第五章-贯通工程测量基本方法.ppt

第五章贯通测量 第一节概述一 贯通和贯通测量一个巷道按设计要求掘进到指定的地点与另一个巷道相通 叫做巷道贯通 简称贯通 采用两个或多个相向或同向掘进的工作面掘进同一井巷时 为了使其按设计要求在预定地点正确接通而进行的测量工作 称为贯通测量 可加快施工进度 改善通风状况与劳动条件 有利于矿井开采与掘进的平衡接续 加快矿井建设 井巷贯通可能出现下述三种情况 1 相向贯通 2 同向贯通或追随贯通 3 单向贯通 井巷贯通时 矿山测量人员的任务就是要保证各掘进工作面均沿着设计的位置与方向掘进 使贯通后接合处的偏差不超过规定的限度 测量人员的责任十分重大 井巷质量 井巷报废 人员伤亡等 工作中应当遵循下列原则 一是要在确定测量方案和方法时保证贯通所必须的精度 过高的或过低的精度要求都是不对的 二是对所完成的测量和计算工作应有客观的检查校核 尤其杜绝粗差 二 贯通的种类 容许偏差井巷贯通一般分为 一井内巷道贯通两井之间的巷道贯通立井贯通 贯通巷道接合处的偏差值 可能发生在三个方向上 水平面内沿巷道中线方向上的长度偏差 只对距离上有影响 对巷道质量没有影响 水平面内垂直于巷道中线的左 右偏差 x 竖直面内垂直于巷道腰线的上 下偏差 h x 和 h对于巷道质量有直接影响 又称为贯通重要方向的偏差 对于立井贯通来说 影响贯通质量的是平面位置偏差 即在水平面内上 下两段待贯通的井筒中心线之间的偏差 井巷贯通的容许偏差值 由矿 井 技术负责人和测量负责人根据井巷的用途 类型及运输方式等不同条件研究决定 以上三种类型井巷贯通的容许偏差见表5 1 表5 1贯通测量的容许偏差 成本 精度 测量 采矿 c m 巷道贯通的容许偏差值 也可以用计算方法来确定 1 轨道运输平巷贯通时 中线和腰线的容许偏差值 x 和 h可用下式计算 5 1 5 2 式中 由完全铺设好永久轨道的巷道到贯通相遇点的距离 即铺设临时轨道的距离 一般l 20 30m v 轨距与车轮间距之间的容许差值 一般v 20mm s 电机车头的轴间距 i极限 贯通巷道的实际坡度与设计坡度之间的容许差值 一般i极限 0 002 0 003 三 贯通测量的工作步骤及贯通测量设计书的编制 一 贯通测量的工作步骤 a 调查了解待贯通井巷的实际情况 根据贯通的容许偏差 选择合理的测量方案与测量方法 对重要的贯通工程 要编制贯通测量设计书 进行贯通测量误差预计 以验证所选择的测量方案 测量仪器和方法的合理性 b 依据选定的测量方案和方法 进行施测和计算 每一施测和计算环节 均须有独立可靠的检核 并要将施测的实际测量精度与原设计书中要求的精度进行比较 若发现实测精度低于设计中所要求的精度时 应当分析其原因 采取提高实测精度的相应措施 返工重测 c 根据有关数据计算贯通巷道的标定几何要素 并实地标定巷道的中线和腰线 d 根据掘进巷道的需要 及时延长巷道的中线和腰线 定期进行检查测量和填图 并按照测量结果及时调整中线和腰线 e 巷道贯通之后 应立即测量出实际的贯通偏差值 并将两端的导线连接起来 计算各项闭合差 此外 还应对最后一段巷道的中腰线进行调整 f 重大贯通工程完成后 应对测量工作进行精度分析与评定 写出总结 二 贯通测量设计书的编制重要的贯通工程开始之前 应编制测量设计书 其主要任务是选择合理的测量方案和测量方法 1 井巷贯通工程概况2 贯通测量方案的选定3 贯通测量方法包括所采用的仪器 测量方法及其限差规定 4 贯通测量误差预计5 贯通测量中应注意的问题和应采取的相应措施 第二节一井内巷道贯通测量 凡是由井下一条起算边开始 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道 