第九章 井下控制测量学习目的与要求

第九章井下控制测量

一、学习目的与要求

1.了解井下控制测量的意义。

2.掌握井下经纬仪导线的外业和内业计算。

3.掌握井下高程测量方法。

二、课程内容与知识点

第一节井下平面控制测量

一、概述

（一）井下平面控制测量的目的

井下平面控制测量的主要目的是在井下建立统一的平面坐标系统，为井下生产提供可靠的数据。

（二）井下平面控制测量的特点

井下测量时就不同了，受井下条件所限，只能沿巷道设点，最初只能布设成支导线的形式，随着巷道不断向前延伸及巷道数量的不断增多，逐渐可以布设成闭合导线，符合导线及导线网等。

（三）井下平面控制测量的等级

按照高级控制低级的原则，井下平面控制测量分为基本控制和采区控制两类。基本控制导线精度较高，是矿井的首级控制导线，其精度应能满足一般贯通工程的要求；采区控制导线精度较低，应能满足施工测量和测图的要求。

根据《规程》的规定，基本控制导线分为7″和15″两级，主要敷设在斜井或平硐，井底车场，水平（阶段）运输巷道，矿井总回风巷道，暗斜井，集中上山，下山，集中运输石门等主要巷道内，各矿可根据井田范围的大小，选用其中的一种作为本矿的基本控制导线。

在井田一翼长度小于1km的小型井中，亦可以采用30″作为基本控制导线。

（四）井下经纬仪导线的形状

井下经纬仪导线的形状，也和地面一样有附合导线，闭合导线，支导线及导线网等。一般来说，基本导线在主要巷道时多布设成支导线形式，但当已掘巷道增多时，则可形成闭合导线，附合导线及导线网。

（五）井下经纬仪导线点的分类及编号

井下导线点按其使用时间的长短分为永久点和临时点两类。永久点使用时间较长，应设置在便于使用和便于保存的稳定的碹顶上或巷道顶，底版的岩石内；临时点保存时间较短，一般设在顶板上或牢固的棚梁上。

我国绝大多数矿井都将导线点设置在巷道的顶板上或棚梁上，这是因为点在顶板上不仅使用方便，容易寻找，不易被井下行人或运输车辆破坏，而且用垂球对中时，仪器在点下对中比在点上对中要精确一些。只有当顶板岩石松软、破碎、容易移动或某些特殊的情况下，才将其设置在巷道的底版上。

永久导线点应设置在矿井的主要巷道内，一般每隔300~500m设置一组，每组不得少于

3个点，有条件时，可在主要巷道内全部埋设永久导线点。

至于临时点可设置在棚梁上，也可用水泥或水玻璃粘在顶板上。

导线点的编号应力求简单易记，并能根据编号推知测点所在巷道的位置。用罗马字母，英文字母以及阿拉伯数字的适当组合可达到上述要求。

二、井下经纬仪导线的外业

（一）导线点的选择和设置

选择导线点时，应综合考虑以下要求：

①导线点应尽量设在稳固的碹顶，棚梁或顶板的岩石中，选择能避开电缆和淋水且不影响运输之处，以便保存和观测。

②相邻导线点应通视良好，间距尽量大而均匀。基本控制导线边长不小于30m，钢尺量边时以90m左右为宜，采区控制导线的边长应不小于15m。

③凡巷道分岔、拐弯、变坡点和已停止掘进的工作面等处均应设点，从选定该处点以前的2~3个测点开始，应注意调整边长，避免出现较长边与较短边相邻的情况。

④选点时应综合考虑各种情况，使测点的分布更为合理。永久点应于施测前1~2天设置完毕，临时点和次要巷道的点也可边选边测。

（二）水平角观测井下测量组一般由5人组成，测角时，观测、记录、前后视照明各一人。

井下经纬仪导线的角度，一般用J2或J6级经纬仪，用测回法测角。

（三）边长测量

边长测量通常早测角之后进行，有钢尺量边和光电测距仪量边两种方法。

1．钢尺量边

采用钢尺量边时，两人拉尺，两人读数，一人记录并测记温度。用钢尺丈量基本控制导线边长时，应遵守以下规定：

①对钢尺施以比长时的拉力，悬空丈量并侧记温度。

②分段丈量时，最小尺段长度不得小于10m，定线偏差小于5cm。

③每尺段应以不同起点读数三次，读至毫米，长度互差不应大于3mm。

④导线边长必须往返丈量，丈量结果加入比长，温度，垂曲，倾斜改正数变为水平边长后，互差不得大于该边长的1／6000。

在边长小于15m或倾斜角大于15°的倾斜巷道中丈量边长时，往返丈量水平边长的允许互差可适当放宽，但不得大于该边长的1／4000。

⑤丈量采取控制导线边长时，可凭经验拉力，不测温度，采用往返丈量或错动钢尺位置1m以上的方法丈量两次，其互差均不得大于该边长的1／2000。

2．光电测距仪量边

光电测距仪测量边方法已经在矿井测量中广泛采用，若井下采用光电测距仪测量边长时，应遵守以下作业要求：

①作业前，应对测距仪进行必要的检查和校正。

②气压的测定应读至100 Pa，温度的测定应读至1℃。

③每条边的测回数不得少于两个，采用单向观测或往返（或同时间）观测时，其限差为：一测回读数较差不得大于10mm，单测回间较差不得大于15mm；往返（或不同时间）观测同一条边长时，化算为水平距离（经气象和倾斜改正）后的互差，不得大于该边长的1/6000。

