巷道贯通测量.doc

井下巷道贯通测量方案 井下贯通测量方案井下贯通测量方案 摘要 巷道贯通是指采用两个或多个相向或同向的掘进工作面分段掘进巷道 使其按设计要求在预定地点彼此结合 在煤矿开采过程中 贯通测量是矿井建 设发展的重要一环 由于贯通测量工作涉及地面和井下 不但要为矿山生产建 设服务 也要为安全生产提供信息 以供管理者做出安全生产决策 贯通测量 的任何疏忽都会影响生产 甚至可能导致事故的发生 因此 贯通测量是一项 非常重要的测量工作 测量人员所肩负的责任是十分重大的 如果因为贯通 测量过程中发生错误而导致巷道未能正确贯通 或贯通后结合处的偏差值超 限 都将影响巷道质量 甚至造成巷道报废 人员伤亡等严重后果 在经济 和时间上给国家造成重大的损失 关键词 巷道 贯通 测量 井下巷道贯通测量方案 The mine through Measurement Programme Abstract The roadway through refers to the use of two or more opposite or segmented with the heading face to the roadway according to the design requirements combined with each other at the predetermined location In the coal mining process through measurement is an important part of the mine construction and development Through measurements involving ground and underground not only for mine production and construction services but also provide information for the safe production for managers to make safety production decisions Through the measurement of any negligence will affect production and may even lead to accidents Therefore through measurement is a very important survey work the responsibilities surveyors is very significant If being versed in measurement error occurs during which led to the tunnel failed to correctly through or through joint deviation limit will affect the roadway quality even cause roadway scrapped injuries and other serious consequences in economy and the time to the national cause significant loss Key words Roadway Through Measuring 井下巷道贯通测量方案 目录目录 第一章 绪论 1 第二章 贯通测量概述 3 2 1 贯通测量 3 2 1 贯通测量方法井巷贯通允许偏差和误差预计参数 4 2 2 1 贯通允许偏差的确定 4 2 2 2 贯通测量误差预计 5 第三章 第一贯通方案 9 3 1 贯通测量方法 9 3 2 贯通误差预计 12 3 3 减小误差措施 16 第四章 第二贯通方案 17 4 1 贯通测量方法 17 4 1 1 平面控制测量方案 17 4 1 2 地下控制测量方案 19 4 1 3 矿井联系测量方案 20 4 1 4 地面及井下高程控制测量方案 22 4 1 5 导入高程方案 22 4 2 贯通误差预计 22 4 2 1 地面采用 GPS 布网时的贯通误差 22 4 2 2 地下控制方案 23 第五章 最优方案的选择 28 5 1 在平面控制方面 28 5 2 在井下控制方面 28 第六章 结论和建议 30 致谢 32 参考文献 33 井下巷道贯通测量方案 1 第一章 绪论 巷道及回来工作面测量是指巷道掘进和回采工作面时的测量工作 在现 代矿井 为确保能有均衡 安全生产和不断提高劳动生产率 需要按开采方 案和设计 在井下掘进大量巷道 并同时在多个采区的回采工作而进行回采 工作 这就要求矿山测量人员及时提供反映矿井生产状况的图纸资料 从而 带来大量的井下测量工作 它是矿井日常测量工作的主要内容 巷道和回采工作面测量是在井下平面控制测量和高程控制测量的基础上 进行的 它的任务是 1 在实地标设巷道的位置 要根据采矿设计标定巷道掘进的方向和坡度 并随时检查和纠正 通常称此项工作为标定巷道的中线和腰线 