矿山测量学课程设计.docx

车夫山矿山测量设计说明书学院：环境与测绘学院 班级：测绘工程08-3班 姓名： QQ：1462400765 学号： 07083067 指导老师: 于宁锋 环境与测绘学院 2011-7-22目 录1. 课程设计目的与背景：.12.矿山基本情况.1 2.1.地形地貌及气象条件.1 2.2交通条件.123测区已有测绘资料及成果利用.13.坐标系统.14.相关作业依据与要求. . 25、生产限差.36、矿井平面联系测量.46.1地面平面控制测量.4 6.2.两井定向.96.3.南山风井陀螺定向.146.井下平面控制测量.197、地面水准测量.278矿井井下高程控制测量.308.1.高程联系测量.308.2井下高程控制测量.309、经费预算.3510.课程设计小结.361. 课程设计目的与背景：矿山测量课程设计是在学完矿山测量学课程和完成矿山测量教学实验之后进行的。是对学生进行测绘高级工程人才基本训练的一个重要环节。其目的在于通过对某矿井的主要矿山测量工作的设计，培养学生独立分析问题和解决问题的能力及其创新能力。为了通过模拟实践更好的理解课本知识，更真实的了解矿山测量工作，环境与测绘学院在2011年7月10日至7月28日组织08届学生进行矿山测量课程设计，让学生将学过的知识有效的复习并形成体系。而且可以学到书本上介绍不全的有效测量方法。2.矿山基本情况2.1.地形地貌及气象条件徐州市车夫山镇位于华北平原的东南部，域内除中部和东部存在少数丘岗外，大部皆为平原。丘陵海拨一般在100200米左右，丘陵山地面积约占全市9.4%。丘陵山地分两大群，一群分布于市域中部，山体高低不一，车夫山海拔361米平原总地势由西北向东南降低，平均坡度1/7000-1/8000，平原约占土地总面积的90%，海拨一般在3050米之间。徐州市车夫山镇年日照时数为2284至2495小时，日照率52%至57%，年气温14，年均无霜期200至220天，年均降水量800至930毫米，雨季降水量占全年的56%。气候资源较为优越，有利于农作物生长。主要气象灾害有旱、涝、风、霜、冻、冰雹等。2.2交通条件交通便利，有省道经过。23测区已有测绘资料及成果利用231收集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，以级与甲方沟通后甲方提出的其他要求。2.3.2平面控制资料为了使矿区坐标系统的一致性。选用四个国家B级GPS，这两个控制点A1，A2，A3，A4都是矿区首级平面控制测量的起算点。2.3.3高程控制资料为使矿区高程系统相一致，故矿区首级水准控制网的高程系统选择1985黄海高程系，并且两个二等水准点SZ1，SZ2。3.坐标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，中央子午线经度为L0=111，横坐标加500Km。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。4.相关作业依据与要求41相关测量规范1.煤矿安全规程2煤矿测量规程3.全球定位系统(GPS)测量规范(GB/18314-2009)4.DZS3水准仪使用说明书（北京博飞）；5.Leica TC1500用户手册(瑞士徕卡)；6.测绘产品检查验收规定，CH 100295。7.测绘产品质量评定标准，CH 100395。4.2等级、精度要求4.2.1.矿区首级平面控制网必须考虑矿区远景发展的需要。一般在国家一、二等平面控制网基础上布设，其等级应依矿区走向长度，参照表1选定。表1 矿区走向（长度）km首级控制加密控制261005255三 等四 等一、二级（小三角、小测边或导线）四等、一级（小三角、小测边或导线）一级（小三角、小测边或导线）在满足当前生产建设的前提下，加密网可以采用越级加密控制网的方4.2.2光电测距导线的布设标准等 级附（闭）合导线长度（km）一般边长（km）测距相对中误差测角中误差导线全长相对闭合差三等导线四等导线一级导线二级导50.251/1000001/1000001/300001/200001.82.55101/000001/400001/200001/100004.2.3矿区地面高程首级控制网，一般应采用水准测量方法建立，其布设范围和等级选择，应符合表2的规定。