资源描述
第一章 绪论11选题的背景及研究的意义贯穿测量工作必须要在确定测量方案和方法时保证贯穿所必要的精度，过高或者过低的精度都是不正确的。还必须对所完成的测量和计算工作应有客观可靠的检查，杜绝出现一切粗差。贯穿测量是矿山生产给矿井测量工作人员带来的一项重要任务。矿山测量人员要保证各掘进工作面沿着设计的方向掘进，使贯穿接合处的偏差不能超过某一规定的限度。显然，贯穿测量是矿山测量中一项十分重要的测量工作，贯穿测量人员所负的责任是重大的。如果因贯穿测量过程中发生过失而未能贯穿，或者贯穿接合处的偏差值超限，都将严重影响巷道质量，甚至造成巷道报废等非常严重的后果，在经济上和时间上给国家、集体或个人造成巨大的、难以弥补的损失。为了提高矿山巷道的质量、使得贯穿误差更小、减少废巷的形成、减少各方面的损失，除了要求我们矿山测量人员一丝不苟、严肃认真对待贯穿测量工作的态度外，最重要的是我们必须对贯穿工程进行精度分析1。进行精度分析是十分必要的工作，这样我们可以确保巷道的准确贯穿，保证巷道的质量，提高贯穿工程精度的方法有很多种，运用这些方法极大地提高了贯穿测量的精度，这正是本课题研究的意义所在。12矿山测量技术及贯穿测量的开展现状作为测绘科学与技术所属二级学科大地测量学与测量工程的一个重要分支和开展矿山测量，其任务是：研究矿山勘探与开发建设过程中各个阶段进行矿区控制测量、矿区地形测绘、矿山施工放样、矿井定向、矿井贯穿测量、采掘延伸测量、岩层与地表移动及变形测量、矿山生产平安监测和矿区生态环境监测与治理时的理论与技术；是测绘学在矿产资源勘探、矿井建设、矿井生产与环境恢复全过程中的直接应用；是地质、采矿、测绘、环境、数理及信息科学等的交叉；是一门工程性和实践性极强的边沿学科。今天，随着微电子技术、计算机技术、通信网络技术以及软件技术的综合开展，传统的矿山测量技术已跨入以遥感remote sensing,RS、全球定位系统globalpositioning system,GPS和地理信息系统geographical information system;GIS现开展为geo-information system,即地学信息系统，亦简称为GIS统称3S技术为主要技术支撑的现代矿山测量。以3S为核心的数字矿山已提上矿山科技开展日程，是传统矿山企业改造和创新开展的战略方向2。 现代矿山测量的任务不仅包括传统的矿山测量及制图，还包括了矿区可持续开展研究、资源与环境规划、矿山平安生产监测、数字化与可视化决策支持等。通过对矿区地面和地下的空间、资源和环境信息进行采集、存储、处理、表达、显示和利用，为合理有效地开发和保护矿山资源并治理、保护矿区环境效劳，支持矿区可持续开展。在使用的测量仪器与手段方面，测绘仪器正在形成一种多传感器相互集成和补充的新格局：数字地面一体化测图系统与空间测量技术手段形成了较好的互补关系。纵观国内外矿井，GPS、防爆型的全站仪、光电测距仪、陀螺仪、激光指向仪等仪器以及计算机技术已在先进矿区的贯穿测量工程中得到推广使用，测算绘图自动化及矿山资源信息管理的研究正方兴未艾3。新型测量仪器的逐步应用和新的测量技术手段的不断开展正在为矿山测量包括贯穿测量工作注入新的活力。矿山测量技术以及贯穿测量技术与整个工程测量的开展一样，也取得了巨大的进步，但还有很多值得我们去研究和解决的重大课题，例如井巷贯穿测量的误差问题及精度分析等。随着科学技术的开展，专家们研究出更先进的仪器，再加上其他的原因测量精度大大的提高，但是对于井巷的贯穿测量的精度还不是很完善，使得贯穿工程的质量不高，造成很多的废巷，在经济和时间上都造成了很大的损失。本文主要研究的是怎样来提高贯穿测量的精度。最突出的两种方法是：利用模型指导施工和利用新的仪器来进行作业。在贯穿井巷施工中由于我们依据初始模型严格指导井巷施工，使得贯穿处方向和高程到达了工程的需要提高了贯穿精确度，同时也大大提高了成巷质量。运用新的仪器来进行作业也会有效的提高贯穿测量的精度.例如:在国内，长18.4 km的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于3 mm，一等精密水准线路长120多公里。目前辅助隧道已贯穿，仅一个贯穿面的情况下，横向贯穿误差为12 mm，高程方向的贯穿误差只有3 mm。山西潞安环能股份有限责任公司五阳煤矿南峰风井贯穿井上导线长6km，井下导线长7km，导线全长约13km，利用GPS、加测陀螺边、光电测距仪等新技术，使贯穿点在水平重要方向上的实际贯穿误差为-101mm，高程方向贯穿误差为+85mm6。另外还有其他几种方法同样是提高贯穿测量精度不可缺少的，我们可以选择好的测量方案和测量方法；在施工前进行误差预计；中、腰线的标定也是个重要的方法；最后就是选择贯穿点，测量人员应该根据误差预计选择好贯穿点，在矿井施工前和施工时，如果可以运用这几种方法的话，那么贯穿测量的精度有很大程度上提高。13主要研究目的和主要研究内容131主要研究目的矿山测量是开发矿业过程中不可缺少的一项总共要的根底技术工作，在勘探、设计、建设、生产各个阶段直到矿井报废为止，都要进行矿山测量工作。本课题通过对矿山测量领域广泛的学习和研究，掌握贯穿测量技术的开展动态和方向，联系矿区单位的生产实际，分析矿区在贯穿测量工程原设计中的缺乏和需要改良的方面，找出提高贯穿测量精度的方法，如：利用模型指导施工、贯穿方案的选定、运用实际例子来进行误差预计、新仪器、新技术的采用全站仪、GPS等仪器、中、腰线的调整、最正确贯穿点的选取等等。