简称给中腰 线 2 及时准确地测定巷道的实际位置 检查巷道的规格质量和丈量巷道进 尺 并把巷道填绘在有关的平面图 立面图和剖面图上 3 测绘回采工作面的实际位置 统计产量和储量变动情况 4 有关采矿工程 井下钻探 地质特征点 瓦斯突出点和涌水点的测定 等 上述任务关系着采矿工程的质量和采矿计划的实现 矿山测量人员必须 准确及时地配合生产细心进行上述测绘工作 如果掉以轻心 将造成重大的 损失 例如报废巷道 延误工期 增加巷道维修工作量 甚至发生透水等危 及人身安全的重大事故 矿山测量人员必须以高度的责任心 认真负责地做 好这些日常矿山测量工作 进行测量工作的测量人员要具备巷道设计 矿井地质和生产的有关知识 严格遵守规程 并模范执行本单位制订的规章制度 在工作中 若与采矿生 产发生矛盾时 既要坚持原则 又要与有关部门互相配合 还要不断地改进 测量方法和工具 熟练地掌握操作技术 提高测绘工作效率 保证采矿生产 井下巷道贯通测量方案 2 的正确进行 近 50 年来 随着电子技术 计算机技术 光机技术和通讯技术的发展 测绘仪器制造也得到了长足进展 其高科技产品代表之一就是电子全站仪 全站仪是当前比较流行 也比较实用的测绘仪器 应用全站仪与传统的科技 手段和地质勘探技术理论相结合 在矿山勘探 设计 开发和生产运营的各 个阶段 对矿区地面和地下的空间 资源和环境信息进行采集 存储 处理 显示 利用 将极大地提高资源勘探的效率 降低成本 减少人力物力 使 矿区开采更加有效地进行 国际上矿山测量仪器正向着多功能 小型化 数 字化和全自动化方向发展 井下巷道贯通测量方案 3 第二章第二章 贯通测量概述贯通测量概述 2 1 贯通测量 巷道贯通是指采用两个或多个相向或同向的掘进工作面分段掘进巷道 使其按设计要求在预定地点彼此结合 在煤矿开采过程中 贯通测量是矿井建 设发展的重要一环 由于贯通测量工作涉及地面和井下 不但要为矿山生产建 设服务 也要为安全生产提供信息 以供管理者做出安全生产决策 贯通测量 的任何疏忽都会影响生产 甚至可能导致事故的发生 因此 贯通测量是一项 非常重要的测量工作 测量人员所肩负的责任是十分重大的 如果因为贯通 测量过程中发生错误而导致巷道未能正确贯通 或贯通后结合处的偏差值超 限 都将影响巷道质量 甚至造成巷道报废 人员伤亡等严重后果 在经济 和时间上给国家造成重大的损失 因此 要求测量人员一丝不苟 严肃认真 对待贯通测量工作 贯通测量工作中一般应当遵循下列原则 1 要在确定测量方案和测量方法时 保证贯通所必须的精度 既不能因 精度过低而使巷道不能正确贯通 也不能因盲目追求过高精度而增加测量工 作量和成本 2 对所完成的每一步测量工作都应当有客观独立的检查校核 尤其要杜 绝粗差 贯通测量工作的主要任务包括 6 根据贯通巷道的种类和允许偏差 选择合理的测量方案和测量方法 重要贯通工程 要进行贯通测量误差预计 根据选定的测量方案和测量方法进行各项测量工作的施测和计算 以 求得贯通导线最终点的坐标和高程 各种测量和计算都必须有可靠的检核 对贯通导线施测成果及定向精度进行必要的分析 并与误差估算时所 采用的有关参数进行比较 若实测精度低于设计的要求 则应重测 井下巷道贯通测量方案 4 根据求得的有关数据 计算贯通巷道的标定几何要素 并实地标定贯 通巷道的中线和腰线 根据掘进工作的需要 及时延长巷道的中线和腰线 定期进行检查测 量和填图 并根据测量结果及时调整中线和腰线 巷道贯通后 应立即测量贯通实际偏差值 并将两边的导线连接起来 计算各项闭合差 还应对最后一段巷道的中腰线进行调整 重要贯通工程完成后 应对测量工作进行精度分析 作出技术总结 2 1 贯通测量方法井巷贯通允许偏差和误差预计参数 2 2 1 贯通允许偏差的确定 井巷贯通一般分为一井内巷道贯通 两井之间的巷道贯通和立井贯通 3 种类型 凡是由一条导线起算边开始 能够敷设井下导线到达贯通巷道两端 的 均属于一井内的巷道贯通 两井间的巷道贯通 是指在巷道贯通前不能 由一条起算边向贯通巷道的两端敷设井下导线 而只能由两个井口 通过地 面联测 联系测量 再布设井下导线到待贯通巷道两端的贯通 立井贯通主 要包括从地面及井下开凿的立井贯通和延深立井时的贯通 1 贯通巷道接合处的偏差值 可能发生在 3 个方向上 1 水平面内沿巷道中线方向上的长度偏差 2 水平面内垂直于巷道中线的左 右偏差 x 3 竖直面内垂直于巷道腰线的上 下偏差h 以上三种偏差中 第一种偏差只对贯通在距离上有影响 对巷道质量没 有影响 后两种偏差和对于巷道质量有直接影响 所以又称为贯通重x h 要方向的偏差 井巷贯通的允许偏差值 主要根据工程的需要 按井巷的种类 用途 施工方法及测量工作所能达到的精度确定 在一般情况下可以采用如下数值 井下巷道贯通测量方案 5 平巷或斜巷贯通时 平巷或斜巷贯通式 中线间的允许偏差可采用 0 3 0 5m 腰线间的允许偏差值可采用 0 2m 立井贯通时 全断面开凿井同时砌永久井壁 井筒中心间的允许偏差可 采用 0 1m 小断面开凿时 可采用 0 5m 立井贯通全断面掘砌 并在破保护岩柱之前预安罐梁罐道时 