第1章-井下平面控制测量分解.ppt

第一章井下平面控制测量,2020年5月3日星期日,河南理工大学矿山测量学课件,测绘工程专业,测绘与国土信息工程学院王庆林制作,一、本章学习目的与要求,(1)井下导线的分等定级；(2)井下量边时边长的各项改正；(3)空间交叉闭合导线的内业计算；,本章介绍了井下平面控制测量基本理论,通过学习,要求了解井下导线的布设方法与等级要求,掌握井下平面控制的布设、等级、内外业等。能进行井下导线的角度测量、井下导线的边长测量工作。,井下平面控制导线的布设、等级、导线的类型等外业工作，量边改正数计算和导线内业处理工作。,二、本章的教学重点,三、本章主要教学内容,第一章井下平面控制测量,四、课时安排：5学时五、教学方法：课堂教学和实验,节次,1-1井下平面控制导线的布设与等级1-2井下导线的角度测量1-3井下经纬仪导线的边长测量1-4井下经纬仪导线测量外业1-5井下经纬仪导线测量内业,第一章井下平面控制测量,是井下的首级平面控制，一般布设在斜井、平硐、水平运输大巷、回风大巷、采区的上下山、石门等主要的巷道中，分为两种形式。导线的布设要求见表所示。,1-1井下平面控制导线的布设与等级,一、井下导线的等级,基本控制导线的主要技术指标,第一章井下平面控制测量,1等级1)基本控制导线,采区控制导线的主要技术指标,是井下的加密控制，精度较低。一般由主要巷道中的基本控制导线点开始，沿采区上下山、中间巷道及其它次要巷道布设，有两种形式。导线的布设要求见下表所示。,一、井下导线的等级,1-1井下平面控制导线的布设与等级,1等级1)基本控制导线2)采区控制导线,1等级2两级导线的布设关系,一般情况下，先布设基本控制导线(作为首级控制)，后布设采区导线(作为加密控制)，在掘进巷道中，先布设采区导线后布设基本控制导线(检校采区导线给定的巷道方向正确性)。,基本控制导线应每300500米延长一次，采区导线每30100米延长一次。,1-1井下平面控制导线的布设与等级,一、井下导线的等级,1依导线的形状及与已知点、边的连接方式分类,1)支导线受巷道掘进和开拓方式限制,只能采用支导线的形式2)闭合导线或导线网随已掘巷道的增多而逐渐形成闭合导线或导线网3)附合导线4)交叉闭合导线是闭合导线的一种形式，在空间形成交叉式5)无定向导线有两个不通视的已知点，并由导线连接起来6)方向附合导线属附合导线的一种形式，但只有方位角的附合，没有坐标的附合,一、井下导线的等级二、井下导线的类型,1-1井下平面控制导线的布设与等级,1)经纬仪导线用经纬仪测角、用钢尺丈量边长。2)陀螺光电导线用陀螺经纬仪测定导线边的坐标方位角，用光电测距仪测量导线边长。3)光电测距导线用光电测距仪测量导线边长。,1依导线的形状及与已知点、边的连接方式分类2依测量所用的工具、仪器分类,1-1井下平面控制导线的布设与等级,一、井下导线的等级二、井下导线的类型,1导线点的分类,1)永久导线点使用时间较长；2)临时导线点使用时间较短。,三、井下导线点的设置,多数在巷道的顶板上（便于寻找、便于保存），个别情况下设置在底板上。永久导线点埋设在主要的巷道中，一般每300500米埋设一组(三个)永久导线点，以便用测量角度的方法检查点位是否移动。,2导线点的设置,1-1井下平面控制导线的布设与等级,三、井下导线点的设置,1-1井下平面控制导线的布设与等级（小结）,一、井下导线的等级,二、井下导线的类型,第一章井下平面控制测量,具有偏心望远镜在倾角大的急倾斜巷道中测角时，望远镜视线有可能被水平度盘遮挡或不便瞄准，这就要求经纬仪具有偏心望远镜。