恒大煤矿-515m回风大巷贯通测量设计方案.doc

恒大煤矿-515m回风大巷贯通测量设计方案1、恒大矿区概况1.1 人文情况恒大公司井田位于阜新市区西南方向，距阜新车站约10km，矿区专用铁路在阜新车站与新义线接轨，锦州至阜新公路在井田西部通过，交通十分方便，井田行政区域隶属于阜新市海洲区韩家店镇民主村。1.2 自然地理情况本井田地貌形态属于老年期剥蚀堆积的丘陵地带，地形比差异不大，自东南向西北地形逐渐倾斜、降低，地形标高在+152m至+199.9m之间。王家营子河、西瓦房河、工人村排水渠、转角庙子河于井田南部边缘通过，以上河流除转角庙子河外，其它都在井田西部汇入细河，均属季节性河流，经矿井多年开采证实，上述地表水系对井下生产无影响。1.3 井田位置与范围东经：1213653 北纬：415541矿区坐标：X=-4959.99Y=-4640.00东界：以平安二号断层为界，与五龙矿深部的刘家区相邻；西界：以平西二号断层为界，与原平安矿新五井深部相邻； 南界：西段以-400m水平标高的为境界，与原东梁煤矿二井相邻，东段以煤层最低可采边界(0.8m)为界；北界：东段以-500m水平标高及3带岩墙为界，与原平安矿四井(已报废)为邻，西段孙家湾层以6-3带岩墙为界(阜煤生字2001第81号)，其它各层以-500m水平标高为界。1.4 井田地层特征1.4.1 井田地层沉积特征本井田地层层序由老至新为：侏罗系上统沙海组、阜新组，白垩系下统孙家湾组，第四系冲、洪积层。沙海组的上界为我井田内高德三层底板贝壳化石层，由于在我井田内埋藏深，且不可采，没有过多的揭露与研究。1.4.2 井田含煤情况本井田内共计沉积五大层群，自下而上依次为：高德层群、太平层群、中间层群、孙家湾层群、水泉层群，其中；水泉层群含可采煤层三个即；水泉一层、水泉三层、水泉五层。孙家湾层群含可采煤层五个即；孙家湾一层、孙家湾二-1层、孙家湾二层、孙下一层、孙下二层。中间层群为一独立可采煤层，太平层群分为太平上层群、太平下层群，太平上层群含可采煤层二个即；太上二层、太上三层。太平下层群含可采煤层六个即；太下一层、太下二层、太下三层、太下四-2层、太下四-3层、太下四-4层。高德层群含可采煤层三个：高德一层、高德二层、高德三层，合计共20个可采煤层。1.4.3 煤层结构本井田受同沉积构造的影响，煤系地层厚煤带主要分布在向斜轴北的沉煤区域内，沉积环境不稳定造成煤层结构复杂或极其复杂，各个层群中的分煤层夹石较多，厚度变化较大，给开采带来很大影响。 1.4.4 煤层顶底板顶板：本井田内的煤层直接顶板,基本以粉砂岩、细砂岩、泥岩为主.局部有种砂岩或砂砾岩；老顶：以砂岩，砂砾岩砾岩为主；底板：以粉砂岩，细砂岩为主，局部有泥岩和岩床。1.4.5 煤层赋存 水泉煤层群由3个分煤层组成：水泉一、水泉三、水泉五。各分煤层薄而结构单一，煤层间距变化不大，至向斜轴部逐渐毫米波，规律明显且经矿井生产证实，故对比可靠性大。孙家湾煤层群，由二个厚煤层组成(孙家湾一、孙家湾二煤层)，结构复杂、轴北赋存稳定，过轴南由于受同沉积构造的影响，煤层强裂分叉变薄成为马尾状煤层。该煤层自身特征明显，对其它煤层对比也起到标誌性作用。孙下煤层群，由二个薄而结构单一的分煤层组成(孙下一、孙下二煤层)。主要分布在轴北，煤层间距变化不大特征明显。中间煤层结构复杂，于轴北沉积稳定，厚度大且有火成岩易选择该煤层侵入的特点，过轴南煤层分叉变薄。该煤层与上下煤层保持一定的间距关系、自身特征明显。太上煤层群，基本是由二个分煤层组成的较厚煤层群(太上二、太上三煤层)。在5至8岩墙之间煤层结构及层间距变化不大。向北间距逐渐增大，明显的分为三个分层，其中太上一煤层与中间煤层保持稳定的等距关系，太上三煤层上部厚度稳定，下部变为煤线以至尖灭。向南煤层分叉变薄。太下煤层群、由六个分层组成(太下一、太下二、太下三、太下四-2、太下四-3、太下四-4煤层)。太下一、太下二、太下三煤层沉积中心分布在轴北一带，其结构及层间距变化等特征基本与太上煤层相似。太下4煤层沉积中心分布在轴南156采区一带。太下四-2煤层从15勘探线向北合并，向南间距增大，全井田发育。太下四-3、太下四-4煤层于156采区向北与太下四-2煤层间距增大、并至轴部变薄尖灭。高德煤层群，由三个分煤层组成(高一、高二、高三煤层)，分布轴南一带。高三煤层略厚，结构较复杂，高一、高二煤层薄、结构较简单，各煤层间距变化不大。1.4.6 煤层煤质、煤种的确定依据本井田煤层受区域变质作用的影响，煤种主要有长烟煤、气煤。上、 太下、高德煤层在-650m。水平以下为气煤，-650m以上为长烟煤。1.5 生产能力、设计年限根据井田煤层赋存情况及开采条件，井田设计采用工业储量为17770.6万吨，天然焦2285.1万吨。设计年产量120吨，服务年限为83年。