矿山测量课程设计书

1 矿山测量课程设计 一一 概述 1 1 设计目的 矿山测量课程设计室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 1 2 编制依据 1 矿山测量学 第一分册 中国矿业大学出版社 1987 年 2 全球定位系统 GPS 测量规范 GB T18314 2001 3 矿山测量与规范 GB T 15663 6 2008 1 3 坐标系统选取 1 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 121 横坐标加 500Km 2 高程系统采用 1956 黄海高程系统 二二 生产限差的确定生产限差的确定 2 1 按一般采矿工程对测量工作的要求来确定 一般采矿工程对测量工作的要求主要表现在利用矿图来解决采 矿技术问题 为满足基本矿图的精度要求 一般采用 3 0m 作为生产 限差 即基本矿图上最弱点相对于矿井近井点或井下导线起始点而 言的点位极限误差值为 3 0m 此限差值中包括有测量 绘图和用图 的误差 若去掉后两项 测量允许误差 对 1 2000 矿图而言 为 2 75m 左右 2 2 按测图与绘 用图精度相匹配的原则确定 绘 用图的极限误差一般取 0 8mm 图上 若矿图的比例尺 为 1 2000 时 即为 1 6m 此误差值仅指测量误差 不含绘 用图 误差 2 3 按井巷光通的限差确定 平面上中线的允许偏差取 0 3 0 5m 高程的允许偏差为 0 2m 此误差仅指测量误差 2 4 按由地面向井下指定地点打垂直钻孔的要求确定 当孔深小于 100m 时 可取 1 4m 作为生产限差 2 三 矿井平面联系测量 3 1 测区范围及概况 车夫山位于徐州市 地势平坦 交通便利 视野开阔 控制网适合 布置 GPS 控制网 周围有大量的农田 给测量带来不便 3 2 地面平面控制网布设 经野外踏勘选点 在测区范围内布设工程 D 级 GPS 控制网作 该网由 YZD1 YZD2 两个已知国家控制点和 9 个 GPS 控制点组成网状 图形 相邻两点间的距离为 1 3 公里 其中点号标注为 G 的点为 进进点 点位布设见 地面平面控制网设计 3 3 矿井联系测量的任务 1 井下经纬仪导线起算边的坐标方位角 2 井下经纬仪导线起算点的平面坐标 x 和 y 3 井下水准基点的高程 H 3 4 联系测量规范 规程 规定的联系测量的主要精度要求见表 3 1 3 5 两井定向误差分析 式中 c 两垂球线间的距离 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 2222222 AB XAXB mmmmcnm 上 3 n 由近井点到结点间的导线测角数 m 由近井点到结点间导线的测角误差 其中 式中 RyA 由结点到垂球线 A 间的导线上各点到 A 的距离在 AB 线 上的投影 RyB 由结点到垂球线 B 间的导线上各点到 B 的距离在 AB 线 上的投影 导线各边与 AB 连线间的夹角 在这种情况下 量边的系统误差对方位角 没有影响 故量边误差对 A B 点位的影响可用下式计算 式中 a 量边的偶然误差影响系数 l 导线边长 故两井定向最终误差 其计算过程和结果详见 其计算过程和结果详见 两井定向精度估算两井定向精度估算 用 用 excelexcel 计算 计算 3 6 联系测量方案选择依据 在经过分析和查阅相关资料后 并对各个方案进行精度估算 故陀螺经纬仪定向精度比两井定向精度高 但两井定向也 0T mM 能够满足联系测量的要求 综合比较 陀螺经纬仪定向 和 两井 定向 的优缺点 结合实际工作中的 费用成本 精度要求 测量时间 等的综合因数 选择 两井定向 其 两井定向 可 以大大减少由投点误差引起的投向误差 精度高 作业时间快 费 用较低 3 7 两井定向 