矿山测量学1 1

第5章矿井联系测量,5-1近井点和井口水准基点5-2矿井平面联系测量5-3矿井高程联系测量复习思考题,江西理工大学建筑与测绘工程学院,5-1近井点和井口水准基点,在全国范围内都布设了国家一、二等三角网和水准网，在矿区范围内也有国家一、二等三角点和水准点。但是，这些点的密度很小，远远不能满足矿区测量的需要。通常进行的矿区控制测量就是在国家一、二等三角网和水准网的基础上布设矿区三、四等三角网或高精度的光电测距导线作为矿区的平面控制，布设矿区三、四等水准网作为矿区的高程控制。为了满足矿井建设和生产的需要，建立矿井上、下统一坐标系统，还需在矿井工业广场井筒附近布设平面控制点和高程控制点，即我们通常所说的近井点和井口水准基点。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,一、近井点和井口水准基点选点、埋石和造标的基本要求,尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点；每个井口附近应设置一个近井点和两个井口水准基点(注：近井点可作为高程水准基点)；近井点至井口的连测导线边数应不超过三个；多井口矿井的近井点应统一合理布置，尽可能使相邻井口的近井点构成三角网中的一个边，或力求间隔的边数最少；近井点和井口水准基点标石的埋深要求：无冻土地区应不小于0.6m，冻土地区盘石顶面与冻结线之间的高度应不小于0.3m。为使近井点和井口水准基点免受损坏，在点的周围宜设置保护桩和栅栏或刺网。在标石上方宜堆放高度小于0.5m的碎石；在近井点及与近井点直接构成三角网边的点上，宜用角钢和废钻杆等材料建造永久觇标。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,近井点可在矿区三、四等三角网,测边网或边角网的基础上，用插网、插点和敷设经纬仪导线等方法测设。近井点的精度，对于测设它的起算点来说，其点位中误差不得超过7cm，后视边方位角中误差不得超过10。井口水准基点应按四等水准测量的精度要求测设。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,二、近井点和井口水准基点测量的精度要求,5-2矿井平面联系测量,一、概述矿井联系测量：将矿区地面平面坐标系统和高程系统传递到井下的测量就称为矿井联系测量。矿井联系测量分类：矿井联系测量又分为矿井平面联系测量（简称定向）和矿井高程联系测量（简称高程导入）。矿井联系测量的目的：就是使地面和井下测量控制网采用同一坐标系统。矿井平面联系测量是解决井上、井下平面坐标系统的统一问题；矿井高程联系测量是解决井上、井下高程系统的统一问题。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,矿井联系测量的任务确定井下经纬仪导线起算边的坐标方位角；确定井下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y；确定井下水准点的高程。矿井平面联系测量的任务是根据地面已知点的平面坐标和已知边的方位角，确定井下导线起算点的平面坐标和起算边的方位角。矿井平面联系测量的方法主要分为几何定向和物理定向两种。几何定向分为：通过平硐或斜井的几何定向；通过一个立井的几何定向（一井定向）；通过两个立井的几何定向（两井定向）。物理定向分为：用精密磁性仪器定向；用投向仪定向；用陀螺经纬仪定向（陀螺定向）。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,为什么矿井联系测量简称定向？,在假定井下测量不存在误差的情况下，如图5-1a所示，坐标传递误差e对于井下起始点和井下最远点的影响程度相同，即相当于整个导线平移了e。然而，从图5-1b可以看出，方位角的传递误差则不同,而且方位角的传递误差对井下的影响是相当大的。正因为如此，在进行平面联系测量时要尽可能减小方位角的传递误差，这就是矿井平面联系测量又简称定向的原因。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,二、一井定向,概述立井几何定向：是指在立井中悬挂钢丝垂线由地面向井下传递平面坐标和方向的测量工作。一井定向是在一个井筒内悬挂两根钢丝，将地面点的坐标和边的方位角传递到井下的测量工作。一井定向的限差要求：由近井点推算的两次独立定向结果的互差2。