运用这些方法将会使贯穿工程更加顺利，既不会由于精度不够而造成工程的损失，也不盲目的追求过高的精度而增加测量工作量，这就是本课题研究的主要目的所在。132主要研究内容举出井巷贯穿测量的实例第2章2.3节；列出提高精度的几种有效的方法；利用模型指导施工；方案选择的具体方法；运用实例来进行误差预计；在设计中尝试使用新的仪器：全站仪、GPS、等；进行贯穿点最正确位置理论探讨；中、腰线的标定及调整的过程；第二章 有关井下测量的特性及贯穿实例的工程概况21地下工程测量的特点有：1地下工程施工面黑暗潮湿，环境较差，经常需要进行点下对中常把点位设置在坑道顶部，并且有时边长较短，因此测量精度难以提高。2地下工程的坑道往往采用独头掘进，而洞室之间又互不相通，因此不便组织校核，出现错误往往不能及时发现。并且随着坑道的进展，点位误差的累积越来越大。3地下工程施工面狭窄，并且坑道往往只能前后通视，造成控制测量形式比拟单一，仅适合布设导线。4测量工作随着坑道工程的掘进，而不间断地进行。一般先以低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核。5由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或者特定的测量方法如为保证地下和地面采用统一的坐标系统，需要进行联系测量和仪器4。22地下工程对测量的要求地下工程的测量环节包括：建立地面控制网、地面和地下的联系测量、地下坑道中的控制、竣工及施工测量。对测量的要求如下：1应严格按照先控制后碎部，高级控制低级、对测量成果逐项检核，测量精度必须满足标准要求等。2在隧道工程中，两个相向开挖的作业面的施工中线往往因测量误差，产生贯穿误差分为纵向贯穿误差、横向贯穿误差和高程贯穿误差。对于隧道而言，纵向误差不会影响隧道的贯穿质量，而横向误差和高程误差将影响隧道的贯穿质量。因此应采取措施严格控制横向误差和高程误差，以保证工程质量。3为保证地下工程的施工质量，在工程施工前应进行工程测量误差预计。预计中应将允许的竣工误差加以适当分配。一般来说，地面上的测量条件比地下好。故对地面控制测量的精度应要求高一些，而将地下测量的精度要求适当降低。4在地下工程中应尽量采用先进的测量设备。地面控制测量应采用GPS测量技术进行。平面联系测量应尽量采用陀螺定向。坑道内的导线测量应采用红外测距仪测距以加大导线边，减少导线点数。为限制测角误差的传递，当导线前进一定距离后应使用高精度陀螺经纬仪加测陀螺定向边4。23贯穿测量实例的工程概况及设计参数231贯穿测量实例的工程概况本文引用红会三矿为例，红会三矿是一个煤矿，下面就其工程概况做介绍：红会三矿井田位于甘肃中部黄土高原区，行政区划隶属于甘肃省白银市平川区，北距腾格里沙漠8090km，地形为低山丘陵或沙滩，海拔17801900m；地理坐标：东径10501201050250，北纬364045364150，为祁连山地槽系内一起伏不平的山间倾斜盆地。距白银市平川区约25km，区内河流无常年性流水，沙河及冲沟有季节性流水。矿区地势东北高、西南低。气候特征为大陆性干旱气候。全区均被第四系黄土覆盖，地形起伏较大，以黄土丘陵居多。区内有专用铁路和公路分别与包兰铁路和109国道连接，交通便利。该矿是靖远煤业有限责任公司下属的一对片盘斜井，1972年建成简易投产，设计能力21万吨/年，矿井曾连续三年产量达30万吨/年。由于超生产能力效劳和小窑破坏，使老采区资源枯竭。为了矿井接续，经原矿务局研究决定，对红会三矿实施深部接替改造设计。为此需将三矿主井筒继续延伸，使之与红会一矿三采区轨道上山贯穿，从而解决矿井延伸后的总回风、提升等问题。该贯穿测量工程属一矿副井与三矿主井两井间贯穿，属重要贯穿工程。两井口相距2100米，井下导线长度约2700米，实际贯穿距离约为160米。见以下图： 此图为：一矿副井与三矿主井两井间贯穿工程概况232设计参数本设计按?煤矿测量规程?32的有关规定和设计院有关三矿接替延深方案进行编写。本设计所采用的起始数据为1968年西北煤田地质局测量六队的三角点成果和1997年9月公司地质队提交的三角点成果联测到井下的导线点成果资料，属1954年北京坐标系，1956年黄海高程系。经对点进行检查核实，起始资料正确可靠。测量起始数据见下表：井筒中心线坐标方位角=1440000备注井筒倾角井筒毛断面井筒净断面主井总长度井筒水平长度=180000L=1050mD=按照?煤矿测量规定?贯穿相遇点K水平重要方向上的允许偏差不得超过，高程方向上的允许偏差为0.2m。24贯穿测量线路分析选择贯穿测量应选择最正确贯穿测量路线，本次贯穿可供选择的路线有：一是从一矿副井1635大巷三矿主井；二是从一矿副井1540中巷1540北巷轨道上山三矿主井；三是从一矿副井1675中巷1675北巷轨道上山三矿主井。第二条比第一条线路导线长增加200余米，且三角高程路线增加，并有小于15夹角两个；第三条比第一条线路导线长增加约400米，且三角高程路线增加，并有小于15夹角一个。如以下图：此图为：贯穿测量路线选择线路方案路线长度(m)图形条件备注第一条第二条第三条27002900310060m边长：5个；15角度：无60m边长：6个；15角度：2个60m边长：7个；15角度：1个根据以上因素，实际选择了第一条贯穿测量线路，即从一矿副井1635大巷三矿主井线路。