仪器能够悬挂具有复测机构井下测角读数有时不方便，需要用复测法观测角度，因此，仪器需要具有复测机构。,1-2井下导线的角度测量,1经纬仪,一、经纬仪及其检校,1)要有镜上中心,由于井下的特殊条件，测点多设置在巷道的顶板上，因此，所用的经纬仪必须具有点下对中装置，即经纬仪的望远镜筒上必须刻有仪器中心镜上中心。,2)特殊条件下的测角要求,第一章井下平面控制测量,检核方法：校正：,1)照准部水准管轴应与竖轴垂直保证经纬仪的竖轴铅垂;2)望远镜十字丝板应处于正确位置竖丝铅垂，横丝水平;3)望远镜视准轴与水平轴垂直保证视准轴旋转扫出的平面为铅垂面；4)横轴应与竖轴垂直保证横轴水平轴处于水平状态;5)竖盘位置正确使竖盘指标差尽量小，便于测角和计算；6)镜上中心应正确,1-2井下导线的角度测量,1经纬仪2仪器检校,一、经纬仪及其检校,1-2井下导线的角度测量,用于井下测角的光学经纬仪,北京DJ6光学经纬仪,北光DJ6竖盘自动安平经纬仪,德国Zeiss010光学经纬仪,1-2井下导线的角度测量,用于井下测角的防暴型全站仪,南方科力达防爆全站仪KTS442RLC,日本尼康防爆全站仪DTM-532C,瑞士徕卡防爆全站仪TS06,1-2井下导线的角度测量,1安置仪器,二、测角方法,整平对中仪器(点下对中,可用活动垂球进行,应保证望远镜水平),在前后测点挂垂球线,用矿灯照亮垂球线绳(将矿灯蒙盖透明纸,置于垂球线后)和望远镜目镜十字丝与度盘,精确瞄准目标和读数。,1)测回法用两个镜位(正、倒镜)观测上、下两个半测回求得水平角，称为一个测回。2)复测法(倍角法)用复测经纬仪(度盘能随或不随照准部转动的仪器),2角度测量,(1)在O点安置经纬仪；(2)旋转照准部瞄准目标A，得读数a；(3)打开照准部顺时针转动仪器瞄准目标B，得读数b1,计算检查角1=b1-a，并倒转望远镜；(4)扣紧复测钮，瞄准目标A点；,以上为一个复测测回测量水平角。当用n个复测时，与一个复测的观测步骤相同，只是在取得检验读数b1之后，不倒转望远镜，重复(2)、(3)两步(n-1)次，但不读数；然后倒转望远镜重复(4)、(5)两步n次，只在最后取得一次最终读数b。水平角的计算为：,(5)松开复测钮,顺时针方向旋转照准部瞄准目标B点,读取最终读数b;,(6)计算水平角,式中k为照准部指标经过度盘的次数，即：，只取整数。,经纬仪导线水平角观测限差,1-2井下导线的角度测量,2仪器检校,1-2井下导线的角度测量（小结）,1经纬仪,一、经纬仪及其检校,1安置仪器,二、测角方法,1)测回法,2)复测法,2角度测量,第一章井下平面控制测量,一、钢尺丈量边长,井下用钢尺量边所用的主要工具有：钢尺（30m或50m）常用带尺架的钢尺拉力计（10kg、15kg的拉力计）温度计,(一)钢尺量边工具,1-3井下经纬仪导线的边长测量,第一章井下平面控制测量,量距工具钢尺,第一章井下平面控制测量,量距工具拉力计和温度计,1水平距离丈量2倾斜距离丈量3丈量方法,一、钢尺丈量边长,采用悬空丈量方法,在垂球线绳上作出标志,钢尺一端刻划对准经纬仪的镜上中心,另一瑞施加标准拉力,并对准垂球线上的标志,在钢尺上读数(mm),测计温度,每尺段以不同起点读数三次,三次所测得长度互差不大于3mm。边长必须往返丈量,丈量结果加各种改正数之后的水平边长互差不大于边长16000。,(一)钢尺量边工具,1-3井下经纬仪导线的边长测量,(二)钢尺量距方法,第一章井下平面控制测量,1-3井下经纬仪导线的边长测量,1比长改正若对钢尺的整尺长做过比长检定，求得在标准拉力P0和标准温度t0下钢尺的真实长度为L0，尺面的名义长度为LM(通常为50m或30m)，则整钢尺长的比长改正数为：,(三)钢尺量距改正,用钢尺量得的边长，还要视具体情况加入比长、温度、拉力、垂曲及倾斜等项改正。