④作业人员必须经过专业训练，并按测距仪使用说明书的规定进行操作和维护仪器。

⑤仪器严禁淋水和拆卸，应建立电源使用卡片，定时充电。

⑥仪器在井下使用时，应严格遵守《煤矿安全规程》的有关规定。

（四）导线的延长及检查

井下导线都是随巷道掘进分段测设的，亦即逐段向前延伸、测。一般规定，基本控制导线每隔300~500m 延测一次；采区控制导线随巷道掘进每30~100m 延测一次。

三、井下经纬仪导线测量的内业

井下经纬仪导线测量的内业是在外业工作全部完成之后进行的，在内业计算前，应根据《规程》要求，对外业记录和计算进行严格的检查，在确认准确无误后，方可进行计算。

通过内业计算，求得各导线边的方位角和各导线点的坐标，并展点绘图，以便为后续测量及施工提供准确的资料。

内业计算可按下述步骤进行：

① 根据路线第一次和第二次测得的角度分别推算最终边的坐标方位角αⅠ、αⅡ，按下式计算角度闭合差：

f β＝αⅠ－αⅡ

② 当角度闭合差不超过表9-5中的规定时，可按下法进行分配：设路线第一次和第二次实测的角度总数分别为n Ⅰ、n Ⅱ，角度闭合差分配的计算式为：

V =2iI I f n β

β-

V =2i f n β

βC C

③ 按分配闭合差后的水平角推算往返测各边的方位角。

④

计算坐标增量和往、返测量闭合差：x I y I f x x f y y =∑?-∑?=∑?-∑?C

C

⑤ 计算并检核坐标相对闭合差K ：Ii i

f K l ==∑C 其中，ΙⅠi 、ΙⅡi 分别为往，返测第i 边边长。若K 满足表9-1的要求，则可进行下面的计算；否则，应检查成果，进行部分甚至全部外业重测。

⑥ 分配坐标闭合差： /2/2

x xiI Ii Ii

y yiI Ii Ii f V l l f V l l =-

∑=-∑ /2/2x xi i i y yi i i f V l l f V l l =-∑=-

∑C C C C C C ⑦ 分别计算往测和返测各导线点的坐标，计算方法同第五章第二节闭合导线。

第二节 井下高程测量

一、概述

井下高程测量的目的就是要解决各种采掘工程在竖直方向上的几何关系问题。其具体任务有以下几项：

① 在井下建立与地面统一的高程系统。

② 确定井下各主要巷道内水准点与永久导线的高程以建立井下高程控制网。

③ 巷道掘进时，给定巷道在竖直面内的方向。

④确定巷道底版的高程。

井下高程测量以矿井高程联系测量到如的高程起始点为依据，测定井下导线点和高程点的标高。同地面一样，确定井下点的高程仍可采用水准测量和三角高程测量的方法。

井下高程点应埋设在巷道顶，底版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。永久导线点也可作为高程点。所有的高程点都应统一编号，并奖、将编号明显的标记在高程点的附近。

高程点一般应每隔300~500m设置一组，每组至少应由三个高程点组成，两高程点间距离以30~80m为宜。

二、井下水准测量

当巷道的倾角不超过8°时，宜采用水准测量方式来测定高程点间的高差。

井下水准测量路线可布设成附合路线，闭合路线，水准网及水准支线等形式。

由于井下高程点有的设在底版上，有的设在顶板上，因此观测时水准尺应相应的正立或倒立。这样在计算高差时，可能出现如图9-4所示的四种情况：

①前后视立尺都在底版上，如图9-4（a）所示，则：

h＝a–b

②后视立尺点在底版，前视立尺点顶板（尺子须倒立），如图9-4（b）所示，则：

h＝a＋b＝a (–b)

③前后视立尺点都在顶板上（前后视尺均倒立），如图9-4（c）所示，则：

h＝b–a＝(–a)–(b)

④后视立尺点在顶板（尺须倒立），前视立尺点在底版，如图9-4（d）所示，则：

h＝–a–b＝(–a)–b

在上述四种情况中，不难看出，凡水准尺倒立于顶板时，只须在读数前面加上负号就可参加计算，计算两点间的高差仍和地面一样，等于后视读数，即h＝a–b。测点在顶、底、左右帮的位置可用符号“┬”、“┴”、“┤”、“├”形象的表示。

三、井下三角高程测量

适用于倾角大于8°的主要倾斜巷道。

如图9-5所示，欲确定A、B两点间的高差，在A点安置经纬仪，照准B点垂球线上的标记，测量倾角δ，丈量仪器中心至标记间的倾斜距离Ι，同时量取仪器高i和觇标高v，则B点对于A点的高差可按下式计算：

h＝L sinδ＋i–v

式中L——加各项改正数后的倾斜长。

由于测点所处的位置不同，利用上式计算高差时，应当注意，当测点在顶板上时，i和v的数值前面应加以“－”号；δ的符号则由实测的倾角决定，仰角时为“＋”，俯角时为“－”。

三、本章小结

1. 井下平面控制测量：目的、特点、等级和。

2. 井下经纬仪导线的外业及内业计算。

3. 井下高程测量：井下水准测量，井下三角高程测量的方法。

四、复习思考题

1．井下平面控制测量有何特点？

2．简述井下平面控制测量的等级，布设方法及精确要求。

3．井下经纬仪导线有几种类型？

4．井下选点时应考虑哪些因素？

5．井下高程测量的目的及任务是什么？

6．为什么巷道倾角超过8°时，不宜采用水准测量？

7．井下水准测量与地面水准测量相比有何不同？

8．地面三角高程测量与井下三角高程测量有何不同？为什么井下三角高程测量一般都与经纬仪导线测量同时进行？