辽工大本科矿山课程设计.docx

1测区概况1.1测区地理位置、地形特征、气候条件 冠山矿所属的北煤公司（原北票矿务局）隶属于北票市。北票市位于亚沿海地区，西、北与承德、赤峰两市，东、南与锦州、阜新两市构成两个经济三角区。北票市是一个“七山一水二分田”的丘陵山区。境内四周高，中间低，西北绵亘大青山脉，主要山峰平顶山，海拔1074米。南部为起伏的松岭山脉；中部为海拔200米左右的低丘。北票市境内大凌河、小凌河两水系。大凌河和牤牛河的支流及小凌河水系多为季节河，总计有大小河流1680余条，各支流均与次一级构造线平行，与主流呈直交或近似直交的格网水系，其中面积100平方公里以上流域的河流有13条，主要有大凌河、牤牛河、柳河、长皋河、蒙古营河、十八奤河、马友营河、老寨川河、黑城子河、西官营河、东官营河、顾洞河及巴图营河。北票市属中温带亚湿润区季风型大陆性气候，温差大，积温高。年平均气温8.6。一月平均气温-11.1，最低气温-26.6；七月平均气温24.7，最高气温40.7。年平均降水量509毫米。无霜期153天左右。年平均日照2983小时。1.2矿井概况冠山矿原辖一井、二井、三井共计三个矿井。其中，一井为中央并列竖井开拓，二、三井为斜井开拓。现为了开采深部煤层，改善运输和通风条件，决定将三个矿井合并，将原一井新开拓的一对竖井（主井及副井）延深到-540m水平，掘进一对主石门及-540m水平大巷。本贯通巷道测量路线井上、下闭合路线总长度为约9km，其中在-540m水平大巷中尚需实掘2300m。巷道断面宽3.5m，拱高2.5m冠山一井新竖井井口标高+210m，井底车场标高-542m，井深752m左右。贯通大巷坡度为5%（三井方面高、一井方面低）。2 工程概况2.1目的和内容 目的：根据实际情况设计一个合理的矿井贯通设计书，完成两井合并。 内容：根据贯通测量方案，进行贯通面处中心线纵向和横向误差预计，以及腰线或底板高程精度预计。根据设计书要求确定施工方法，进行地面与掘进巷道内的掘进开切与控制测量计算。根据中心线与腰线的设计要求，以掘进控制导线为依据，标定中心线方向和确定腰线，指挥巷道掘进。巷道贯通后，要测量巷道贯通处中心线的横向偏差与底板高程偏差值以及巷道断面形状等，用以评定贯通测量的精度和工程施工质量。2.2设计要求1) 在进行设计时，必须遵守国家现行的测量规范、规程与图式。2) 在确定测量方案和方法时，应保证贯通所必须得精度，过高和过低得精度要求都是不可取得。3)对完成得测量和计算工作均要有客观得检查，如：进行不少于两次独立测量；计算由两人分别进行或采取不同得方法，不同计算工具等。3 贯通测量设计3.1贯通测量要求1）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。 2）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。 3）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。 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。 5)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。3.2巷道贯通的误差预计 对于重要贯通，必须对贯通后巷道可能产生的偏差进行估算，即进行贯通误差预计。通过误差预计，了解哪些测量环节对贯通的影响大，哪些是薄弱环节，做到心中有数，以便选择合理的测量方案。贯通误差预计，就是确定因测量误差造成的贯通点，在贯通重要方向上的偏差。它的误差来源包括地面测量误差、联系测量误差和井下测量误差。3.3贯通工程测量中应注意的问题 贯通测量是十分重要的测量工作，必须保证井巷能够按照设计要求准确接合，使实际偏差值小于允许偏差值。如果出现错误，将在人力、物力和时间上造成巨大的浪费。要做好贯通测量工作必须注意如下问题： 1)重视测量方案和测量方法的选择。每一项贯通贯通工程都有其本身的特点，除了根据生产的需要和运输的要求合理地确定贯通的限差之外，还必须认真分析影响贯通质量的因素，并在施测中采取相应的技术措施，这样才能提高贯通的精度。 2)注意原始资料的可靠性。起算数据准确无误是搞好井巷贯通的首要保证。使用地面控制网时，必须对控制网的精度及控制网是否受到地下采动的影响等作详细了解，必要时应进行检查测量。对于地面控制点和井下控制点，必须查明没有破坏和移动之后方能使用。