2、矿井工程概况1.6 矿井开拓与开采本矿是由原阜新矿务局自行设计的大型立井，设计年产量120吨，服务年限为83年，于1978年5月28日开工建设。1987年10月24日投入生产。2004年4月29日矿井宣布破产后，生产能力修订为年产90万吨，服务年限为30年。2005年生产能力核定为年产90万吨，服务年限为30年。2006年实际完成商品煤量752538吨。矿井开拓方式为立井分水平、分区共用石门式，原设计生产水平分为两个水平，第一水平为-650m标高，第二水平为-800m水平标高，现根据生产实际需要把两个水平合为一个水平，回风水平分别为北翼-515m标高，南翼为-415m水平标高，通风方式为对角式通风，北翼由北风井回风，南翼由南风井回风。采煤方法是走向长壁后退式采煤方法。采煤工艺：南翼采区是综合机械化放顶煤工艺，北翼采区是炮采工艺。矿井现有两个采区生产，即151采区。采面沿倾向布置在采区下山两侧属双翼采区。156下山区，采面沿倾向布置在采区下山一侧属单翼采区。全矿有1个炮采采煤队和1个综采放顶煤采煤队，4个掘进队。1.7 矿井通风情况恒大公司矿井通风方式为两翼对角抽出式通风，主、副井为入风井，南风井和北风井为回风井，南、北两翼都有两台2K60-4NO-28轴流式风机，每台风机的额定风量为13200m3/min，现通风机的能力能够满足生产要求。公司南、北两翼的156采区和151采区均是独立的通风系统，轨道和皮带道入风，专用回风道回风，采掘工作面都是独立通风，无串联通风。目前生产的采煤工作面为：南翼5322综放工作面(4月1日正式开采)，北翼为4308炮采工作面；掘进工作面为：南翼156下山区专用回风上山掘进面；北翼153材料大巷掘进面。所有的掘进工作面都实现了“双风机、双电源自动切换系统”杜绝了无计划停风的现象。矿井现有风门30道，其中：永久风门20道，临时风门10道，风门均以上全连锁装置。1.8 井巷工程量全矿井移交总工程公司量81714m，其中岩巷19836m，半煤岩巷44436m，煤巷17415m，万吨掘进率102.1m。投产时总工程量55578m，其中巷11142m，煤岩巷44436m。达产时新增工程量26136m，其中岩巷8721m，煤巷17415m。1.9 地面建筑恒大矿井地面工业建筑总面积为24710m2，总建筑体积为227338m3。恒大矿井行政公共总建筑面积41499m2，总建筑体积为199779m3，其中联合建筑7916m2、食堂5200m2、行政办公楼5383m2、倒班楼23000m2。1.10 测绘概况1.10.1 测区已有测绘资料收集矿区内各种已有的测绘资料，包括地形图、交通图、基本矿图、专门矿图、日常生产用图和生产交换图以及基础控制成果(成果表、点之记、网图、技术总结)及鉴定结论等，以及与甲方沟通后甲方提出的其他要求。其中，井田主要范围坐标见表2-1。表2-1恒大公司矿井范围坐标表Table.2-1 Hengda company mine range coordinate table编号矿区直角坐标国家直角坐标XYXY1-6586-46274642716.62821385406.882-6539-46294642763.65221385405.583-6539-51284643042.10521384910.714-6520-52204642791.51521384814.945-6320-56504642997.94121384387.996-6237-56214643080.49621384418.237-6000-60654643324.21821383977.848-3825-64304645507.34521383645.519-2680-57404646638.85821384352.610-2475-44204646824.03421385675.5211-4910-29054644366.59921387153.8112-6962-35484642324.48721386480.1113-6687-42844642610.49521385748.3214-6737-43504642561.49121385681.58主井-4959.99-46404644669.021385100副井-4569.99-5030.014644740.021385031南风井-6095.98-4908.4开采标高-400-900-429.625-929.6251.10.2 平面控制资料分析为了使矿区坐标系统的一致性，选用国家B级GPS作为矿区首级平面控制测量的起算点1。1.10.3 高程控制资料分析为使矿区高程系统相一致，首级水准控制网的高程系统选择1985黄海高程系，并且有二等水准点。