一井定向的方法连接三角形法；四边形法；瞄直法（适用于小型矿井）一井定向的工作步骤：由地面向定向水平投点（简称投点）；在地面和向定向水平上与垂球线连接（简称连接）,江西理工大学建筑与测绘工程学院,投点,基本概念投点：是以井筒中悬挂的两根钢丝形成的竖直面将井上的点位和方位角传递到井下的过程。投点误差：是指投点时，由于井筒内气流等因素影响，而产生地面点位与定向水平上点位之间的偏差。投向误差：是指投点时，因投点误差而引起的垂球线连线的方向误差。投点方法（单重投点法）单重稳定投点（如图5-2）；单重摆动投点。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,手摇绞车,导向滑轮,固定架,定点板,水捅,垂球,减小投点误差的措施,为了减少风流的影响，定向时最好暂时关闭风机；采用直径小、抗拉强度高的钢丝；适当增加垂球的质量并将之浸入液体中；采取防水措施减小滴水的影响；尽可能增大两根钢丝间的距离。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,钢丝自由悬挂的检查,(1)信号圈法在地面上用铁丝作成直径23cm的小圈套在钢丝上，每隔一定时间下放一个，放35个看它们是否依次到达定向水平来检查钢丝是否自由悬挂。投放信号圈时不应使钢丝摆动，信号圈的质量也不应太大。此外，投放前应将钢丝上的油垢擦去以免粘住信号圈。(2)比距法采用比较井上、井下两钢丝间的距离的方法进行检查。若量得的井上、井下两钢丝间的距离互差不大于2mm，便认为钢丝是自由悬挂的。(3)振幅法测定钢丝摆动的半周期，看它是否与计算值相等。测定半周期的方法：在定向水平上，记录钢丝连续摆动10次的时间取平均值。钢丝摆动的半周期按下式计算：,江西理工大学建筑与测绘工程学院,(二)连接,连接测量分为地面连接测量和井下连接测量两部分。连接三角形应满足的条件(如图5-3)(1)点C与D及点C与D应彼此通视，且CD与CD的长度应尽量大于20m。当小于时，在C点观测水平角，其仪器必须对中3次，且每次对中应将照准部（或基座位置变换120）；(2)点C与C应尽可能设在AB的延长线上，使三角形的锐角和要小于2；(3)点C与C应适当地靠近垂秋线，使a/c与a/c的值要尽量小一些，一般应小于1.5m。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,连接三角形法的外业,地面连接测量是在C点安置经纬仪测量出、和三个角度，并丈量a、b、c三条边的边长。同样，井下连接测量是在C点安置仪器测量出、和三个角度，并丈量a，b和c三条边的边长。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,连接三角形法的内业,连接三角形的解算运用正弦定理，解算出，,江西理工大学建筑与测绘工程学院,(2)检查测量和计算成果,首先，连接三角形的三个内角、以及、的和均应为180。若有少量残差可平均分配到、或、上。其次，井上丈量所得的两钢丝间的距离c丈与按余弦定理计算出的距离c计相差应不大于2mm；井下丈量所得的两钢丝间的距离c丈与计算出的距离c计相差应不大于4mm。若符合上述要求可在丈量的a、b、c以及a、b、c中加入改正数Va，Vb，Vc及Va，b，c,江西理工大学建筑与测绘工程学院,(3)计算井下起始点坐标及起始边的方位角,将井上、井下连接图形视为一条导线，按照导线的计算方法求出井下起始点C的坐标及井下起始边CD的方位角。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,示例-地面连接三角形的解算,江西理工大学建筑与测绘工程学院,连接三角形连接井上下坐标计算,江西理工大学建筑与测绘工程学院,三、两井定向,概述两井定向:是在两个井筒内各用重球悬挂一根钢丝，通过地面和井下导线将它们连接起来，从而把地面坐标系统中的平面坐标和方向传递到井下的过程(如图5-4)。2.优点：投点工作更为方便且缩短了占用井筒的时间；投向误差显著减小。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,近井点K,两井定向的外业,两井定向的外业测量:包括投点、地面和井下连接测量.投点：在两个立井中各悬挂一根垂球线A和B。投点设备和方法与一井定向相同，一般采用单点稳定投点。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。连接导线尽可能沿两垂球线连线方向敷设，使其具有最短的长度。导线可采用一级或二级导线。