井筒中心 间允许偏差可采用 0 015 0 03m 2 2 2 贯通测量误差预计 井巷贯通工程的质量对矿井建设和生产有重大影响 因此必须按 规程 规定 认真进行设计和精心组织工程施工 对于大型贯通工程最好采用以下方法 1 采用光电测距导线建立地面独立控制 2 采用陀螺全站仪进行矿井定向 3 井下贯通导线应合理地加测陀螺定向边 并进行平差 2 3 两井间巷道贯通误差预计参数 1 测量误差引起贯通相遇点 K 在水平重要方向上的误差预计公式 地面控制采用莱卡精密导线测量方案时的误差预计公式 测角误差的影响 Mx 上 2 1 yi M 2 R 上 量边误差的影响 2 2 22 cos 上上lxl mM 或 2 3 2222 Lcos xxl blM 上上上 式中 地面导线测角中误差 上 m 各导线点与 K 点连线在 y 轴上的投影长度 yi R 导线量边误差 l m L 导线边长 井下巷道贯通测量方案 6 两定向连接点的连线在 x 轴上的投影长度 x L 地面导线量边偶然误差系数 上 地面导线量边系统误差系数 上 b 各导线 x 轴之间的夹角 定向误差引起 K 点在 x 轴上的误差预计公式 2 4 000 1 yax RmM 式中 ma0 定向误差 即井下导线起算边的坐标方位角中误差 Ry0 井下导线起算点与 K 点连线在 y 轴上的投影长度 井下导线测量误差引起 K 点在 x 轴上的误差预计公式 测角误差的影响 2 5 2 R 下 下 下yx m M 式中 m 下 井下导线测角中误差 Ry 下 井下导线各点与 K 点连线在 y 轴上的投影长度 若导线独立测量 n 次 则 n 次测量平均值的影响为 Mx 下 2 6 n Mx 下 量边误差的影响 M xl 下 2 7 22 1 cosi n lim 式中 为井下光电测距的两边误差ilm 为导线各边与 x 轴的夹角 i 各项误差引起 K 点在 x 轴上的总中误差预计公式 MxK 2 8 222 0 22 xl MM 下下上上xlxxx MMM 如果以上观测都独立进行两次的话那么 MxK 2 9 22222 0 1 MM 2 lxxxxxlMMM 上上下下 2 测量误差引起贯通相遇点 K 在高 井下巷道贯通测量方案 7 程上的误差预计公式 地面水准测量误差引起 K 点在高程上的误差预计公式 规程 规定 井口水准点的高程测量 应按地面四等水准测量的精度 要求施测 四等水准支导线往返测的高程平均值的中误差为 5 Mh 上 mm 2 10 L10 式中 L 水准线路的单程长度 km 导入高程误差引起 K 点在高程上的误差预计公式 Mh0 2 11 22 h 式中 h 为两次独立导入高程的互差 规程 规定 h h 为井 8000 h 筒深度 井下水准测误差引起 K 点在高程上的误差预计公式 a 按单位长度高差中误差估算 Mh 2 12 Rmh0 式中 mh0 单位长度高差中误差 系按实测资料求得的数值 R 水准路线的长度 km b 按下表的精度要求估算 表 2 1 井下四等水准误差表 Tab 2 1 Underground levels errors table 水准支线往返测量的高差不符值 mm 闭 附和路线的高程允许闭合差 mm R50 L50 井下巷道贯通测量方案 8 井下水准测量的允许闭合差为 mm 所以一次 单程 独立测R50 量的中误差为 M h mm 2 13 R 22 50 R18 式中 R 水准路线的长度 km 若进行 n 次独立测量 则 n 次测量平均值的中误差为 Mh 2 14 n Mh 斜巷中高程测量引起的误差 按 规程 规定的限差推算 一次测量 的高程中误差为 Mh 50 2 15 l 各项误差引起 K 点的高程上的总中误差预计公式 MhK 2 222 0 2 MM hhhh MM 上 16 井下巷道贯通测量方案 9 第三章 第一贯通方案 3 1 贯通测量方法 在地面两个近井点选用 GTS 102N 全站仪进行测量 依据 煤矿测量规程 三角高程测量规范 确定贯通容许误差为 垂直方向 0 20m 水平方向 0 5m 1 平面控制测量方案 地面控制网是地下工程特别是矿井贯通工程正 确性的基础 地面控制测量的基本任务是根据地下工程特点和需要 在地面 布设一定形状的控制网 并精密测定其地面位置 地面控制测量的目的是为 了控制全局 限制测量误差的传递和积累 保障测量工作的相对精度 8 施 测方法 我们使用的是导线网 把导线布设成网形或闭合环形 5 复测导线 施 测等级四等 使用仪器为智能型全站仪 作业限差按照 7 经纬仪导线的限差 来进行 7 2 地下控制测量方案 由于是在井下巷道中测量 所以不能像地面那 样布置成三角或三边网 边角网 智能设立导线或导线网作为井下平面测量 控制 所以 井下平面控制测量实际上就是导线测量 我们采用和井上控制 测量相同的方法来进行井下平面控制测量 3 矿井联系测量方案 为了将地面坐标导入井下 我们在主副井之间 采用两井定向 具体做法如下 地面设立连接点 近井点 K 通过联 系测量将地面的平面坐标 方位角及高程传递到井下永久点上 作为井下控制 测量起始数据 井口水准基点的高程测量 