表2矿区长度（km）首级控制加密控制25525J5-J6-A及近井点-J5-J6-B，以确定A.B的坐标和AB的坐标方位角。导线采用级导线, 观测两测回。 地面连接测量示意图地面连接误差包括由近井点T到结点J6和由结点J6到两垂球线A、B所设两部分导线的误差。为了研究方便起见，假定一坐标系统：AB为y轴，垂直于AB的方向线为x轴。则 式中:c两垂球线间的距离；煤矿安全规程规定主副井间距不得小于30m。太近不符合规定，太远井底贯通较难。立井一般在50-100。主要为了井上、下生活流程能合理衔接以及井塔、井架施工安装和设备布置需要，也要根据井下运输大巷或石门及地面铁路专用线路的方向和位置、井底车场形式综合选择。现在多数矿井为60-80m，少数已达到100m。故C=65m。 mXA由结点到垂球线A间所测设的支导线误差所引起的A点在x轴方向上的位置误差； mXB由结点到垂球线B间所测设的支导线误差所引起的B点在x轴方向上的位置误差； n 由近井点到结点间的导线测角数；n=2; m由近井点到结点间导线的测角误差。一个近井点的两井定向连接 =3.520626587.772=1.49mmmlA=a2+(bD)2=22+(20.15499)2=2.1mm =2.1sin553022=1.73mm=3.520626527.772=0.47mmmlB=a2+(bD)2=22+(20.13073)2=2mm =2sin102446=1.96mm =1.962+1.732=2.28mm =1.962+1.732=4mm =11.19J1-J2-A，导线可采用7基本控制导线。井下连接误差是由井下导线的测角误差m和量边误差ml所引起的，即 式中 ， 测角和量边误差所引起的井下导线某边的方位角误差（1）由井下导线测角误差所引起的连接误差 =7265262.952+54.522=9.7（2）.由井下导线量边误差所引起的连接误差考虑到量边中包括系统误差和偶然误差的影响，而量边的系统误差对方位角没有影响，用钢尺量边时： =20626526520.00052(sin73010)2=0.4式中i为井下导线边J1J2与AB连线的夹角。（3）.由井下导线测角量边误差所引起的连接总误差 J1J2边的井下连接误差为：=9.71C-1-2。点D,C，1组成一组井下永久导线点，点2可采用临时点。在1点架仪器与垂球线E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E的连接都应独立进行两次，其最大相对闭合差对地面二级导线不大于1/10000（光电测距导线）。地面连接导线近井点-J7和井下连接导线D-C-1-2可在与垂球线连接前或连接后进行观测。井上下连接导线与垂球线的连接都应独立进行两次。6.3.3. 定向 在选定的起始边CD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先行完成，也可在连接后再进行。 6.3.4. 内业计算 (1) 根据地面连接测量的成果，按复测支导线计算垂球线A的坐标(xA、yA)。 (2) 计算井下连接导线各边的坐标方位角。(3) 计算井下导线起始点的坐标6.3.5陀螺经纬仪一次测定方位角的中误差分析 陀螺经纬仪的测量精度，以陀螺方位角一次测定中误差表示。跟踪逆转点法定向时的误差分析 以德国威斯特发伦采矿联合公司的GYROMAT2000型陀螺经纬仪为例来进行探讨。按跟踪逆转点法进行陀螺定向时，主要误差来源有： 经纬仪测定方向的误差； 上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差； 悬挂带零位变动误差； 灵敏部摆动平衡位置的变动误差； 外界条件，如风流、气温及震动等因素的影响。1. 