矿山测量贯通工程课程设计_来自华北科技学院魏志刚

一、 工程概况
赤山市平庄煤业公司直属风水沟煤矿是原煤炭部命名的国家二级企业，原产原煤100 万t, 利润1200多万元。

该矿为扩大生产，改变井下通风条件，遂将煤矿主井与副井间的贯通工程列为本年度的三个大型工程之一。

井巷施工长度约3300米（包括包括风井井筒深110m ，石门长度150m ，主井井筒深200m ，石门长度300m ）。

两井所属地段属丘陵地区，小山起伏、树木茂盛，地势变化小。

根据工程需要和测量技术人员共同商定，确定贯通相遇点在水平重要方向上的允许偏差不得超过0.5m ，在高程方向上的允许偏差不得超过0.3m 。

二、控制网的布设 1、地面控制测量
根据对测区的踏勘情况，并参阅了测区近年来最新的点位资料。

初步选定四等三角点
一、三角点二为测区内已知导线点。

由于测区地理情况复杂，因此对两三角点进行相应的检核，经过仔细检核，确定测区原有三角点一、三角点二可为此次地面测量作业任务的已知控制点。

采用四等光电测距导线，以测区内原有已知三角点一、二作为导线起算点，与近井点近一、近二及相应控制点构成闭合导线,为闭合环 三角一--A--近一--B--C--近二--三角一。

共六个测站，导线全长为6482.5463m ，约6.5Km 。

用国产三鼎STS-75R2全站仪，精度为2"， 2+2 ppm ，以每站六个测回测量水平角，每站观测的水平角角值根据四等导线测角技术要求进行严格的检核。

测边同样采用全站仪，每边往返测量边长，往测及返测各测量四个测回，一测回内各读数之间较差不得超过5mm ，单程各测回较差不得超过7mm ，往返较差不得超过2（a+bD) 。

外业完毕后，进行相关的内业处理。

导线长度相对闭合差小于35000/1≤，方位角闭合差小于n 5，要求对此导线闭合环进行严密平差，在各项闭合差满足《规程》要求的前提下，消除误差影响。

表1-1 导线测量主要技术要求
等级 导线
长度(Km) 平均边长(Km) 测角中误差(″) 测距中误差(mm) 测距相对中误差(mm)
测回数
方位角闭合差(″)
相对 闭合差
1DJ 2DJ 6
DJ 三等 14 3 1.8 20 150000
/1≤
6 10 － n 6.3 55000
/1≤
四等 9 1.5 2.5 18 80000/1≤ 4 6 － n 5
35000/1≤ 一级
4
0.5
5
15
30000/1≤
－
2
4
n 10
15000/1≤
2、定向测量
主井：井深200米，采用一井定向，三角形法连接，一井独立定向六次。

风井：井深110米，采用一井定向，三角形法连接，一井独立定向六次。

采用连接三角形进行一井定向时，要在井筒挂两根垂球线。

投点时，采用单重投点法，即在投点过程中，垂球的重量不变。

在投点过程中，为了减少投点误差，可尽量增加两垂球线间距离，并选择合理的垂球线位置。

在定向时，最好定制风机运转或增设风门，减小风速，以此减少马头门处气流对垂球线的影响。

对钢丝要有明确的要求，最好采用小直径，刚强度的钢丝，适当增加垂球重量，并将垂球浸入稳定杆液体中。

而且在淋水大的井筒，必须采用
挡水措施，并在大水桶上加挡水盖。

进行单重稳定投点所需设备和安装系统
如图所示。

缠绕钢丝的手摇绞车固定在出车
平台上，钢丝通过安装在井架横梁上的导向
滑轮2、自定点板3的缺口挂下，定点板固
定在一专用的木架4上，用以稳住垂线悬挂
点的平面位置，使其不受井架震动的影响。