1.11 测绘基准与执行规范1.11.1 测绘基准与测绘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，采用国家3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。平面坐标系采用1954北京坐标系按3分带，横坐标加500km2。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3。1.11.2 执行的测量规范1) 中华人民共和国能源部，煤矿测量规程，煤炭工业出版社，1989 2) 中国统配煤矿总公司生产局，煤矿测量手册，煤炭工业出版社，1990 3) 中华人民共和国测绘行业标准全球定位系统(GPS)测量规范GBT 18314-200944) 中华人民共和国测绘行业标准国家三、四等水准测量规范GB 12898-915) 国家安全生产监督管理局，煤矿安全规程，煤炭工业出版社，20116) 中华人民共和国测绘行业标准工程测量规范GB50026-20071.12 待贯通巷道概况1.12.1 巷道掘进情况恒大煤矿主副井、南北风井以及井底车场，主要运输大巷均已完成，南翼大巷、火药库回风上山、回风槽已完成，为加速矿井生产及改善井下通风条件，需要完成副井和南风井在-515水平回风大巷的贯通。待掘进巷道平面如图2-1所示，副井至南风井全长1708.197m其中，副井一侧已掘进至B点，南风井一侧已掘进至A点，回风大巷设计坡度为5，火药库回风上山倾角24。图2-1待掘进巷道平面图Fig.2-1 To be driven roadway1.12.2 井巷贯通允许偏差和误差预计参数两井间的巷道贯通，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。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x3) 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x和h对于巷道质量有直接影响，所以又称为贯通重要方向的偏差。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：平巷或斜巷贯通时，中线间的允许偏差可采用0.5m，腰线间的允许偏差值可采用0.2m。1.12.3 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a. 地面控制采用leica精密导线测量方案时的误差预计公式测角误差的影响(01)量边误差的影响 (02)或(03)式中：m上地面导线测角中误差； Ryi各导线点与K点连线在y轴上的投影长度； ml导线量边误差；L导线边长；Lx两定向连接点的连线在x轴上的投影长度； a上地面导线量边偶然误差系数； b上地面导线量边系统误差系数； 各导线x轴之间的夹角。b. 定向误差引起K点在x轴上的误差预计公式 (04)式中：定向误差，即井下导线起算边的坐标方位角中误差； 井下导线起算点与K点连线在y 轴上的投影长度。c. 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： (05)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：(06)量边误差的影响：(07)式中：为井下光电测距的两边误差； 为导线各边与x 轴的夹角。d. 各项误差引起K点在x 轴上的总中误差预计公式(08)如果以上观测都独立进行两次的话，则：(09)2) 测量误差引起贯通相遇点K在高程上的误差预计公式a. 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：(010)式中 L水准线路的单程长度，kmb. 导入高程误差引起K点在高程上的误差预计公式(011)式中h为两次独立导入高程的互差。规程规定h不大于h/8000，h为井筒深度。c. 井下水准测误差引起K点在高程上的误差预计公式按单位长度高差中误差估算：(012)式中：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按下表的精度要求估算4：表2- 2 井下四等水准误差表 Table.2-2 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井下水准测量的允许闭合差为，所以一次(单程)独立测量的中误差为：(013)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：(014)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：(015)d. 