,若用此钢尺丈量某一边长L，则边长L的比长改正数为：,2温度改正,设所量边长为L，其温度改正数为：,式中：为钢尺的线膨胀系数，即温度变化1时，尺长变化的系数，一般钢尺的线膨胀系数为=11.510-6mm/C；t为量边时的钢尺温度；t0为钢尺检定时的标准温度，一般取t0=20；,式中：E为钢尺的弹性系数,一般取E=1.96107N/cm2；F为钢尺的横断面面积，以cm2为单位；,设量边时施加的拉力为P,则拉力改正数为:,3拉力改正,1)水平量距整尺长垂曲改正数：,2)水平量距非整尺段的垂曲改正数：,4垂曲改正,用钢尺悬空丈量边长时,尺身受自重而下垂,呈悬链状而非一直线,使得所量边长变大,因此要加入垂曲改正,其符号永远为负。,1-3井下经纬仪导线的边长测量,4)松垂距确定实际测定理论计算,3)倾斜量边垂曲改正：,式中:f为整尺长垂曲改正数;f为整尺长松垂距,可通过实际测定或理论确定;L面为整尺长;L为丈量的尺段长度;Lf为丈量水平距离L时的垂曲改正数;Lf为丈量倾斜距离L时的垂曲改正。,式中:q为钢尺单位长度的重量;p为量边时对钢尺施加的拉力。,1-3井下经纬仪导线的边长测量,5倾斜边长化算为水平边长,6将导线边长归化到投影水准面的改正,导线边长化算到水准面上之后还应化算到椭球面上，但是对于地下工程来说，一般可不考虑此项投影改正，将化算到水准面上的长度作为椭球面上的长度直接投影到高斯平面上，其计算公式为：,或：,式中：H为所测导线两端高程的平均值；R为地球曲率半径，取R=6371km,7将导线边长投影到高斯一克吕格投影面的改正,式中：ym为导线边长的平均横坐标，以km为单位。,1-3井下经纬仪导线的边长测量,解：比长改正数温度改正数垂曲改正数加入三项改正后的水平边长为：,8例子,某地下工程使用的1钢尺名义长度为50m,在加标准拉力P0=147N、标准温度to=20时整尺长改正数为：k=+0.00694m，垂曲改正数为：=-0.01418m，求在P=P0=147N、t=15、L=40.153m时三项改正数及改正后的边长。,1-3井下经纬仪导线的边长测量,1含义,(四)钢尺比长(钢尺长度的检定),钢尺尺面刻划所注记的长度(通常称为尺面长，也叫名义长度)与标准长度(比长器)进行比较，以求出它的实际长度，就叫做钢尺的比长，目的是求出钢尺的比长改正数。产生的原因：一是由于工厂在制造上存在着公差；其次是由于钢尺长期使用而引起的金属剩余变形。,2比长检定方法,主要方法有：(1)室内用标准米尺来逐米检定(2)在专门的室内比长器上进行检定(3)野外比长方法钢尺比长时,用被检定的钢尺去丈量比长器两标志中心点之间的距离。在钢尺两端施加标准拉力,测回数不得少于两次,每尺段以不同起点读数三次(取至0.1mm),长度互差应小于1mm。同时每尺段丈量时须测记温度一次。各单程比长结果计算平均值的相对中误差不得低于1/100000精度。,1-3井下经纬仪导线的边长测量,自1948年瑞典AGA公司研制成第一台光电测距仪并将其用于大地控制测量之后，随着电子计算机技术和集成电路的发展，目前光电测距仪已成为光学、电子学、激光技术、计算机技术和精密仪器制造等多种高新技术的综合体现。尤其是适合于在矿井井下使用的短程光电测距仪，以及测距仪与电子经纬仪和微处理机相配套而组成的全站仪得到迅速推广应用，使测量手段发生了根本性变化。