毕业设计（论文）矿山测量成果可靠性分析摘要随着国民经济的高速发展，国家对煤矿资源的需求LI益增加，而紧随的矿难频 频发生无不给我们敲响了警钟，同时对资源开采的安全性也越来越重视起来，论文 主要从矿山测量的角度，为保障矿山生产的安全，系统地研究、探讨了测量成果的 可靠性及其保证措施通过对了午线及投影面的选择与投影变形的关系，阐述了矿区独立坐标系 如何 合理建立的问题以及在保证图形资料的交换核查等要求下，矿区独立坐标系与 国家坐标系的转换控制测最时，要联测一些国家或地方坐标系下的点作为起算点，但联测的这些 起算点兼容性不好将影响整个网的精度，因此我们在把联测点加入控制网平茅时应 该对其兼容性进行分析，剔除它们中兼容性不好的点，提高控制网精度开采沉陷的研究与应用与测量成果的可靠与否有很大的关系，介绍了儿种可能 造成开采损害问接影响的情况与对策论文从实际工作出发，对控制网的可靠性与效率的评价及陀螺经纬仪在矿山贯 通测量中的应用和方向导线网严密平差方法等进行了详细的探讨关键字:独立坐标系:兼容性:可靠性:陀螺经纬仪:严密平羌研究类研究第一章绪论 11」选题背景 I1.2矿山测量在煤矿开发中的作用 2第二章矿区坐标系的建立 42」高斯投影概述 42.1.1投影与变形 42.1.2高斯投影的基木概念 42.2投影带和投影面的选择 62.3不同坐标系之间的变换 62.4矿区独立坐标向似国家坐标的转换 62.5实例 7第三章控制网起算点的可靠性分析 103」起算点少及分布不均匀对控制网的影响 10第四章开釆沉陷可靠性分析 134.1开采沉陷的概念 134.2地下开采诱发滑坡的基本规律 134.2.1采动滑坡的特点 134.2.2采动滑坡发生的地形地质条件 134.2.3采动滑坡的成因分类 144.3地下开采引发裂缝分析 144.4断层对开采沉陷的影晌 154.5有限元数值分析 16结束语 18致谢 19参考文献 20第一章绪论1.1选题背景多年来我国媒体最为关注的问题之一就是”矿难”。
根据国家安全生产监督管理 局的数据，2001年到2004年，我国发生一次死亡10人以上的特大煤矿事故 188起，平均每7.4天1起，而2005年发生67起，平均每5.4天1起而且 最近几年矿难也没消停，事故发生的时间间隔很短，矿山生产安全引起了党中央和 国务院的高度重视，激起了业内人士和相关学者的深思矿难屡屡发生，屡禁不止，固然与煤矿不景气期间安全投入不足、历史欠帐太 多、安全规章制度不健全、不落实，现场安全管理不力等等有关，但是也与煤矿基 础性工作薄弱有关，其中矿山测量就是其中之一矿区没有一个很好的测最T作体 系，这就没法对矿区的建设、开采设计提供可靠依据:对可能发生的灾难进行预报: 当事故发生时对疏散人群、指导救援工作提供帮助然而实际上许多矿的测量工作 体系是非常不健全的一一测量成果粗糙、资料不全、开采的不合理、对可能发生的 事故没有前瞻性研究建立观测站（如开采沉陷变形监测）因而当矿难发生时因开采 紊乱，对地下巷道的不了解，导致救援工作不能很好的铺展开来，耽误了救岀被埠 矿工的宝贵时间，而且还可能因施救工作的不当引起更大的事故例如2005年广东梅州兴宁煤矿8.7特大透水事故123遇难，由于大兴煤矿 开采系统混乱，矿井透水量巨大，透水示井下原有巷道和设备遭到破坏，随着水位 下降，追排水到一定深度后，有关工作变得越来越困难。