不论何种贯通 均需事先求算出贯通巷道中心线的坐标方位角 腰线的倾角 坡度 和贯通距离等 这些统称之为贯道测量几何要素 即标定巷道中腰线所需的数据 其求解方法随巷通特点 用途及其对贯通的精度要求而异 一 采区内次要巷道的贯通测量一般采区内次要巷道贯通距离较短 要求精度较低 可用图解法求其贯通测量几何要素 巷道贯通方向 在设计图上是用贯通巷道的中心线来表示的 测量人员只要在大比例尺设计图上把巷道的设计中心线AB用三角板平行移到附近的纵 横坐标网格线上 然后用量角器直接量取纵坐标 x 线与巷道设计中心线之间的夹角 即可求得贯道巷道中心线的坐标方位角 贯通巷道的坡度 倾角 与斜长 可用三棱尺和量角器在剖面图上直接量取 二 在两个已知点之间贯通平巷或斜巷设要在主巷的A点与副巷的B点之间贯通二号石门 即图中用虚线所表示的巷道 其测量和计算工作如下 根据设计 从井下某一条导线边开始 测设经纬仪导线到待贯通巷道的两端 并进行井下高程测量 然后计算出CA DB两条导线边的坐标方位角 CA和 DB以及A B两点的坐标及高程 2 计算标定数据 贯通巷道中心线AB的坐标方位角 AB为 AB arctg yB yA xB xA 5 4 计算AB边的水平长度lAB为 lAB yB yA sin AB xB xA cos AB xB xA 2 yB yA 2 1 2 5 5 计算指向角 A和 B 由于经纬仪水平度量的刻度均沿顺时针方向增加 所以在计算A点和B点的指向角时 也要按顺时针方向计算 A点 A CAB AB ACB点 B DBA BA BD 5 6 计算贯通巷道的坡度i i tg AB HB HA lAB 5 7 式中 HA HB 分别为A点和B点处巷道底板或轨面的高程 计算贯通巷道的斜长 实际贯通长度 LAB LAB lAB cos AB HB HA sin AB HB HA 2 l2AB 1 2 5 8 三 贯通巷道开切位置的确定如图所示 将在上平巷与下平巷之间贯通二号下山 该下山在下平巷中的开切地点A以及二号下山中心线的坐标方位角 AP均已给出 要求在上平巷中确定开切点P的位置 以便在P点标定出二号下山的中腰线 向下掘进 进行贯通 为此 需在上 下平巷之间经一号下山敷设经纬仪导线 并进行高程测量 以求得A B C D各点的平面坐标和高程 设点时 A点应设在二号下山的中心线上 设置C D点时 应使CD边能与二号下山的中心线相交 其交点P即为欲确定的二号下山上端的开切点 C D A B P 上平巷 下平巷已知A的位置及 AP 一号下山 二号下山 A P 求预交点p及指向角 标定开切点和掘进方向 1 在上下平巷之间经一号下山敷设经纬仪导线 并进行高程测量 求待A B C D点的坐标和高程 2 利用解析法列出AP和BP的直线方程式 求P点坐标 yP yA tan AP xP xA yP yB tan BP xP xB 解联立方程 求得Xp和yP 3 计算水平距离lAP和lCP lCP yP yC sin CD xP xC cos CD xP xC 2 yP yC 2 1 2lAP yP yA sin AP xP xA cos AP xP xA 2 yP yA 2 1 2再求出lDP检核 lCP lDP lCD 4 计算指向角 即 A AP AB p PA DC根据指向角 可在P点标出二号下山的中线 四 溜煤眼贯通的解算为了解决采区煤炭运输问题 需要从皮带机上山向阶段石门按设计坡度i tg 开掘溜煤眼 如图所示 若溜煤眼上口的位置已定 石门中的1号点 要求确定溜煤眼下口在皮带机上山中的M点的位置 并计算标定所需数据 皮带机上山中的导线点2和3以及溜煤眼上口导线点1的坐标及高程均为已知 