各项误差引起K点的高程上的总中误差预计公式(016)2 贯通测量方案设计及误差预计2.1 平面测量方案的设计2.1.1 近井网设计及误差预计1) 方案 GPS网利用GPS卫星定位测量测设近井点，近井点应埋设在视野开阔处，点周围视场内不应有地面倾角大于10的成片障碍物，以免阻挡来自卫星的信号6。同时，应避免高压输电线、变电站设施，其最近不得小于200m，距强辐射电台、电视台、微波站等不得小于400m；还应避开对电磁波吸收反射的金属和其他障碍物及大面积水域等。测量可采用静态定位法，静态定位能够通过大量的重复观测来提高定位精度。近井点可采用全球定位系统(GPS)测量规范规定的E级网测设。GPS测量与常规方法相比，具有很大的优越性和灵活性：观测站之间无需通视，定位精度高，观测时间短，提供三维坐标，操作简便，全天候作业，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。为保证GPS网图形精度，检验并应以矿区布设的23个已知E级控制点为起算点，保证精度的前提下根据本矿区实际情况，采用边连式E级网精度测设2组地面控制点，其中包括近井点C、D，且CD可构成一条边，两近井点C与D之间尽量通视。图3-1 E级GPS网测定近井点Fig.3-1 E GPS net near shafts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精度估算如下：(21)其中，近井点CD之间边长SCD的误差。(22)其中，a固定误差，D级及E级GPS网的a10mm；b比例误差，D级及E级GPS网的b2010-6；SCD边与贯通重要方向x 之间夹角，SCD=1233m。可见，地面平面控制测量采用GPS建立近井点是一种值得提倡的方案7，施测简便，精度又高，但应注意以下问题：首先，两近井点应尽量互相通视，以便在由近井点D向南风井井口施测连接导线时可以近井点C为后视点，即两点互为后视，以此消除起始边的坐标方位角中误差对于贯通的影响；另外，如果受地形影响，近井点CD之间无法通视，则可在CD之间敷设地面连接导线。2) 方案 全站仪导线图3-2地面导线误差设计图Fig.3-2 Error estimates of ground traverse在副井和南风井附近分别建立近井点C、D，再在C和D之间测设导线，并附合到附近的三角点上作为检核。在地面两近井点选用leica精密全站仪I级导线进行测量8，两井间的导线D-1-2-3-4-5-C共6个测站，全长1.488km。绘制比例尺为1：2000的误差预计图，在图上根据设计和生产部门共同商定的贯通相遇点位置绘出K点，过K点作x 轴和y 轴(y 轴为沿待贯通的回风大巷中心线方向，x 轴和y 轴垂直)，并在图上标出设计导线点的位置，如图3-2所示。leica精密导线测量方案时的K点在x 轴方向上的贯通误差精度估算如下：a. 测角误差： (23)其中：地面导线测角中误差由于本矿区积累了较多的实测资料，因此各项测量的误差参数均根据实测资料分析求得，少数误差参数（如地面水准和导入高程等），根据煤矿测量规程中限差规定反算求得。，根据240个测站三次独立测角的较差求得三个测回平均值的测角中误差；K与各导线点连线在y 轴上的投影平方和而得。b. 量边误差：(24)(25)其中，ml测距中误差；a固定误差；b比例误差；D平均边长；各导线与x 轴之间的夹角。c. 导线总误差：(26)2.1.2 平面联系测量方案设计及误差预计恒大待贯通巷道两侧虽有两个立井，但副井和南风井在定向水平上没有巷道相通，无法进行测量，故不能采用两井几何定向，仅能采用一井几何定向、陀螺定向或者直接采用待贯通巷道井下基本控制导线，进行联系测量。1) 方案 一井几何定向结合实际情况一井定向采取三角形法连接，一井独立定向三次。根据已有资料副立井矿井井深达675m、南风井510m，故在井筒内均采取单重摆动投点法，如图3-3所示。图3-3 一井定向投点示意图Fig.3-3 Orientation by one shaft 如图3-4，以南风井为例，近井点D与井上连接点D1、D与井下连接点D1应互相通视，且DD1、DD1大于20m ；当DD1边小于20m时，在D点水平角观测必须对中三次，每次对中应将照准部(或基座)位置变换120；应尽可能构成最有利的延伸三角形；D1和D1应适当地靠近最近的垂球线，使a/c、 b/c趋近最小。图3-4 一井定向示意图Fig.3-4 Orientation by one shaft 图3-5 一井定向误差预计图Fig.3-5 Error estimates of orientation by one shaft如图3-5所示，南风井一井独立三次定向平均值的误差引起K点在x 轴方向上的贯通误差精度估算如下：(27)其中，根据10个立井的两次独立定向资料求得一次定向中误差。