近两天井下出现数次垮塌 现象，直接威胁抢险人员的人身安全专家指出，进一步开展抢险救援存在无法排 除的安全隐患，如按现有方案继续强排水，会造成新的安全事故，风险很大且无实 际意义2007年从7月中旬到8月下旬，全国发生了多起因暴雨咫风等严重自然灾害 引发的煤矿淹井、矿山明塌冒顶、建筑施工工地遭洪水泥石流袭击等事故灾难特 别是8月17 口山东省新泰市华源矿业公司因柴汶河河岸决口，引发溃水淹井，172 人遇难，另一相邻矿9人遇难，造成惨重损失，教训深刻说，此次造成溃水的 主要原因:一是突降暴 雨:二是山洪暴发:三是河水猛涨:四是河堤决口:五是决堤淹 井柴汶河决堤Z后，洪水进入多年挖沙的沙场，沙场与废弃的西都矿矿井相通， 从而形成了洪水冲入西都矿 井肓接淹井除却自然灾害的因素，此次事故灾难也布 ”人祸”方面的教训溃水井口离 溃口的河道距离不过300米,在河道超水位的情 形Z下，为什么没有专人在河上监视？以至于两点半左右河岸溃口，”砂井上方形成 了一个巨大的报涡”时，才被发现要是在 河口未决口Z前发现危机，不是就能或 者避免决口，或者能避免矿工被困的现状吗?其后果是不是会减轻许多？1-2矿山测量在煤矿开发中的作用⑴建立矿区地面控制网和测绘1: 500——1: 5000的地形图和矿图：（2）进行矿 区地面与井下各种工程的施工测量和竣丁验收测量：（3）测绘和编制备种采掘工程图 及矿体几何图：（4）进行岩层与地表移动的观测及研究:为留设保护矿柱和安全开采提 供资料：（5）参加采矿计划的编制，并对资源利用及生产情况进行检杏和监督。
煤矿 企业是由T•业建筑物、地下井巷和采掘T作面所组成的一个复杂而又紧密联系的有 机整体为了确定和反映井下巷道之间、采区Z间，以及井下开采场所与地面建筑 物 Z间的相互位置关系，确保矿井安全合理地生产，从矿区勘探、设计兴建起，直至 矿井报废止，在桀个开发过程中，都必须经常不断地进行测量工作根据由整体到局部，高级控制低级的原则，一个矿区或井冋范囤内的测量工作, 主要包括地面测量、井上下联系测量它们的相互联系和工作顺序见图1.1测绘地形地面控制测St地面施工图1」矿兀测量流程由上表看出，地面测量是基础:联系测量是桥梁:井下测量是反映采掘平衡关系的 主要依据，以其测量成果绘制的各种矿图，及时反映着煤矿的生产建设面貌及其位 置关系测量工作在大力开发煤炭资源中与地质T作紧密配合起先导作用:在均衡 生产方面起保证作用:在工稈质量及合理利用资源方面起监督作用:在安全生产方面 起知指导作用可见，测量工作是煤矿开采中不可缺少的一项技术基础工作(1) o矿山测量是煤矿生产的”眼睛”，为生产计划和开采决策提供井下采掘丁稈平面 图、井上下平面对照图等，井下复杂的地质构造、乩斯埋藏情况、老窑水、老空水 和断层水等空间分布情况、井下通风系统的布置等等祁必须通过矿山测量显示出来。
这一系列基 础资料是矿山安全生产的保证，也是矿山救护的重要参考依据令人不 安的是，近些年不少企业，尤其是个体和地方煤矿，这些基础资料很不完整，给安 全生产和安全救护留下了严重隐患，煤矿安全呼唤矿山测最的冋归第二章矿区坐标系的建立2.1高斯投影概述2.1.1投影与变形所谓地球技影，简略说来就是将椭球面各元索（包括坐标、方向和长度）按一泄的 数学法则投影到平血上研究这个问题的专门学科叫地图投煤学这黑所说的数学 法则可用下面两个方程式表示（2）:x = F;（L, B）Y = F;（L, B） （2.1）式中L, B是椭球面上某点的大地坐标，而x, y是该点投影后的平面（投影面） 直角坐标式（2.1）表示了椭球面上一点同投影面上对应点之间坐标的解析关系，也叫做坐 标投 影公式投影问题也就是建立椭球面元素与投影面相对应元素Z间的解析关系 式技影的方法很多，毎种方法的木质特征部是由坐标投影公式F的具体形式体 现的椭球面是一个凸起的、不可展平的曲血，若将这个曲面上的元素（比如一段 距离、一个角度、一个图形）投影到平血上，就会和原来的距离、角度、图形呈现 羌异，这一差异称作投影的变形地图投影必然产生变形。