经纬仪测定方向的误差 一条测线一次观测的程序为：仪器在测站对中整平；测前以一测回测定测线方向值；以5个连续跟踪逆转点在度盘上的读数确定陀螺北方向值；测后以一测回测定测线方向值。这样，此项误差包括:(1) 对中误差一般陀螺定向边都较长，当测线边长d=60m时，取eT=ec=0.8mm，则觇标对中误差 和仪器对中误差 为：21050.8260103=188（2） 测线一测回的测量方法中误差 测前测后两测回的平均值中误差 （3） 由5个逆转点观测确定陀螺北方向的误差 逆转点观测误差包括跟踪瞄准误差和读数误差。 故逆转点观测误差为：由5个逆转点读数计算平均值的公式为：则相应的误差为：故经纬仪测定方向的误差为： 2. 上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差陀螺仪与经纬仪靠固定在照准部上的过渡支架来连接。每次定向都要把陀螺仪安置在经纬仪支架上，这样由于每次拆装连接而造成的方向误差，根据用WILDT3经纬仪对三台仪器多次的实际测试，求得其连接中误差，取。3. 悬挂带零位变动误差悬挂带对陀螺摆动系统的指向起阻碍作用，在实际观测时采用跟踪的方法可以消除悬挂带扭力的大部分影响。悬挂带材料的力学性质的优劣、陀螺运转造成的温升、外界气候的变化以及摆动系统的机械锁紧和释放等因素的影响，均会引起零位变位。根据对三台陀螺经纬仪的167次测试结果，求得悬挂带零位变动中误差。4. 灵敏部摆动平衡位置的变动误差影响摆动平衡位置变动的主要因素是：电源电压频率的变化引起角动量的变化，灵敏部内部温度的变化引起重心位移以及由于温升造成悬挂带和导流丝的形变等因素，都会造成平衡位置的变动。由此而造成的误差多呈系统性，按JT15陀螺经纬仪灵敏部结构形式进行的98次试验，摆动平衡位置的最大离散度为，中误差。5. 外界条件，如风流、气温及震动等影响这些条件的影响程度较为复杂，无法精确地一一测试，可取。所以，测线陀螺方位角一次测定中误差为： 误差分析的结果说明德国威斯特发伦采矿联合公司的GYROMAT2000型陀螺经纬仪的设计精度是合理可行的。6.3.6工作组织井下陀螺边定向时需四人，其中一人观测，一人记录，一人照明，一人辅助，在投点时需要的人数最多，需特别注意安全。投点工作结束后，便开始井上、下导线联测，此时地面约需6-8人，其中一人观测，一人记录，一人辅助，一人负责同井上下联系，井上下导线联测约需8人，分工情况与地面大体相同，此外，应由测量工程师一人负责全面指挥工作，地面和井下的测量工作由测量技术员担任。定向所用的主要仪器设备见下表 :表5名称件数备注名称件数备注钢尺2小绞车2下钢线、钢尺各一台拉力计2滑轮2经纬仪2大水桶1大垂球1130kg定点板2小垂球4挡风布2矿灯可视人数而定陀螺仪1台定中盘1温度计2个一、投点投点时只下 1 根钢线 ,用直径 1mm 的钢丝 ,挂 lOOkg 的垂坨作摆动观测 , 并用信号圈法和钟摆法检查钢丝是否自由悬挂 ,为了减少滴水影响可在水桶上盖以木板,并安装好定中盘。投点前可先将定向设备事先运到井口和井下 525 水平马头门,总之,在定向之前能做的工作都应事先做好以减少占用井筒的时间。摆动观测的具体方法见图示,是用目测法从两个方向观测其最大摆动位置, 从而标出其平衡位置,用定中盘和以固定。两个方向均观测 13个数值(左7个,右6个)其平均值即为平衡位置。二、地面连接导线测量 采用5级导线连接，测角量边同地面5导线要求。 三、井下连接导线测量 井下连接导线按7导线精度要求进行施测，作业要求与井下导线的要求相同。四、陀螺定向的作业程度及要求陀螺定向时采用 “3-2-3”的作业程序 “中天法”观测,即使用陀螺仪先在地面已知边上3测回测定仪器常数,仪器下井后,在井下定向边上进行对向观测陀螺方位角各一次,待仪器上井后再在地面已知边上3测回测定仪器常数。测量陀螺方位角时的技术要求应严格遵守规程中关于15 级陀螺仪的施测要求 。6.4 井下平面控制测量6.4.1导线点的布置 按预计图所示布设成方向附和导线，为7基本控制导线。在布设导线点时原则上是使边长尽量长，以米为宜。 