,二、用光电测距仪测量井下导线边长,(一)概述,(二)测距仪的使用,1安置仪器2检查仪器是否正常3测距,1-3井下经纬仪导线的边长测量,(三)井下光电测距的精度要求,(二)测距仪的使用,(1)在测距的同时,应测定气象元素，测定气压读至100Pa，气温读至1。(2)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：一测回内4个读数之间校差不大于10mm；单程测回间较差不大于15mm；往返(或不同时间)观测同一边长时，化算为水平距离(经气象和倾斜改正)后的互差，不得大于边长的l6000。,二、用光电测距仪测量井下导线边长,(一)概述,1-3井下经纬仪导线的边长测量,(1)仪器严禁淋水和拆卸,在井下用完后,应当仔细将仪器擦干净，置于通风良好处保存。(2)尽量使用防爆型测距仪，在井下使用时，应当严格遵守安全规程的有关规定。(3)避免测线两侧及测站后方有反射物体，当巷道内水汽过大或充满矿尘、炮烟时，不宜进行测距。,(三)井下光电测距的精度要求,(四)在井下使用光电测距仪的注意事项,(二)测距仪的使用,二、用光电测距仪测量井下导线边长,(一)概述,1-3井下经纬仪导线的边长测量,一、钢尺丈量边长,(一)钢尺量边工具,1-3井下经纬仪导线的边长测量（小结）,(二)钢尺量距方法,(三)钢尺量距改正,(四)钢尺比长(钢尺长度的检定),二、用光电测距仪测量井下导线边长,(四)在井下使用光电测距仪的注意事项,(三)井下光电测距的精度要求,(一)概述,(二)测距仪的使用,第一章井下平面控制测量,选择导线点的位置时，应当全面综合考虑以下几个方面：(1)通视良好，便于安置仪器，点间距离应尽可能大;(2)设在巷道的一侧(避免运输干扰);(3)选择巷道稳定、安全、避开淋水和其他不安全因素的地点。(4)巷道的交叉口处应设导线点。,一、导线点的设置,1选点的要求,1-4井下经纬仪导线测量外业,2选点方法,选点工作由3人完成，用矿灯表示点的位置，当中间点与前后视点相互通视(看见矿灯)时，固定中间点，然后后视点的人向前走作为前视点，再按上述方法继续选点。,第一章井下平面控制测量,1-4井下经纬仪导线测量外业,1选点的要求2选点方法3永久点的设置,永久导线点应设在井底车场和主要的巷道(运输、回风巷、上下山等)内，按规程规定300500米设一组导线点(每组至少3个导线点，便于检查导线点的移动与否)。,一、导线点的设置,4导线点资料,(1)导线点的编号应统一编号，可根据具体情况和条件进行编号例如：E02表示二水平东翼大巷内2号导线点；2W9表示三水平西翼二石门内的9号导线点。(2)绘制导线点位置详细草图并归档绘制导线点位置详细草图(时间、地点、与周围固定物的关系等),附在成果表内归档。,二、测角和量边,1工作组织,井下导线测角一般需要4人，其中1人观测，1人记录，另2人立棱镜和照明前后视觇标。井下导线量边需要5人2人拉尺，2人读数，1人记录,2“三联架”法导线测量,目前先进的全站仪均有配套的棱镜、觇标和“三联架”基座设备,即仪器照准部和棱镜觇标可以共用相同的基座与三脚架。这样每个三脚架连同基座可只整平对中一次，随后在搬站时，只需移动仪器仪器照准部和棱镜觇标，而不必移动三脚架和基座。,1-4井下经纬仪导线测量外业,碎部测量主要是量取井巷工程的细部轮廓形状,作为填绘矿图的依据。一般与导线测量的同时进行,可丈量仪器中心到巷道项板、底板和两帮的距离(或称为量上、量下、量左和量右)。,1工作组织2“三联架”法导线测量3碎部测量,二、测角和量边,1-4井下经纬仪导线测量外业,(1)井下导线测量手工记录手簿井下导线测量的手工记录手簿格式很多,注意记录的改错方法、方式、数字的取位等要求。