测量学 11井下测量

第十一章井下测量11-1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。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。此外近井点和高程水准基点的布设还要满足以下要求：(1)尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点；(2)近井点至井口的连测导线边数应不超过3条；(3)高程水准基点应不少于两个(近井点可作为高程水准基点)。11-2矿井平面联系测量一、概述把井上、井下坐标系统统一起来所进行的测量工作就称为矿井联系测量。矿井联系测量又分为矿井平面联系测量和矿井高程联系测量。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。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，几何定向又分为一井定向和两井定向两种，物理定向即陀螺定向。二、一井定向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)投点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。1投点误差要尽可能采取以下措施减小2钢丝自由悬挂的检查(1)信号圈法；(2)比距法；(3)振幅法(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。地1连接三角形应满足的条件(1)点C与D及点C′与D′要彼此通视，且CD与C′D′的边长要大于20m；(2)三角形的锐角γ和γ′要小于2°；(3)a/c与a′/c′的值要尽量小一些，一般应小于1.5m。2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ψ、φ和γ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ψ′、φ′和γ′三个角度，并丈量a′，b′和c′三条边的边长。3连接三角形的解算(1)运用正弦定理，解算出α，β，α′，β′(2)检查测量和计算成果首先，连接三角形的三个内角α、β、γ以及α′、β′、γ′的和均应为180°。若有少量残差可平均分配到α、β或α′、β′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′，Ｖb′，Ｖc(3)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C′D′的方位角。三、两井定向1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。两井定向的外业测量包括投点、地面和井下连接测量。在连接测量时必须测出井上、井下导线各边的边长及其连接水平角；同时在内业计算时必须采用假定坐标系。2两井定向的内业计算(1)按导线计算方法，计算出地面两钢丝点A、B的坐标(xＡ，yＡ）、（xＢ，yＢ）；(2)计算两钢丝点A、B的连线在地面坐标系统中的方位角αＡＢ；(3)以井下导线起始边A１′1为x′轴，A点为坐标原点建立假定坐标系，计算井下导线各连接点在此假定坐标系中的平面坐标，设B点的假定坐标为(xＢ′，yＢ′）；(4)计算A、B连线在假定坐标系中的方位角αＡＢ′(5)计算井下起始边在地面坐标系统中的方位角αＡ１:αＡ１＝αＡＢ－αＡＢ′(6)根据A点的坐标(xＡ，yＡ）和计算出的A1边的方位角αＡ１，计算出井下导线各点在地面坐标系统中的坐标和方位角。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。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。11-3矿井高程联系测量矿井高程联系测量又称导入标高，其目的是建立井上、井下统一的高程系统。采用平硐或斜井开拓的矿井，高程联系测量可采用水准测量或三角高程测量，将地面水准点的高程传递到井下。采用竖井开拓的矿井则需采用专门的方法来传递高程，一、钢丝法导入标高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)。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。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+Δl式中，Δl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和井下反射镜中心与井下水准基点间的高差hFB，则可按下式计算出井下水准基点B的高程HＢ：ＨB＝ＨA＋hAE＋hFB－ＨhAE＝a-ehFB＝f-b式中，a、b、e、f分别为井上、井下水准基点和井上、井下反光镜处水准尺的读数。运用光电测距仪导入标高也要测量两次，其互差也不应超过H/8000。11-4井下平面测量井下平面测量主要包括井下平面控制测量和采区测量。一、井下平面控制测量1概述井下平面控制测量只能以矿井联系测量测得的井底车场内的已知点和已知边作为导线的起始点和起始边，逐步敷设导线来完成标定巷道掘进方向和测绘矿图等任务。井下导线分为基本控制导线和采区控制导线。基本控制导线精度较高，是井下的首级平面控制。采区控制导线的精度较低，是矿井的加密控制，它是以基本控制导线点为基础。井下基本控制导线可分为7″级和15″级两种。采区控制导线也包括15″级和30″级两种。2导线点的选设井下导线点分为永久点和临时点两种。永久点应设在碹顶上或巷道顶(底)板的稳定岩石中。临时点可选设在顶板岩石中或牢固的棚梁上。3水平角的观测经纬仪需标有镜上中心，以便于点下对中。常用的方法主要有测回法和复测法两种。4边长的丈量井下导线边长的丈量可采用光电测距仪或钢尺丈量。5导线的延长随着巷道的不断掘进，井下导线也要及时延长。采区控制导线一般应每隔30100m延长一次，基本控制导线应每隔300500m延长一次。6复测支导线的内业计算井下观测工作完成后，应及时整理和检查外业手簿，确认各观测成果符合《规程》的规定后，方可进行内业计算。(1)分别按往、返测成果计算导线最末边的方位角αⅠ和αⅡ。(2)计算并检核角度闭合差fβfβ=αⅠ－αⅡ(3)分配角度闭合差，若往测和返测的中间导线点不完全重合，则角度闭合差应分别分配，即往测和返测各分配fβ／2(4)按分配闭合差后的水平角推算往、返测各边的方位角。(5)计算坐标增量和往、返测坐标增量闭合差：(6)计算并检核坐标相对闭合差K：(7)分配坐标闭合差：(8)分别计算往测和返测各导线点的坐标：二、采区测量1采区联系测量通过竖直或急倾斜巷道向采区内传递方向、坐标和高程的测量工作。(1)通过两个竖直巷道进行联系测量(2)通过一个竖直巷道进行联系测量(3)通过急倾斜巷道进行联系测量2采区次要巷道测量采区次要巷道测量是为了填绘矿图，以采区控制导线为基础而敷设的碎部导线测量。采区次要巷道测量的主要任务是为填绘矿图提供资料。其主要测绘内容包括：测绘大比例尺巷道图；丈量巷道的长度和断面大小；测定断层、煤厚变化等地质特征点和瓦斯突出点、涌水点的位置等。3回采工作面测量回采工作面测量是按旬或按局、矿规定的日期进行的验收填图测量。回采工作面每月测量的次数，应以能满足生产和回采率计算的要求为目的，但至少须测出工作面的月末位置。回采工作面测量应以导线点为基础，采用低精度经纬仪、测角仪、皮尺等进行测量。测量的内容主要有：回采工作面的长度、进度；充填区和煤柱的位置和尺寸；煤层厚度和采高等。11-5井下高程测量方法主要有水准测量和三角高程测量两种。一、井下高程点的选设井下高程点应布设在巷道顶、底板或两帮的稳定岩石中，碹体上或井下永久固定设备的基础上，也可选用井下永久导线点作为高程点。二、井下水准测量应选用精度不低于DS10的水准仪和普通水准尺，采用变更仪器高(两次仪器高互差应大于10cm)的方法进行观测。两次测得的相邻点间的高差互差不大于5mm时，取其平均值作为观测成果。由于井下高程点有的设在顶板上，有的设在底板上，高差hi的计算公式都是hi＝ai－bi(即后视读数-前视读数)。只是当高程点在顶板上时，应在读数前加“-”号后，再进行运算。三、三角高程测量三角高程测量是利用经纬仪观测出两点间的竖直角δ，用钢尺丈量出两点间的倾斜长度l′，从而由下式计算出两点间高差hAB：h＝l′·sinδ＋i-v