投煤变形一般分为角度变形、长度变形和面积变形三 种在地图投煤时，我们可根据需要使某种变形为零，也可使其减小到某一适当稈 度因此，地图投影中产生了所谓的等角投影（投影前后角度相等，但长度和面积 有变形）、等跖•投 影（投影前后长度相等，但角度和面积有变形）、等积投影（投影前 后血积相等，但角度和长度有变形）等2.1.2高斯投影的基本概念高斯投影又称横轴椭圆柱等角投影，是徳国测量学家高斯于1825L1830年 首先提出的实际上，直到1912年，由徳国另一位测量学家克吕格推导出实用的 坐标投影公式示，这种投影才得到推广，所以该投影又称高斯•克吕格投影想象 有一椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条了午线（称了午线或轴了午 线）相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定的投彩方法将了午线 两侧各--定经茅范囤内的地区投影到椭圆柱血上，再将此柱血展开即成为投影仏我国规定按经并6和3度进行投影分带，为大比例尺测图和工程测最采川3 带投影特殊情况下工程测量控制网也可用1.5带或任意带高斯投影6带B子午线起每隔经差6自西向东分带，依次编号1, 2, 3,… 我国6中央子午线的经度，由69起每隔6。
而至135 ,共计12带，带号用n表 示，了午线 的经度用Lo表示，Lo =6n-3高斯技影3带是在6带的基础上分成的，它的了午线一部分同6带中 央了午线重合，一部分同6带分界了午线重合，带号用d表示，3带了午 线用L表示，关系是:L=3斤 2. 2投影带和投影面的选择独立坐标系的合理建立在于投影带和投影面的合理选择引起投影变形的两个 因素：但是注意6S,为负的前提是Hm是正值，大地高有正有负，从参考椭球面起 量，向外为正，向内为负还有当我们改变投影面时，比如说有这样一种情况： 矿 区井上与井下相差好几百米，而我们希望井上与井下的坐标都在同一坐标系中，这 时我们选择的投影面可能是介于井上与井下Z间，像这种情况Hm也会出现负值 因此导致6.S］为JE ,这时投嫁血与投煤带对边长的变形不是相抵偿而是相加的 当测区国家坐标系统下投影变形值不能满足丁程规范的要求时，需要重新选择投影 面或投影带来建立独立坐标系2.3不同坐标系之间的变换二维坐标系的变换对于二维直角坐标，如图2.1所示，有:X2cos 8一 sin0cos0 y.MM图2・1二维坐标的转换2.4矿区独立坐标向似国家坐标的转换似国家坐标系不是严格的国家坐标系下的坐标，因为它没进行缩放，只是对独7 立坐标系相对于国家坐标系进行平移、旋转，使它们对应重叠。
矿区独立坐标系统 与国家坐标系统的转换我们固然可以改变投影参数，通过坐标换带方法先把独立坐 标系统中点的平面坐标反算岀大地坐标，再正算求解出该点在国家坐标系统中的坐 标，但是由于涉及测量资料、成果的使用、交换、上交、存档等一系列的问题，尤 其是国土资源厅对矿山开采范围控制对井上下地形图的要求，煤矿测量一•般应采用 国家统一的北京54、国家8坐标系统对坐标系的实际处理方法，可在 建立独立坐标系后，将独立坐标系进行旋转、平移等方法的处理，尽可能地与国家 坐标系统一致，从而满足图形资料的交换核杏等要求2.5实例陕西中化益业能源有限公司波罗煤矿地处横山具波罗镇，井阳范用位于纬度38154”“3812 吧“，经度 19 13,45,-1O932,O9,Z间,地面高程从西向东大 致在113m-lo9m变化、井下高程由西向东大致从75m”99m变化根据以上 数据分析，若采用3带国家坐标系统，36带最大变形最地面:十.4.9cmlkm,井下： +. 8.8cm/km; 37带报大变形量地面:土 12.2cmlkm,井下土 16.1cm/km其投影变形 都是大大超过允许范围因此，必须采用独立坐标系统以保证变形量不超限。