中国矿业大学 矿山测量学实习报告矿山测量中高程导入方法的研究与探讨

1、中国矿业大学China University of Mining and Technology矿山测量中高程导入方法的研究与探讨论文姓 名： 班 级： 学 号： 指导教师： 中国矿业大学环境与测绘学院2022-01-06 7矿山测量中高程导入方法的研究与探讨摘要：阐述了矿山生产建设中高程导入、井下控制测量的目的与实质，介绍了传统的立井高程导入的方法及井下控制测量，并对井下控制测量和作为高程导入难点的大井深立井高程导入从理论上提出了一些思路。关键词：高程导入；矿山测量；大井深立井 0 引言在矿山的生产建设中，为了确定井下巷道、采空区与地面地形、地物的对应关系以及井下各类巷道之间的空间分布情况，就

2、必须使矿井井下测量的坐标系统与地面测量的坐标系统统一起来。为了满足这一要求，就需要使矿山地面测量与井下测量联系起来，也就是必须进行使井上下坐标系统统一起来的联系测量工作。联系测量就其内容而言包括平面联系测量与高程联系测量两部分，平面联系测量简称定向，高程联系测量简称为导入高程。鉴于平面联系测量即定向依照传统的定向方法去实施即可达到要求，本文仅对高程联系测量即高程导入进行详细论述。1 高程联系测量的目的与意义高程联系测量的目的是把地面坐标系统中的高程，经过平硐、斜井或者竖井传递到井下高程测量的起始点上，然后以该高程起始点进行井下高程的传递。其意义是通过井上高程导入井下，井下高程依次传递，达到井下

3、各种巷道在空间结构上满足生产设计的要求，同时便于对井下采掘工作面的分布与地面地形地物的空间对应状况有详细的掌握，它是确保矿井安全生产的一个重要方面。2 导入高程的实质高程联系测量的实质在于按照一定的精度要求，采用能够满足相应精度要求的仪器和合理的测量方法，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，为井下测量过程中进行高程的传递提供精确的起算依据，从而有效指导矿井上下的安全生产建设。导入高程的方法因矿井开拓方法的不同分为以下3种：（1）通过平硐导入高程：可以用一般井下几何水准测量来完成。其测量方法和精度应当与井下级水准测量相同。（2）通过斜井导入高程：当斜井倾角能够满足

4、水准测量要求时，可以用一般井下几何水准测量来完成；当精度要求不高时，也可以用一般三角高程测量完成。当斜井倾角超过水准测量要求时，可以用一般三角高程测量来进行。其测量方法和精度与井下级水准测量或者井下基本控制三角高程测量相同。（3）通过立井导入高程：由于水准测量与三角高程测量都难以实现，则需要采用一些专门的方法来完成。但无论采用什么方法，这些方法基本原理是完全一致的，所不同的仅仅是具体实现手段的不同。因通过平硐、斜井导入高程可以比较容易地采用一般的水准测量或三角高程测量来完成，其原理和实现手段比较简单，故本文只对通过立井导入高程做详细论述。设在地面井口附近一点A，其高程为已知，一般称A点为近井水

5、准基点（见图1）。在井底车场中设一点B，其高程待求。在地面与井下安置水准仪，并在A、B两点所立的水准尺上读取读数和。如果我们知道了地面和井下两水准仪视线之间的距离，则A、B两点的高差可按下式求出：hlab（lba）（1）有了h，就能算出B点在统一坐标系统中的高程为:HB=HA-h（2）因此，通过立井导入高程的实质，就是如何求得l的长度。所以有人把它叫做井深测量，就是这个缘故。3 一般立井高程导入的方法3.1钢尺导入高程钢尺导入高程分为长钢尺导入和短钢尺导入两种，我国目前使用的有100 m和500 m长钢尺，短钢尺就是日常生产中使用的50 m钢尺。用长钢尺导入高程的设备及安装见图2。钢尺通过井盖

6、放入井下，到达井底后，挂上一个垂球，以拉直钢尺，使之处于自由悬挂状态。垂球不宜太重，一般以10 kg为宜。下放钢尺的同时，在地面及井下安平水准仪，分别在A、B两点所立水准尺上读取数a与b，然后将水准仪照准钢尺。当钢尺挂好后，井上、下同时读取数m和n。同时读数主要是避免钢尺移动所产生的误差。最后再在A、B水准尺上读数，以检查仪器高度是否发生变动。此外,还应用温度计测定井上、下的温度t1和t2。根据上述测量数据，就能求得A、B两点之高差为：h=（m-n）+（b-a）+l（3）式中：l为钢尺的总改正数，它包括尺长改正数、温度改正数、拉力改正数和钢尺自重改正数等4项。即：l=lk+lt+lP+l（4）

7、如无长钢尺时，也可将几根50 m的短钢尺牢固地连接起来，然后进行比长，当作长钢尺使用，同样可取得很好的效果。短钢尺就是一般生产中常用的50 m钢尺，高程导入的方法和长钢尺导入的方法基本相同，所不同的只是在井筒内，用临时点把井深分为许多不超过50 m长度的分段，然后丈量各分段的长度，从而得到A和B两点之间的高差为：h=（m-n）+（b-a）+l（5）式（5）中：（m-n）为钢尺在各分段上的上下两端读数之差的总和，而总改正数l和用长钢尺导入高程的改正数相同，但每尺段因自重而拉伸的程度很小，故可忽略不计。短钢尺导入高程一般用于井深不大于钢尺长度的立井和暗井。不论用长钢尺还是短钢尺，导入高程均需独立进