按四等水准测量的精度要求测设 作业限差如表 3 所示 井下巷道贯通测量方案 10 联系测量的具体做法如下图所示 图 3 2 两井定向示意图 Fig 3 2 Two wells directional map 在两个立井个悬挂一根垂球线 A 和 B 由地面控制点布设导线测定两垂 球线 A B 的坐标 内业计算时 首先由地面测量结果求出两垂球线的坐标 并计算出 A B 连线的坐标方位角和长度AxAyBxByAB ABc 等级 仪器类 型 观测方 法 测回数 光学测 微两次 重合读 数之差 半测回 归零差 一测回 内 2C 互 差 同一方 向值各 测回互 差 四等 J2 方向 93 8 13 9 井下巷道贯通测量方案 11 3 1 arctan BA AB BA yy xx 3 2 22 ABABABxyc 因地下定向水平的导线构成无定向导线 为解算出地下个点的坐标 假 设 A 为假定坐标系的原点 A1 边位假定坐标纵轴轴方向 由此可计算出 x 地下各点 在假定坐标系中的坐标 并求出 A B 连线在假定坐标系中的坐 标方位角及长度 即 AB ABc 3 3 AB arctan B B y x 3 4 22 ABbBxyc 3 5 H R ABABcccc 式中 H 竖井深度 R 地球的平均曲率半径 应小于地面和地下连接测量中误差的 2 倍 则 c 1A ABAB 依此可重要计算出地下各点的坐标 由于测量误差的影响 地下求出的 B 点坐标与地面测出的 B 点坐标存有差值 如果其相对闭合差符合测量所要 求的精度时 可进行分配 因地面连接导线精度较高 可将坐标增量闭合差 按边长或坐标增量成比例反号分配给地下导线各坐标增量上 最后计算出地 下各点的坐标 风井联系测量 我们采用了一井定向的方法 具体方法类似两井定向方 法 不同之处在与一井定向采用一井内投入钢丝 4 地面及井下高程控制测量方案 井下高程控制分为 级和 级控制 级控制是为了建立井下高程测量的首级控制 其精度较高 基本上能满足 贯通工程在高程方面的精度要求 级水准测量的精度较低 作为 级水准 点的加密控制 主要是为了满足矿井生产的需要 操作方法 利用全站仪进行四等测三角高程进行 施测前必须对所使用 井下巷道贯通测量方案 12 的仪器进行检校 检校完后将仪器架在测站上 中丝法对向观测三测回 井 下高程测量使用的仪器 工具与地面高程测量基本一样 测量等级 五等电磁 波测距三角高程 5 井下导线高程测量方案 因为 b1 L25 属于斜巷 所以我们采用三 角高程测量 因为 L25 L1 属于平巷 所以我们采用传统水准测量 6 导入高程方案 为使地面与地下建立统一的高程系统 应通过斜井 平硐或竖井将地面高程传递到地下巷道中 该测量工作称为高程联系测量 也可称为导入高程 因为是立井 所以我们才用的是长钢尺法导入高程 具体方法如下 将经过检定的钢尺挂上重锤 其重力应等于钢尺检定时的拉 力 自由悬挂在井中 分别在地面与井下安置水准仪 首先在 A B 点水准 尺上读取读数 a b 然后在钢尺上读数 m n 注意 为了防止钢丝上下弹动 产生读数误差 地面与地下应同时在钢尺上读数 同时测定地面 地下的温 度和 由此可求得 B 点高程 t上t下 3 6 BAiHHmnbal 式中为钢尺改正数总和 包括尺长改正 温度改正 自重伸长改正 l 其中钢尺温度改正计算时 应采用井上下实测温度的平均值 钢尺自重伸长 改正计算公式为 3 7 102 rl ll l E 式中 钢尺长度 m nll 钢尺悬挂点至重锤端点间长度 即自由悬挂部分的长度 l 钢尺的密度 r 7 8g r 3 cm E 钢尺的弹性模量 一般取为kg 6 2 10 2 m 当钢尺悬挂重量与钢尺检定时的拉力不相同的话 还应加入拉力改正 井下巷道贯通测量方案 13 3 2 贯通误差预计 因为我们测量采用的是 GTS 102N 全站仪进行测量 它的测角中误差 为 2 测距精度为 2mm 2ppm D m s e m 1 贯通相遇点 K 在水平重要方向 x 上的误差预计 地面光电测距导线的测角和测边误差引起 K 在 x 轴上的误差预计 根据该矿 300 条导线 4 个测回的实测资料分析 取测角中误差 m 上 5 0 测角误差的影响 Mx 上 6161 0 149m yi M 2 R 上5 0 206265 37961287 5 0 206265 因为进行的是两次独立测量所以测角误差的影响 Mx 平上 0 105m 0 149 2 测边误差的影响 地面量边误差 按导线平均边长 500m 按我们使用的 GTS 102N 全站仪 的测距标称精度取 0 002 2 500 3mmlm上 6 10 具体的导线与 X 轴之间的角列表如下 为了避免图纸的混乱 我们没有在 图上进行标出 我们在下表列出 表 3 3 导线与 X 轴之间的夹角以及余弦值 Tab 3 3 Conductors and the angle between the X axis and the cosine 编号 cos 1KS 160 09 14 0 940 12S S 180 00 00 1 井下巷道贯通测量方案 14 23S