同理副井一井独立三次定向平均值的误差引起K点在x 轴方向上的贯通误差精度估算如下：(28)2) 方案 陀螺定向两端立井采用陀螺经纬仪定向时的联系测量如图3-6所示9。以南风井为例图中D为近井点；DF为起始方向，F至井口可适当添加连接导线点； A-U1为井下控制导线起始边即陀螺定向边；U1、A组成一组井下永久导线点，南风井井口至A间可适当添加临时点。图3-6 陀螺经纬仪定向误差预计图Fig. 3-6 Error estimates of Gyro orientation 如图3-6，由陀螺定向误差引起的K点在重要方向x 上的误差：(29)式中：，根据对GAK-1型陀螺经纬仪现场实际定向成果分析，应用逆转点法观测5个逆转点求得一次定向中误差，代入数值得：(210)2.1.3 井下导线测量方案设计及误差预计1) 方案 经纬仪测距仪导线本方案井下导线测量，采用常规的7经纬仪控制导线。如图3-7所示沿副井、南风井分别从定向起始边开始沿火药库回风上山及-515回风大巷敷设附合导线，井下导线全长1586m，共29条边，平均边长54.69m。图3-7 井下经纬仪导线测量误差设计图Fig. 3-7 Error estimates of underground theodolite traverse测角采用两个测回施测，量边往返观测各4测回，一测回内读数较差不大于10mm，单程测回间较差不大于15mm，往返边长化算为水平距离(经气象和倾斜改正)后的互差不大于变长的1/6000。所有闭合附合导线均由不同观测者独立观测两次，取两次角度和边长的平均值，并进行近似平差。井下导线误差引起K点在x 轴方向上的贯通误差精度估算如下：a. 测角误差(角度独立测量两次)： (211)其中：地面导线测角中误差；K与各导线点连线在y 轴上的投影平方和而得。b. 量边误差(边长独立测量两次)： (212)(213)其中，ml测距中误差；a固定误差；b比例误差；D平均边长；各导线与x 轴之间的夹角。c. 井下导线总误差：(214)其中，根据本矿山以往225个测站两次独立测角比较，求得两测回平均值的测角中误差；根据Red mini2型测距仪的标称精度。2) 方案 加测坚强陀螺定向边的经纬仪导线恒大煤矿-515回风大巷贯通工程中，不仅需要测设很长距离的井下经纬仪导线，导线在巷道转弯处又有一些短边，由于井下测角误差累积的结果，往往难以保证较高精度的贯通要求，然而在井下要提高测角精度比较困难，故而在实际工作中需采用在导线中加测定高精度的陀螺定向边的方法建立井下平面控制，以达到在不增加测量工作量的前提下显著减小测角误差对导线点位误差的影响之目的11。相关资料显示，对于等边直伸形导线，加测陀螺边的最佳位置为，其中L为导线全长，切最佳条数为12条12。据此拟定井下导线测量采用常规7经纬仪控制导线，如图3-8所示，分别在贯通两侧M、N处加测一条陀螺边。南风井井下定向边为A-U1，副井井下定向边为B-U13，井下导线被分为A-M、M-K、副井-B、B-N、N-K五段，其中M-K、副井-B、N-K三段为支导线，A-M、B-N两段为方向附合导线。井下导线独立测量两次，根据方案测角中误差为m = 5.6，测距中误差为ml = 5mm。图3-8 加测陀螺边导线测量误差设计图Fig. 3-8 Error estimates of Gyro-EDM Traverse井下导线误差引起K点在x 轴方向上的贯通误差精度估算如下：a. 由井下导线测角误差引起K点在重要方向x 上的误差(215)式中：各段方向附合导线的重心与该段导线各点连线在y 轴上的投影长； 支导线段终点K与该段支导线上各点连线在y 轴上的投影长。代入数值得：(216)b. 由井下量边误差引起的K点在重要方向x 上的误差(217)2.2 高程测量方案2.2.1 地面高程测量方案设计及误差预计1) 方案 四等水准测量矿区地面高程首级控制网，一般应采用水准测量方法建立。按规程规定在新南风井和副井各建立井口水准基点两个，其点选在便于观测，保存和不受开采影响的地区。如图3-9所示，按规程要求埋石，南风井与副井之间的水准测量按四等水准测量规格在矿区施测，自F-D点到C-E点进行往返观测13，单程F-D-H1-H2-H3-H4-H5-H6-H7-C-E路线长度1526m，采用S3水准仪施测。图3-9地面四等水准测量误差设计图Fig. 3-9 Error estimates of the ground fourth leveling水准路线R=1.526km其往返闭合差： (218)计算两水准点往返测互差时，L为水准点间路线长度km；计算环线或附合路线闭合差时，L为环线或附合路线总长度(km)。根据规程规定的四等水准测量往返测量互差的限差，反算求得每千米长度的高差中误差：(219)地面水准测量误差引起K点在高程上的贯通误差精度估算如下：(220)2) 方案 光电测距三角高程测量光电测距三角高程测量，宜在平面控制点的基础上布设成三角高程网或高程导线。