区和煤柱的位置和尺寸；煤层 厚度和采高等。11-5 井下高程测量方法主要有水准测量和三角高程测量两种。 一、 井下高程点的选设井下高程点

15、应布设在巷道顶、底板或两帮的稳 定岩石中，碹体上或井下永久固定设备的基础上， 也可选用井下永久导线点作为高程点。二、 井下水准测量应选用精度不低于DS10的水准仪和普通水准尺，采用 变更仪器高(两次仪器高互差应大于10 cm)的方法进行观 测。两次测得的相邻点间的高差互差不大于5 mm时，取其 平均值作为观测成果。由于井下高程点有的设在顶板上， 有的设在底板上，高差hi的计算公式都是hiaibi(即 后视读数-前视读数)。只是当高程点在顶板上时，应在读 数前加“-”号后，再进行运算。三、 三角高程测量三角高程测量是利用经纬仪观测出两点间的竖 直角，用钢尺丈量出两点间的倾斜长度l，从 而由下式计算出两点间高差hAB：hlsini-v