3 7 1 投点所需主要设备的要求如下 222 xAxAxAl mmm 222 xBxBxBl mmm 2 22 xAyA mmR 222 sin xAll mm 2 22 xByB mmR 222 sin xBll mm 222 sin Al mal 222 sin Bl mal 2222 0 18 0980 Mmm 下上 4 1 垂球 以对称砝码式的垂球为好 每个圆盘重量最好为 10kg 或 20kg 当井深小于 100m 时 采用 30 50 kg 的垂球 当超 过 100m 时 则宜采用 50 100kg 的垂 球 2 钢丝 应采用直径为 0 5 2mm 的高强度的优质碳素弹簧钢 丝 钢丝上悬挂的重锤 重量应为钢丝极限强度的 60 70 3 手摇绞车 绞车各部件的强度应能承受三倍投点时的荷重 绞车应设有双闸 4 导向滑轮 直径不得小于 150mm 轮缘做成锐角形的绳槽以 防止钢丝脱落 最好采用滚珠轴承 5 定点板 用铁片制成 定向时也可不用定点板 6 小垂球 在提放钢丝时用 其形状成圆柱形或普通垂球之形 状均可 7 大水桶 用以稳定垂球线 一般可采用废汽油桶 水桶上应 加盖 3 7 2 两井定向实测 1 投点 在两个立井中各悬挂一根锤球线 A 和 B 采用单稳重投点 2 地面连接测量 从近井点 K 分别向两垂球线 A B 测设连接导线 K A 及 K B 以确定 A B 的坐标和 AB 的坐标方位角 导线可采用 级或 级导线 3 井下连接测量 在定向水平测设经纬仪导线 A 1 2 3 4 B 导线可采用 7 或 15 基 本控制导线 3 7 3 内业计算 1 根据地面连接测量的结果 计算两垂球连线的方位角及长度 2 根据假定坐标系统计算井下连接导线 3 测量和计算的检验 4 按地面坐标系统计算井下导线各边的方位角及各点的坐标 5 两井定向应独立进行两次 其互差不得超过 1 四 井下平面控制网 4 1 井下平面控制测量目的 是建立井下平面测量的控制 作为测绘和标定井下巷道 硐室 回采工作面等的平面位置贯通测量的要求 5 4 2 井下导线的等级 4 3 井下导线设计原则 井下导线一般是从井底车场内的起始边开始 向井田边界分段 测设的 而起始边的数据是由定向测量确定了的 井下导线的布设 按照 高级控制低级 的原则进行 4 4 井下平面控制精度估算 4 4 1 井下平面控制网误差来源 1 由测角误差所引起的导线终点的坐标误差 2 由量边误差所引起的导线终点的坐标误差 3 由起算边坐标方位角误差和起算点位置误差所引起的支导 线终点位置误差 故最终误差 Mxk2 1 2 Ryi2m i2 cos2 imli2 Myk2 1 2 Rxi2m i2 sin2 imli2 Mk2 1 2 Ri2 m i2 mli2 4 5 井下导线加测陀螺边精度估算 若井下导线起算边采用陀螺经纬仪定向 并在支导线中每隔一 定距离加测陀螺定向边 共加测了 N 条陀螺定向边 而将整个导线 分为 N 段方向附合导线 各段导线的重心分别为 O O ON 则当角度按方向附合导线平差后 同时顾及陀 螺定向边本身的误差影响时 导线终点 k 的点位误差估算公式为 M2xk m2 2 2 2 2 N m 20 2 yA y 0 6 2 m 2 2 y 0 0 2 m2 N 2 yk y0N 2 m2licos2 i M2yk m2 2 2 2 2 N m 20 2 xA x 0 2 m2 2 x 0 x0 2 m2 N 2 xk x0N 2 m2lisin2 i M2k M2xk M2yk 式中 各导线点至本段导线重心 O 的距离在 y 轴和 x 轴上的投影长 4 6 井下导线与井下导线加测陀螺边的方案比较 分析两种方案求得 K 点的点位误差 加测陀螺边定向边之后的 误差明显小于 究其原因 量边误差的影响 0 1622130kMm 0 4142kMm 基本不大 