这个贯通问题求解的数学模型 便是求空间圆锥与直线的交点 圆锥的顶点在1 圆锥母线的倾角等于溜煤眼的设计倾角 直线为皮带机上山的中心线23 显面易见 此立体几何问题可能有两个解 即直线23可能与圆锥面有两个支点 应根据工程实际情况及需要从两组群中选取一组作为贯通问题的最终解 五 带有一个弯道的巷道贯通在实际工作中 待贯通的巷道有时较复杂 既有坡度的变化 又常常有弯道 而贯通相遇点有时也可能就碰到弯道上或其附近 这时 贯通测量的标定计算要复杂一些 图5 12所示为采区上山与采区大巷的贯通中各巷道之间的关系 设计要求采区上山 倾角 12 向下掘进到采区大巷水平 120m 后 继续沿原采区上山方向掘进石门 坡度i 0 石门与采区大巷之间尚需通过一段半径R 12m的圆曲线弯道才能贯通 通过在已掘进的采区上山和采区大巷中的经纬仪导线测量和高程测量 求得测点坐标如下 采区大巷一端 X8 9734 529m y8 7732 511m 7 8 3 H8 121 931m 测点8位于巷道中心的顶板上 高出轨面2 613m 即轨面标高为 124 544m 采区上山一端 x21 9879 227m y21 7917 675m 20 21 236 H21 129 439m 测点21位于采区上山中心线的巷道顶板上 高出腰线点1 240m 腰线点距轨面法线高1m 解算步骤如下 1 计算园曲线弯道的转角 和切线长T 21 20 7 8 56 3 T Rtg 2 12m tg 2 5 918m 2 计算采区上山自21号点到石门起点C的剩余长度l21 c 为此 应先求出测点8处轨面与21点处轨面的高差h H8轨 121 931 2 613 124 544m H21轨 129 439 1 240 1 cos12 131 701m h 124 544 131 701 7 157m 则采区上山的剩余长度 21到C的平距 l21 C h tg 7 157m tg12 33 671m 3 求石门自C点到圆曲线终点B的距离lCB及采区大巷自8点到圆曲线起点A的距离l8A lCB l21 0 l21 C T 220 849 33 671 5 918 181 260m l8A l8 0 T 22 159 5 918 16 241m 上式中 T为圆曲线的切线长5 918m 4 计算弯道圆曲线的弦长和转角见图5 13 设短弦个数n 2 则弦长l 2Rsin 2n 2 12 sin 52 2 2 5 450m 转角 A B 180 2n 193 1 180 n 206 5 计算整个设计导线 使坐标闭 附 合 以检查计算的正确性 见表5 6 第三节两井间巷道贯通测量 两井间的巷道贯通 是指在巷道贯通前不能由井下的一条起算边向贯通巷道的两端敷设井下导线的贯通 这类贯通的特点是两井都要进行联系测量 并在两井之间进行地面测量和井下测量 因而积累的误差一般较大 必须采用更精确的测量方法和更严格的检查措施 两井之间贯通中央回风上山 图5 14为某矿中央回风上山贯通立体示意图 该矿用立井开据 主副井在 425m水平开掘井底车场和水平大巷 风井在 70m水平开掘总回风巷 中央回风上山位于矿井的中部 采用相向掘进 由 425m水平井底车场12号石旋岔绕道起 按一定的倾角向上掘进 并同时由 125水平的2000石门处向下掘进 从井巷布置条件来看 可能有两条贯通测量路线 两个方案 供选择 第一条路线 第一方案 由主副井向 425m水平进行联系测量 测得井下 01 02边的坐标方位角及 01点坐标和高程 由比敷设导线及高程测量到中央回风上山的下端 由风井向 70水平进行一井定向和导入高程测量 并向 