贯穿误差主要有横向贯穿误差和高程贯穿误差。其中减少横向误差主要是减少测角误差和两边误差，高程误差主要是减少导线边长。第三章 分析提高井巷贯穿测量精度的几种方法分析提高井巷贯穿测量精度的各种方法是本文研究的重点所在,下面几种方法都是提高测量贯穿精度可行的、有效的方法。31模型指导施工测量过程必定存在误差，这一点毋庸置疑，通常我们以中、腰线来指导井巷施工，对中、腰线把握水平的上下也是制约井巷工程施工的一个方面，即便是水平再高的施工队伍，对中、腰线的把握也不可能到达理想化，总要使井巷的方向或高程与实际设计产生大小各异的误差。就一项贯穿工程而言，如果贯穿发生偏差，那么造成偏差的原因一定是测量误差及施工中对中、腰线把握上所产生误差综合影响在全程累积的结果。其中测量误差的起因可归结于仪器级别低、测量方案欠佳、平差结果不真等。对于施工中对中、腰线把握上存在的误差，那么要通过所建立的相应数学模型加以约束、调整，解决这一问题那么属于对贯穿工程两个根本原那么中第二个原那么的落实，即对所完成的测量和计算工作所做的客观的检查。在此以坡度非零角度所掘进的直线巷道实现贯穿为例加以阐述。(1)方向上的约束调整。假定该巷道自两头相向掘进，由于施工误差导致D作面正前所测设的巷道中间导线点不能满足巷道的初始模型：Y=aX+b 以其中一个掘进头为例，巷道正中导线点( 、)到直线Y=aX+b必有一个距离d存在，这个d即为巷道施工中相对于巷道设计中心线的偏移量。它因施工方把握中线的水平而大小有异，或许比拟小，但如果忽略这样一个小的偏移量，在一个工作面的掘进中直至贯穿会累积产生大小为D的偏差，D=+ (n=l，2，3，n)，di表示第i个导线点相对于初始设计的偏移量，假设 0或 0，那么贯穿将产生明显偏差，假设以有正有负，贯穿可能正常，但成巷质量将比拟差。为此在成巷所测的第一个导线点即开始调整，调整方法为：以巷道初始设计为基准，使巷道的中间点向设计基准线且与基准线垂直方向上量取距离 ，使巷道的中线重新回归至设计中心线。这样就使巷道在掘进过程中，始终依设计中心线而掘进，可起到弱化中线把握不准所产生偏差的作用。如果在井巷掘进中，全程导线点都这样做精细计算与调整，不仅可使成巷质量大大提高，而且可大大减小把握中线时所产生的偏差。对于掘进中依边线掘进的巷道，只要保证初始模型与边线模型即两直线间距离D衡为常数即可，并以D约束井巷，可以起到相同的作用。有时在贯穿巷道两端成巷与初始设计吻合很好的情况下，在巷道两端到达规程规定距离时可以依两端正前坐标反算方位实现贯穿。(2)高程上的约束调整。对于高程，假定距离起始点平距为 处的设计高程为，而实际施工到此处时高程为，这就会导致在高程上产生的偏差。此时就需要对未掘巷道的坡度做细微调整，调整方法为：以实际高程重新确定下一步需要执行的坡度。执行坡度的长度以某点(，)满足初始坡度模型为止，然后再执行井巷原设计坡度。在实现井巷相向贯穿的情况下，也可以采取这样的方法，即掘进一方以另一方正前实际标高及自己正前标高为准确定新的坡度。这样便可以在坡度执行上起到弱化每段巷道的高程偏差，使井巷在贯穿时高程方面的误差降至最小8。 巷道贯穿后，人们总是关注井巷贯穿处方向与高程的吻合情况，而对贯穿后的总体成巷质量并不是太关心。严格来讲，一项成功的贯穿要求在两个方面都得到表达，一是要求在贯穿处方向和高程满足精度要求且偏差尽可能小；二是要求巷道的总体成巷质量要尽可能高。从这两方面考虑，巷道贯穿后，仅考虑二者之一是不合理的。在贯穿井巷施工中由于我们依据初始模型严格指导井巷施工，使得贯穿处方向和高程到达了工程的需要提高了贯穿精确度，同时也大大提高了成巷质量9。新仪器的应用 随着光电技术、微电子技术、精密机械技术、计算机通讯技术、GPS技术、陀螺定向技术、激光技术的开展，推动了地下工程测量新技术的开展。相继出现了光电测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、GPS、陀螺经纬仪、激光指向仪、激光铅直仪等先进的测绘仪器 ，改变了传统的地下测量方法，为地下工程测量向现代化、自动化、数字化、智能化方向开展创造了有利条件。地下工程测量是由地面测量和地下测量两局部组成 ，以地下为主。地面局部主要是指地下工程的地面控制测量和地下工程竣工后运营过程中的地面变形监测等。这局部工作与常规的测量一样 ，所以3S技术将得到广泛的应用。最典型的是大型工程贯穿测量的地面控制网，将彻底改变传统的导线网和三角网，采用 GPS控制网，这样可大大提高控制网的精度和可靠性。随着卫星测高精度的提高，GPS在跨江跨海隧道工程控制测量的高程传递和大型地下工程竣工的运营过程中的地表变形监测等方面将发挥重要作用。根据地下工程施工的特点和需要，防震动、防潮湿 、防干扰的全站仪将在地下导线测量和施工放样中得到广泛应用。全站仪可利用电子手簿，通过人机交互，可实现地下测量数据自动处理和图形编辑，还可以把由微机控制的跟踪设备加到全站仪上，能对地下一系列 目标实现自动测量，即所谓测地机器人 ，将为地下工程测量实现自动化开辟了道路无棱镜测距仪的应用解决了地下人无法到达的测量点的测量工作，保障了地下测量人员的平安激光指向仪将在地铁、隧道、水道的掘进导向中发挥重要作用。陀螺经纬仪将在地下工程定向中取代传统的定向方法，尤其是新一代陀螺仪和全站仪组合，形成了陀螺全站仪，采用微机控制，能自动、连续地观测陀螺摆动并能补偿外部条件的干扰，并且观测时间短、精度高，标志着地下工程陀螺定向将向自动化方向迈进10 11。 