所用的起算数据必须进行认真核对，利用测量成果计算标定要素时，注意不能用错和抄错平面坐标值和高程值，实地标定时不能用错测点。 3)各项测量工作都要有可靠的检查，要进行复测和复算，防止产生粗差。对于重要的贯通工程，至少应当由二人分别作独立的观测和计算。在贯通巷道的掘进过程中，要及时进行测量和填图，并根据测量成果及时检查和调整想到掘进的方向和坡度。 4)贯通巷道梁工作面的距离岩巷剩下1520m，煤巷剩下2030m时，测量负责人应以书面报告矿技术负责人和施工区、队长，停止一端实行单工作面推进。 5)施工过程中与施工人员密切配合，共同保证贯通质量。4 冠山矿一、三井间-540大巷贯通测量方案设计4.1平面测量方案设计1）地面两近井点导线测量 由于矿区保护不善，一井和三井近景点已经遭到破坏，必须重新设置两点，根据矿区所在国家三角网，用控制网点水神庙、疙瘩山、平顶山插入三井近井点，用控制网点疙瘩山、大黑山、石厂定角测出一井近井点，都按照四等三角规格施测。两近井点间布设一级导线，敷设方向应与欲掘巷道方向大体一致，根据煤矿测量规程规定，每条导线长500m左右，测距相对中误差1/30000，导线全长下相对中误差1/20000用拓普康GTS-750全站仪，此全站仪测角精度1，测距精度（2mm+2ppm*Dm）mm。测回法四测回，测回互差小于5，方位角最大闭合差小于10。测距三测回，一测回最大互差10mm，单程测回间最大互差15mm，往返测回互差2（2mm+2ppm*Dm）mm。布设导线形状和位置已绘到平面图上。图1 一井和三井附近三角点2）定向测量 主副井一侧 在主副井筒中各挂一根垂球，用油或者水作为稳重，根据一号井近井点，和导线上的已知点，在主副井间建立导线，测定两垂球A，B的坐标，敷设地面连接导线时应尽量减少导线点数，减小角度带来的误差。从近井点引来的节点O到垂球线A,B的导线应尽可能是起延两垂球线连线方向延伸。使两垂球显得相对精度更高，地面采用5级导线，地下采用7级导线，导线敷设形状与位置在平面图上已经画出。 三号井一侧 由于三号井是斜井，可直接用测距导线导入定向，即在洞口附近后洞内设置一条定向边，仍可用平面测量中的拓普康GTS-750全站仪，敷设7级导线，测回法两个测回，同一测回中半测回互差不超过20，两测回间互差不超过12。测边时一测回读数较差不大于10mm, 单程测回间较差不大于15 mm；往返观测同一边长时，换算为水平距离后的互差，不得大于1/6000。3）矿井联系测量 两井定向对于主、副井可利用两井定向。由于在井下-540m处有巷道可将主、副井连通，因此可利用两井定向的方法测量井下导线起算边01-02的坐标方位角及起算点的平面坐标。由近井点向井口定向连接点连测时，应敷设测角中误差不超过的闭合导线或复测支导线。投点时应尽可能采用小直径的高强度钢丝。但必须保证足够的抗拉强度。井下敷设导线时应按照不低于级导线的要求布设。对于斜井（三井）可以利用铺设15”导线将地面坐标系统导入到地下。使用DJ2级的经纬仪，测角时应进行两个测回。同一测回中半测回互差不超过，两测回间互差不超过。量边时若使用光电测距仪，在作业前应对测距仪进行检验和校正。每条边的测回数不得少于两个。采用单向观测或往返观测时，其限差为：一测回读数较差不大于10mm, 单程测回间较差不大于15 mm；往返观测同一边长时，化算为水平距离后的互差，不得大于1/6000。若使用钢尺丈量导线边长时，必须采用经过比长的钢尺。每尺段应以不同起点读数三次，读到毫米，长设互差应不大于3mm。4)井下导线测量 井下导线测量往往不是一次全面布网，面是随井下巷道掘进而逐步敷设。当由石门处拉门开始掘进主要运输大巷时，随巷道掘进而敷设土30导线，用以控制巷道中线的标定和及时填绘矿图，随巷道掘进每30100m延长一次。当巷道掘进到300500m时，再敷设士7级或士15级基本控制导线，用来检查前面已敷设的低等级采区控制导线是否正确，所以其起始边(点)和最终边(点一般应与低等级控制导线边(点)相重合。当巷道继续向前掘进时，以基本控制导线所测设的最终边为基础，向前敷设低等级控制导线和给中线。当巷道又掘进300500m时，再延长基本控制导线。这样不断分段重复，直到形成闭附)合导线和导线网。4.2高程测量方案设计1）地面两井口高程基点测量根据所给资料以及两井之间距离，可采用四等水准测量，根据煤矿测量规程规定，四等水准测量要求入下表1第3行所示，测区一三井位置和水准路线如下图所示。