在钢丝下端挂上垂球，并将它放在盛有稳定液
体的水桶6中。

图2-1 稳定投点的设备本次设计任务两井投点略图如下：其中1点为井下第一起算点，在后面将详细说明。

副井与主井方式相同，01为起算点。

近一近二风井主井
0点
01点00点
01点
图2-2 井下投点略图
3、地面水准测量
主井与副井之间的水准测量，以两近井点同时作为水准基点。

为顾及两井口水准基点相对高程中误差引起贯通点K在Z轴方向的偏差中误差的限定值，即±0.03m，所以井口水准基点的高程测量按照《国家水准测量规范》四等水准测量的精度要求测设。

本次地面水准测量作业方案为自已知三角点一起测，沿水准支线测设到近井点一，此段为双程往返测量。

从水准点一开始向主井布设水准支线，传递主井高程。

副井高程传递方案同主井，从已知三角点一布设水准支线，测设到近井点二，再从近井点二向副井布设水准支线，同样采用双程往返测量。

两近井点间的水准测量最终结果均取两次测得高程的平均值。

以下为略图：
三角点一
近一近二
图3-1 地面水准略图
水准测量采用国产北京光学仪器厂DS3自动安平水准仪，区格式木质水准尺。

每一测站采用两次仪器高法观测两点之间的高差，两次测得结果若在5mm限差之内，则取两次结果平均数作为所测高差结果。

由于测区内地理原因，为了防止脚架的升降，应自备尺垫。

为减弱水准标尺的零点误差及仪器及脚架沉降所带来的误差对观测结果的影响，从三角点一到近井点一、二之间测段都布设为偶数段测站，并且在观测过程中，相邻测站间标尺要互换。

高程控制与平面控制一样，亦自成系统。

4、导入高程
采用长钢丝法导入高程，在定向投点工作结束后，钢丝上、下做好标记，提升到地面后再进行丈量。

钢丝法导入标高具体过程如下：（例）
采用钢丝法导入标高时，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)。

从图中可看出导入高程的具体过程。

图4-1 长钢丝法导入高程
5、井下导线测量
井下贯通导线的起始可从主井井底石门起始边1-2和副井井底石门起始边01-02开始，其中2、02为巷道掘进后布设的第一个导线点。