矿山在日常测量和贯穿测量中一直采用传统的测量仪器，这就使得测量的精度一直不是很高，为了改变其在测量技术上的落后面貌，推动矿井测量现代化，且为了有效的提高贯穿测量的精度，采用新仪器进行矿山贯穿测量将大大提高贯穿测量的精度。也可以提高工作效率,减轻劳动强度 6.以下图就是所使用的新仪器GPS、全站仪: 全站仪的精度可以到达： GPS接收机的精度可以到达：测距精度：(2+210-6D)mm 定位精度(D以公里为单位)：测角精度：2 静态测量5mm+1ppmD测程：井下大于500 m，地面2400 m(一块棱镜) 高程精度(D以公里为单位)：10mm+2ppmD引入GPS技术、全站仪等先进仪器代替原来的光电测距、光学经纬仪、钢尺，不仅克服了测量工作的强度大、时间长、人数多的困难，而且精度得到了进一步提高；且可以大大克服上述缺点，填补测量新技术的空白，从而降低工作强度，缩短测量时间，减少作业人数，有效地提高和保证精度，同时为矿山测量数字化和自动化奠定了根底。33贯穿测量方案和测量方法的选定 贯穿测量，尤其是重要的贯穿工程，关系到整个矿井的建设和生产，影响很大，必须认真对待。矿山测量人员应在重要贯穿工程施测之前，编制好贯穿测量设计书。编制贯穿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。贯穿测量方案和测量方法选用是否合理，一方面固然要看它们在实地施测时是否切实可行，另一方面还要看贯穿测量的精度是否能满足贯穿工程的设计容许偏差要求。 1制定的原那么。收集与井巷贯穿有关的测量起算数据及图纸(设计平面图、井上下对照图、有关巷道和井上下测量控制点)，根据实际情况拟定测量方案。2测量方法的选择。主要根据作业人员的素质、使用的仪器、误差预计及以往实践经验决定。3误差预计。依据?矿山测量标准?、工程要求、矿区实测数据、使用的测绘仪器和方法等，经分析确定各项误差参数。由初步贯穿测量方案预计出误差大小，以及产生误差的主要环节，从而进一步修改测量方案和施测方法。4测量方案和方法确实定。将贯穿预计与容许误差相比，假设满足限差要求，那么方案和方法可行；否那么，要重新调整测量方案和方法。有时需要屡次修改方案，采取必要技术措施，或改变贯穿相遇点的位置、测量方法才能更有效地减小测量误差，从而确定测量方案和方法。 最后，根据测量方案可行、测量方法合理、预计误差小于容许偏差的原那么将贯穿测量的方案，使用的测量方法和仪器及独立测量的次数最终确定下来。随后应在贯穿测量设计图上详细绘出所选择的测量方案、路线和测点位置等，在设计说明书中那么应详细说明所选用的仪器，测法，测量限差，这些设计图和说明书就是贯穿施测工作的依据1。34贯穿误差的预计 误差预计是对贯穿精度的一种估算,不是预计贯穿实际偏差的大小,而是预计实际偏差可能的限度，因此贯穿误差预计具有概率上的意义。?试行规程?规定，贯穿测量的预计误差可采用中误差的两倍值。根据误差理论可知，实际误差超过二倍中误差的可能性仅占4.6%。因此,凡按规定的方法测量,只要没有出现粗差,贯穿的实际偏差一般总是小于预计误差的。大量的贯穿实践也充分证实了这一点。应当指出，对于特别重要的精确贯穿，预计误差可采用三倍中误差。此时实际偏差超过预计误差的概率极小。由于井下情况比拟复杂，同样的仪器和测量方法在不同矿井条件下就会有不同的误差参数。所以贯穿误差预计中的各项误差参数原那么上应采用本矿积累和分析的实际数值。这一点是非常重要的。平时在工作中应当注意积累这方面的资料，多注意测量的根底工作。误差预计是提高贯穿测量精度的一种有效的方法之一。误差预计的目的就是帮助我们选择较好的测量方案和测量方法，做到对贯穿工程心中有数，既不应由于精度不够而造成工程的损失，也不盲目的追求过高的精度而增加测量工作量。341贯穿误差预计的方法所谓贯穿就是两个或者两个以上的掘进工作面在预定的地点彼此接通的工程。两井间巷道贯穿的误差来源中，除了井下导线测量和搞成测量之外，还包括了地面测量和矿井联系测量的误差。贯穿误差预计需要分别预计K点在水平方向上和在竖直方向上的误差。3411贯穿相遇点K在水平重要方向的误差预计产生贯穿测量误差的测量主要包括：地面控制及联接、矿井联系、井下导线、井下高程和井下陀螺定向。贯穿相遇点K在水平方向X轴上的误差预计主要有：1地面平面控制测量误差引起K 点在水平主要方向X轴的误差：地面导线测角误差引起的误差；式中： 为地面导线各点在Y 轴上的投影长。2地面导线量边s误差引起的误差；式中： l 为地面各导线量边误差；为地面导线各边与x 轴的夹角。3地面导线测量引起的总误差为：4井下导线测量误差引起K点在水平主要方向X 轴的误差：5定向测量误差引起K点在水平方向X轴的误差：式中: 为陀螺定向边误差；为定向点在yl轴上的投影长。6各项误差引起K点在水平主要方向X 轴的误差： 式中：、分别为井上下导线、陀螺定向边测量引起贯穿相遇点K在水平方向X 轴的上的误差。假设各项测量都独立进行n次。那么平均误差为：，那么有K点在水平主要方向X 轴上的，|预计误差为： 20。3412贯穿相遇点K在高程上的误差预计 两井间巷道贯穿相遇点K点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。 1地面水准测量误差地面水准测量引起的高程误差的估算公式为： 式中：为地面水准测量每公里长度的高差中误差； 为地面水准线路的长度，单位为公里； 为水准尺读数误差； 为测站数。