70m水平车场的井下起始边 0 1向2000石门敷设导线及高程测量到中央回风上山的上端 在地面上 主副井与风井之间进行连测 第二条路线 第二方案 由主副井向 425m水平进行联系测量 并由井下起始边 01 02向中央回风上山的下端进行导线测量和高程测量 这一部分与第一方案相同 所不同的是不由风井向 70水平进行联系测量 而由副井向 125m水平进行一井定向和导入高程测量 并沿 125m水平大巷进行导线测量和高程测量到2000石门处的中央回风石门上端 这一方案因副井进行一井定向及 125m水平大巷中进行导线测量和高程测量的条件极差而未被采用 最终选用第一方案 一 主副井与风井之间的地面连测两井间的地面连测可以采用导线 独立三角锁或在原有矿区三角网中插点等方式 也可以采用GPS 全球定位系统 该矿由于地面比较平坦 采用了导线连测 先在主副井附近建立近井点12号点 在风井附近建立近井点05号点 再在12号点与05号点之间测设导线 并附合到附近的三角点上 作为检核 在两井之间还要进行四等水准测量 求出近井点的高程 二 主副井与风井分别进行矿井联系测量主副井采用陀螺定向或两井定向方法 求出井下起始边 01 02的坐标方位角和井下定向基点 01的坐标 风井采用陀螺定向或一井定向法 求出井下起始边 0 1的坐标方位角和井下定向基点 1的坐标 同时 通过风井和副井进行导入高程测量 求出井下水准基点的高程 矿井联系测量工作均须独立进行两次 以资检核 若在建井时期已经进行过精度能满足贯通要求的联系测量 而且井下基点牢固未动 可再进行一次 将两次成果进行对比 互差合乎要求 即可取加权平均值使用 三 井下导线和高程测量从 425m水平井底车场的井下起始边 01 02敷设导线到中央回风下山的下口 再从风井井底的井下起始边 0 1敷设导线到中央回风上山的上口 敷设导线要选择路线短 条件好的巷道 如果条件允许 导线应尽可能布设成闭合环形作为检核 支导线则必须独立施测两次 高程测量在平巷中采用水准测量 斜巷中采用三角高程测量 分别测出中央回风上山的上口及下口处腰线点的高程 四 求算贯通巷道的方向和坡度 进行实地标定根据中央回风上山的上口及下口处的导线点坐标及腰线点高程 反算出上山的方向和坡度 并与原设计值对比 当差值在容许范围之内时 则进行实地中线及腰线的标定 在中央回风上山的掘进过程中 应经常检查和调整掘进的方向和坡度 直至正确贯通 两井之间的巷道贯通 由于涉及联系测量 地面和井下测量 积累的误差较大 尤其是两井间距离较大时更为明显 为保证贯通误差不超过容许值 对于大型重要贯通 要根据实际情况选择施测方案和测量方法 并进行贯通误差予计 第四节立井贯通测量 立井贯通最常见的有两种情况 一种是从地面及井下相向开凿的立井贯通 另一种是延深立井时的通 一 从地面和井下相向开凿的立井贯通如图5 19所示 在距离主副井较远处的井田边界附近要新开凿3号立井 一方面从地面向下开凿 另一方面同时由原运输大巷继续向三号井方向掘进 开凿完3号立井的井底车场后 在井底车场巷道中标出3号井筒的中心位置 由此向上以小断面开凿反井 待与上部贯通后 再按设计的全断面刷大成井 当然也可以全断面相向贯通 但这会对贯通精度要求更高 增大测量工作量和难度 这时的测量工作内容简述如下 1 进行地面连测 建立主 副井和3号井的近井点 地面连测方案可视两井间的距离和地形情况以及矿上现有仪器设备条件而定 2 以3号井近井点为依据 实际标出井筒中心 井中 坐标 指示井筒由地面向下开凿 3 通过主 副井进行联系测量 确定井下导线起始边的坐标方位角及起始点的坐标 4 在井下沿运输大巷测设导线 直到3号井井底车场出口P点 5 根据3号井的井底车场设计的巷道布置图 