导线点的编号:为了制图方便,应尽量避免汉字,而采用英语字母和数字符号 , 以避免混乱。6.4.2、井下经纬仪导线的水平角观测要求（一）限差和作业要求 1、采用仪器和作业要求应符合下表的规定：表6导线使用观测按导线水平边长分类别仪器方法小于15m15m-30m30m以上对中次数测回教对中次数测回数对中次数测回数7J2测回法332212注 : (1) 由于本贯通导线中不存在 15m 以下的短边 , 故所有 点的角度测量都是两个测回 , 两测回的度盘位置分别为 0 00和9010.（2）多次对中时，每次对中测一个测回。（3）有条件时可采用三架法施测，此时不存在多次对中问题，即无论边长长短都是一次对中（或任意设站）两个测回。 2、在倾角小于30的井巷中观测水平角时，其限差应符合下表规定：表7仪器级别同一测回中半测回互差两测回间互差两次对中测回间互差DJ2201230注 : 在倾角大于30的井巷中测角时,各项限差为上表中规定的1.5倍。(二) 水平角观测时的注意事项1 、整直仪器确保脚架稳固,认真调焦消除视差后方可进行观测。2 、在观测过程中气泡偏离不得超过 1格,否则应在一测回结束后重新整置仪器。3 、采用三架法测角时应特别注意不要碰动仪器,以免大返工。4 、不采用三架法测角时,前后视宜悬挂重心较好的垂锤 ,减弱风流的影响。5 、若风流较大,对中时应采取挡风措施。6 、平斜巷交接处测水平角时应注意严格整平仪器,以免超限垂测。7 、在长短边交接的测站上测角时,宜采用“后-后-前-前”的观,测顺序。( 三 ) 超限重测1 、凡超出以上规定限差的结果,均应进行重测,因对错度盘、测错方向、读记错误、碰动仪器、气泡偏离过大或中途文现外界影响不能进行继续观,测而未测完的,测回都应进行重测。 2 、所观测的两个测回中,若观测成果(两测回互差)超限应重测两测回。6.4.4边长测量1 、测距仪井下测边的各项限差要求见下表 :表9测距方法往测或返测单测回之间较差一测回内读数同一测回内各往返测回之间程测回数的允许值次数次读数较差较差的允许值每边往、返测-215mm410mm1/6000注 : a. 往返较差必须将斜距化算成同一水平面上的平距方可进行比较。 b. 若所测导线段带有三角高程,垂直角应施测两测回,否则一测回即可。2 、气象数据的测定要求根据规程要求温度应读至 1C,气压应读至lOOpa,气象数据应在观测期间于测站端读记一次。3 、测距成果的重测与取舍。（1）凡超出限差的观测成果均须进行重测。（2）当一测回中读数互差超限时可重测一个读数。（3）测回间较差超限时,应重测一测回,若重测后仍超限,则该站成果重测。（4）不同时间段或往返测较差超限时,应重测一个时间段的往或返。4 、井下测距边的计算方法与地面测边计算方法相同,不再重复。C6.4.5方向附合导线起始点点位误差 把联系测量中的地面连接部分与井下连接部分的两个AUCAD中的导线控制点及导线复制到同一个AUTOCAD文件中，绘制所需图形。可使用“控制测量优化设计与平差2.13版”软件，可在此软件中直接导入在AUTOCAD2008设计的图形。以下为计算数据：优化设计模拟数据精度表测站照准点方位角中误差()边长中误差(mm)边长相对中误差近井点J40.00近井点J53.502.281/60737J5近井点3.502.281/60737J5J64.952.301/64503J6J54.952.301/64503J6主井6.06J6副井6.062.291/62707J1主井3.502.201/44693J1J22.061/54215J2J14.042.061/54215J2副井3.752.201/45586点位误差点名坐标误差误差椭圆参数高程中误差(mm)Mx(mm)My(mm)M(mm)A(mm)B(mm)F(度 分)J52.282.353.272.352.28 87 06J64.053.945.654.872.87136 44副井3.415.886.795.883.41 89 26主井4.213.865.713.68136 26J23.954.075.676.381.94 18 22J13.783.965.475.542.02 58 05方向附合导线起始点（J1）点位误差MJ1=M近井点2+5.472=（9.422+5.472）=10.89mm导线布设方案：以主副井两井定向的定向边J2-J1为导线起始边，沿巷道布设导线导线点1,211,12.