表一 四等水准测量要求矿区长度（km）首级控制加密控制255255三等水准四等水准等外水准四等水准、等外水准等外水准图2 水准干线示意图2）导入高程 将经过检定的钢尺挂上重锤，自由悬垂在井中。分别在井上和井下安置水准仪，在A、B点上读数a1和b2，然后在钢尺上读数b1和a2，同时记下地上于地下的温度，由此可以计算出B点的高程。可采用两次仪器高和移动钢尺进行两次两测回测量其高程。两次仪器高的高差互差小于3mm，两次观测互差小于H/8000（H为井深）。图3 导入高程示意图钢尺导入高程： 高程导入是立井高程导入并用长钢尺导入，目前国内外使用的长钢尺有500m、800m、1000m等几种，由于本矿井井深约为400米，故选用500米钢尺。 施测方法： 下放钢尺在地面及井下安平水，分别在A、B两点所立水准尺上读取读数a、b，然后将水准仪照准钢尺，在井上下同时读取读数准仪m、n，同时测定井上 下温度t1、t2，温度取井上下的温度平均值，即t=（t1+t2）/2。 根据上述测量数据，求得A、B两点的高差为：h=（m-n）+（b-a）+L 其中L为钢尺的总改正数。它包括尺长、温度、拉力和钢尺自重等改正数。即L=Lk+Lt+Lp+Lc 高程导入的基本公式和图形如下： h=l-a+b=l+(b-a) B点在统一坐标系中的高程HB=HA-h 导入高程需独立进行两次前后两次之差不得超过l/8000。 减小误差措施： a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。 b适当加大垂球重量，这样可以减小晃动 c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 100mm3）井下高程测量 平巷中用S3水准仪后前前后往返观测，往返测高差的较差按煤炭测量规程不得超过高程闭合差50mmR（R为水准点间的路线长度，以km为单位）。斜巷中采用三角高程测量与导线同时施测。仪器高和觇标高应在观测开始前和结束后用钢尺各量一次。两次丈量的互差不得大于4mm，取其平均值作为丈量结果。每条导线边两端点往返测高差的互差不大于10mm0.3mmL(L为导线的水平边长，以km为单位)，每段三角高程导线的高差往返测互差不应大于100mmL（L为导线长度，以km为单位）。5 冠山矿一、三井间-540大巷贯通测量精度估算5.1误差预计基本参数 1)本矿区各项测量的误差参数均根据煤炭测量规程中限差规定反算求得。2)地面导线的测角误差：根据规程经纬仪测角中误差，全站仪测角精度=23)地面量边误差：用钢尺进行量边0.013m；用光电测距仪量边的精度0.003m;4)两井定向误差：根据规程反算求得两次定向中误差0.153m;0.037m。5)井下导线测角误差：根据规程得级井下基本控制导线测角中误差,15级井下导线的测角误差为15;6)井下导线量边误差：使用钢尺进行量边0.021m;使用光电测距仪0.007m; 7)地面水准测量误差：按照规程限差求四等水准测量每千米的高差中误差。8)导入高程误差：按照规程限差求得一次导入高程的中误差0.033m;0.033m 9)井下水准测量误差：根据规程反算求得每千米的高差中误差。 10)井下三角高程测量误差：根据规程反算求得每千米的高差中误差为。5.2地面采用四等导线的贯通误差预计地面四等光电测距导线测量误差所引起的K点在x轴方向上的贯通误差可按下式估算=0.0776m 5-2-10.0086m 5-2-2 5-2-3=a+bD=5mm+5*1176m=9.5mm 5-2-4表二 地面导线图上量测值计算表导线点号RYRY2边长l导线边与x轴夹角aml2cosa2近井点S12630691690097571 301.03x10-5II1710292410092064 301.86x10-5III9759506251020138 304.35x10-5近井点S211012100Ma7.24x10-5R210803725L/n972 ml=（0.005+510-6 1208）=0.0098583335.3定向测量方案精度估算主、副井两井定向的误差所引起的误差主井： 5-3-1风井： 5-3-25.4井下导线测量误差引起K点在在方向上的误差1）测角误差引起的误差7导线 5-4-1表三 