按规程规定三角高程测量主要用于山区和丘陵地带的高程控制和平面控制网点的高程测定。光电测距三角高程测量，若按测距仪的精度计算能满足矿区地面高程控制的基本精度要求时，可以用来代替相应等级的水准测量。考虑到恒大矿区地势较为平坦，加之三角高程测量不易操作且精度较低，故不作讨论。3) 方案 GPS拟合高程测量GPS拟合高程测量，仅适用于平原或丘陵的五等及以下等级高程测量10。GPS测量正在同时观测4颗卫星以上能够给出近井点的高程，即WGS-84高程。GPS拟合高程测量与GPS平面控制网测量一起进行，具体方案设计参见地面控制网(近井网)设计之方案GPS控制网。有关资料通过对同一山地测区电磁波测距三角高差与拟合高差数据对比发现，平面拟合结果的高差与电磁波测距三角高差存在较大误差，而曲面拟合结果的高差与电磁波测距三角高差之间的误差明显要小得多，且误差分布更合理。本矿区属于较为平坦的小测区，可采用二次曲面高程拟合模型，并对拟合高程模型进行优化。最后对GPS点的拟合高程成果进行检验，检验点数不少于全部高程点的10%，且不少于3个点，高差检验可采用相应等级的水准测量方法或光电测距高程测量方法进行，其高差较差不应大于(D为检查路线的长度，单位km)。通过基线向量解算、GPS基线向量网、二次曲面高程拟合综合处理等，得出GPS高程测量误差引起K点在高程上的贯通误差满足要求，地面高程测量采用GPS建立进口水准基点是一种值得提倡的方案。2.2.2 高程联系测量方案设计及误差预计1) 方案 长钢丝导入高程图3-10 钢丝法导入高程示意图Fig.3-10 Elevation connection with long steel-tape采用长钢丝法导入高程，在定向投点工作结束后，钢丝上、下做好标志，提升到地面后再进行丈量，导入过程如图3-10所示。导入高程均需独立进行两次，也就是说在第一次进行完毕后，改变其井上下水准仪的高度并移动钢尺，用同样的方法再作一次。加入各种改正数后，前后两次之差按煤矿测量规程规定一般取导入高程的误差，h为井深，两次独立导入高程的互差不超过井深的1/8000。(221)(222)其中，南风井井深为686m，副井井深为844m。长钢丝导入高程误差引起K点在高程上的贯通误差精度估算如下：2) 方案 光电测距导入高程采用光电测距导入高程，不仅大大缩短了作业时间，还能提高测量精度，且精度不受井深增大的影响，完全满足规程规定的要求，但必须要注意温度变化对测量长度变化的影响。用水准仪测出地面高程基点A与测距仪物镜头间的高差，及井下高程基点B与井底棱镜之间的高差，从而得出B点高程，导入过程如图3-11所示。图3-11光电测距导入高程示意图Fig.3-11 Elevation connection with EDM加入各种改正数后，前后两次之差按煤矿测量规程规定一般取导入高程的误差，h为井深，两次独立导入高程的互差不超过井深的1/8000。(223)(224)其中，南风井井深为686m，副井井深为844m。光电测距导入高程误差引起K点在高程上的贯通误差精度估算如下：2.2.3 井下高程测量方案设计及误差预计1) 方案 井下水准测量(平巷)井下水准测量，主要用于测量水平巷道内的高程点及经纬仪导线点的高程。平巷中用S3水准仪往返观测，往返测高差的较差不大于 (为水准点间的路线长度，以km为单位)，并独立进行两次。如图3-12所示，从经过高程联系测量的井底高程起算点(南风井)出发，沿井底车场和主要平巷逐段布设水准测量导线，导线为附合导线：南风井-S1-S2-S3-S8-S9-S10-S13-S14-S15井下水准路线长1052m，共计18条边，平均边长58m。每隔300500m设置一组高程点，每组至少应由三个点组成。其间距以3080m为宜；井下所有高程点应统一编号，并将编号明显地标记在点的附近。图3-12井下高程测量示意图Fig. 3-12 Underground leveling根据以往本矿山35条井下水准测量路线求得每千米的高差中误差，则井下水准测量引起K点在高程上的贯通误差精度估算如下：(225)2) 方案 井下三角高程测量(斜巷)三角高程测量，主要用于次要斜巷(8o)的斜巷的高程点及经纬仪导线点的高程14。如图3-12所示，在火药库回风上山巷道内，从经过高程联系测量的副井井底高程起算点A出发，沿井底车场和次要斜巷逐段布设经纬仪三角高程测量导线，导线为附合导线：副井-S31-S30-S29-S25-S24-S23-S18-S17-S16井下斜巷总长为626m，共计17条边，平均边长37m。每隔300500m设置一组高程点，每组至少应由三个点组成。其间距以3080m为宜；井下所有高程点统一编号，并将编号明显地标记在点的附近。