桥矿新井技术设计方案.doc

桥矿新井技术设计方案1.工作任务为满足谢桥矿安全改建工程，谢桥矿新建三井口。谢桥矿改扩建项目部委托淮南矿业集团测绘队对谢桥矿新建的三井口进行地面平面、高程控制、井口十字线标定、联系测量、陀螺定向及恢复老矸石井口十字线测量。为项目的顺利完成，矿业集团测绘队对以上工程分别做技术设计。设计书经集团公司地质研究院、谢桥矿改扩建项目部组织专家审批后，作为以后项目实施的技术依据。.测区概况谢桥矿改扩建三井口位于谢桥矿主井西北约400m，测区地处亚热带与暖温带的过度地带，属半湿润季风气候区。四季分明、季风显著、光照充足、降水量适中，无霜期较长。测区最大的冻土深度为.4m。.作业技术依据 1992年国家测绘局颁布的全球定位系统（GPS）测量规范（CH2001-92）； 1991年国家测绘局颁布的国家三、四等水准测量规范（GB12898-91）； 1989年中华人民共和国能源部颁发的煤矿测量规程； 1999年中华人民共和国建设部颁布的城市测量规范（CJJ-99）； 经批准的谢桥矿箕斗井、二副井、中央风井地面平面、高程控制、井口十字线标定、联系测量、陀螺定向及矸石井十字线恢复技术设计。4.新建三井口的地面平面、高程控制4.1控制点概况测区附近有BJ-54坐标系控制点汤店孜、谢一、谢二三个点，其中汤店孜属矿区三等点，谢一、谢二属三等补点。三个点标石完整，标志清晰，可以当作本次近井网平面控制实测的起算点使用。为了使新建井高程与谢桥矿现在的控制保持很好的相关性，高程控制将用谢桥矿基岩标作为控制点。基岩标基一保存完好，检查相对高差，确定其可靠性然后使用。4.2新建三井口地面平面控制本次近井网的布设采用静态GPS施测，用全站仪测导线进行检查。按照煤矿测量规范对矿井地面近井点的精度要求：即近井点的相对起始点的点位中误差不超过7cm，后视边方位角中误差不超过10。4.2.1GPS近井网布设方案及近井点的埋设根据谢桥矿新井建设的需求和工业广场面积及布置情况，并充分考虑联测点的位置及便于点位的长期保存，控制网布设6个近井点近一，近二，近三，近四，工广一，生一与联测点汤店孜、谢一、谢二一起构成矿井GPS测量控制网，见图1。图14.2.1.1 GPS控制网采用的基准 GPS控制网成果需归算到克拉索夫斯基参考椭球面上，进而投影到高斯平面直角坐标系。本次测区所在投影带中央子午线经度为117。4.2.1.2 近井点的埋设 按生产的需要和便与点位的长期保存，GPS点用预制标石按常规方法埋设或现场用水泥浇注。见图2。待点位稳定后施测。图24.2.2 观测方案4.2.2.1 GPS接收机的选择 本次接收机使用天王星9800双频接收机，做静态测量两台，平面精度5mm+1ppm，静态9600北极星两台，平面精度5mm+1ppm。以上四台接收机于2007年在南京技术监定局GPS检定场进行鉴定，仪器各项指标均能满足作业要求。4.2.2.2 联测方案GPS测量获得是WGS-84坐标系下的空间直角坐标，需将其转换成BJ-54坐标系的高斯平面直角坐标，此次联测提供的控制点是BJ-54坐标系。有控制点汤店孜、谢一、谢二与矿井的近井点构成强度较好的构网和良好的控制。4.2.2.3 定位模式及构网方案的选择GPS测量采用相对定位方法，即在多个点上设置接受机，作同步观测，确定各点的相对位置。为保证GPS控制网的精度和可靠性，GPS观测采用静态定位模式，其同步图形采用边连接方式构网，这样的构网方式具有良好的几何强度和可靠性指标及效益指标。