井下导线点量测结果导线点号图上长度（cm）Ry（m）R2y(m2)导线点号图上长度（cm）Ry（m）R2y(m2)153.8269072361003019.6980960400254.5272574256253117.6880774400353265070225003215.3765585225452.1260567860253312.6630396900551.2256065536003410.3515265225650.325156325225358.2410168100749.424706100900365.829084100848.524255880625372.914521025947.623805664400380001046.723355452225395.2260676001145.822905244100407.93951560251244.922455040025418.14051640251344220048400004210.55252756251443.5217547306254313.16554290251541.8209043681004415.37655852251640.3201540602254518.19058190251739.3196538612254620.6103010609001837.7188535532254723.2116013456001936.1180532580254825.2126015876002034.5172529756254926.8134017956002132.9164527060255028.6143020449002231.3156524492255127.9139519460252329.3146521462255227.4137018769002427.8139019321005325.4127016129002526.9134518090255422.2111012321002626.1130517030255519.19559120252724.3121514762255616.18056480252823.2116013456005713.76854692252921.110551113025R:57895R2:1230588752)量边误差引起的误差(边长独立测量三次) 5-4-2 5-4-3表四 井下导线点角度量测结果边号图上距离（cm）实际边长L（m）与X轴夹角（ ）ml2cosa2121.15541000.0000554231.57582000.0000019341.26041000.0000554451.36541000.0000554561.47041000.0000554671.26041000.0000554781.57541000.0000554891.47041000.00005549101.36541000.000055410111.47041000.000055411121.36541000.000055412131.36541000.000055413140.630853000.000000614151.8901273000.000036015161.9951273000.000036016172.21101443000.000064417181.7851443000.000064418191.9951443000.000064419201.9951443000.000064420212.11051443000.0000644212221001443000.000064422232.41201443000.000064423242.51251443000.000064424252.11051443000.000064425262.3115130000.000040226272.1105130000.000040227281.995130000.000040228292.3115130000.000040229301.995130000.000040230312.51251203000.000025031322.61301203000.0000250323331501203000.000025033342.81401203000.000025034352.61301203000.000025035361.4701203000.000025036373.115591000.000000037382.814091000.000000038395.125591000.000000039401.89091000.000000040411.785603000.000023641422.7135603000.000023642432.8140603000.000023643442.512579000.000003544452.914579000.000003