矿山测量课程设计书

1矿山测量课程设计一、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/T18314-20013、《矿山测量与规范》GB/T15663.6-20081.3、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。三矿井平面联系测量23.1、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3-13.5、联系测量精度估算3.5.1、陀螺经纬仪定向的精度评定以JT15型陀螺经纬仪为例来进行探讨。按跟踪逆转点法进行陀螺定向时，主要误差来源有：①经纬仪测定方向的误差；②上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差；③悬挂带零位变动误差；④灵敏部摆动平衡位置的变动误差；⑤外界条件，如风流、气温及震动等因素的影响。1、对中误差一般陀螺定向边都较长，当测线边长d=50m时，取eT=ec=0.8mm，则3觇标对中误差和仪器对中误差为：2、上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差陀螺仪与经纬仪靠固定在照准部上的过渡支架来连接。每次定向都要把陀螺仪安置在经纬仪支架上，这样由于每次拆装连接而造成的方向误差，根据用WILDT3经纬仪对三台仪器多次的实际测试，求得其连接中误差mE＜±2″，取mE=±2″3、悬挂带零位变动误差悬挂带对陀螺摆动系统的指向起阻碍作用，在实际观测时采用跟踪的方法可以消除悬挂带扭力的大部分影响。悬挂带材料的力学性质的优劣、陀螺运转造成的温升、外界气候的变化以及摆动系统的机械锁紧和释放等因素的影响，均会引起零位变位。根据对三台陀螺经纬仪的167次测试结果，求得悬挂带零位变动中误差ma=±4″4、灵敏部摆动平衡位置的变动误差影响摆动平衡位置变动的主要因素是：电源电压频率的变化引起角动量的变化，灵敏部内部温度的变化引起重心位移以及由于温升造成悬挂带和导流丝的形变等因素，都会造成平衡位置的变动。由此而造成的误差多呈系统性，按JT15陀螺经纬仪灵敏部结构形式进行的98次试验，摆动平衡位置的最大离散度为12″~16″，中误差mb=±6″5、外界条件，如风流、气温及震动等影响这些条件的影响程度较为复杂，无法精确地一一测试，可取m外=±5″。所以，测线陀螺方位角一次测定中误差为：3.6、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；530.82102.26225010cTTeeemmd2222222222=5.9246510.7THEabmmmmmm外2222222=ABXAXBmmmmcnm上4n——由近井点到结点间的导线测角数；mβ——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；φ——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“两井定向精度估算”，用excel计算）3.7、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，0TmM，故陀螺经纬仪定向精度比两井定向精度高，但两井定向也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。3.8、两井定向两井定向布置图详见“地面平面控制网”3.8.1、投点所需主要设备的要求如下：222xAxAxAlmmm222xBxBxBlmmm222xAyAmmR222sinxAllmm222xByBmmR222sinxBllmm222sinAlmal222sinBlmal22220++18.0980''Mmm下上51、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30～50kg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。3.8.2、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-Ⅱ-Ⅰ-A及K-Ⅱ-B，以确定A、B的坐标和AB的坐标方位角。导线可采用Ⅰ级或Ⅱ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。3.8.3、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。64.2、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、井下平面控制布设简介井下平面网详见“江苏省徐州市**煤矿九煤层采掘现状图”4.5、井下平面控制精度估算4.5.1、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/ρ2)∑Ryi2mβi2+∑cos2αimli2Myk2=(1/ρ2)∑Rxi2mβi2+∑sin2αimli2Mk2=(1/ρ2)∑Ri2mβi2+∑mli2（其计算过程和结果详见“井下平面控制网精度估算”，用excel计算）4.6、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7分为N段方向附合导线，各段导线的重心分别为OⅠ、OⅡ、…，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=m2β/ρ2｛[η2]Ⅰ+[η2]Ⅱ+…+[η2]N}+mα20/ρ2(yA-y0Ⅰ)2+mα2Ⅰ/ρ2(y0Ⅰ-0Ⅱ)2+…+m2αN/ρ2(yk-y0N)2+∑m2licos2αiM2yk=m2β/ρ2｛[ξ2]Ⅰ+[ξ2]Ⅱ+…+[ξ2]N}+mα20/ρ2(xA-x0Ⅰ)2+m2αⅠ/ρ2(x0Ⅰ-x0Ⅱ)2+…+m2αN/ρ2(xk-x0N)2+∑m2lisin2αiM2k=M2xk+M2yk式中η，ξ——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。（其计算过程和结果详见“井下平面控制网精度估算”，用excel计算）4.7、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''0.1622130kMm明显小于0.4142kMm，究其原因：量边误差的影响基本不大，而在加测陀螺定向之后，测角误差明显减少，因为[]oiRo要小于[R]，由此提高咯终点位精度。《煤矿测量规程》中规定在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。4.8、井下平面控制测量4.8.1、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。4.8.2、井下角度测量方法与限差规定4.8.2.1、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：8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LA3、正镜顺时针旋转瞄准前视B,读取b1和LB4、倒镜后逆时针旋转照准部，瞄准B,读取b2和RB5、逆时针旋转照准部，瞄准A,读取a2和RA6、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