矿山测量学课程设计

矿山测量课程设计报告姓名班级：学号：指导老师：2012年6月20日目录一、课程设计概述11.1设计目的11.2设计内容11.3编制依据11.4坐标系统1二、矿井平面联系测量 (1)2.1 两井定向方案22.1.1 技术规范及限差要求22.1.2 测量方案32.1.3 投点、连接42.1.4 工作组织与安全措施42.2.2 陀螺经纬仪定向步骤72.2.3 组织工作与注意事项72.2.3 陀螺经纬仪定向误差分析82.3 两种方案的比较82.3.1 两井定向精度估计82.3.2 陀螺定向精度估计9三、井下平面控制测量 (11)3.1井下导线的等级与布设113.2 导线布设系统113.3 精度估算133.3.1 基本控制精度估算133.3.2 采区控制精度估算14四、高程联系测量 (14)4.1 高程导入方法144.1.1 钢尺导入高程144.1.2 钢丝导入高程154.1.3 光电测距仪导入高程164.2 精度估算17五、井下高程控制测量 (17)5.1 地面水准测量175.1.1 地面水准布设方案185.1.2 地面水准精度估算185.2 井下水准控制网设计205.2.1 井下水准布设方案205.3 井下三角高程设计225.3.1 布设方案225.3.2 精度估算22六、经验与收获23一、课程设计概述1.1设计目的矿山测量课程设计是在学完矿山测量学课程和完成矿山测量教学实验之后进行的，是对学生进行测绘高级工程人才基本训练的一个重要环节。

其目的在于通过对某矿井的主要矿山测量工作的设计，培养学生独立分析问题和解决问题的能力及其创新能力。

为了通过模拟实践更好的理解课本知识，更真实的了解矿山测量工作，环境与测绘学院在2012年5月组织09届学生进行为期一周的矿山测量课程设计，让学生将学过的知识有效的复习并形成体系。

1.2设计内容(1)矿井平面联系测量(2)井下平面控制测量(3)高程联系测量(4)井下高程控制测量1.3编制依据(1)《煤矿安全规程》(2)《煤矿测量规程》(3)《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/18314-2009)(4)《DZS3水准仪使用说明书》（北京博飞）；(5)《Leica TC1500用户手册》(瑞士徕卡)；(6)《测绘产品检查验收规定》，CH 1002－95。

(7)《测绘产品质量评定标准》，CH 1003－95。

1.4坐标系统一个矿区应采用统一的坐标和高程系统。

为了便于成果、成图的相互利用，应尽可能采用国家3º带高斯平面坐标系统。

在特殊情况下，可采用任意中央子午线或矿区平均高程面的矿区坐标系统。

矿区面积小于502km且无发展可能时，可采用独立坐标系统。

矿区高程尽可能采用1985国家高程基准，当无此条件时，方可采用假定高程系统。

二、矿井平面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。

矿井联系测量的目的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关系。

(2)需要确定相邻矿井的各巷道间及巷道与老塘(采空区)间的相互关系，正确地划定两相邻矿井间的隔离矿柱。

(3)为解决很多重大工程问题，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地点开凿小井或打钻孔等等。

联系测量的任务在于确定：(1) 井下经纬仪导线起算边的坐标方位角；(2) 井下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y；(3) 井下水准基点的高程H。

本设计采用两井定向方案与陀螺经纬仪定向两种方案，并对其进行了精度评定和比较。

2.1 两井定向方案当矿区有两个立井，且两井之间在定向水平上有巷道相通并能进行测量时，就要采用两井定向。

两井定向时，由于两垂球线间距离大大增加，因而由投点误差引起的投向误差也大大减小，这是两井定向的最大优点。

2.1.1 技术规范及限差要求表近井光电测距导线的布设与精度要求《煤矿测量规程》规定，两井两次独立定向所算得的井下定向边的方位角之差，不应超过±1′。

则一次定向的中误差为0602221.2M α''''=±=若忽略投向误差θ，认为井上、下连接误差大致相同，则=21.22=15m m ''''=±±下上2.1.2 测量方案本设计中，井上测设采用二级导线，从两个给定已知点M 、N 敷设导线，求得近井点的坐标及方位角，设计图见图1-1（绿色部分为井上导线）。

图1-1 近井点测量设计图本设计中，在井下定向水平，测设经纬仪导线A-1-2-3-4-5-6-7-B ，导线采用15"基本控制导线。

导线布设图见图1-2（蓝色部分为井下导线）。

三等导线 四等导线 一级导线 二级导线 15 10 5 3 2~5 1~2 0.5 0.25 1/100000 1/100000 1/30000 1/20000 ±1.8 ±2.5 ±5 ±10 1/00000 1/40000 1/20000 1/10000图1-2井下导线布设图2.1.3 投点、连接投点：在两个立井中各悬挂一根垂球线A和B。