S 195 26 01 0 964 34S S 150 09 26 0 866 45S S 197 45 22 0 952 56S S 162 23 45 0 954 67S S 102 51 47 0 225 78S S 96 01 07 0 105 89S S 100 47 04 0 187 910S S 81 11 03 0 156 1011S S 96 09 18 0 105 1213S S 64 33 35 0 431 13S D 335 52 27 0 914 由上表可计算出 量边误差引起的 K 点在 x 方向上的误差大小为 0 008m 22 cos 上上lxl mM 6 9 106 532 因为进行的是两次独立测量 所以 0 006mxlM上平 0 008 2 定向误差引起 K 点在 x 轴上的误差预计 主副井两井独立两次定向平均值的误差所引起的 K 点的误差 0 00 11 32 261 82550 028m 22206265 x ay MmR 风 主 井下导线测量误差引起 K 点在 x 轴上的误差 角度独立测量两次 m 下 井下导线测角中误差 我们这里取 7 井下巷道贯通测量方案 15 测角误差 0 222m 2 R 2 xy m M 下 下下 7 85707295 206265 2 量边误差的影响 按导线平均边长 200m 根据仪器的标称精度 ml 下 0 002 2 10 6D 2 4mm M xl 下 0 008m 22 1 cosi n lim 因为进行的是两次独立测量所以算术平均值的中误差为 M xl 下 0 006m 0 008 2 各项误差引起 K 点在 x 轴上的总中误差预计公式 MxK 222 0 22 xl MM 下下上上xlxxx MMM 22222 0 0060 1050 0280 2220 006 0 247m 贯通在水平重要方向 x 上的预计误差 取 2 倍的中误差 m22 0 2470 494M k kMxx 2 测量误差引起贯通相遇点 K 在高程上的误差预计公式 按规程限差反算四等水准测量每 1km 的高差中误差 上公里m 7mm 20 2 2 地面水准测量误差引起的 K 点高程误差 即 L0 007 6 80 018HMm 上上公里 m 导入高程引起的 K 点高程误差 即 0 H14501 0 020 800080002 22 2 HMm 风 0 H16001 0 027 800080002 22 2 HMm 主 井下巷道贯通测量方案 16 井下三角高程测量引起的 K 点高程误差 mHL0 032 6 40 08M 三公里三 m 贯通在高程上的中误差 以上各项高程测量均独立进行两次 0 063m 2222 00H 1 2 MKHHHHMMMM 平上风主三 贯通在高程上的误差预计 即 KKHM0 126mHM 预平 2 2 0 063 4 高程测量的误差主要来源于三角高程测量误差和高程导入所造成的 三角高程测量误差主要靠细心 比如用望远镜瞄准时要瞄准中心 水准管的气 泡要居中 在巷道中测量时镜站的照明要好 而高程导入误差的主要来源有 气流对垂球线和垂球线的作用 滴水对垂球线的影响 钢尺的弹性作用 垂球线的摆动面和标尺面不平行 垂球线的附生摆动 3 3 减小误差措施 为了减小误差 我们采取了以下措施 1 尽量增大两垂球线间的距离 并选择合理的垂球线位置 例如使两 垂球线连线方向尽量与气流方向一致 这样尽管沿气流方向的垂球线倾斜可 能较大 但是最危险的方向 即垂直于两垂球线连线方向 上的倾斜却不大 因而可以减少投向误差 2 适当加大垂球重量 这样可以减小晃动 3 摆动观测时 垂球线摆动的方向应尽量与标尺平行 并适当增大摆 幅 但不宜超过 100mm 井下巷道贯通测量方案 17 根据相关规程 要求贯通在水平方向上的误差小于 0 5m 在高程方向上 的误差小于 0 2m 所以第一套预计方案满足要求 但是精度较差 第四章 第二贯通方案 4 1 贯通测量方法 4 1 1 平面控制测量方案 1 施测方法 采用 GPS 进行平面控制 下面我们就介绍一下用 GPS 机 型控制的特点 GPS 测量的特点是对点间的边长没有限制 也不要求两点间 通视 而且点位精度均匀 它与常规方法相比 具有很大的优越性和灵活性 适合各种地下工程的地面控制测量 尤其适合山岭地区大型隧道和跨河 跨 海隧道的地面控制测量 2 2 网点应满足一定的精度要求 合理地确定施测精度标准 既能保证当前工程的需要 又留有适当的余 地 同时考虑今后其他工程的可能需要 以便节省人力 物力 提案高工作 效益 加快施测进度 3 遵循统一的测量规范 按等级标准设计和作业 GPS 测量定位速度快 相对定位精度高 工作时间短 效益好 是现代 的测量方法 必须遵循统一的测量规范 按等级标准设计和作业 国家质量 技术监督局发布的 全球定位系统 GPS 测量规范 中 GPS 按其精度划分 为六个等级 见下表 表 4 1 GPS 测量等级划分 井下巷道贯通测量方案 18 Table 4 1 GPS grade classification 工程控制网一般属 D 级或 E 级 