根据以往本矿山7条斜巷三角高程测量路线求得每千米的高差中误差，则井下三角高程测量引起K点在高程上的贯通误差精度估算如下：(226)规程要求基本控制导线的高程容许闭合差，即规程要求每千米长度容许误差的高程中误差为。可见，其精度比水准测量低得多。3 测量方案的比较与选择3.1 平面测量方案3.1.1 井上平面测量方案方案GPS测量与常规方法相比，具有很大的优越性和灵活性：观测站之间无需通视，布设灵活，定位精度高，观测时间短，提供三维坐标，操作简便，全天候作业，适合各种地下工程的地面控制测量；全站仪导线虽然能够满足贯通精度要求，但受时间、气候、地形等因素限制，而且用人多所以费用也比较高。地面GPS测量误差所引起的K点在x 轴方向上的贯通误差为6mm，远小于全站仪导线的27mm。对于方案全站仪导线测量，测角误差对K点在x 轴方向上的贯通误差影响很大为26mm。综合考虑测区地形情况、井口近井点位置、测量误差预计精度及工程预算等因素，采用方案GPS控制测量方案。为保证GPS网图形精度，检验并应以矿区布设的2个已知E级控制点为起算点，保证精度的前提下根据本矿区实际情况，采用边连式E级网精度测设2组地面控制点，包括近井点C、D且C、D可构成一条边，两近井点C与D之间尽量通视。3.1.2 定向测量方案恒大待贯通巷道两侧虽有两个立井，但副井和南风井在定向水平上没有巷道相通，无法进行测量，故不能采用两井几何定向，仅能采用一井几何定向、陀螺定向或者直接采用待贯通巷道井下基本控制导线，进行联系测量。由上述内容可知，方案一井定向误差引起K点在x 轴方向上的贯通误差为50mm、80mm；方案两井进行陀螺定向误差引起的K点在重要方向x 上的误差为4mm。规程有关规定一井几何定向不能作为井下基本控制导线的控制方向。综合考虑井口位置、待贯通巷道情况、测量误差预计精度及工程预算等因素，故两端立井均采用方案陀螺经纬仪定向进行联系测量。3.1.3 井下平面测量方案方案采用常规的7经纬仪控制导线，沿副井、南风井分别从定向起始边开始沿火药库回风上山、-515回风大巷敷设附合导线，井下导线全长1586m，共29条边，平均边长52.88m。井下导线测角误差引起K点在x 轴方向上的贯通误差为58mm，量边误差引起K点在x 轴方向上的贯通误差为9mm，井下导线总误差59mm；方案采用加测坚强陀螺定向边的经纬仪控制导线，井下导线测角误差引起K点在x轴方向上的贯通误差为12mm，量边误差引起K点在x 轴方向上的贯通误差为8mm，井下导线总误差14mm。恒大煤矿-515回风大巷贯通工程中，不仅需要测设很长距离的井下经纬仪导线，导线在巷道转弯处又有一些短边，由于井下测角误差累积的结果，往往难以保证较高精度的贯通要求，然而在井下要提高测角精度比较困难，故而在实际工作中需采用在导线中加测定高精度的陀螺定向边的方法建立井下平面控制，以达到在不增加测量工作量的前提下显著减小测角误差对导线点位测角误差的影响之目的。综合考虑井下起始边位置、待贯通巷道情况、测量误差预计精度及工程预算等因素，采用方案加测坚强陀螺定向边的经纬仪控制导线。3.1.4 平面测量最后方案的确定及预计误差地面选用GPS按照E级网精度测设两近井点。南风井和副井均采用陀螺经纬仪定向进行联系测量。井下导线测量，采用光电测距经纬仪控制导线，分别在贯通两侧加测一条陀螺边。贯通在水平重要方向x上的总误差： (31)贯通在水平重要方向x上的预计误差：(32)3.2 高程测量方案3.2.1 地面高程测量方案方案四等水准测量，按规程规定在新南风井和副井各建立井口水准基点两个，水准路线R=1.526km，地面水准测量误差引起K点在高程上的贯通误差；方案 光电测距三角高程测量，按规程规定三角高程测量主要用于山区和丘陵地带的高程控制和平面控制网点的高程测定。考虑到恒大矿区地势较为平坦，加之三角高程测量不易操作且精度较低；方案 GPS拟合高程测量，按规程规定仅适用于平原或丘陵的五等及以下等级高程测量16。本矿区属于较为平坦的小测区，可采用二次曲面高程拟合模型，通过基线向量解算、GPS基线向量网及二次曲面高程拟合综合处理等，得出GPS高程测量误差引起K点在高程上的贯通误差满足要求，地面高程测量采用GPS建立进口水准基点是一种值得提倡的方案。按规程规定，矿区地面高程首级控制网，一般应采用水准测量方法建立。综合考虑测区地形、两端井口位置、测量误差预计精度及工程预算等因素采用方案四等水准测量。3.2.2 导入高程测量方案方案采用长钢丝法导入高程，这种方法占用井筒时间较长。由于长钢丝导入高程的设备和安装与立井定向时所需的部分投点设备及安装相同，在具体施工过程中，可以考虑在进行定向以后，随即导入高程以节省占用井筒时间；方案光电测距导入高程，与方案相比不仅大大缩短了作业时间，还能提高测量精度，且精度不受井深增大的影响，完全满足规程规定的要求，但必须要注意温度变化对测量长度变化的影响。