以陀螺定向边为导线末边。构成方向附和导线。由于导线路线长度超过2km,故加测陀螺定向边。6.4.6导线的误差本方案布设的井下导线为方向附和导线，导线中任意点的点位误差估算公式为式中，RxCi,RyCi任意点C与C点之前的各点的连线在x、y轴上的投影长； n+1 方向附合导线的角度总个数。在AutoCAD设计图纸上用抓取导线点坐标（量取）的方法提取各个点的坐标，下表为提取的数据，及计算数据6.4.7井下导线最弱点的位置一般就在导线最远点，其点位误差包括：（1） 由定向引起的点位误差MOK（2）由井下导线测角两边引起的点位误差MDK（3）由起始点坐标误差引起的点位误差MS点位总误差MK2=MOK2+ MDK2+ MS2点位总预计误差MK预=2MK井下导线最弱点的位置在导线最远点C,所以1. MDK=MC=42.99mm2. MS=MJ1=10.89mm3. M0k1= R1 *m0 / = R1*mx下=1200.6399.71206265 =0.05652m =56.52mm 由于两井定向独立进行两次M0k=M0K12=39.96mm点位总误差MK=（MDK2+MS2+M0k2）=59.695mm点位总预计误差MK预=2MK=119.39mm生产限差(200mm)7、地面水准测量 主井与副井之间的水准测量，以近井点作为水准基点。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国家二等水准点SZ1起测，沿水准附合线测设到国家二等水准点SZ2。从水准点开始向主井布设水准支线，传递主井高程。 水准测量采用国产北京光学仪器厂DS3自动安平水准仪，使用木质水准尺。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，从国家二等水准点SZ1到近井点，及由近井点至国家二等水准点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。矿区地面之间通视良好，地势起伏不大，附合水准路线按地面四等水准测量要求施测， 水准点埋设完毕，即可按拟定的水准路线进行观测。先在水准起始点立尺，作为后视尺，再安置仪器于测站1，同时选择转点，放上尺垫，并立另一水准尺于其上，作为前视尺，后视起始点水准尺，得后视读数，前视转点得前视读数，后视值减前视值得起始点与转点的高差，记录计算完毕后，沿水准路线前移，将仪器安置于第二站，第一站的前视尺原处不动，转过尺面作为第二站后视尺，第一站前视尺作为后视尺，同时继续观测、记录及计算。重复此过程，完成高程观测全部工作四等精度水准要求：等级仪器级别视线长度(m)前后视距差(m)前后视距累差(m)视线离地面低高度(m)基本分划、辅助分划黑红面读数差（mm）基本分划、辅助分划黑红面高差之差（mm）四级DS3100510023050水准路线如下图。在MATLAB中编程进行求解，以下为代码：B=zeros(10,9);JK=1,99;1,2;2,3;3,4;4,5;5,6;6,7;7,8;8,9;9,99;i=1; while 1 if i=11 break; endj=JK(i,1);k=JK(i,2); B(i,j)=1; if k=99; a=1; else B(i,k)=-1; end i=i+1; endQ=blkdiag(0.23635,0.254385,0.22483,0.18838,0.2138,0.20566,0.24884,0.18285,0.19372,0.24595);P=inv(Q); BTPB=B*P*B; Qhh=inv(BTPB);协因数阵：在EXCEL中计算近井点高程误差：近井点高程误差：MH1=6.6779mm8矿井井下高程控制测量8.1.