贯通测量方案与误差预计

贯通测量方案的选择与误差预计第一节概述一、贯通测量设计书的编制贯通工程，尤其是重要的贯通工程，关系到整个矿井的设计、建设与生产，所以必须认真对待。矿山测量人员应在重要贯通工程施测之前，编制好贯通测量设计书。特别重要的贯通测量设计书要报矿务局审批。编制贯通测量设计书的主要任务是选择合理的测量方案和测量方法，以保证巷道正确贯通。：(1)井巷贯通工程概况。(2)贯通测量方案的选定。地面控制测量，矿井联系测量及井下控制测量。包括所用测量起始数据情况。(3)贯通测量方法。包括采用的仪器、测量方法及其限差。(4)贯通测量误差预计。(5)贯通测量成本预计。(6)贯通测量中存在的问题和采取的措施。贯通测量误差预计，就是按照所选择的测量方案与测量方法，应用最小二乘准则及误差传播律，对贯通精度的一种估算。它是预计贯通实际偏差最大可能出现的限度，而不是预计贯通实际偏差的大小，因此，误差预计只有概率上的意义。其目的是优化测量方案与选择适当的测量方法，做到对贯通心中有数。在满足采矿生产要求的前提下，既不由于精度太低而造成工程的损失，影响正常安全生产，也不因盲目追求高精度而增加测量工作量。贯通误差预计分为一井内巷道贯通测量误差预计，两井间巷道贯通测量误差预计，立井贯通测量误差预计，以及井下导线加测坚强陀螺定向边后的巷道贯通测量误差预计。二、选择贯通测量方案及误差预计的一般方法(一)了解情况，收集资料，初步确定贯通测量方案首先应向贯通工程的设计和施工部门了解有关贯通工程的设计、部署、工程限差要求和贯通相遇点的位置等情况，并检核设计部门提供的图纸资料。还要收集与贯通测量有关的测量资料，抄录必要的测量起始数据，并确认其可靠性和精度。绘制巷道贯通测量设计平面图，然后就可以根据实际情况拟定出可供选择的测量方案。(二)选择合适的测量方法测量方案初步确定后，选用什么仪器和哪种测量方法，规定多大的限差，采取哪些检核措施，都要一一确定下来。这个选择是和误差预计相配合进行的，常常是有反复的过程。(三)进行贯通误差预计根据所选择的测量仪器和方法，确定各种误差参数。依据初步选定的贯通测量方案和各项误差参数，就可估算出各项测量误差引起的贯通相遇点在贯通重要方向上的误差。(四)贯通测量方案和测量方法的最终确定将估算所得的贯通预计误差与设计要求的容许偏差值进行比较，若前者小于后者，则初步确定的测量方案与测量方法是可行的。当然前者过小也是不合适的。若预计误差超过了容许偏差，则应调整测量方案或修改测量方法，增加观测次数，再重新进行估算。通过逐渐趋近的方法，直到符合要求为止。最后，根据测量方案最优、测量方法合理、预计误差小于容许偏差的原则，把测量方案与方法最终确定下来，编写出完整详细的贯通测量设计书，作为施测的依据。第二节一井内巷道贯通测量的误差预计这类贯通只需进行井下导线测量和高程测量，而不需进行地面连测和矿井联系测量，因此误差预计也只是估算井下导线测量和高程测量的误差。一、水平重要方向(x′)上的误差预计贯通测量误差就是从k点开始，沿下山和平巷敷设导线，并测回到k点所引起的误差。从形式上看似乎是一条闭合导线k-1-2……15-16-k，但在贯通之前实际上是一条支导线。所以预计在水平重要方向上的贯通误差，实质上就是预计支导线终点k在x′方向上的误差Mx′k。二、竖直方向上的误差预计贯通相遇点k在竖直方向上的误差是由上、下平巷中的水准测量误差和两个下山中的三角高程测量误差引起的，可按水准测量和三角高程测量的误差公式分别计算，然后求其累积总和。(一)上、下平巷中水准测量误差引起k点在高程上的误差井下水准测量误差MH水可按下列方法之一来估算。(二)井下三角高程测量的误差(三)k点在高程上的预计中误差第三节两井间巷道贯通测量的误差预计两井间的巷道贯通时，除进行井下导线测量和井下高程测量之外，还必须进行地面测量和矿井联系测量。所以在进行贯通测量误差预计时，要考虑地面测量误差、矿井联系测量误差及井下测量误差的综合影响。