在采用上面第一个公式计算时，如缺乏由实际资料分析得到的值，可根据规程中规定的限差反算到达。例如用四等水准测量，测段往返的限差为20mm，那么可取mm。2导入高程的误差当缺乏按实际资料分析得到的数据时，可以按?试行规定?要求的两次独立的导入高程的容许互差来求算一次导入高程的中误差。?试行规定?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，那么导入高程的中误差为：两个立井的导入高程误差和应当分别计算。3井下水准测量和三角高程测量的误差关于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，其估算方法与一井内巷道贯穿时相同，不再重述。4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假设各项测量均独立进行n次，那么平均值的中误差为：K点在高程上的预计误差为：35选择最正确贯穿点通常所采用的贯穿相遇点在水平重要方向上的误差预计方法是针对已确定的贯穿相遇点位置K点而言的。如果由于其它原因改变了贯穿相遇点的位置，那么就必须重新进行误差预计，这是很不方便的。另外，就同一条贯穿巷道来说，我们需要知道水平重要方向上的偏差最小的贯穿相遇点位置，以此作为确定贯穿相遇点位置时的理论依据之一。在确定了最正确贯穿点及预计中误差后，要预计任意贯穿点K在x方法向上的中误差是非常方便的。因为假设变更了贯穿相遇点的位置，不需要重新绘制贯穿误差预计图和进行全部计算，只要增加一个简单的附加项进行一步简便计算就可以得出结果了。如果能进一步查明贯穿相遇点K的位置在贯穿最正确相遇点附近多大的区域内变化，其预计误差仍不会超过给定的容许偏差值，便可使误差预计更加简化和方便。因为，当K点的位置变化时，只要变化后的位置仍然在这个区域内，便不必再做误差预计了。这个区域即是贯穿相遇点的允许区间21。现以上述思路进行最正确贯穿点位置的求取、最正确贯穿点在x方向上的中误差预计、贯穿相遇点允许区间的计算。由于地面近井点采用GPS技术测定，两近井点之间又互相通视，因此地面方位角误差对于贯穿没有影响，亦即地面连接无测角误差对贯穿的影响，而由边长引起的误差与K点位置无关，所以最正确贯穿点位置就只由井下导线所决定。理论研究说明，y轴上的全导线顶点之重心投影处，即为最正确贯穿点6。351一井内贯穿巷道时贯穿相遇点的最正确位置，贯穿相遇点K在水平重要方向上的中误差公式为：式中(为导线K点与i点的横坐标差,即第i点与K点的连线在轴上 的投影长；n 为导线点的个数。由于井下量边误差引起的不因K点位置的变动而改变,而由于测角误差引起的方向上的误差是的二次函数,所以存在极值的问题。将上式求导得：再求二阶导数： 所以，存在极小值。令 =0那么 n-所以 在处,具有极小值。也就是说，当贯穿相遇点位于轴上的全导线顶点之重心的投影处处,贯穿在方向上的误差只有最小值。这时的K点就是贯穿相遇点的最正确位置，称为最正确贯穿点12。352两井间贯穿巷道时贯穿相遇点的最正确位置,两井间巷道贯穿点K在水平重要方向上的中误差预计公式为：式中：、为一井和二井之井下导线起始点与K点连线在轴上的投影长；、为地面、井下导线点总个数。又K点在方向上的误差是的二次函数，对求导得：再求二阶导数： 所以，存在极小值。令 即 将项展开后整理得： 即 此处具有极小值，最正确贯穿点以表示，并令，地面导线顶点的重心在轴上投影 井下导线顶点的重点在轴上投影 所以 按上式计算可求的最正确贯穿点的位置12。36中、腰线的标定及调整过程 在矿山测量中，中、腰线的标定很重要，中、腰线的标定误差小的话，可以很好的提高贯穿测量的精度。361巷道中线的标定工作 井下主要巷道的位置是根据矿井的总体设计决定的，但在施工过程中还要根据实际情况作必要的修改。采区巷道更需要根据已有巷道和地质变化情况逐步作出施工设计。测量的任务是要把图上设计好的巷道，随着巷道不断向前掘进逐步地标设于实地，也就是要在实地上标定出巷道的开切位置和给定巷道的掘进方向。巷道水平投影的几何中心线称为巷道中线。标定出巷道中线就可控制巷道在水平面内的掘进方向。新开巷道标定中线的过程大致如下： 1检查设计图纸。设计的巷道要和已有的巷道保持一定的几何关系，或本身要符合一定的几何条件。矿山测量人员在接到掘进任务书以后，须首先了解该巷道的用途和与其它巷道的几何关系，检核设计的角度和距离是否满足这些几何条件，并检查设计图上的角度和长度是否与注记的数字相符合，巷道的各局部尺寸、角度、高程、坡度等是否相互协调。然后根据工程要求和现有的测量仪器，决定测量的方法和精度要求，对主要巷道和要到达某一指定位置的巷道，测量精度一般应高些。对次要巷道那么可低些。 2确定标设的必要数据。经检查确认设计资料无误后，便可计算标定所需的数据。如果在所要标设的巷道附近有可靠的点，便可直接利用这些点的资料进行计算，否那么就要从别处引测导线到附近来。在应用点时不要搞错了点，点的原始数据也不许抄错。由于这些过失造成测量事故的教训是很深刻的，务必引起注意。3标定巷道开切点和掘进方向。根据计算的标设数据，按选定的测量方法标定巷道的开切点和掘进方向，并检查其正确性。4随着巷道的不断向前掘进，标定和延长巷道中线。5测绘已掘的巷道，并经常检查和纠正标定的方向。已掘的巷道应及时填绘到矿图上，在接近一些危险区或巷道快贯穿时，要特别注意已掘巷道的位置，及时通知掘进队采取平安措施，以防意外。