井下连接测量：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。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,两井定向的内业,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；根据假定坐标系统计算井下连接导线；,江西理工大学建筑与测绘工程学院,测量和计算的检验,江西理工大学建筑与测绘工程学院,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两井定向应独立进行两次，其互差不得超过1，若满足要求，取两次独立定向计算结果的平均值作为两井定向井下连接导线的最终值。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,四、陀螺定向,1、陀螺经纬仪的基本原理自由陀螺仪具有以下两个基本特性：(1)定轴性:陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向；(2)进动性:陀螺轴在受到外力作用时，将产生非常重要的效应“进动”。常用的陀螺仪是采用两个完全自由度和一个不完全自由度的钟摆式陀螺仪。它是根据上述的陀螺仪的定轴性和进动性两个基本特性，并考虑到陀螺仪对地球自转的相对运动，使陀螺轴在测站子午线附近作简谐摆动的原理而制成的。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,2矿用陀螺经纬仪的基本结构陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪组合而成的定向仪器。根据其连接形式不同主要可分为上架式陀螺经纬仪和下架式陀螺经纬仪两大类。上架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪之上，下架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪之下。3陀螺经纬仪定向的方法运用陀螺经纬仪进行矿井定向的常用方法主要有逆转点法和中天法。它们间的主要差别是在测定陀螺北方向时，逆转点法的仪器照准部处于跟踪状态，而中天法的仪器照准部是固定不动的。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,5-3矿井高程联系测量,一、概述矿井高程联系测量又称导入高程（或导入标高）。目的：是建立井上、井下统一的高程系统。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起点上的过程。方法：通过平硐可采用水准测量；通过斜井可采用三角高程测量；通过立井采用专门的方法来传递高程。长钢尺导入高程；长钢丝导入高程；光电测距仪导入高程导入高程的实质：就是如何来求得l的长度（即为井上、下水准仪视线间的长度）。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,二、钢丝法导入标高,如图5-5所示，采用钢丝法导入标高时，首先应在井筒中部悬挂一钢丝，在井下端悬以重锤，使其处于自由悬挂状态；然后，在井上、井下同时用水准仪测得A、B处水准尺上的读数a和b，并用水准仪瞄准钢丝，在钢丝上作上标记；变换仪器高再测一次，若两次测得的井上、井下高程基点与钢丝上相应标志间的高差互差不超过4mm，则可取其平均值作为最终结果。最后，可通过在地面建立的比长台用钢尺往返分段测量出钢丝上两标记间的长度，且往返测量的长度互差不得超过L/8000(L为钢丝上两标志间的长度)。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,1.比长台;2.检验过的钢尺;3.钢丝;4.手摇绞车;5-6.小滑轮;7.导向滑轮;8.标线夹;9.变高标记;10.台面,二、光电测距仪导入标高,光电测距仪导入标高不仅精度高，而且缩短了井筒占用时间，其原理如图5-6。,江西理工大学建筑与测绘工程学院,基本方法：在井口附近的地面上安置光电测距仪，在井口和井底的中部，分别安置反射镜；井上的反射镜与水平面成45夹角，井下的反射镜处于水平状态；通过光电测距仪分别测量出仪器中心至井上和井下反射镜的距离l、S，从而计算出井上与井下反射镜中高差：H=S-l+l,式中，l为光电测距仪的总改正数。然后，分别在井上、井下安置水准仪。测量出井上反射镜中心与地面水准基点间的高差hAE和井下反