4.2.2.4 观测的技术要求采用静态同步环观测，其具体技术要求如下： 卫星高度角15； 有效观测卫星数4； 观测时间段长45分； 数据采样间隔5秒； 设站次数2； PDOP6。 天线高测量，每时间段在测前和测后各量一次仪器高，测至天线边，每次在天线的不同位置测量3次，3次互差不得超过3mm。取其平均值作为天线高，输入GPS机。为保证成果的可靠性，在开机后查看的当天星历预报在最少可见6颗卫星时可以接收。仪器操作按GPS规范执行。统一调度开关机时间，各测站记录仪器编号，开机和关机时间天线高测量值如有断电要及时通知其他测站已重新开机计算时间段。4.2.3 数据处理GPS网的数据处理采用南方测绘 Gps数据处理软件。其中包括：基线向量的解算及GPS网平差计算。4.2.3.1外业成果检验观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现定位精度的重要环节。由于该GPS网规模很小，一般只进行其中的同步环闭和差的检验。有多台接收机同步观测的结果所构成的闭合环称为同步环。由于同步环中各边是不独立的，从理论上讲其闭合差应恒等于零。这个闭合差将作为外业成果质量的一种检核标准。利用软件计算同步环的闭合差，GPS网外业基线预处理结果其独立闭合环线路坐标闭合差如果满足：式中n闭合环边数，相应级别规定的精度；说明该GPS网的外业观测质量合格，满足设计要求。4.2.3.2 基线解算外业观测结束后随即进行全部基线向量的解算。基线的解算一般采用随机软件自动完成。当处理不理想时采用手工处理模式，进行人工干预删除外业观测效果不好的时间段，剔除率不大于10%。消除周跳和修改编辑因子等数据处理手段，解出这些基线的固定解。4.2.3.3 GPS网的平差计算 GPS网空间无约束平差解算完成的基线向量经检验合格后说明采集的数据质量良好，成果可靠。由基线向量构成的网称GPS基线向量网，网中含许多闭合条件（如三角形、多边形）通过平差可消除闭合条件的不符值并建网的基准。为进一步考核GPS网的定位精度，消除全网的各同步环之间的误差，GPS基线向量网在WGS-84坐标系上固定网中某一点的坐标进行自由网平差，即无约束平差，以建立GPS网的位置基准。消除无约束平差后计算出单位权中误差，最弱边的相对精度，再通过统计假设使GPS网空间无约束平差结果通过了单位权方差估值检验接收零假设，它表明起算数据三个联测点是可靠的。 GPS网三维约束平差GPS网经空间无约束平差后为GPS网的坐标转换提供可靠的数据进行平面坐标转换采用三维约束平差 即将WGS-84基准转换成BJ-54坐标基准，进行高斯投影。在约束平差时以矿区3个控制点作为约束点，对全网5个点进行三维约束平差得出1954年北京坐标系三维平差成果。平差结果应满足：相对起始点的点位中误差不超过7cm，后视边方位角中误差不超过10。4.2.4 GPS测量精度检验GPS网实测计算出成果后，用全站仪测各GPS点之间的边长与反算的边长进行比较，相对精度应满足规范要求。4.3 地面高程控制4.3.1 水准路线的布设 由于新建井要与谢桥矿井下贯通，所以两井的高程要统一。经调查取用谢桥矿基岩标基一作为高程控制点，布设自谢桥矿基岩标经近一，近二的一条闭和水准路线，如图3所示，采用三等水准要求施测，水准线路往返1km。图34.3.2 水准观测采用三等水准测量，光学测微法观测。作业前对仪器和工具按规定进行检定和检验。本次作业使用WindNA2精密水准仪配铟瓦水准尺按单程双转点法进行观测。距离用测距丈量，观测程序按国家三四等水准测量规范的各项要求进行。