在掘进到设计规定的位置后要及时停下来，以免出现废巷13。6中线标定的具体方法如下： 、为导线点，A为巷道中线点，、的实测坐标及A的设计坐标和巷道中线的设计方位角。根据上述数据，即可计算出放样中线点所需的有关数据、 和。 求得上述数据后，即可将经纬仪安置在导线点上，用盘左后视导线点，拨角度，并在视线方向上丈量距离，即可得到中线点。然后盘右用同法可得，取的分中点得到点。在点上埋设与导线点相同的标志，并应用经纬仪重新测定出点的坐标。标定开挖方向时可将仪器安置于点，后视导线点，拨角，即可得到中线方向4。中线标定示意图362巷道腰线的标定工作 为了运输，排水或其他技术上的需要，井下巷道须具有一定的坡度平巷或倾角斜巷，其数值在一般情况上都是由采矿设计给出，有时那么要根据实际测量资料来决定，在掘进过程中有时还要根据测量结果会同采矿人员对设计坡度和倾角加以调整。巷道腰线是用来指示巷道在竖直面内的掘进方向及调整巷道底板或轨面坡度用的。腰线通常标设在巷道的一帮或两帮上，离轨面1m，离巷道底板数值,全矿井应该统一,以免造成过失.每组腰线点不得少于三个,点间距以不小于2m为宜.最前面一个腰线点至掘进工作的距离一般不应超过30米.腰线标定的方法如下：以及C、D点的里程计算出两点的高程,并求出C、D点与仪器视线间的高差、.由仪器视线向上或向下量取、,即可求得C、D点的位置.腰线标定示意图标定巷道腰线时的准备工作和标定中线时根本是一样的,实地标设工作也往往同时进行,要注意它们之间的联系2.363贯穿后实际偏差的测定及中、腰线的调整 巷道贯穿后，实际偏差的测定是一项重要的工作。其意义包括有：1对巷道贯穿的结果作出最后的评定；2用实际数据检查测量工作的成果，进而验证贯穿测量误差预计的正确程度，以丰富贯穿测量的经验和理论；3通过贯穿后的联测，可使原来没有闭合或附和条件的井下测量控制网有了可靠的检核；4作为巷道中、腰线最后调整的依据。?试行规程?规定：井巷贯穿后，应立即测量贯穿实际偏差值，并将两端导线连接起来，计算各项闭合差；重要贯穿测量完成后，还要进行精度分析并作出总结，连同设计书和全部内业资料一起保存12。一、 贯穿后实际偏差的测定1 平、斜巷贯穿时水平面内偏差的测定测定贯穿巷道在水平面内的偏差包括以下两项工作：1用经纬仪把两端巷道饿中心线都延长到巷道接合面上，量出两中心线间的距离，其大小就是贯穿巷道在垂直于巷道中心线方向的实际偏差，见以下图中的a,但是应当指出，有时候还是不能完全反映偏差的真实情况。如以下图b所示,K点是贯穿巷道A、B两端的相遇点。尽管巷道两端在水平面内发生偏斜，但两中线也可能相交于一点K，此时应将两中线方向的实际偏差角测出来。2将巷道两端导线的端点，用经纬仪连测闭合起来，计算出闭合边方位角的差值和坐标闭合差，这些差值实际上也反映了贯穿平面测量的精度。2 平、斜巷道贯穿时竖直面内偏差的测定测定贯穿巷道在竖直面内的偏差包括以下两项工作：1用水准仪测出或直接量出贯穿接合面上两端腰线点的高差，其大小就是贯穿在竖直面内的实际偏差。2用水准测量或经纬仪三角高程测量连测两端巷道中的高程点水准点或经纬仪导线点，其高程闭合差也就是贯穿点在竖直面内的偏差，它实际上反映了贯穿高程测量的精度。3、立井贯穿后井中实际偏差的测定立井贯穿后进行定向测量，重新测定井下导线边的方位角和标定井中位置用的导线点的坐标，然后根据井下导线点的实际坐标偏差来求出导线点位的实际偏差，即为立井中心的实际偏差。在地面或上水平的井中处，挂下锤球线，直接丈量井中的实际偏差值。有时也测绘出贯穿接合处上下两段井筒的横断面图，从图上求出两中心的偏差值2。二、 贯穿后巷道中腰线的调整巷道贯穿巷道的实际偏差后，须对中腰线进行调整。1、 中线的调整巷道贯穿后，如实际偏差在容许的范围之内，对次要巷道只需将最后几架棚子加以修整即可。对于运输巷道，那么可将巷道相遇点一端的中线点与另一端的中线点的连线代替原来的中线，作为铺轨的依据。如以下图为运输巷贯穿后中线的调整：2、 腰线的调整实测巷道两端的腰线点高差之后，可按实测高程和距离算出坡度。在运输平巷中，如果算出的坡度与原设计坡度相差在2以内，那么按实际算出的坡度调整腰线。如果相差超过2，那么应延长调整坡度的距离，直到调整的坡度与设计坡度相差不超过2为止。在斜巷中，腰线的调整一般不十分严格，可由掘进人员自行掌握调整1。37 贯穿测量方案误差预计371贯穿允许偏差确实定本贯穿工程导线较长，斜井井筒长达1050m，又系通风和提升用故该贯穿为两井内的重要贯穿工程。根据?煤矿测量规程?32规定，结合工程要求，规定贯穿相遇点K水平重要方向上的允许偏差不得超过0.3m，高程方向上的允许偏差为0.2m。我们把采取方法之前方案称为原方案，把运用方法处理过的方案称为新方案。现在我们把新方案与原方案K点在x轴上的预计误差分析进行比照。. 原方案K点在x轴上预计误差:(根据3.4节中的公式所算得) 该矿根据选定的设计方案。进行了误差预计。在1；2 000贯穿测量设计平面图上，设计了井上下测量导线点的位置，在微机上量取所需数据计算各项误差分别如下：由地面平面控制两次独立测量平均值引起的K点在在x轴上的预计中误差为：预计误差为： 由井下平面控制两次独立测量平均值引起的K点在在x轴上的预计中误差为：预计误差为： 由井上、下控制测量两次独立测量平均值引起的K点在x轴上的总预计中误差为： 总预计误差为： .