根据地面控制测量、联系测量、导入高程可以得到井下起始点1、01的三维坐标，根据坐标反算，可以得到巷道的掘进坡度及掘进距离。

从而可根据井下导线测量的相关规程布设合适的导线进行井下导线测量工作。

根据井下两起算点的坐标及高程反算出掘进方向及坡度后，与原设计坡度值进行对比，若差值在容许范围之内时，则要进行实地中线及腰线的标定。

相应的井下待贯通巷道的导线点要布设在巷道标定中线方向上，根据相应等级，均匀布设。

主井的地下起算点为石门处的1点。

同样副井地下起算点为石门处01。

向斜巷贯通点K敷设±7"级导线。

测角与地面采用相同的仪器，三鼎STS-75R2全站仪，两个测回施测。

量边同样采用此仪器，每边往返测四个测回，一测回内读数较差不大于10mm,单程测回最大互差不大于15mm。

往测及返测边长化算为水平距离（经气象和倾斜改正）后的互差，不得大于边长1/6000。

所有导线均由不同观测者独立测量两次，取两次测量的角度及边长的平均值，采用南方平差易2005及清华山维软件进行严格平差，对平差结果进行仔细检核。

由于井下导线测量不同于地面上导线测量，并非一次全面布网，而是随井下掘进而逐步布设。

本次工程的布设方案即为，由1、01点初步给出新巷道的掘进方向，随巷道的掘进先敷设低等级的±30"级导线，用以控制巷道中线的标定。

随巷道掘进30—100m延长一次。

当巷道掘
进到300-500m 时，再敷设±15"级基本控制导线，用来检查前面已敷设的低等级导线。

所以其起始边和最终边一般应与低等级控制导线点相重合。

当巷道继续向前掘进时，以 高等级导线所测设的最终边为基础，向前敷设低等级控制导线和给中线。

当巷道又掘进300-500m 时，再延长高等级控制导线。

但在后面的误差计算中，井下导线点以高等级导线点为准。

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αⅠ和αⅡ 。

2、计算并检核角度闭合差f β。

f β=αⅠ－αⅡ。

3、分配角度闭合差，若往测和返测的中间导线点不完全重合，则角度闭合差应分别分配，即往测和返测各分配 f β／2。

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。

表5-1煤矿测量地下导线主要技术要求
6、井下高程测量
石门处为平巷部分，采用与地面上同样的北光DS3自动安平水准仪进行往返观测，往返测高差的较差不大于±50mm R .(R 为水准点间路线长度，以km 为单位)。

本次任务中水准路线部分路程较短，采用地下二级水准测量的技术规格。

经纬仪（全站仪)高差传递的具体作法是：当由上平巷向下平巷通过斜巷传递高程时，在斜巷上端整置仪器，后视上平巷中的高程点A ，测垂直角量斜边和A 点处的觇标高。

然后，前视一临时设置的固定照准点，测垂直角量斜边。

在斜巷中每两站之间均用临时设置的固定照准点代替测点。

在上下两站观测过程中，其中间设置的固定照准点一直保持不动（迁站时应特别注意不要碰动照准点）。

中间各站均前后视照准点测垂直角量斜边。

当测到斜巷下端
导线类别
井田（采区）一翼长度/km
测角中误差
/（"
）
一般边长 /m 导线全长相对闭合差 闭（附）合导线
复测支导线 基本控制导线 ≥5 ±7 60～200 1/8000 1/6000 ＜5 ±15 40～140 1/6000 1/4000 采区控制导线
≥1 ±15 30～90 1/4000 1/3000 ＜1
±30
——
1/3000
1/2000
时，在最后一站后视固定照准点，测垂直角量斜边，前视下平巷中的高程点B，测垂直角量斜边和B点处的觇标高。

A、B各水准点之间的高差按下式计算：
h AB=H B-H A=h1+h2+……h n+a-b
式中a---上平巷水准点觇标高；
b---下平巷水准点觇标高；
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程点在顶板上时，应在读数前加“-”号后，再进行运算。

有的设在底板上，高差hi的计算公式都是hi＝ai－bi(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。

图6-1 井下水准测量
本次任务由1点到01点贯通的斜巷部分采用三角高程测量，与导线同时施测，每条导线边两端点往返测高差的互差不大于10mm+0.3mm×L（L为水平边长，以m为单位），每段三角高程导线的高差往返测互差不应大于±100mm L.(L为导线长度，以km为单位）。

图6-2 三角高程测量
三、测量方案的实施
拟定测量方案如上所述，根据测量方案中的作业方法，逐步进行相应的测量工作。

要求无论是地上测量与井下测量，所有观测项目均要在首次观测完毕后进行相应的检核。

根据最新版《工程测量规范》与《煤矿测量规程》中的要求，科学有效的进行相关的测量工作。

观测中若发现错误，要及时查找原因，采取提高实测精度的相应措施。

根据贯通巷道的掘进需要，及时的延长巷道的中线和腰线。

直线巷道中，每隔50m时设一中线点，并测有高程；在施测中坚持每炮放线，用红漆绘好炮眼后方可开钻，并进行检查测量。

贯通测量导线最后
几个（不少于3个）测站点必须牢固埋设。

最后一次标定贯通方向时，两个相向工作面之间的距离不得小于50m 。

当两个掘进工作面之间的距离剩下20--30m 时，测量负责人应以书面形式报告矿井技术负责人以及安全检查和施工区、队等有关部门。

为了更好的完成贯通任务，因此编定了《风水沟煤矿主副井贯通工程设计书》。

四、贯通误差预计
由于两井间的巷道贯通时，除进行井下导线测量和井下高程测量之外，还必须进行地
面测量和矿井联系测量。

所以在进行贯通测量误差预计时，要考虑地面测量误差及井下测量误差的综合影响。

（1）水平方向重要误差预计
主要包括有地面连接闭合导线三角一--A--近一--B--C--近二--三角一的测角、量边的导线测量误差影响，地下导线的测角、量边的误差影响。