编制井底车场设计导线 由导线点P开始 按井底车场设计导线来标定出中 腰线 指示巷道掘进 并准确地标出3号井井筒中心O的位置 牢固地埋设好井中标桩及井筒十字中线基本标桩 此后便可开始向上以小断面再凿反井 二 延深立井时的贯通在立井贯通中 高程测量的误差对贯通的影响甚小 一般可以采用原有高程测量的成果并进行必要的补测 在这类立井贯通时 尤其是全断面开凿一次成井的相向贯通 立井中心线的贯通容许偏差较小 通常应事先进行贯通测量精度予计 做到心中有数 以免造成重大损失 如图5 20所示 1号井原来已掘进到一水平 现在要延深到二水平 由于一水平已通过大下山到达二水平 故决定采用贯通方式延深 即上端由一水平掘进辅助下山 到达一号井井底下方 留设井底岩柱 通常高6 8m 标定出井筒中心O2 指示井筒由上向下开凿 同时 在二水平开掘1号井井底车场 标定出1号井井筒中心O3 指示井筒由下向上开凿 当立井井筒上下两端贯通后 再去掉岩柱 从而使1号井由一水平延深到二水平 其主要测量工作为 1 在一水平测出1号井井筒底部在该水平的实际中心O1点的坐标 而不能采用地面井中的坐标 更不能采用原来的设计井中坐标作为贯通的依据 2 从一水平井底车场中的起始导线边开始 沿大巷和大下山测设导线到二水平 直到1号井井筒下方 并在二水平标定出井筒中心O3点 指示井筒由下向上开凿 3 从一水平井底车场的起始导线边开始 沿大巷和辅助下山测设导线到达1号井岩柱下方 标定出井筒中心O2点 指示井筒由上向下掘进 4 1号井筒延深部分的上 下两端相向掘进到只剩下10 15m时 要书面通知有关单位 停止一端掘进作业 采取相应安全指施 上 下两端贯通后 再去掉岩柱 最终使1号井由一水平延深到二水平 第五节贯通测量的施测 一 贯通测量施测中应注意的问题 1 注意原始资料的可靠性 起算数据应当准确无误 2 各项测量工作都要有可靠的独立检核 3 精度要求很高的重要贯通 要采取提高精度的相应指施 4 对施测成果要及时进行精度分析 并与原误差予计的精度要求进行对比 各个环节均不能低于原精度要求 必要时要进行返工重测 5 利用测量成果计算标定要素时 注意不要抄错或用错已知数据资料 6 贯通巷道掘进过程中 要及时进行测量和填图 并根据测量成果及时调整巷道掘进的方向和坡度 有了贯通测量方案之后 通过实际施测 常能发现在制定方案时所没有考虑到的一些问题 也可能遇到一些新情况 所以在施测过程中 可以进一步完善和充实预定的方案 二 贯通工程施工中可采取的一些技术措施 测量工作要尽一切努力来满足施工的要求 但当某些长距离的重要贯通的精度要求很高 而测量的仪器设备和人员等条件又不十分完备时 为避免测量误差对工程质量的影响 可以在施工上采取一些相应的技术措施 一 轨道运输平巷贯通时 平巷贯通主要考虑的是在高程上产生贯通偏差后 要对巷道的坡度进行调整 使两端的巷道底板 轨道和水沟能平顺衔接 而不产生 台阶 在调整好坡度 使两端巷道衔接之后 再砌筑永久支护和铺设永久轨道 因此 可根据予计的贯通高程偏差 h来计算临时支护巷道的距离L 2l l为每端临时支护巷道的距离 L 2l h i极限 5 16 式中 h 预计的贯通高程偏差 i极限 巷道坡度的容许偏差 一般为0 002 二 绞车提升的斜井贯通时 由于斜巷在高程上的贯通偏差比较易于调整 因此应根据水平面内垂直于巷道中线的贯通予计偏差 x 来求算暂不砌筑永久支护和不安装轨道中间的钢丝绳地滚轴的距离 采用的计算方法主要从绞车的提升钢丝绳不偏出轨道中间的地滚轴为依据 如图5 23所示 设调整斜巷的长度为L 轨距为d 钢丝绳与轨道间保持的最小距离为 贯通斜巷的水平面内予计偏差为 