4.3.3精度要求每公里高差中误差的偶然中误差3mm，水准路线往返测高差不符值，L以公里计算。5 新建井口十字线标定井筒十字线是通过井筒中心并互相垂直的两条水平方向线。其中一条与提升中心线平行或重合。它是矿井工业广场上的建筑物、构筑物、大型机械、选煤系统等建筑物、井筒（井塔）、提升设备、井底车场的施工和安装的依据。对保证矿井建设施工的质量至关重要。根据井筒中心的设计平面坐标、井筒主十字线的坐标方位角、各井筒中心设计坐标和提升方位由甲方提供。井巷工程与地面建筑未施工前，井筒十字线采用GPS-RTK粗标定一次，以便工程平整场地使用，不作为最后提交资料。5.1设计原则与精度要求5.1.1基本原则和要求根据矿井工业广场总平面图及井筒中心的设计平面坐标、井筒主十字中线的坐标方位角（各井筒中心设计坐标和提升方位角由甲方提供），由矿井地面GPS近井点测设井筒中心和井筒十字中心线基点。 鉴于一般矿井井筒十字线基点系建井期间建立的，大多布设在井筒四周和建筑物附近，长期以来十字线基点的稳定性问题一直是矿井施工测量的老大难问题，本次设计将兼顾以下两方面的问题：5.1.1.1基点埋设位置基点埋设位置要充分考虑工程使用方便、免受破坏便于保存、避开永久建筑和地下管线的地方。在箕斗井、二副井、中央风井三个井筒的每侧沿提升中线和垂直于提升中线方向上各设置3个基点，点间距一般不小于20m，井口边缘最近的基点距井口边缘的距离不小于30m。基点选设时充分考虑工业广场内提升机房等建筑物的设计位置，保证每侧至少有一点能直接瞄视井塔的天轮平台。5.1.1.2基点的稳定与保护采用普通标桩式（混凝土基桩）设置十字线基点。长期以来，在工厂范围内对井筒十字中线基点的保护一直是煤矿测量的一个难点问题。因此，基点的建造后除确保在施工过程中免受人为破坏外，还要求采用永久性保护措施，必要时应在不受破坏的地点建两组基点保护室。5.1.1.3 为保证安装和检查提升设备的几何关系，十字线基点测设后应及时地在井筒永久锁口、绞车基础和井塔基础上转设十字中线点。5.1.2 精度要求5.1.2.1井筒中心和十字中线坐标方位角的测设精度 有关井筒中心和十字中线坐标方位角的测设精度，目前执行规程（1989年版）未作规定，参照目前执行规程的试行规程，即1976年版煤矿测量试行规程的129条规定，标定井筒中心和十字中线的允许偏差如表1所示。按1990年与执行规程煤矿测量规程配套出版的煤矿测量规程若干问题说明一书（煤炭工业出版社1990版）第96页所述：“在建井初期，由于井筒中心位置是根据地质地形图设计的，因而标定精度不高，一般来说，实际标定位置与设计位置互差不超过0.5m即可。标定井筒中心和十字中线的允许偏差条件实测位置与设计位置的允许偏差井筒中心平面位置（m）井口高程（m）主十字中线坐标方位角井巷工程与地面建筑未施工前0.50.053井巷工程与地面建筑已施工时0.10.03130表15.1.2.2 十字中线垂直精度要求测设后按规程要求采用全站仪以两个测回检测十字中线垂直度，两条十字中线垂直度的允许误差为10。5.1.2.3井筒十字中线坐标标定 井筒十字中线坐标测设之后，按地面一级导线的精度（5级导线）和施测方法测定基点实际位置。5.2基点埋设基点采用现场模板浇注埋设。基点结构与埋设要求经甲乙双方研究确定，如图4 。基点标志由甲方提供，标志在处置于十字中线方向移动范围为20mm，平面和高程标志可以分开。根据工业广场的总体布置，依据上述原则和规程要求进行井筒十字中线的设计，然后用常规方法进行基点放样。