确定了最正确贯穿点O以后，便可按下式计算由地面GPS测量及井下导线测量所共同引起的该点在水平重要方向上的预计中误差：新方案K点在x轴上预计误差：因为上式，地面一次测量引起O点在x轴上的预计中误差为：那么两次独立测量平均值引起的O点在x轴上的预计中误差为：预计误差为：因为地面平面控制测量引起的预计误差与贯穿点位置无关，所以两次独立测量平均值引起的K点在x轴上的预计中误差：且预计误差： 因为地面平面控制测量引起的预计误差与贯穿点位置无关，所以两次独立测量平均值引起的K点在x轴上的预计中误差：且预计误差： 井下控制测量两次独立测量平均值引起的K点在x轴上的预计中误差可以这样计算，因为井上、下两次独立测量平均值引起K点在x轴上的总预计中误差为:而地面平面控制两次独立测量引起的K点在x轴上的预计中误差为MxK上平=，所以由井下平面控制两次独立测量平均值引起的K点在x轴上的预计中误差： 预计误差为： 本方案贯穿相遇点k在x轴上的预计误差由前可知为： 将上述计算结果汇总于下表，就可以清楚地显示出新旧方案之间的误差比照情况。误差类别原方案新方案新方案减小值新方案减小比例0.158m 0.112m 29%24%24%由上表可以看出，采用新方案后，比该矿原贯穿测量设计方案在水平重要方向上地面平面控制测量、井下平面控制测量和井上下总的预计误差分别有明显地减小。. 贯穿测量在高程方向上的误差预计地面水准测量引起的误差红会一矿副井口全至红会三矿主井口的四等水准路线长L为3.05km，那么一次独立测量高程中误差为：井下水准测量误差井下1635大巷全长为R=1500m，高程允许闭合差为50 R，那么一次独立测量高程中误差为： 红会一矿副井、红会三矿主井三角高程测量误差一矿副井三角高程测量路线全长460m，高程允许闭合差为100 LL为导线长度，以km为单位，那么一次测量高程中误差为：三矿主井三角高程测量路线全长840m，那么一次测量高程中误差为：以上各项测量工作均独立进行两次，故高程方向上的预计中误差为：取高程预计中误差的2倍作为在高程方向上的预计误差，那么可得：由以上误差预计结果看，贯穿相遇点K在水平重要方向上的预计误差为0.120m，小于规定的0.3m；垂直方向预计误差0.090m，小于规定的0.2m。采用最正确贯穿点求解理论，再结合工程实际情况，确定最终贯穿点K的位置，既科学合理、又直观方便，是优化设计方案的一个较好途径。很明显地面采用GPS定位技术、井下采用全站仪施测导线后大大提高了导线的精度，上述误差预计结果说明，所采用的贯穿测量方案不但是可行的，并且明显优于传统测量方案即地面用光电测距导线、井下用钢尺量距经纬仪导线施测方案，弥补了其矿山测量技术的一个巨大差距，大大提高了贯穿测量的精度，对推动该矿区的矿山测量技术进步具有重大意义。第四章 贯穿测量中应注意的问题和应采取的相应措施贯穿结果的好坏，固然决定于我们所选择的贯穿方案和测量方法是否正确，然而，更重要的还是实际施测工作的质量。我们需要在实际施测过程中，根据实测成果衡量所到达的精度，进行可靠的检核，及时填图，并经常检查和调整贯穿巷道的方向和坡度，必要时可以采取某些施工上的措施，以尽量减少测量误差对工程的影响，保证井巷能按设计要求准确贯穿。41贯穿测量中应注意的问题1)注意原始资料的可靠性。对工程设计的资料，包括方位、坐标、距离、高程、坡度等要进行认真的检核。对测量起算数据要反复查对，确保准确无误。使用地面控制网时，必须对原网的精度，控制网是否受了采动影响等了解清楚，必要时应实地进行检查测量。对于地面控制点和井下测量起始点。务必查明确无破坏和位移前方能使用。2)贯穿测量的各项工作都要有可靠的检核，要进行复测复算，防止产生粗差。对于重要的贯穿工程，在进行复测时，应尽可能换入观测和计算，条件允许时，最好换用仪器和钢尺，复测前方可施工。3)精度要求很高的重要贯穿，要采取提高精度的相应措施，并注意解决施测中发现的问题。措施是多方面的，例如：设法提高定向测量的精度，有条件时，可加测陀螺定向边，并进行平差。在施测高精密导线时，要尽可能采用长边导线，并使用光电测距仪量光学对中，加大锤球重量，增加重新对中测回数，或者采用“三架法作业，斜巷中测角要注意仪器整平的精度，并考虑经纬仪竖轴的倾斜改正问题；钢尺量边时要采用精确比长过的钢尺，制定量边细那么，规定各项限差要求等。4对施测成果要及时进行精度分析，并与原误差预计的精度要求进行比拟，各个环节不能低于原精度要求，做到及时发现问题，必要时进行重测。5利用测量成果计算标定要素时，注意不能抄错或用错数据资料。实地标定时，注意不能用错测点，要求井下测点标志编号醒目、清晰。6贯穿巷道掘进过程中，要及时进行测量和填图，并根据测量成果，及时调整巷道掘进的方向和坡度。如采用全断面一次成巷施工，贯穿前应暂时采用临时支护，以减少贯穿后的巷道整修工作量。7当贯穿巷道只剩下1520m时，测量人员应以书面形式报告矿上和有关科队，以便采取平安措施。8使用新仪器时，要认真仔细、严格遵守操作规程和技术要求，确保在新仪器的使用中不出问题，使之得到顺利推广和应用。 有了测量方案之后，通过实际施测，常能发现在制定方案时所没有考虑到的一些问题。因此在施测工程中，可以进一步完善和充实原定的方案2。42贯穿工程施工中可采取的一些技术措施 对于测量工作来讲，要尽量满足施工的要求，保证巷道准确地贯穿。但是由于测量总要有不可防止的误差，会对工程产生一些影响。就这项贯穿以后近1050米长的提升斜井来说，产生的误差将对提升有一定影响，故在施工上应采取必要的措施。