相当于国家三等网和四等网 GPS 网布 设时 除了联测测区内高级 GPS 点外 不必按常规测量方式逐级布网 可根 据实际需要 采用相应的等级规定一次完成全网的布点和施测 当测区内无 高级 GPS 点时 可与测区内或附近的国家大地控制点连测 4 网形设计 GPS 网形设计是施测方案的基础 它侧重考虑如何检核 GPS 数据质量和 保证点位精度 为了检核 GPS 数据质量 GPS 网应当构成闭合环状 闭合环 有同步环和异步环之分 两台接收机同时观测相同的卫星 所得同步观测资 料可以解算出两站之间的一条基线响亮 将不同时段观测的各基线构成的闭 合环叫做异步环 3 台接收机同时观测相同的卫星 所得的同步观测资料解 级别固定误差 mm比例误差系数 A A3 0 01 A5 0 1 B8 1 C10 5 D10 10 E10 20 井下巷道贯通测量方案 19 算出 3 个基线响亮构成三角形同步环路 其中只有两条是独立的 一般用 K 台接收机同步观测时 可解算出 k k 1 2 条基线响亮 其中只有 k 1 条是独 立的 同样 由若干条独立基线构成的闭合环也叫异步环 同步环中由各基 线向量构成的坐标闭合差之和等于零 否则基线解算结果有粗差 测量中通 常用增加多条观测或附加条件的方法 采用最小二乘法进行平差 以提高点 位的精度并增加其可靠性 由独立基线构成的闭合环或增加观测的时段数都 可产生多余观测 多余观测数的计算是由独立基线数减去待定点数 设计中总的观测点为 m 用 k 台接收机 在各点做 n 次观测 则同步观 测的次数 s mn k 独立基线向量数 b k 1 s k 1 mn k 布设 GPS 网时应当由异步闭合构成区域性的子环路 然后由若干子环路 在构成覆盖整个测区闭合的网环路 每个子环路可以作为施测方案分期观测 的依据 每个子环路观测结束后 便可及时评定 GPS 数据质量 在 GPS 网设计时应进行时段设计 时段越长 越有可能选取图形强度较 好的星组的观测数据 由于卫星的运动和测站随地球自转运动 卫星相对测 站的几何图形在不断变化 星组中卫星更替造成时段的自然分段 每一个时 段称为一个子时段 为了使观测能处于最佳时段 在技术设计时 可更具测 站的概略坐标及卫星星历作外推预报 计算出观测时一天的图形强度因子 找出间隙区 选择最佳观测时段 在 GPS 网设计时 应尽可能多与高级 GPS 控制点或国家测设的三角点 水准点进行连测 以便提供数据处理的基准值和成果测量的外部检核 4 1 2 地下控制测量方案 地下控制方案我们选择使用导线网作为井下平面测量控制 地下导线测 量的作用是以必要的精度建立地下的控制系统 并依据该控制系统可以放样 出隧道 或巷道 的掘 进方向 与地面导线测量相比 地下工程中的地下导线测量具有以下特点 井下巷道贯通测量方案 20 1 由于受巷道的限制 其形状通常形成延伸状 地下导线不能一次布设 完成 而是随着巷道的开挖而助教向前延伸 2 导线点有时设于巷道顶板 需采用点下对中 3 的开挖 先敷设边长较短 精度较低的施工导线 指示巷道的掘进 而后敷设高等级导线对低等级导线进行检查校正 4 地下工作环境较差 对导线测量干扰较大 1 施测方法 采用与方案一相同的方法 即智能设立导线或导线网作 为井下平面测量控制 所以 井下平面控制测量实际上就是导线测量 4 1 3 矿井联系测量方案 联系测量 通过平硐 斜井以及立井将地面的平面坐标系统及高程系统 传递到地下 使地面与地下建立统一的坐标系统 该项工作称为联系测量 联系测量工作的必要性在与 保证地下工程按照设计图纸正确施工 确保巷道的贯通 确定地下工程与地面建筑物 铁路 河湖等之间的相对位置关系 保 证采矿工程安全生产 同时及早采取预防措施 使地面建筑物 铁路免遭重 大破坏 立井平面测量的任务是确定地下导线起算边的坐标方位角和地下导线起 算点的平面坐标 高程联系测量的任务是评定地下高程基点的高程 其中测 定地下导线起算边的坐标方位角是很重要的环节 而且它对导线终点位置的 影响是很大的 我们通常将立井平面联系测量简称为立井定向 10 方法二与方法一基本相同 但是在方案二中定向我们加测了陀螺边 在 井下我们总共加了 四条陀螺边 具体见图纸 12S S23S S34S S34S S 陀螺经纬仪是一种将陀螺仪和经纬仪解和结合在一起的仪器 它利用陀 螺仪本身的物力特性及地球自转的影响 实现自动寻找真北方向 从而测定 地面和地下工程中任意测站的大地方位角 在地理南北纬度不大于 75 度的范 井下巷道贯通测量方案 21 围内 它可以不受时间和环境等条件限制 实现快速定向 陀螺经纬仪的一 次测定作业过程如下 在地面已知边上测定仪器常数以及待定边上测定陀螺方位角需进行 T 多次 而每次的作业过程是相同的 该作业过程称为陀螺方位角的一次测定 其作业步骤如下 在测站上整平对中陀螺经纬仪 以一个测回测定待定边或已知边的方向 值 然后将仪器大致对正北方 粗略定向 测定近似北方向 锁紧灵敏部 启动陀螺马达 待达到额定 转速后 下放陀螺灵敏部 用粗略定向的方法测定近似北方向 完毕后制动 陀螺并托起锁紧 将望远镜视准轴转到近似北方向位置 固定照准部 