545463.115555000.000032046473.115555000.000032047482.613055000.000032048491.99555000.000032049502.110555000.000032050511.36535000.000065251520.84042000.00005375253210092000.000000153543.115592000.000000154553.115592000.000000155563.115592000.000000156572.412092000.0000001真实地下边长和：59203）贯通在水平重要方向上的总误差 5-4-44）贯通相遇点K在水平重要方向上的预计误差0.4790.5m 5-4-55.5高程测量方案精度估算1）地面水准测量误差引起的K点高程误差=0.0132m(四等水准，取=7.0mm，L估=3545m)2）导入高程精度估算其中斜井的导入高程精度估算与井下高程测量看做一个整体进行误差预计 M=0.033m主副井井口高程200m，井下-540m，所以取h为740m3)井下水准测量引起的K点高程误差 5-5-14)井下三角高程测量引起的K点高程误差 5-5-25）贯通在高程上的总误差（以上各项高程测量均独立进行两次） 5-5-36）贯通在高程上的预计误差=20.0594=0.1188m0.2m 5-5-47）误差估计：从以上误差预计结果可知：在水平重要方向上和高程上均未超过容许的贯通偏差值，说明所选的测量方案及其测量方法是能满足贯通精度要求的。通过误差预计可以看出，在引起水平重要方向上的贯通误差的诸多因素中，井下测角误差及两井定向误差是最主要的误差来源。而高程预计误差满足精度要求，说明目前的高程测量仪器及方法所达到的技术水平，已足以保证大型贯通测量的精度要求。6 经济技术造价 6.1水准测量费用 1)地面部分：造标费用，6435元每点，共4点，合计25740元人民币。地面是四等水准测量，每公里802.35元人民币，地面导线长2916米，总计价格约为2339元人民币。地面水准点平差296.75元/点，总共4个点，总价为1187元。 2）井下部分：井下水准测量，每公里352元人民币，总长57895m，合计20379元。井下水准平差200元每公里，合计11579元。6.2导线测量 1）地面部分：造标费用1456.1元/点，共4点，合计5824.4元。四等导线1640.21元每公里，共2916米，合计4782.85元。 2）井下部分：井下7秒导线1500元每公里，总长5920m，合计8880元。 3）绘制竣工地形图：1：5000地形图一张，价格12683.55 6.3总价 合计总费用约为61830.4元人民币。7 课程设计如何解决复杂工程问题7.1课程设计涉及多学科 采矿：在一定的井田地质、开采技术条件下，矿井开拓巷道可有多种布置方式，开拓巷道的布置方式通称为开拓方式。合理的开拓方式，一般要在技术可行的多种开拓方式中进行技术经济分析比较后，才能确定。 井田开拓方式种类很多，一般可按下列特征分类：1）按井筒（硐）形式 按井筒（硐）形式可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓、综合开拓。2）按开采水平数目 按开采水平数目可分为：单水平开拓（井田内只设1个开采水平）；多水平开拓（井田内设2个及2个以上开采水平）。3）按开采准备方式 按开采准备方式可分为上山式、上下山式及混合式。 上山式开采 开采水平只开采上山阶段，阶段内一般采用采区式准备。 上下山式开采 开采水平分别开采上山阶段及下山阶段，阶段内采用采区式准备或带区式准备；近水平煤层，开采水平分别开采井田上山部分及下山部分，采用盘区式或带区式准备。上山及上下山混合式开采 上述方式的结合应用。4）按开采水平大巷布置方式 分煤层大巷，即在每个煤层设大巷； 集中大巷，在煤层群集中设置大巷，通过采区石门与各煤层联系； 分组集中大巷，即对煤层群分组，分组中设集中大巷。 因此，立井开拓方式可有立井单水平上、下山式；立井多水平上、下山式；立井多水平上山式；立井多水平上山式及上、下山相结合的方式。地质：施工巷道所在岩层大部分为砂页岩，地质情况比较简单。围岩稳定，地压不大。支护方式一律采用锚喷。 矿下水：开发矿藏时，由大气降水、地表水、地下水和生产用水等涌入矿井的水量，称矿井涌水量，通常为采掘量的数倍到数十倍。