而在加测陀螺定向之后 测角误差明显减少 因为 由此提高咯终点位精度 煤矿测量规程 中规定在 oiRo要小于 R 布设井下基本控制网时 一般每隔 1 5 2 0km 加测陀螺边定向 对 于已经建井下控制网的矿井 在条件允许的情况下 应加测陀螺边 定向的方法改建井下平面控制网 其道理就在于此 4 7 井下平面控制测量 4 7 1 观测仪器工具 矿用经纬仪一台 陀螺仪一台 水准仪 1 台 钢尺 1 把 拉力 计 1 个 温度计 1 个 小垂球 3 个 塔尺 2 根 背包 1 个 记录手 薄 计算纸若干 4 7 2 井下角度测量方法与限差规定 4 7 2 1 井下角度测量的方法步骤为 1 安置仪器 导线点在巷道底板时 安置仪器的方法与地面相 同 当测点在巷道顶板时 应进行点下对中 对中时 要整平仪器 并令望远镜水平 由测点上悬挂下垂球 移动经纬仪 使镜上中心 对准垂球尖 再整平仪器 重新对中 垂球碰仪器 挡风布或防风 套管 重球浸水中 光学对点 2 测量角度 前后视点上挂垂球线 作为瞄准的标志 若井下巷道中风大 锤球加重 放入水桶中稳定 或加挡风布 井下黑暗潮湿 并有瓦 斯及煤尘 仪器有较好的密封性 经纬仪及觇标均需照明 最好有 防爆照明设备 将矿灯置于垂球线的后侧面 并在矿灯上蒙一层白 7 纸或毛面薄膜 使垂球线清晰地呈现在柔和的光亮背景上 井下测角方法与地面一样 有复测法和测回法 其步骤如下 1 设欲测角度 ACB 如图 则在测站 C 上安置经纬仪后将度盘 对在 0 附近 2 正镜瞄准后视点 A 读取水平度盘读数 a1 十字丝中丝瞄准垂 球上标志 竖盘指标水准管气泡居中后读取竖盘读数 LA 3 正镜顺时针旋转瞄准前视 B 读取 b1 和 LB 4 倒镜后逆时针旋转照准部 瞄准 B 读取 b2 和 RB 5 逆时针旋转照准部 瞄准 A 读取 a2 和 RA 6 计算一测回水平角 倾角小于 30 的井巷中 限差见下表 当倾角大于 30 时 限差放 宽 1 5 倍 并且要特别注意仪器整平 4 8 2 2 井下角度测量限差 表 1 1 经纬仪导线水平角观测限差 表 1 2 井下经纬仪导线水平角观测仪器 8 注 1 如不用表中所列的仪器 可根据仪器级别和测角精度要求 适当增减测回数 2 由一个测回转到下一个测回观测前 应将度盘位置变换 180 n n 为测回数 3 多次对中时 每次对中测一个测回 若用固定在基座上的 光学对中器进行点上对中 每次对中应将基座旋转 360 n 4 9 钢尺丈量边长 井下倾角一般用测回法观测一个测回 重要的两个测回 它与水 平角同时观测 井下经纬仪导线的边长通常是用钢尺直接丈量的 随着科学技术的迅速发展和光学电子仪器制造水平的提高 现已应 用电磁波物理测距方法来测量井下导线边长 悬空丈量法 用经纬仪的水平视线瞄准前后视点所挂垂球线 用大头针在绳 上标出十字丝交点 然后用钢尺丈量仪器镜上中心或横轴右端中心 与大头针之间的距离 对准经纬仪镜上横轴中心 另一端加钢尺检定时的拉力 P 并对 准大头针 两端同时读数 零端估读到毫米 每读一次数后 移动 钢尺 2 3cm 每条边要读数三次 互差小于 3mm 同时还要测记温 度 为了检验 每边须往返测量 即在每一测站上量前后视距离 在倾斜巷道中则丈量倾斜距离 当丈量的边长大于尺长时 则必须分段丈量 为此要进行定线 9 3 钢尺量边的改正 1 比长改正 k L0 LM Lk kL LM 2 温度改正 Lk L t t0 3 拉力改正 LP L P P0 EF 4 垂曲改正 5 倾斜边长化算为水平边长 6 其他改正 五 高程联系测量 5 1 高程联系测量目的 高程联系测量的任务 就在于把地面的高程系统 经过平硐 斜井或立井传递到井下高程测量的起始点上 作为井下水准测量起 算点 5 2 高程联系测量设计原则 目前由于我国长钢尺较少 采用短钢尺相接的办法不方便 所 以本次设计采用钢丝法导入高程 