按图4所示规格进行现场整体浇灌，点位埋设一周后，方可进行基点点位测设。图45.3测设方法及精度检测5.3.1井筒中心的测设箕斗井、二副井、中央风井的井筒中心按照井筒十字中线基点设计图根据矿井地面附近的GPS点近井点采用全站仪用极坐标法两个镜位并配合角度归化法精确标定。具体方法如下： 首先根据近井点的起始数据按设计要素(主十字中心线设计方位、井筒中心设计坐标)计算指向角、距离S等测设要素;根据测设要素在近井点以两个镜位按精密测设方法测设井筒中心;接着以两个测回测量指向角测及距离S,按下式计算标定值与计算值的差值,并计算井中的调整量,调整方向根据的符号确定。，按精确调整井中位置,并以两个测回测出该水平角.该角度测量值与计算值之差应小于10。5.3.2井筒十字中心线基点测设置仪器于井筒中心,按上述方法于计算的几何要素。(井中处的指向角)精确测设并标刻出主十字中心线一个末端点,然后按指向角。+90、+180、+270。在井筒中心上用全站仪以三个测回检测两十字中线的垂直度。检查合格后以正倒镜两个镜位在两条十字中线方向上测设标刻出其他基点的位置。5.3.3十字中线垂直度检测十字中线主点测设后,在井筒中心以两个测回对井筒十字中线垂直度进行检测,检测结果满足规范要求的垂直度10后交甲方使用。两测回测出各点坐标。十字线上点高程按四等水准联测。在井口地面标高回填至设计标高后埋设永久十字点。6 联系测量和陀螺定向在谢桥矿箕斗井、二副井、中央风井均施工安装完毕。为保证下一步三井间的贯通，需进行井上、下联系测量和陀螺定向测量。矿井建设项目部委托，由淮南矿业集团测绘队承担三井筒井上、下联系测量工作，预计联系测量5次，陀螺定向边5条。其主要任务是：分别在箕斗井、二副井两水平传递坐标、导入高程、陀螺定向4次，中央风井传递坐标，导入高程、陀螺定向1次，以指导施工方向，保证三井贯通的需要。测设时间待定。测设时均参照本技术设计有关规定。6.1起算数据根据矿业集团测绘队前期施测的新区近井网资料，考虑新井建设的环境适当取用控制点做为本次地面联系测量和陀螺检测起算点。水准测量按四等要求进行观测，检查近井网高程在符合规程要求后分别测至三个井口的定向连接点。水准测量采用NA2自动安平水准仪和两副铟钢尺往返观测。6.2地面控制测量由谢桥矿新井GPS近井网为起算，分别向三个井筒的定向连接点敷设闭合导线或复测支导线。观测前，必须连测两个以上的已知点方向，其夹角的新测结果与原结果之差不应超过下式规定：式中为连接导线的测角中误差，为测设近井点时角度平差估中误差，利用2全站仪按一级导线各项限差进行观测。各井筒定向连接点导线边数不得超过三条。每边测距中误差不得超过5mm。导线全长相对闭合差不得超过1/40000。6.3井上、下联系测量 三个井筒均采用钢丝投点传递坐标。投点误差不大于20mm。将投点坐标分别连测到各井陀螺定向边上。6.3.1投点 投点选用1.0mm碳素弹簧钢丝。定向前必须对钢丝作抗拉强度实验。钢丝投放时应悬挂510kg垂球，从井筒上方的铁钯缺口处缓慢下放，速度要均匀，下放到施测水平后，在托盘上悬挂100kg重陀并侵入稳定液中。 钢丝自由悬挂的检查采用信号圈法，每隔一定时间下放一个，共放35个。信号圈宜在钢丝摆动基本稳定后下放，以免信号圈乘摆动之隙滑入接触点。摆动观测采用固定标尺法进行。观测摆动时，标尺应靠近垂线且与经纬仪大致垂直，然后按垂线摆幅最外边缘在标尺上连续读取13个以上的奇数读数，并计算垂线稳定位置在标尺上的读数。此项工作应独立两次，其互差不得超过1mm。