由于开采过程的影响，矿井水受到一定数量的煤粉、岩粉的污染，使排水呈黑色悬浮物含量增加，如直接外排，对周围环境造成严重污染，因此矿井水必须经过处理后方能排放或利用。为防止矿山水灾，露天和地下开采均须有良好的排水系统和设备。 测绘仪器：测绘仪器可以用陀螺经纬仪、水准仪、经纬仪、全站仪、南方测绘RTK、钢尺及其配套设备。 测量方案：平面测量方面分为地面测量方案，定向测量方案和井下测量方案，高程测量方面分为地面测量方案，导入高程方案和井下测量方案。应根据相应的方案以及限差要求选择合适的仪器。 法律与法规： 中华人民共和国测量标志保护条例 煤矿测量规程 煤矿安全规程 国家三、四等水准测量规范 工程测量规范 测绘产品检查验收规定 经济：主要费用分为材料费、人工费等，进一步分为矿井内外控制测量、导入高程等费用，施工如斜坡道、斜井、斜巷平硐与平巷等挖掘、砌筑的费用，还有环境修复的费用。 管理：为保证工程测量成果的准确性和及时性，必须建立完善的工作制度，合理组织测量人员，配置相应的仪器设备，严格按照设计及工程测量规范的要求进行测量，在满足测量精度的基础上积极为施工生产服务，确保工程进度、质量和安全。在测量布局上，应遵循“由整体到布局”的原则；在测量精度上，应遵循“由高级到低级”的原则；在测量次序上应遵循“先控制后碎步”的原则；在测量过程中应遵循“随时检查，杜绝错误”，“前一步工作未作检核不进行下一步工作”的原则。施工测量以工程合同、设计文件（含变更设计）、设计单位提供的控制桩资料、工程所属行业测量技术规范（规则）为依据。参加由建设单位组织的设计、监理和施工单位参加的现场交接桩工作，根据设计院提供的资料，对设计平面控制桩和高程控制桩等逐一进行现场确认接收，做好交接记录，办理交接桩签认手续。交接记录应详细注明缺桩和桩损情况及存在问题和处理意见。接桩后及时清理桩址周围杂物，建立醒目的桩位标志，并进行必要的保护。根据设计控制桩的精度等级要求，编制平面、高程控制点施工复测方案,控制点加密测量方案,经监理工程师批准后，对设计平面控制桩及高程控制桩进行贯通复测，对丢失或损坏的控制桩点进行补设（或由设计补设），并与相临标段的设计控制桩进行联测（不少于两个桩点），当复测成果与设计不相符时，应及时与设计沟通解决。完成后编制复测成果报告书，经监理、设计签字确认后使用。并绘出与设计线路或结构物的相对位置关系图，为制定迁改方案、复核设计拆迁数量提供依据。道路河流沟渠测量是对既有铁路、公路（道路）、河道、沟渠等进行平面位置、高程、断面进行测量，地形地貌复核测量在熟悉设计线路平面、路基纵横断面图及桥涵等构筑物平面布置及结构图的基础上，在完成设计中线和工程地界测量后进行。主要包括地面构筑物测量、道路河流沟渠测量、地形断面测量。测量成果及时报相关单位确认。地面构筑物测量是对既有建筑（构筑）物、电力、通讯、各种管线等进行平面位置、高度（或埋深）进行测量，绘出与设计线路或结构物的相对位置关系图，为复核设计、进行变更、编制施工方案、施工过渡方案、改路改渠方案等提供依据。地形断面测量是在土石方填（挖）工程开工前对设计断面进行的复核测量及对地形变化较大的地段进行断面补充测量，并绘出断面图作为复核设计、计算实际土石方工程量的依据，为变更设计、工程清算、分包结算打下基础。 环境生态：煤炭开采对生态环境的影响主要有地表塌陷、煤矸石排放、矿井废水排放、地下水资源破坏、大气污染等方面。地表塌陷。井工开采对生态环境的最主要影响是采煤造成地表塌陷。煤炭从地下开采后，上覆岩层从上至下将发生垮塌、裂隙和弯曲下沉，从而使采空区上方地表发生大面积沉陷。煤矸石排放。煤矸石按照来源可分为掘进矸石和洗选矸石两大类，分别来源井下生产过程和地面煤炭洗选过程。煤层结构和厚度的变化。煤矸石被当做固体废弃物堆存起来，形成了矿区特有的矸石山。矿井废水排放。矿井废水包括采煤废水（矿井水）、选煤废水（煤泥水）和工业广场生活废水3个部分。矿井水是由煤矿开采过程中井下涌水及井下消防、洒水灭尘、冷却设备排水等汇聚而成。大量的矿井水外排造成地面水体污染。同时，井、泉干涸，给矿区农田灌溉和人畜饮水带来了严重困难。选煤废水主要是指由选煤系统的水量无法达到平衡而外排的煤泥水。全国每年选煤废水排放达数亿吨，煤泥是选煤废水的最主要部分，也是选煤厂对环境造成污染的主要物质。矿井生活污水主要是指工业广场生活污水。矿井生活污水主要污染物是悬浮物等。矿区工业广场生活污水因含有大量的洗浴污水而使废水中有机物浓度较低，但含有较高的悬浮物。地下水资源破坏。矿井开采对地下水资源的影响主要表现为煤炭开采后顶板发生垮落，形成垮落带和断裂带，从而使含水层遭到破坏，导致地下水位下降、地下水资源储量减少和破坏。