测前悬带零位观测 打开陀螺照明 下放陀螺灵敏部 进行侧前悬带零 位观测 同时用秒表记录自摆周期 T 零位观测完毕 托起并锁紧灵敏部 精密定向 精密测定陀螺北 采用有扭观测方法 如逆转点法等 或无 扭观测方法 如中天法 时差法 摆幅法等 精密测定已知边或待定边的陀 螺方位角 测后悬带零位观测 以一个测回测定待定边或已知边的方向值 测前测后 2 次观测的方向值 的互差和级经纬仪分别不得超过 10 和 25 取测前测后观测值的平2J6J 均值作为测线方向值 陀螺仪悬带零位观测 当陀螺马达不转动并且灵敏部下放时 陀螺灵敏部受悬挂带和导流丝的 扭力作用而产生摆动的平衡位置应与目镜分划板的零刻划线重合 该位置称 为悬带零位 也称无扭位置 如果摆动的平衡位置与目镜分划板的零刻划线 不重合 则用 零 线来跟踪灵敏部时 悬挂带上的扭矩不完全等于零 会 使灵敏部的摆动中心发生偏移 将使测定的螺旋北方向带有误差 所以 在 井下巷道贯通测量方案 22 螺旋仪开始工作之前和结束后 均要进行悬带零位观测 测定悬带零位时 应将经纬仪整平并固定照准部 然后下陀螺灵敏部并 从读数目镜中观测灵敏部的摆动 当陀螺仪较长时间末运转时 测定零位之 前 应将马达开动几分钟预热 然后切断电源 待马达停止转动后再放下灵 敏部 在分划板上连续读 3 个逆转点读数 以格计 估读到 0 11 2 3 格 按下式计算零位 13 2 1 22 如悬带零位超过0 5 格就要进行校正 如陀螺定向时测前测后所得的 零位变化超过 0 3 格时 应按公式加入零位改正数 4 1 4 地面及井下高程控制测量方案 施测方法 方案二采取的是与方案一相同的测量方法 4 1 5 导入高程方案 我们这里仍然采用长钢尺法导入高程 方法同方案一 在此不作阐述 4 2 贯通误差预计 4 2 1 地面采用 GPS 布网时的贯通误差 在将 GPS 用于两井间巷道贯通测量时 可选用 E 级网或 D 级网精度来测 设两井井口附近的近井点 而且两井近井点之间应尽量通视 如图纸所示 南梁 D 为两井的近井点 K 点为贯通相遇点 这时由于地面 GPS 测量误差所 引起的 K 点在 x 轴方向上的贯通误差可按下列公式估算 3 ABABMs cosxM 上 式中 近井点 K 和 D 之间的边长中误差 按计ABSMAB 22 S MabS 算 a 固定误差 对于 D 级及 E 级 GPS 网 a 10mm b 比例误差系数 D 级 GPS 网 b 10 E 级 GPS 网 6 10 b 20 6 10 井下巷道贯通测量方案 23 两近井点连线与贯通重要方向 X 轴之间的夹角 AB 按上面的式子在图中确定相应的参数则有 我们采用的 GPS 是天宝 5700 所以其中的 a 0 003m b 0 5 m 6 10 所以 0 004mABSM 262 0 003 0 5 104323 0 004 0 629 0 003mABABMs cosxM 上 4 2 2 地下控制方案 我们加测了三条陀螺边 b2 b3 L28 L27 L4 L3 L1 A 三条陀螺边 其中 b1 b 3 为支导线 而剩下 L28 L27 L4 L3 之间构成方向附合导线 L4 L3 L1 A 构成方向附合导线我们将 b1 b3 这条陀螺边称为 S1 依次为 S2 S3 S4 对于 S2 和 S3 之间的导线点 我们先将坐标原点移到导线的平均坐标点 上 也就是导线的重心上 我们先将之间的导线点的坐标列表如下 表 4 2 各导线点的坐标 Table 4 2 The coordinates of the wire 编号 XY L2885234 6717104744 2799 L2785408 3690104744 5032 L2685528 2937104744 2544 L2585735 5297104744 8805 L2485983 1400104744 7425 L2386151 6635104744 4385 井下巷道贯通测量方案 24 L2286303 2680104744 4385 L2186439 2884104744 7911 表 4 3 各导线点的坐标 Table 4 3The coordinates of the wire 编号 XY L2086539 7015104744 5000 L1986539 7015104453 1803 L1886539 7015104163 1313 L1786539 7015103871 1704 L1686539 7015103579 9484 L1586539 7012103288 0201 L1486539 7015102996 4667 L1386539 7015102705 2952 表 4 4 各导线点的坐标 Table 4 4The coordinates of the wire 编号 XY L1286539 7015102414 1460 L1186539 7903102123 3913 井下巷道贯通测量方案 25 L1086539 7903101831 5142 L0986539 7903101539 6218 L0886828 