恒大煤矿南风井井深为686m，副井井深为844m，井深较大。在经过温度、拉力、气象、仪器常数改正后高差相等后，可得长钢丝导入高程与光电测距导入高程误差引起K点在高程上的贯通误差均为，。综合考虑两端井深、井口位置、测量误差预计精度及工程预算等因素采用方案光电测距导入高程。3.2.3 井下高程测量方案综合考虑待贯通巷道坡度、两端井口位置、测量误差预计精度及工程预算等因素确定平巷中采用水准测量，斜巷采用三角高程测量的方案。在-515m回风大巷采用井下水准测量，用DS3水准仪往返观测，从经过高程联系测量的井底高程起算点(南风井)出发，沿井底车场和主要平巷逐段布设水准测量导线：南风井-S1-S2-S3-S8-S9-S10-S13-S14-S15井下水准测量引起K点在高程上的贯通误差为；在火药库回风上山采用三角高程测量，从经过高程联系测量的副井井底高程起算点A出发，沿井底车场和次要斜巷逐段布设水准测量导线，导线为附合导线：副井-S31-S30-S29-S25-S24-S23-S18-S17-S16井下水准测量引起K点在高程上的贯通误差为。3.2.4 高程测量最后方案的确定及预计误差地面高程测量采用四等水准测量，光电测距导入高程，在-515m回风大巷采用井下水准测量，用DS3水准仪往返观测，在火药库回风上山采用经纬三角高程测量。为节省成本和时间，三角高程测量可与导线同时施测17。贯通在高程上的总误差(各项高程测量均独立进行两次)： (33)贯通在高程上的预计误差：(34)4 贯通测量的技术路线4.1 平面控制测量4.1.1 地面控制测量1) 仪器设备双频GPS接收机3台、三脚架3套，卷尺等。2) 人员组织3人负责观测，机动2人。3) 测量方法利用GPS卫星定位测量测设近井点，近井点应埋设在视野开阔处，点周围视场内不应有地面倾角大于10的成片障碍物，以免阻挡来自卫星的信号。同时，应避免高压输电线、变电站设施，其最近不得小于200m，距强辐射电台、电视台、微波站等不得小于400m；还应避开对电磁波吸收反射的金属和其他障碍物及大面积水域等。规范中E级相当于常规测量的国家四等测量，故近井点可采用全球定位系统(GPS)测量规范规定E级网测设，技术标准见见表4-1。测量可采用静态定位法通过大量的重复观测来提高定位精度。为了确保该项工程的顺利实施决定采用GPS网建立地面独立平面控制网。两近井点应尽量互相通视，以便两点互为后视，以此消除起始边的坐标方位角中误差对于贯通的影响，并在地面建立起了平面控制系统，可以最大限度的消除地面控制测量误差对贯通相遇点K的影响。表5-1 E GPS测量技术标准Table.5-1 E GPS technology standard等级水平均边/km仪器图形强度观测时段时段长/min高度角精度指标/mmE10-5双频102601510 2010-64.1.2 平面联系测量1) 仪器设备GAK-1型陀螺经纬仪1台、温度计2支、矿灯，花杆等。2) 人员组织观测1人、记录1人、后视1人，机动2人。3) 测量方法为了提高定向的精度采用悬挂钢丝的方法井下传递平面坐标。地面用J2经纬仪测角，井下用J2经纬仪测角。用陀螺定向方法传递方向，采用GAK-1型陀螺经纬仪对两井分别进行陀螺定向，定向时采用逆转点法观测，作业方法和限差要求按规程有关规定执行，每井同独立进行三次取平均值。陀螺定向联系测量过程如下：a. 投点由于两端立井都较深、井筒中淋水、尘雾较大，为了保证精度要求，所以采用钢丝投点法。为尽量减少或不占用井筒的提升时间，垂球线布设在管子间，投点采用单重稳定投点；b. 连接地面连接：在F点安置仪器与垂球线连接，测角、量边的精度按煤矿测量规程中执行；井下连接：由陀螺定向边A-U1起敷设7级导线，在A点架仪器与垂球线的稳定位置连测，连接精度要求同7导线。井上、下连接导线与垂球线的连接都应独立进行两次；c. 定向在选定的起始边A-U1上进行陀螺经纬仪定向，求出该边的坐标方位角0。陀螺定向采用逆转点法。定向可在投点连接前完成，也可在连接后再进行。采用跟踪逆转点法观测时，一般应连续观测五个逆转点，计算三个陀螺摆动中值。相邻和间隔摆动中值的互差应符合表5-2的限差规定。4) 陀螺经纬仪定向的作业过程a. 在地面已知边上测定仪器常数如图5-1所示，陀螺北与真北不重合，二者的夹角称为仪器常数。陀螺北在真北东，为正；反之，则为负。求得仪器常数：(41) 图5-1 陀螺仪定向示意图Fig.5-1 Gyroscope orientationb. 在井下定向边上测定陀螺方位角在井下起始边定向边处进行陀螺定向，则定向边的地理方位角A为：(42)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。c. 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