则下部斜巷可以一次成巷的距离L下为 L下 L d 2 5 17 上部斜巷可以一次成巷的距离L上为 L上 L L下 d 2 5 18 第六节贯通后实际偏差测定及中腰线调整 巷道贯通后 实际偏差的测定是一项重要的工作 它具有以下意义 1 对巷道贯通的结果作出最后的评定 2 用实际数据检查测量工作的成果 从而验证贯通测量误差予计的正确程度 以丰富贯通测量的理论和经验 3 通过贯通后的连测 可使两端原来没有闭合或附合条件的井下测量控制网有了可靠的检核和进行平差和精度评定 4 作为巷道中腰线最后调整的依据 所以 煤矿测量规程 中规定 井巷贯通后 应在贯通点处测量 贯通实际偏差值 并将两端导线 高程连接起来 计算各项闭合差 重要贯通的测量完成后 还应进行精度分析 并作出总结 总结要连同设计书和全部内 外业资料一起保存 一 贯通后实际偏差的测定 一 平斜巷贯通时水平面内偏差的测定 1 用经纬仪把两端巷道的中心线都延长到巷道贯通接合面上 量出两中心线之间的距离d 其大小就是贯通巷道在水平面内的实际偏差 2 将巷道两端的导线进行连测 求出闭合边的坐标方位角的差值和坐标闭合差 这些差值实际上也反映了贯通平面测量的精度 二 平斜巷贯通时竖直面内偏差的测定 1 用水准仪测出或用小钢尺直接量出两端腰线在贯通接合面处的高差 其大小就是贯在竖直面内的实际偏差 2 用水准测量或经纬仪三角高程测量连测两端巷道中的已知高程控制点 水准点或经纬仪导线点 求出高程闭合差 它也实际上反映了贯通高程测量的精度 三 立井贯通后井中实际偏差的测定立井贯通后 可由地面上或由上水平的井中处挂下中心垂球线到下水平 直接丈量出井筒中心之间的偏差值 即为立井贯通的实际偏差值 有时也可测绘出贯通接合处上 下两段井筒的横断面图 从图上量出两中心之间的距离 就是立井贯通的实际偏差 此外 立井贯通后 应进行定向测量 重新测定下水平井下导线边的坐标方位角和用来标定下水平井中位置的导线点的坐标 与原坐标的差值 x和 y 以及导线点的点位偏差 x2 y2 1 2 它也反映了立井贯通的精度 二 贯通后巷道中腰线的调整测定巷道贯通后的实际偏差后 还需对中腰线进行调整 一 中线的调整巷道贯通后 如实际偏差在容许范围之内 对次要巷道只需将最后几架棚子加以修整即可 对于运输巷道或砌旋巷道 可将距相遇点一定距离处的两端中心线A与B相连 以新的中线A 1 2 4 3 B代替原来两端的中线A 1 2和B 3 4 以指导砌筑最后一段永久支护和铺设永久轨道 二 腰线的调整若实际的贯通高程偏差 h很小时 可按实测高差和距离算出最后一段巷道的坡度 重新标定新的腰线 在平巷中 若贯通的高程偏差 h较大时 可适当延长调整坡度的距离 实测贯通高程偏差为60mm 由贯通相遇点向两端各后退30m 与该处的原有腰线点相连接 则得调整后的腰线 其坡度由原设计的4 变为3 若由K点向两端各后退15m 则调整后的腰线坡度为2 在斜巷口 通常对腰线的调整要求不十分严格 可由掘进人员自行掌握调整 第七节贯通时关于井下导线边长化归到投影水准面和高斯投影面的改正问题对于某些两井间的大型巷道贯通工程和大型立井贯通工程 应根据矿区在投影带内所处的位置 近井控制网的情况 矿井地面与井下高差大小等情况 考虑加入井下导线边长化归到投影水准面的改正 LM和投影到高斯 克吕格投影面的改正 LG 这是由于地面近井控制网的边长通常都已归化到投影水准面和高斯投影面上 投影后的边长已产生变形 如果井下导线边长不作相应的归化改正 就会使井上与井下的长度关系不一致 就有可能使两井之间的大型贯通产生较大的偏差 一 两项改正数的综合改正计算方法 边长归化到投影水准面的改正数为 LM Hm l R边长投影到高斯投影面