一、贯通相遇点k在水平重要方向上的误差预计贯通相遇点k在水平重要方向上的误差来源包括：地面平面控制测量误差、定向测量误差和井下平面控制测量误差。(一)地面平面控制测量误差引起k点在x′方向上的误差两井间地面连测的平面控制测量的可能方案有：GPS，导线，三角测量，三边测量，边角网等方法。1地面采用GPS(全球定位系统)时的误差预计在将GPS巷道贯通测量时，可按照表2-15的规定，选用E级或D级精度来测设两井井口附近的近井点，而且两近井点Ⅰ与Ⅱ之间应尽量通视。这时由于地面GPS测量误差所引起的k点在x′轴方向上的贯通误差按下式估算：在进行两井之间的巷道贯通测量时，地面平面控制测量采用GPS点是值得提倡的一种方案，施测简便，精度又高。(1)两近井点Ⅰ与Ⅱ之间应尽量互相通视，这样在由近井点Ⅰ向风井井口施测连接导线时，便可以近井点Ⅱ为后视点，同样，由近井点Ⅱ向立井施测连接导线时，也可以近井点Ⅰ为后视点，从而消除了起始边(Ⅰ—Ⅱ)的坐标方位角中误差对于贯通的影响。(2)如果受地形、地物条件的限制，近井点Ⅰ与Ⅱ之间无法通视，则可在Ⅰ、Ⅱ之间敷设地面连接导线(如图103所示)，由于Ⅰ点及Ⅱ点的坐标已知，便可采用“无定向导线”的解算方法，即类似于两井几何定向时解算井下连接导线的方法，求出Ⅰ与Ⅱ之间各导线点1，2，……的坐标及各导线边坐标方位角。2.地面采用导线方案时的误差预计地面导线测量误差引起的k点在x′方向上的误差预计方法与井下导线测量的误差预计方法基本相同。通常应当在地面两井口近井点之间布设闭合导线(或者是附合导线中的一部分)，这时，在进行地面闭合导线(或附合导线)的严密平差时，应当同时评定出近井点1与近井点j两点之间在x′方向上的相对点位误差Mx′1-j以及(1-n)边的坐标方位角α1与(j-(j-1))边的坐标方位角αj之间的相对中误差MΔα=Mα1-αj，并计算出地面导线测量误差对于贯通的影响为：3.地面采用三角网(锁)时的误差预计在某些特殊情况下，由于图形简单，估算方法也就相应简单，但更有实际意义。例如：(1)两近井点能直接通视而构成三角网中的一条边(也可是光电测距导线的一条边，或测边网中的一条边)时，此时由近井点的误差引起的k点在x′方向上的误差预计公式为(参阅图10)(2)近井点A和B不构成一条边，但能同时后视同一个三角点C时(见图10-7)，Mx′上的预计公式为：(3)两近井点A、B互不通视，又不能后视同一个三角点时(见图10-8)，则Mx′上的预计公式为：以上三种情况，除上述误差外，还应再将从近井点到井口所敷设的连接导线的测量误差所引起的k点在x′方向上的误差考虑进去，就可以预计出整个地面平面测量误差所引起的k点在x′方向上的误差。(二)定向测量引起k点在x′方向上的误差不论采用几何定向或陀螺定向，定向测量的误差都集中反映在井下导线起始边的坐标方位角误差上。所以定向测量误差引起的k点在x′方向上的误差为：(三)井下导线测量引起k点在x′方向上的误差井下导线测角和量边误差引起的k点在x′方向上的误差Mx′β下和Mx′l下的预计公式与一井内巷道贯通误差公式相同，不过此时要把井下量边系统误差对贯通的影响b下Lx′下考虑在内，Lx′下为井下导线两个起始点连线在x′轴上的投影长(参阅图10-9)。如果井上、下使用同一根钢尺丈量边长，量边系统误差相同，或者井上、下采用同一台测距仪测量边长，则井上、下导线可以不考虑量边系统误差的影响。应当指出，通过平硐或斜井定向的矿井，其定向误差对贯通的影响可不必单独计算，而把平硐或斜井中导线与井下导线看做是一个整体来进行误差预计。(四)各项误差引起的k点在x′方向上的总误差由地面测量误差、定向测量误差和井下导线测量误差所引起的k点在x′方向上的总的中误差为：二、贯通相遇点k在高程上的误差预计两井间巷道贯通相遇点k在高程上的误差来源包括：地面水准测量误差，导入高程误差，井下水准测量和三角高程测量误差。(一)地面水准测量误差地面水准测量引起的高程误差MH上的估算公式为：(二)导入高程误差当缺乏根据大量实测资料所求得的导入高程中误差时，可以按《煤矿测量规程》中规定的两次独立导入高程的容许互差来反算求得一次导入高程的中误差。