大部分矿井水没有利用就排入江河湖海，增加了地面水体的污染负荷。煤矿的过度采掘会导致地表植被、土壤等发生显著改变，由此产生了一系列的生态问题。例如：如何处理粉煤灰、煤矸石等对人类生活的影响以及其相关的处理等。煤炭开采同时导致土壤破坏，地表道路、交通、住宅等的破坏，这些破坏对人们的生活构成了很大的威胁。污染物生态效应煤矿开采和煤炭运输过程中的粉煤灰会对大气造成污染，固体废弃物的堆放对土壤造成很大的污染，选矿废水又对地下水有着重要的影响，煤炭中所含有的硫等有害元素又会导致很大的水体和大气污染。7.2课程设计涉及多仪器 陀螺经纬仪、J2经纬仪、S3水准仪、红外测距仪、钢尺、锤球及其配套设备7.3课程设计涉及多方案、多模型和方案优选地面控制测量地面平面控制测量可能的方案有GPS测量、导线测量、三角网等方法。GPS测量：在进行两井之间的巷道贯通测量时，地面平面控制测量采用GPS建立近景点是值得提倡的一种方案。它施测简便，精度高，而且站间无需通视，施测范围广。用GPS测设两井井口附近的近井点，两个近井点S1、S2之间尽量通视。这时GPS测量误差所引起的K点在X轴方向上的贯通误差按下式估算：图4 GPS测定进井点点位式中MS12-近井点S1与S2之间边长S12的误差； 7-3-1a-固定误差，D级及E级GPS网的a10mm；B-比例误差系数10-6，D级GPS网的b1010-6，E级GPS网的b2010-6；-S12边与贯通重要方向x之间的夹角。GPS仪器较贵，还有人工费，所以成本较高。导线测量：当在地面两井口近井点之间布设闭合导线（或是附合导线中的一部分）时，在进行地面导线的严密平差时，应当同时评定出近井点1与近井点j两点之间在x方向上的相对点位误差以及1-n边的坐标方位角与j-（j-1）边的坐标方位角j之间的相对中误差,并计算出地面导线测量误差对于贯通的影响为： 7-3-2式中 -两个近井点1与j在x方向上的相对点位误差；-两条近井点后视边坐标方位角之间的相对中误差；，-分别为导线点1和j与K点连线在y轴上的投影长三角网：当两井相距较远且地势不平坦时，可布设三角网。如图所示，在两井之间布设一条单三角锁，并由三角点1和点7分别向两个井口敷设近井导线。三角网（锁）在进行严密平差时，应同时按照求平差值得函数的中误差的方法，求出近井点1与近井点7两点之间在x方向上的相对点误差Mx1-7以及1-2边的坐标方位角1-2与7-6边的坐标方位角7-6之间的方位角相对中误差M，然后参照式计算出地面三角测量误差对于贯通的影响。如果采用近似的估算方法，则将三角网（锁）的边看做是导线边，选择一条较短线路，如图中的1-3-5-7，把它看做是一条导线边。其测角误差可按相应等级的三角网的测角中误差来确定，也可在施测后按各三角形角闭合差用菲莱罗公式求得，其量边误差可根据估算的三角网最弱边相对中误差乘以各相应边长来求得。然后再加上三角点1和三角点7到两个井口的近井连接导线，一起看做是一条总体导线，按照前面的导线方案中所用的计算公式来估算它们对k点在x方向上的误差的影响。图5 地面采用独立三角网（锁）方案矿山联系测量矿山联系测量可以实施的方案有一井定向、两井定向、陀螺经纬仪定向、导入高程。一井定向：一井定向是在一个竖井进行的竖井定向测量。在一个井筒内悬挂两根钢丝（或同时铅垂地发射两条可见光束），将地面点的坐标和边的方位角传递到井下的测量工作。一井定向工作分为投点和连接两个部分。图6 一井定向示意图但是在地面向定向水平投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，致使锤球线在地面上的位置投到定向水平后会发生偏离，从而产生投点误差，这种误差而引起的锤球线连线的投向误差。图中A和B为为两锤球线在地面上的位置，而A和B为两锤球线在定向水平上偏离后的位置。图7表示两锤球延其连线方向偏离，则这种投点误差对AB方向来说没有影响。图7 投点误差与投向误差（1）图8为两锤球偏向于连线的同一侧，且在连线的垂直方向上，使AB方向的投射产生了一个误差角r。则 7-3-3图8 投点误差与投向误差（2）图9为两锤球向其连线两边偏离，且在垂直于连线方向上，则其投向误差r可用下式求得： 7-3-4图9 投点误差与投向误差（3）按煤矿测量规程规定，两次独立定向之差不大于2，则一次定向的允许误差为，其中误差为： 7-3-5投点误差为： 7-3-6两井定向：两井定向是通过两个竖井进行的竖井定向测量。