8、行两次，也就是在第一次进行完毕后，改变井上下水准仪的高度并移动钢尺，用同样的方法再作一次。加入各种改正数之后，前后两次之差，按矿山测量规程规定不得超过l/8 000（l为井上、下水准仪视线间的钢尺长度）。3.2钢丝导入高程目前我国长钢尺甚少，对于大井深井，采用短钢尺相接的办法也不方便。因此，对于较深井筒常采用钢丝法导入高程。用钢丝导入高程时，因为钢丝本身不像钢尺一样有刻度，所以不能直接量出长度，须在钢丝上用特制的标线夹，在井上、下水准仪视线水平做出标记m和n（见图3），然后将钢丝提升到地面，用光电测距仪、钢尺或井口附近专门设置的比长台来丈量两标记之间的距离。采用光电测距仪或钢尺在地面测量时，可

9、在平坦地面上将钢丝拉直，并施加与导入高程时给钢丝所加的相同的拉力，依据钢丝上的标记m、n，在实地上打木桩用小钉做出标志，然后用光电测距仪或钢尺丈量两标志m、n之间的距离。当在井口附近设置比长台时，在比长台上设置一根经过比长的钢尺，随着钢丝的提升，分段丈量两标志m、n之间的距离。由于长钢丝导入高程的设备和安装与立井定向时所需的部分投点设备及安装相同，因此，目前不少矿井在进行定向以后，随即作导入高程，这样可节省不少时间。用长钢丝导入高程同样应独立进行两次，两次测量差值的容许值和钢尺导入高程相同。3.3光电测距仪导入高程随着光电测距仪在测量中的广泛应用，不少矿山测量工作者开始研究利用测距仪来测量井深

10、，从而达到导入高程的目的。1963年英国诺丁汉大学D霍杰斯（DHodges）教授首次把光电测距仪用于导入高程，在英国Babbington的一个矿井（井深134 m）进行了试验，使用的仪器是瑞典AGA厂生产的Geodimeter1。用光电测距仪导入高程的原理见图4。测距仪G安置在井口附近处，在井架上安置反射镜E（与水平面成45角），反射镜F水平置于井底。用仪器测得光程长S（SGEEF），仪器G至反射镜E的距离为（llGE），由此得井深H为：H=S-l+l（6）式中：l为光电测距仪的气象、仪器常数等总改正数。在井上、下分别安置水准仪，读取立于E、A及F、B处水准尺的读数e、a和f、b。则水准基点A

11、、B之间的高差为：h=H-（a-e）+b-f（7）则B点的高程为：HB=HA-h（8）上述测量应重复进行两次，其差值应符合矿山测量规程的要求。3.4测长器导入高程测长器是利用钢丝绕在一个圆盘上，借钢丝升降时的摩擦力带动圆盘转动，由计数圆盘自动记录圆盘的圈数，从而算出钢丝升降长度的原理制作的。该种高程导入方法，对于一般深度的立井而言远不如前述几种方法简单、易行，并且精度受到一定的限制，本文在此不作进一步论述。4 大井深立井高程导入的方法所谓的大井深立井，本文指的是井深超过1 000 m的立井。实践表明，由于地下特殊的客观条件，当立井井深大于800 m时（有时低于800 m），导入高程就相对要困难

12、许多。所以，对于大井深立井而言，导入高程就成为一个难点。在此，笔者从理论出发对大井深立井高程导入提出一些思路，期望能够对实际工作有所启发。4.1利用长钢尺分段导入高程当立井井深大于1 000 m时，我们很难制作出能够满足导入要求的长钢尺，一方面大于1 000 m的长钢尺其自重是绝对不能够忽略的，另外再加上悬挂垂球的质量，会使钢尺发生比较严重的拉伸形变，而在地面我们很难模拟出大于1 000 m的长钢尺在立井中竖直悬挂时的拉伸状态，所以直接利用长钢尺一次性导入高程其精度值得怀疑。在此情况下，我们可以将井筒进行分段，利用满足导入要求的长钢尺（以500 m钢尺为宜）进行高程导入，在精确得到井筒某段井深

13、的情况下就可以比较精确地导入高程。同理，在对立井进行适当分段的基础上，也可以采用钢丝进行高程导入。4.2光电测距仪两段法导入高程由于大井深立井特殊的条件，光电测距仪很难一次性完成高程导入，主要原因是湿度、雾气等因素会严重影响测距，导致不能够测出距离，这时，如果我们在井筒中（应当在大约井深1/2处为宜）设法放置能够同时向上向下反光的反射镜，就达到了分段测量的目的，从而完成高程导入。另外的一种思路是，改变光电测距仪的发光种类，选择穿透能力较强的光源发射装置，使其不受井下湿度、雾气等因素的影响，从而实现井下较恶劣条件下的远程测距，最终精确地完成高程导入，但这要寄希望于光电测距仪在发光结构上取得进一步突破。4.3利用测长器导入高程测长器导入高程的原理如前文所述，虽然这种高程导入方法对于一般深度的立井而言远不如另外其他方法简单、易行，但对于大井深立井高程导入，操作上又比其他方法简单，只要计数圆盘的刻画精确，读数准确，就能够保证高程导入的精度。5 结语高程导入在矿山生产建设中是一项极其重要的基础性测量工作，其精度必须能够满足生产的实际需要。传统的高程导入方法虽然能够解决一般的高程导入问题，但随着