3617101539 7370 L0787116 4723101539 7625 L0687298 7672101539 4116 L0587522 4548101539 4477 L0487660 6201101540 0988 L0387792 3356101539 7391 由上表得出 28 3 0 2249479 86518 4231 2626 ix x 28 3 0 26 iy y 2684904 103265 5385 26 然后再图上找出这个点 然后将坐标原点平移到这个点 过这个点做出 新的坐标轴称为 然后在图中作出从 L28 L27 L3 到新轴的垂线 对于 S3 和 S4 之间也如以上操作 表 4 4 各导线点的坐标 Table 4 5The coordinates of the wire 编号 XY L387792 3356101539 8016 L287938 5277101539 7370 L187939 3467101571 9529 井下巷道贯通测量方案 26 L087932 8738101591 2535 LC87936 4519101640 6298 LB87960 0608101650 0000 A88000 0000101650 0000 由上表得 87928 5100 x 101597 6000y 找出相应的坐标 然后过此点做出新的轴 如图纸所示 2 则 m 下 井下导线测角中误差 我们这里取 7 1 贯通相遇点 K 在水平重要 x 方向上的误差预计 测角误差 0 163m 2 R 2 xy m M 下 下下 15 10072680 206265 2 测边误差 量边误差的影响 按导线平均边长 200m 根据仪器的标称精度 ml 下 0 002 2 10 6D 2 4mm M xl 下 0 008m 22 1 cosi n lim 因为进行的是两次独立测量所以算术平均值的中误差为 M xl 下 0 006m 0 008 2 定向误差引起 K 点在 x 轴上的误差预计公式 两井定向一次定向中误差0m 16 261 8255 0 020m 000 1 xay MmR 主 1 206265 井下巷道贯通测量方案 27 各项误差引起 K 点在 x 轴上的总中误差预计公式 MxK 2222 x 0 M xxxl MMM 上 下下 2222 0 0030 0200 1630 008 0 164m 贯通在水平重要方向 x 上的预计误差 取 2 倍的中误差 m22 0 1640 328M k kMxx 3 测量误差引起贯通相遇点 K 在高程上的误差预计公式 因为在井下和井上高程采用的方法和方案一相同 那么误差预计应与方 案一相同 如下 地面水准测量误差引起的 K 点高程误差 即 L0 007 6 80 018HMm 上上公里 m 导入高程引起的 K 点高程误差 即 0 H14501 0 020 800080002 22 2 HMm 风 0 H16001 0 027 800080002 22 2 HMm 主 井下三角高程测量引起的 K 点高程误差 mHL0 032 0 9800 032mM 三公里三 m 井下水准测量引起的 K 点高程误差 HL0 015 5 50 035mM 水公里水 m 贯通在高程上的中误差 以上各项高程测量均独立进行两次 22222 00HH 1 2 MMKHHHHMMMM 平上风主三 水 0 043m 22222 1 0 018 2 0 035 0 020 0 027 0 032 贯通在高程上的误差预计 即 井下巷道贯通测量方案 28 KKHM0 086mHM 预平 2 2 0 043 第五章 最优方案的选择 经过上述两套方案的讨论 发现两套方案在精度上都满足需要 但是在 下面几点上 B 方案明显优于 A 方案 5 1 在平面控制方面 平面控制的精度 对于全站仪导线做控制 有很多缺点 首先 测站间必须通视 用人多 测量周期长 且受时间 其后 地形等因素限制 而且用人多所以费用也比 较高 相对于全站仪来说 现在流行的 GPS 精度定位高 可以更加准确的测 量出相应的数据 而且观测时间短 测站间无需通视 可提供三维坐标 且 不受时间 其后 地形等因素的影响 工程预算 控制测量时各类工程建设过程中重要的基础技术工作 传统的大地控制 测量方法包括闭合导线 三角网锁 双导线 主副导线 支导线 导线加三 角网锁等 高程测量采用水准测量和三角高程测量 多采用三角高程测量 这些传统测量方法的外业测量时间长 需要投入人力较多且效率低下 而且 费用较高 精度较低 5 2 在井下控制方面 测量精度 方案一采用的是 7 导线网来做的控制 控制精度满足精 井下巷道贯通测量方案 29 度需要 在水平方向的贯通误差是 0 466m 在高程上的贯通误差是 0 126m 满足规程规定的在水平方向的贯通误差小于 0 5m 在高程上的贯通误差小于 0 2m 的精度要求 方案二采用的是 15 导线加测陀螺边的方法 在水平方向 的贯通误差是 0 328m 在高程上由于和方案一采用相同的方法 所以在高程 上的贯通误差也是 0 126m 在方案二中我们加测了 S1