投点的方法与一井定向相同，只是每个井筒悬挂一根钢丝，投点工作比一井定向简单，而且占用井筒时间短。

指用锤线或激光束将地面点的位置通过立井传递至定向水平的测量工序。

包括单重稳定投点、单重摆动投点和激光投点。

本矿井筒400左右，不算太深，滴水不大，井筒气流比较缓和，因此决定采用单重稳定投点方式。

所需设备及要求：垂球：50-100kg；钢丝：0.5-2mm的高强度优质碳素弹簧钢丝；单闸手摇绞车；导向滑轮：直径不小于150mm；定点板；加盖大水桶；小锤球。

地面连接: 地面连接的任务在于测定两垂球的坐标, 再由坐标算出两垂球的方位角来。

关于地面连接的方式,根据两井筒相距的远近而有所不同。

当两井相距较近时,则可插入一个近井点, 然后用导线连接，当两井相距较远时, 则可在两井筒附近各插入一个近井点来连接。

如图1 所示。

当敷设导线时, 应该使导线具有最短的长度并尽可能沿两垂球连线的方向延伸, 因为此时量边误差对联线的方向不产生影响。

一般可按照设立近井点的要求进行测量, 但在定向之前, 应根据一次定向测量中误差不超过±20″的要求。

井下连接: 在定向水平上, 一般可用井下 7″经纬仪导线将两垂球线连接起来,在巷道形状可能的情况下,和地面连接导线一样尽可能沿两垂球方向敷设,并使其长度最短。

在选定了井上下连接方案后,应进行精度预计。

如果井下经纬仪导线起始边的方位角中误差M a0不超过20″,方案才能被采用。

2.1.4 工作组织与安全措施工作组织的主要流程有：（1）准备工作选择连接方案，做出技术设计；定向设备及用具准备；检查定向设备及检验仪器；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；确定井上下负责人，同一负责指挥和联络工作。

（2）制定地面的工作内容及顺序 （3）制定定向水平上的工作内容和顺序（4）定向时的安全措施：定向过程中应劝阻一切非定向工作人员在井筒附近停留；提升容器应牢固停妥；井盖必须结实可靠地改好；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，只有当井下人员撤离时才能开始；垂球未到井底，人员不得进入井筒；钢丝要均匀慢放。

（5）定向后的技术总结：包括定向测量的实际时间安排，实际参与定向的人员和分工；地面连测导线的计算成果及精度；定向的内业计算和精度评定；定向测量的综合评述和总结。

2.1.4 内业数据处理由于每个井筒内只投一个点，不能直接推算井下导线边的方位角。

因此，首先采用假定坐标系统，然后经过换算求得与地面坐标系统一致的方位角。

（1）根据地面导线计算A 、B 点坐标，通过坐标反算原理求出两锤球线连线在地面坐标系统中的方位角、边长；ABAB A B A B ABx y x x y y ∆∆=--=αtan 22cos sin ）（）（AB AB ABAB AB A B ABy x x x y y S ∆+∆=-=-=αα（2）建立井下假定坐标系统，计算在定向水平上两锤球线连线的假定方位角、边长。

通常为了计算方便，假定A -1边为x ′轴方向，与A -1垂直方向为y ′轴，A 点为坐标原点，即"'1'00000ο=A α ，0'=A x ， 0'=Ay计算井下连接导线各点假定坐标，直至锤线B 的假定坐标 B x '和 B y '。

再通过反算公式计算AB的假定方位角及其边长：AB A B A B ABx y x x y y '''''''tan =--=α2'2''''''''cos sin ）（）（AB AB ABA B AB A B ABy x x x y y S∆+∆=-=-=αα 理论上讲，AB S 和 AB S ' 应相等。

（3）按地面坐标系统计算井下连接导线各边的方位角及各个点的坐标。

AB AB A '1ααα-=式中 若AB α < AB 'α 时， AB AB A ααα'-+=ο3601然后根据 1A α 之值，以锤线A 的地面坐标重新计算井下连接导线各边的方位角及各点的坐标，最终求得锤线B 的坐标。

井下连接导线按地面坐标系统算出B 点坐标值应和地面连接导线所算得的B 点坐标值相等。

为了检核，两井定向也应独立进行两次，两次算得的井下起始边的方位角互差不得超过1′。

2.2 陀螺定向方案设计应包括选用仪器、选定地面和井下测定边、观测方法和限差、精度估计、坐标传递、工作组织等陀螺定向是运用陀螺经纬仪直接测定井下未知边的方位角。

它克服了运用几何定向方法进行联系测量时占用井筒时间长、工作组织复杂等缺点，目前，已广泛应用于矿井联系测量和控制井下导线方向误差的积累。

本次陀螺定向所用陀螺经纬仪为JT15No79563陀螺经纬仪。

2.2.1 陀螺经纬仪定向基本原理上图中∆为仪器常数，r为子午线收敛角，Tα为陀螺方位角，α为坐标方位角，A为地理方位角。

各个参数的关系如下：、T00T=ATAAAαααγαλαγ∆-=+∆=+=-=+∆-′′平①在地面已知边上测定仪器常数求得仪器常数：∆=0A-Tα②在井下定向边上测定陀螺方位角在井下进行陀螺定向，则定向边的地理方位角A为：A=Tα′+∆。

测量要求：测定定向边陀螺方位角应独立进行两次，其互差应小于40″。

③仪器上井后重新测定仪器常数仪器上井后，应在已知边上重新测定仪器常数2—3次。