规程中要求两次独立导入高程的互差不得超过井筒深度h的1/8000，则一次导入高程的中误差为：两个立井的导入高程中误差MH01和MH02当矿井用平硐或斜井开拓时，导入高程中误差可不必单独计算，而将平硐中的水准测量或斜井中的三角高程测量与井下水准测量或三角高程测量看做一个整体来进行误差预计。(三)井下水准测量和三角高程测量的误差两井间进行巷道贯通时，井下水准测量和三角高程测量的误差引起k点在高程上的误差MH下，其估算方法与一井内巷道贯通时相同，这里不再重述。(四)各项误差引起k点在高程上的总误差由地面水准测量误差、导入高程误差和井下高程测量误差所引起的k点在高程上的总中误差为：第四节立井贯通的误差预计立井贯通时，测量工作的主要任务是保证井筒上、下两个掘进工作面上所标定出的井筒中心位于一条铅垂线上，贯通的偏差为该两工作面上井筒中心的相对偏差，而竖直方向在立井贯通中属于次要方向，无须进行误差预计。实际工作中，一般是分别预计井筒中心在提升中心线方向(作为假定的y′方向)和与它垂直的方向(作为假定的x′方向)上的误差，然后再求出井筒中心的平面位置误差。当然，也可以直接预计井筒中心的平面位置误差。立井贯通的几种典型情况和它们所需进行的测量工作，已在前面第五章第四节介绍过了。对于从地面和井下相向开凿的立井贯通(见图5-19)，需要进行地面测量、定向测量和井下测量。这些测量误差所引起的贯通相遇点(井筒中心)的误差，其预计方法与前一节讨论的预计方法基本相同，只是必须同时预计x′和y′两个方向上的误差，并按下式求出平面位置中误差：立井延深贯通(见图5-20)时，贯通点的平面位置误差只受井下导线测量误差的影响，所以可按下式直接预计相遇点的平面位置中误差：当采用通过辅助下山和辅助平巷在原井筒下部的保护岩柱(或人造保护盖)下进行井筒延深时，由于这时多为井筒全断石掘进，甚至要求将下部新延深的井筒中的罐梁罐道全部安装好后再打开保护岩柱。所以对井中标设精度要求很高，尽管这时的导线距离不长，一般也需要进行误差预计。第五节井下导线加测坚强陀螺定向边后巷道贯通测量的误差预计在某些长距离的大型重要贯通工程中，通常要测设很长距离的井下经纬仪导线，导线在巷道转弯处往往又有一些短边，由于井下测角误差积累的结果，往往难以保证较高精度的贯通要求，而在井下要大幅度提高测角精度是比较困难的，所以在实际工作中经常采用在导线中加测一些高精度的陀螺定向边的方法来建立井下平面控制，尤其是用于大型重要贯通的平面控制，它可以在不增加测角工作量以提高测角精度的前提下，显著减小测角误差对于经纬仪导线点位误差的影响，从而保证了巷道的正确贯通。一、导线中加测陀螺定向边后导线终点的误差估算公式如图10-13所示，由起始点A和起始定向边AA1(坐标方位角为α0)测设导线至终点k，并加测陀螺定向边αⅠ，αⅡ，…，αN共N条，将导线分为N段，各段的重心为OⅠ，OⅡ，…，ON，其坐标(一)由导线量边误差引起的终点k的贯通误差(二)由导线测角误差引起k点贯通误差(三)由陀螺定向边的定向误差引起k点贯通误差二、一井内巷道贯通时，相遇点k在水平重要方向x′上的贯通误差预计如图10-14所示，在贯通导线k-E-A-B-C-D-F-k中加测了三条陀螺定向边α1、α2和α3，将导线分成四段，其中A-B和C-D两段是两端附合在陀螺定向边上的方向附合导线，其重心分别为O1和O2，而E-k和F-k两段是支导线，导线独立施测两次。这时k点在水平重要方向x′上的贯通误差估算公式为：三、两井间巷道贯通时，相遇点k在水平重要方向x′上的误差预计如图10-15所示，地面从近井点P向一号井和二号井分别敷设支导线P—Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ和P—Ⅳ—Ⅴ—Ⅵ，测角中误差为mβ上，量边中误差为ml上，导线独立施测两次，井下用陀螺经纬仪测定5条导线边的坐标方位角α1