采矿专业论文测量在煤矿开发生产中的应用与研究.doc

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1、山西太原理工大学毕业设计(论文)浅析测量在煤矿开发生产中的应用与研究姓 名: 专 业: 指导教师: 二一二年五月毕业论文原创性声明我以诚信声明：本人呈交的毕业论文是在 老师指导下开展研究工作所取得的研究成果。文中关于矿山测量的成果均系本人独立研究得出，不包含他人研究成果。所引用他人之思路、方法、观点、认识均已在参考文献中明确标注，所引用他人之数据、图件、资料均已征得所有者同意，并且也有明确标注，对论文的完成提供过帮助的有关人员也已在文中说明并致以谢意。论文作者（签字）：签字日期：年月日摘 要煤矿生产建设的一项重要的技术基础工作就是煤矿矿井的测量工作,这也是每一个煤矿企业都不能缺少的一部分。所以

2、我国规定,无论是以前的老矿井还是新建矿井,都必须严格按照国家相关规定进行矿井测量工作,保证我国煤炭资源能够合理的充分的利用,并保证我国煤矿业的生产安全进行。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。通过对中央子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。控制测量时，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差时应该对其兼 容性进行分析，剔除它们中兼容性不好的点

3、，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，介绍了几种可能造成 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:严密平差 研究类型:应用研究35目 录第一章 绪论61.1 选题背景61.2 测量在煤矿开发中的作用7第二章 矿区坐标系的建立92.1 高斯投影概述92.1.1 投影与变形92.1.2 高斯投影的基本概念92.2投影带和投影面的选择112.3不同坐标系之间的变换112.4 矿区独立坐标向似国家坐标的转

4、换112.5 实例12第三章 控制网起算点分析153.1 起算点少及分布不均匀对控制网的影响15第四章 地下开采沉陷分析184.1 开采沉陷的概念184.2 地下开采诱发滑坡的基本规律184.2.1 采动滑坡的特点184.2.2 采动滑坡发生的地形地质条件184.2.3采动滑坡的成因分类194.3地下开采引发裂缝分析194.4断层对开采沉陷的影晌204.5 有限元数值分析21结束语23致 谢24参考文献25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。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

5、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量工作体系，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，耽误了救出被埋矿工的宝贵时间，而且还可能因施 救工作的不当引起更大的事

6、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，透水后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 日山东省新泰市华源矿业公司因柴汶河

7、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。柴汶河决堤之后， 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 井直接淹井。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之下，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。要是在河口未决口之前发现危机，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

8、是不是会减轻许多?1.2 测量在煤矿开发中的作用 (1)建立矿区地面控制网和测绘 1: 5001: 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工验收测量: (3)测绘和编制各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查和监督。 煤矿企业是由工业建筑物、地下井巷和采掘工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、采区之间，以及井下开采场所与地面建筑 物之间的相互位置关系，确保矿井安全合理地生产，从矿区勘探、设计兴建起，直至矿

9、 井报废止，在整个开发过程中，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，一个矿区或井回范围内的测量工作，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。图1.1矿rx: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工作紧密配合起先导作用:在均衡生产方面 起保证作用:在工程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) 。

10、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工程平面图、井上下平面对照图等，井下复杂的地质构造、瓦斯埋藏情况、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都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量的回归。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素(包括坐标、方向和长度)按一定的数学法则投影到平面上。研究这个问题的专门学

11、科叫地图投影学。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之间的解析关系式。技影 的方法很多，每种方法的本质特征都是由坐标投影公式 F 的具体形式体现的。 椭球面是一个凸起的、不可展平的曲面，若将这个曲面上的元素(比如一段距离、一个 角度、一个图形)投影到平面上，就会和原来的距离、角度、图形呈现差异，这一差异

12、称作投影的变形。地图投影必然产生变形。投影变形一般分为角度变形、长度变形和面积变形三种。 在地图投影时，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程度。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)、等距投 影(投影前后长度相等，但角度和面积有变形)、等积投影(投影前后面积相等，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，是德国测量学家高斯于 1825- 1830 年首先提 出的。实际上，直到 1912 年，由德国另一位测量学家克吕格推导出实用的坐标投影公 式后，这种投影才得到推广，所以该投影又称高斯克吕格投

13、影。想象有一椭圆柱面横 套在地球椭球体外面，并与某一条子午线(称中央子午线或轴子午线)相切，椭圆柱的中 心轴通过椭球体中心，然后用一定的投影方法将中央子午线两侧各一定经差范围内的 地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。我国规定按经差 6 和3 度进行投影分带，为大比例尺测图和工程测量采用 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 带自子午线起每隔经差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，中央子午线 的经度用Lo表示，Lo =6n-3 。高斯技影3 带是在

14、6 带的基础上分成的，它的中央子午线一部分同6 带中央子午线 重合，一部分同 6 带分界子午线重合，带号用 d表示，3 带中央子午线用 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 S，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之间，像这种情况 Hm 也会出现负值。因此导致 .S 为JE ，这 时

15、投影面与投影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工程规范的要求时，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 平面坐标反算出大地坐标，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、最新 2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