下面结合本次作业任务并采用规程中规定的基本误差参数值来作误差预计。

（为突出显示，以下公式与字母注记均采用了大字体）
1、地面导线测角误差的影响M x β上 M x β上=±m β上/ρ
T T=∑R 2 y ι
上
(1)
m β上-------
地面导线测角中误差，由于测区没有原有中误差测量记录，因此本次取城市
四等导线要求的中误差±2.5"。

M 由于本地区mmmm
R
2
y ι上-------
地面导线第ι点与贯通点K 在Y 轴上的投影长度。

该值可从测区所提供的
电子地图上量取。

计算结果如下表所示：
表四-2 地面R 2 y ι上 值计算
经计算， ∑R 2 y ι上 =
=6685290.89
将此值代入（1）式中，则有
M x β上=±2.5×89.6685290/206265≈ 0.0313m 2、地面导线量边误差的影响M xl 上
导线点号 R y ι R
2
y ι上
导线点号 R y ι
R
2
y ι上
三角一 409.1279
167385.64 B 950.6551 903745.12 近一 1776.8724 3157275.53 C 180.4431 32559.71 A
872.2254
760777.48
近二
1289.7858
1663547.41
M xl上=Z其中Z=∑m lι上2 ×cos2αι上（2）
αι上-----地面导线第ι边与假定X轴的夹角（假定象限角）；
m lι上---地面导线第ι边的量边误差，按三鼎STS-75R2全站仪的标称精度m D=0.005+5 10-6D ,求得平均边长约为0.7km, m D=0.0085。

计算如下表所示：
表四-3 地面m lι上2 ×COS2αι上计算
导线边号 Lι（米）αι（度）m lι上（米） m lι上 2 ×COS2α
ι上
三角一 --- A 1289.0981 83.72 0.0085 8.65×10-7
A --- 近一 981.359 67.17 0.0085 1.09×10-5
近一 --- B 829.2469 85.05 0.0085 5.38×10-7
B ---
C 1136.4595 84.43 0.0085 6.81×10-7
C --- 近二 1117.9535 84.44 0.0085 6.81×10-7
近二 ---三角一 1126.4429 51.43。

0.0085 2.81×10-5
∑m lι上2 ×COS2αι上=417.65×10-6
将所求得的值代入（2）式得：
M xl上=（417.65×10-6 ）0.5 ≈0.02m
3、定向测量误差的影响M xo
M xo = ±mαo/ρ.R yo
mαo---定向误差，即地下导线起算边坐标方位角误差；
R yo---地下导线起算点与贯通K点连接在Y轴上的投影长度。

根据《煤矿测量规程》，两次独立定向之差不得超过2"，故一次定向之中误差为
mαo=±2"/22≈±42"。

R yo 可从地图中量取，为主井井下第一起算点0点与K连线在Y 轴上的投影长度，同样为副井井下第一起算点0与K连线在Y轴上的投影长度。

因此，定向误差对K在x方向上的误差影响分别为：
主井一井独立定向六次平均值的误差所引起的
M x01=±42/（206265×6）×1808.11≈0.15(米）
风井一次独立定向六次平均值的误差所引起的
M y01=±42/（206265×6）×1322.48≈0.11m
4、井下导线测量误差影响M xβ下
M xβ下=±mβ下/ρ.u其中u=∑R yι2下（3）
mβ下=------井下导线测角误差，本次没有实测资料，采用±15"作为标准。

R yι2下-------井下导线第ι点与K点连线在Y轴上的投影长度。

计算结果列于表四--4中，所出现之距离均在在电子地图中量得，距离取到小数点后第四位。

此次地下导线中计算误差之导线点为高等级导线点，虽然在井下导线的布设中，要低等级点与高等级点交错布设，但在误差预计中，由于开外方向上导线的平差及其它计算都是以高等级点为准，所以本次量算的导线为主井部分为从0---16共17个井下导线点与Y轴的投影长度，副井部分为从0---13共14个导线点与Y轴的投影长度。