用钢丝导入高程时 因为钢丝本 身不象钢尺一样有刻画 所以不能直接量出长度 须在井口设一临 时比长台来丈量 以间接求出长度值 5 3 高程联系测量示意图 10 5 4 高程联系测量精度估算 h d 80002 2 d M 其中 5001 M 22 097mm 8000 2 2 主 500 51 M 22 097mm 80002 2 副 5 5 观测工作 5 5 1 井下 在井底车场的巷道内安置水准仪 在 B 点水准尺上读取读数 然后瞄准钢丝 并将水准仪视线与钢丝的交点用标线夹 8 在钢丝上 标出 5 5 2 地面 在井下 8 夹好的时候 对准一整刻画读取 m1 提升钢丝读取夹 10 读数 n1 则钢尺第一次提升长度为 m1 n1 然后卸夹在卡于前端 整尺分划 m2 对应读出 n2 如此反复进行 在比长台上读出最后一 次后端读数 n 再在 A 点水准尺上读数 对准钢丝夹上 9 夹 再读 11 A 尺读数 a 量出 8 夹与 9 夹之间的距离 提升钢尺前后要在井上下 测温 取其平均值作井上下平均温度 5 5 3 内业计算 A 点和 B 点之间的高差为 公式中 的正负规定如下 标线夹 8 在标线夹 9 下面时为正 反之 为负 在总改正数 l 中 按 规程 规定只需对丈量时所用钢尺 的尺长改正和温度改正以及井上下温度不同时影响钢尺长度的改正 5 5 4 工作组织 1 井上水准读数 立尺 记录 夹标线各一人 比长台读数一 人 通讯一人 2 井下水准读数 立尺 记录 夹标线各一人 通讯一人 5 6 井下水准布设 5 6 1 井下高程测量的目的 井下高程测量是测定井下各种测点高程的测量工作 其目的是 为了建立一个与地面统一的高程系统 确定各种采掘巷道 硐室在 竖直方向上的位置及相互关系 以解决各种采掘工程在竖直方向上 的几何问题 5 6 2 井下高程测量具体任务大体为 1 在井下主要巷道内精确测定高程点和永久导线点的高程 建 立井下高程控制 2 给定巷道在竖直面内的方向 3 确定巷道底板的高程 4 检查主要巷道及其运输线路的坡度和测绘主要运输巷道纵剖 面图 5 6 3 井下高程测网布设原则 在进行井下高程测量之前 应在井底车场和主要巷道内预先设 置好水准点 从井底车场高程起算点开始 沿井底车场和主要巷道 逐段向前敷设 每隔 300 500m 设置一组高程点 每组至少应由三 个点组成 其间距以 30 80m 为宜 永久导线点也可作为高程点 使用 5 6 4 井下高程测量的基本要求 在主要水平运输巷道中 一般应采用精度不低于 S3级的水准仪 和普通水准尺进行水准测量 在其他巷道中 可根据巷道坡度的大 hmnbal 12 小 采矿工程的要求等具体情况 采用水准测量或三角高程测量测 定 当巷道倾角小于 5 时采用水准测量 倾角在 5 8 之间可采用 水准测量 也可采用三角高程测量 当倾角大于 8 时则采用三角高 程测量 5 7 井下水准精度估算 在实际工作中 常以单位长度的高差中误差的大小 衡量水准 测量的精度 假定有一水准线路 其全长为 L 水准仪至水准尺的 距离为 l 则该水准线路的测站数为 n L 2l 则得 则最终点精度 mh0为千米长度的水准线路的高差中误差 称为单位长度的高 差中误差 煤矿测量规程 规定井下水准往返测量的高程闭合差 f h 容 2mh0 50mm 也即容许的单位长度的高差中误差 mh0 50 2 17 7mm 井下水准网精度估算详见井下水准网精度估算详见 水准精度估算水准精度估算 5 8 井下水准测量规范 0 2 22 K Hh mL mmL ll 0 0 2 2 h m m l 0K Hh mmL 13 5 9 井下水准测量外业实施 5 9 1 水准测量仪器 水准尺一副 水准仪一台 三脚架一个 尺垫一对 手电筒三 个 白纸若干 5 9 2 水准外业测量 1 对中整平 量仪器高 2 读前视距塔尺读数 3