,(2)井下导线测量电子记录(电子数据采集器)就是在全站仪上，装有专门电子记录设备，可自动把观测数据记录下来，进行简单计算，自动判断其是否超限，并可通过与微机相连接和通信，将所记录下来的观测数据输入微机形成数据文件，为下一步内业数据处理和用计算机绘制矿图提供基础。,二、测角和量边,1工作组织2“三联架”法导线测量3碎部测量4导线测量记录,1-4井下经纬仪导线测量外业,井下导线都是随巷道的掘进而分段测设，逐段向前延长的，而不可能一次全面布网。基本控制导线一般每300500m延长一次，而采区控制导线则每30100m延长一次。,在导线延长时，应检查起始点的可靠性，避免因原有点位移动或用错了测点而引起事故，可对上次所测的最后一个水平角及最后一条边长按原观测的相应精度进行测量。与上次观测的水平角之差不应超过所规程容许值：,1-4井下经纬仪导线测量外业,二、测角和量边,1工作组织2“三联架”法导线测量3碎部测量4导线测量记录5导线的延长及检查,一、导线点的设置,1选点的要求,1-4井下经纬仪导线测量外业（小结）,2选点方法,3永久点的设置,4导线点资料,二、测角和量边,1工作组织,2“三联架”法导线测量,3碎部测量,4导线测量记录,5导线的延长及检查,第一章井下平面控制测量,一、检查和整理外业观测记录手簿,在井下测角量边的过程中，应按照煤矿测量规程的要求进行检核，如果不符合，必须当场重测，直到满足要求为止。但在内业计算开始之前，仍要重新仔细检查外业观测记录，如往、返丈量边长之差是否达到精度，测回间互差是否超限等，是否有漏测、漏记、记错、算错等问题。记录手簿经检查无误后，方可进行下一步计算。,1-5井下经纬仪导线测量内业,第一章井下平面控制测量,一、检查和整理外业观测记录手簿,1-5井下经纬仪导线测量内业,二、计算边长改正和平均边长,检查边长记录后转抄到边长计算表中，抄录后要进行核对。井下基本控制导线用钢尺丈量的边长应加入比长、温度、垂曲等改正后化算为水平边长，若有必要，还应加入归化到投影水准面的改正和投影到高斯克吕格平面上的改正。将往、返测边长分别加入上述改正后，若互差不超过边长的16000,则取其平均值作为最后边长。采区控制导线则只需把量得的往、返测斜距化算为平距，而不必加入其他改正,若往、返测平距的互差不超过边长的12000，则可取其平均值作为最终边长。,第一章井下平面控制测量,2空间交叉闭合导线闭合差计算,式中：P为导线内共有的内角图形个数；K为导线内共有的外角图形个数；实为导线所有角度值的总和。上式先决条件是观测角度全部为沿前进方向的左角或右角。,三、角度闭合差的计算及分配,1闭合导线闭合差计算,1-5井下经纬仪导线测量内业,式中:0、n分别为附合导线的起始边和终边的坐标方位角。,1闭合导线闭合差计算2空间交叉闭合导线闭合差计算3附合导线闭合差计算,1-5井下经纬仪导线测量内业,三、角度闭合差的计算及分配,复测支导线的角度闭合差是按照最末公共边的往返所测得的坐标方位角I和II之差来计算的：,1-5井下经纬仪导线测量内业,三、角度闭合差的计算及分配,1闭合导线闭合差计算2空间交叉闭合导线闭合差计算3附合导线闭合差计算4复测支导线闭合差计算,角度闭合差的限差规定见下表，若满足要求，则可进行简易平差。每个观测角值的改正数为：,1-5井下经纬仪导线测量内业,1闭合导线闭合差计算2空间交叉闭合导线闭合差计算3附合导线闭合差计算4复测支导线闭合差计算5角度闭合差的分配(简易平差),三、角度闭合差