所以导线侧叫中误差以±15"作为标准。

表四--4 井下R yι值之计算
导线点号 R yι导线点号 R yι导线点号 R yι导线点号 R yι
0 1819.23 7 1034.01 14 249.80 04 1002.08
1 1808.11 8 905.93 15 178.35 05 893.98
2 1667.28 9 779.06 16 107.84 06 789.09
3 1537.93 10 657.2
4 00 1322.97 07 710.13
4 1429.09 11 529.7
5 01 1324.31 08 617.28
5 1297.88 12 409.93 02 1213.52 09 502.23
6 1176.70 13 320.45 03 1107.1 010 409.13
011 307.91 012 214.23 013 90.06 u5522.9923 所以将上述结果代入（3）式中有：
M xβ下=±15/206265×5522.9923≈0.40m
5、井下量边误差的影响
M xιl下=±Z其中Z=∑m lι下2 ×cos2αι下
m lι下----井下导线两边误差,根据三鼎STS-75R2全站仪的标称精度m D=0.005+5⨯10-6D ,求得平均边长约为0.11km, m D=0.0085+5⨯10-6×110=0.009米。

αι下---------井下导线各边与Y轴的夹角（象限角）
M xιl下=±（0.0092×31）0.5 /2≈ 0.03m （量边独立测量两次）
6、贯通在水平重要方向X上引起的总误差为
M xk=(M xιl2下+M xβ下2+M y201+M x201+M xl2上+M xβ2上)0.5 = （0.032+0.42 + 0.152 + 0.112 +0.022 + 0.03132 ）0.5 =0.4437m 贯通横向总误差小于预计误差0.5米，说明贯通测量方案是满足精度要求的。

从上述作业误差预计中
可以看出，主要的误差影响是定向误差与井下导线测角误差。

这就是为何在贯通任务重主井与副井的定向工作都要独立进行六次的原因，主要考虑到的就是井下的导线起点与待贯通点相距太远。

因此这是在进行贯通测量时候应该特别注意的两项。

（2)竖直方向上重要误差预计
1、地面水准测量误差的影响M H水上
M H水上= ±u l（1）
式中 u----每公里水准测量的中误差,由于没有实测资料，根据《煤矿测量规程》中规定的限差反算，地面四等测量测段往返测量互差的限差为±20l mm,则u可取为20/22mm=±7mm。

L------地面水准路线长度，以公里为单位。

本次地面四等水准测量路线总长度为3.369km。

将上述结果代入（1）式中有
.3≈0.012m
M H水上 = ±0.007×369
2、导入高程引起的误差M H0
根据《煤矿测量规程》要求两次独立导入高程的互差不超过井筒深度h的1/8000,则一次导入高程的中误差为M H0 = ±H/8000×1/22其中H为井深。

本次贯通任务主井井深为200米，风井井深为110米，将此代入上述公式为
M H01= ±200/8000×1/22≈0.009m
M H02= ±110/8000×1/22≈0.005m
3、地下水准测量的误差影响M H水下
M H水下= ±m h R（2）
式中 m h---单位水准测量中误差；本次作业任务中，水准测量部分路线较短，仅为石门处一部分，因此采用地下Ⅱ级水准测量，取m h= ±30/22≈±11mm。

R------地下水准路线长度。

路线总长度为282.91m.下式以百米为单位。

将上述结果代入（2）式，有
.2≈0.017m
M H水下= ±11×2829
4、地下三角高程的误差影响M H三角
M H三角= ±m hl×l（3）
式中 m hl----每千米长度三角高程测量的中误差，可按《煤矿测量规程》的规定取为 m hl= ±100mm/2=±50mm/km。

L--------本次作业中三角高程测量路线长度，由于整个斜巷贯通采用的均为三角高程测量，所以路线总长度为3.13242km。