钢丝摆动观测后需进行固定。6.3.2地面连测在地面定向连接点上安置全站仪，在下放钢丝的铁钯缺口上设置反光镜，采用二次对中四测回测角，两测回往返测距，其各项限差按地面一级导线要求进行观测。6.3.3井下连测 在井下导线连接点上安置T2经纬仪，按井下7导线的要求进行施测。如钢丝至导线连接点距离小于15m，则采用三次对中，三测回测角。 边长丈量应用钢尺量边，应施以比长时的拉力，并记录量边时的温度。边长分两组以不同尺段量取。每组三次量边，互差不得超过2mm。两组量边不得超过5mm。 在三井马头门处各测设一条陀螺定向边。以上联系测量结束后，井上、下连接测量应独立进行两次。应移动钢丝200300mm，再进行一次。 6.4 导入高程测量6.4.1导入高程采用钢尺法由矿业集团测绘队提供经比长检定后的千米钢尺。投放时将缠在绞车上的钢尺挂上轻垂球下放到井下施测水平，换上重垂球，重垂球的重量应等于钢尺比长时的拉力。井上、下各安置一台S3水准仪，分别读取立于水准点A、B的水准尺读数a、b及钢尺读数m 、n。井上下读取m、n读数时应通过通讯联络同时进行。变更仪器高后重复进行一次，并在井中、井下测量钢尺温度t中t下。用钢尺法导入高程应独立进行两次，第一次工作结束后，第二次应改变水准仪的高度，并将钢尺升高或降低，钢尺升降应大于 0.2 M。两次独立导入高程的互差不得超过30mm。6.5井下陀螺边方位角的测定为保证三井之间准确贯通，在三马头门各测设一条陀螺方向边。其精度：陀螺方向中误差达到15。6.5.1 陀螺定向有关技术规定陀螺定向采用中天法进行观测，使用一台GAK-1型（15）陀螺经纬仪和一台索佳陀螺全站仪（15）在同一条边上对向观测。同一边任意两测回测量陀螺方位角的互差不得超过40，对向观测坐标方位角互差不得超过40。其他有关限差按规程执行。观测程序为：地面常数井下定向地面常数测回数 2 2 26.5.2 地面仪器常数的测定在矿井近井网上测定，地面已知坐标方位角中误差不得超过10。两测回仪器常数互差不得超过40。6.5.3 井下陀螺边布设要求井下陀螺定向边应选在易于保存、不易破坏、巷道风力小且边长要大于50m的地方。6.6仪器和主要设备6.6.1 仪器序 号仪 器 类 别型 号数 量用 途1、陀螺经纬仪和陀螺全站仪GAK-1，索佳GP-12定向2、全站仪TCR4021地面联测3、经纬仪WILD-T21井下联测4、水准仪NA21四等水准联测5、水准仪S32导入高程6、经纬仪J62摆动观测6.6.2主要设备序号品 名规 格数量单位用 途1钢丝1.020001根投点2小绞车2个绕钢尺、钢丝3钢卷尺50m2把量边4钢卷尺2m3把测钢尺头5弹簧秤198N2把拉钢尺计量6温度计3个测温度7活尖垂球3井下对点8重陀10kg10片9水桶1个稳重陀10钢管2寸4根摆动观测11记录本6本12钢丝固定装置1各固定钢丝13摆动观测标尺聚脂簿膜绘制2板14气压计1个15信号圈各6个16手钳、板斗4把17保险带4板18挡风布4件19对讲机4个20铁丝4若干21木板60.30.410块6.6.3 主要参加人员工程师2人，助理工程师4人，高级测工3人7 老矸石井十字线恢复7.1 概况 由于种种原因，矸石井的永久十字线点被破坏，根据谢桥矿改扩建的需求，需要对矸石井十字线点进行恢复。根据现场调查西方向的十字线点已无法恢复，只能恢复东、北、南三方向上的十字线点。7.2 测设方法及精度检测7.2.1 测设方法 由于仪器无法置于井筒中心，故不能按照常规的方法标定。根据现场的勘察和井筒十字中线基