是在两个有巷道连通的竖井井筒内，各悬挂一根重锤线（或各铅垂地发射一条可见光束），根据地面控制网测定两根重锤线中心（或光束轴心）的平面坐标，并在巷道内用导线对两重锤线中心（或光束轴心）进行联测，从而将地面控制网的平面坐标和方向，传递给井下的控制点和导线边。两井定向时，由于两锤球间距大大增加，因而投点误差引起的投向误差也大大减小，这是两井定向的优点。图10 两井定向示意图陀螺经纬仪定向：在导线起算边利用陀螺经纬仪进行定向。水平井口附近埋设一组永久导线点01、02，采用陀螺定向方法，求出井下起始边0102的坐标方位角。同时用钢丝投点将主井上点A或副井点B投到井下，计算起算点的平面坐标。在进行陀螺经纬仪定向时，应该首先在地面已知边上S1-S2测定仪器常数2-3次，各次之间的互差应小于。然后在井下待定边01-02上测定陀螺方位角，应独立进行2次，其互差应小于。回到地面后重新测定仪器常数2-3次，求出仪器常数的平均值。在求算出子午线收敛角以后，就可以根据公式求出待定边的坐标方位角。陀螺经纬仪定向步骤: 1）在地面已知边上测定仪器常数（23次），即在已知边上测定陀螺方位角a，然后与已知的地理方位角A比较求出仪器常数，= A0-T； 2）在待定边上测定陀螺方位角T1后,则定向边的地理方位角A= T1+；3）在已知边上重新测定仪器常数（2-3次）,求出仪器常数的平均值.评定一次测量中误差； 4）求算子午线收敛角 一般地面精密导线边或三角网边已知的是坐标方位角0, 而井下定向边需要求算的也是坐标方位角,而不是地理方位角A,所以需要求算子午线收敛角, 地理方位角和坐标方位角的关系为A0= 0+0 5）求算待定边的坐标方位角 = A0T0+0T 待定边的坐标方位角则为AT1 平图11 陀螺仪定向示意图导入高程可以用长钢尺导入高程和长钢丝导入高程等方法。长钢尺导入高程：钢尺法，是利用分别安置在地面和井下的两台水准仪，对直立于地面和井下水准点上水准标尺和悬挂在井筒中的特制钢尺进行观测,经计算而获得井下水准点高程。设备安装如图所示，钢尺通过井盖放入井下，到达井底后，挂上一个锤球，以拉直钢尺，使之自由悬挂，同时在地面和井下安置水准仪。结果加入各种改正数之后，前后两次之差，按煤矿测量规程规定不得超过l/8000（l为井上、下水准仪视线间的钢尺长度）图12 长钢尺导入高程示意图长钢丝导入高程：钢丝法，是用分别安置在地面和井下的两台水准仪，对直立于地面和井下水准点上的标尺进行观测，并量取借助水准仪提供的水平视线在悬挂于井筒中的钢丝上标出两个记号之间的长度，经计算而获得井下水准点高程图13 长钢丝导入高程示意图井下控制测量井下控制测量方案可能有基本控制导线（7和15）、井下三角高程测量、井下水准测量等。基本控制导线测量：井下导线测量一般采用测回法测角，钢尺量边。在一点设站，利用矿井上端锤球对中整平，盘左观测前视点a1和后视点b1，记录数据；换盘右观测后视点b2和前视点a2，记录数据。则一测回水平角为：=1/2（b1-a1+b2-a2） 7-3-7限差为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DJ2201230DJ6403060井下三角高程测量：井下三角高程测量一般是与基本控制导线测量同时进行的。安置经纬仪于A点，对中整平。在B点悬挂锤球。用望远镜瞄准锤球线上的标志b点，测出倾角，用钢尺丈量仪器中心到b点的距离，量取仪器高及觇标高。则B对A高差为： 7-3-8-实测斜长，基本控制导线应是经三项改正后的斜长；-垂直角，仰角为正，俯角为负；-仪器高，由测点量至仪器中心的高度，测点在底板时为正，顶板时为负值；-觇标高，由测点量至照准目标点的高度，测点在底板时为正值，在顶板时为负值。井下水准测量：水准测量外业主要是使用水准仪测出井下各相邻测点间的高差。施测时水准仪置于二水准尺点之间，使前、后视距离大致相等；这样可以消除由于水准管轴与视准轴不平行所产生的误差。由于井下黑暗，观测时要用矿灯照明水准尺，读取前、后视读数。读数前应使水准管气泡居中，读数后应注意检查气泡位置，如气泡偏离，则应调整，重新读数。视线长度一般以1575m为宜。要求每站用两次仪器高观测，两次仪器高之差应大于10cm，高差的互差不应大于3mm。上述限差在施测时应认真检核，如不符合，即应重测。最后取两次仪器高测得的高差平均值作为一次测量结果。当水准点设在巷道顶板上时，要倒立水准尺，以尺底零端顶住测点，记录者要在记录簿上注明测点位于顶板上。当井下高程线路中，既有水准高程，又有三角高程时，因为不是等精度观测，因此需考虑不同的权。各