斜巷在高程方向产生的误差易于调整，为了防止该重要贯穿工程在水平重要方向的实际偏差可能产生的影响，根据本设计在第四章水平重要方向的预计误差来求算巷道贯穿可调整区域的距离。采用的计算方法主要是从钢丝绳不偏出轨道中心的地轴为依据7。如以下图所示，设整个斜井长为L，轨距为d，钢丝绳与轨道间保持的最小偏离值为，贯穿斜井的水平面内预计误差为，假设整个井筒(1050m)为贯穿施工工程即贯距，那么可这样计算：下段下不影响区域：式中： 上段上不影响区域：这里取为允许偏差值：=0.3m,取d=0.6m,=0.1m，L=1050m那么： L下=10500.67=703mL上=(1050-703)0.67=232m故可调整区的斜井长度为L-L上-L下=1050-703-232=115m可是在此贯穿工程中，斜井上部530m已成巷，下部360m已成巷，中间剩160m工程为施工工程(即实际贯穿)，所以说该段施工斜井应全为可调整区域，待贯穿之后再将该段巷道调整成型6。测量工作要尽量满足施工的要求，保证巷道准确地贯穿。但由于某些长距离的重要贯穿工程的设计精度要求较高，为防止测量误差对工程质量的影响，可以在施工上采取一些相应的技术措施，提高贯穿工程的质量。例如，长距离测量的立井贯穿，往上打反井可采取小断面开凿，在立井延伸工程中，在某些难于保证测量精度的情况下，可以先在保护岩柱中打二个钻孔或一个小方井，挂下二根或一根锤球线来校核井中的位置或井筒十字中线方向后，再行安装罐梁罐道，在运输大巷和斜巷贯穿时，巷道掘进一般是一次成巷，但在贯穿前的最后一端的距离内，可不一次成巷，等贯穿后再刹帮成巷和铺设永久轨道等。平巷贯穿主要考虑的是在高程上产生偏差后，要对坡度进行调整，在调整后再进行铺设永久轨道最终成巷，因此可以根据高程预计偏差来计算临时支护巷道的距离，其计算公式为： h/极限式中：h为预计的贯穿高程偏差 极限为巷道坡度的容许偏差，一般为0.002.例如高程预计偏差为0.2米时,那么 平巷在平面上的偏差,需要调整的范围比拟小,一般只要在贯穿最后20米内暂不砌璇,就不会对工程产生不利的影响14.第五章 结束语51全文总结本文主要介绍了选题的背景及研究的意义、所要研究的问题及其解决的方法等，主要研究的重点是如何提高矿山测量贯穿的精度。靖远矿区红会三矿等西部地区矿山由于地域、经济条件的限制，在新设备、新技术应用方面与先进矿区之间尚存在一定差距，本设计通过爆全站仪、GPS定位技术的应用研究，推动其测量技术进步和矿山数字化的进程，填补矿区在新技术应用方面的空白，指导西部矿山测量工作者更好地应用新技术。在本论文中，找到了一条在一定条件下通过建立特定虚拟导线模型估算最大贯穿测量路线长度的便捷有效途径，是对矿井测量及隧道测量工作预选贯穿测量方案方法手段的创新。通过本论文贯穿测量方案误差预计可以看出：贯穿相遇点K在水平重要方向上的预计误差为0.120m，小于规定的0.3m；垂直方向预计误差0.090m，小于规定的0.2m。与原方案比拟，使用新方案总的预计误差分别减小了29%、24%和24%。新方案具有精度高、用时短、出错少、减少劳动力、降低劳动强度、影响生产少，可以很好地应用于矿山贯穿测量及各种日常测量中，不但具有明显的先进性、可行性，而且符合数字化的趋势，能够产生很好地综合经济效益，具有良好的开展前景。当遇到更长、更大的贯穿工程时，新技术方案无论从精度、占用时间以及综合效益方面的优势将会更加明显。参考文献1 周立吾，张国良，林家聪矿山测量学第一分册北京：中国矿业学院出版社，19872134022 张正禄工程测量学的开展评述 ：/ 3 张立平等阳泉三矿五二五南上轨道巷高精度大型贯穿测量J.矿山测量，2003，(2)：38-405 张明 查品民.贯穿测量在矿山测绘中的应用与分析.矿业工程-2006年2期6 何沛锋.新技术在西部矿山贯穿测量中的应用研究.中国优秀硕士学位论文全文数据库，20067 中国统配煤矿总公司生产局煤矿测量手册北京：煤炭工业出版社，19908 乔文祥、薛永安、张建亮.提高井巷贯穿精度的几点体会.科技情报开发与经济,2007年第17卷第5期9 许建忠，黄后贵浅谈贯穿测量的几点体会矿山测量，2002(4)：16-l710 25卷，1996.411 陈文平.大型贯穿工程中地面控制的最正确方案.矿山测量.1993.2 12 李庆岳:?工程测量学?. 测绘出版社.1992.1013 陈龙飞、金其坤.?工程测量学?. 同济大学出版社.1990.814 张国良、朱家钰、顾和和矿山测量学徐州.中国矿业大学出版社，2001 15 朱建华. 大型贯穿测量的实践与精度分析.淮南矿业集团谢桥煤矿瓦地科. 中国科技信息2005年第19期16 郭智，赵军，胡传义. 矿山贯穿测量的应用与精度分析. 江西煤炭科技. 2021年第1期致 谢光阴荏苒，四年的时间一转眼就过去了，在这四年的求学生涯中，我与测绘04这个大集体中的同学们相亲相爱，我尊敬所有教导过我的老师。在这我要衷心感谢各位老师在四年的学习期间给予我的关心和帮助，以及各位专业老师传授给我专业技术的能力，感谢我亲爱的母校教育我们各类知识及其做人的道理。我还要特别感谢徐昌荣和施向丰老师，正是由于两位老师的悉心指导，我才能完成论文选题和最终成文。真的是十分的感谢！老师们渊博的知识，求实创新、勤奋严谨的治学风范、忘我的工作作风时刻熏陶着我；老师的因材施教、诲人不倦的授业精神给我们留下了深刻的印象，这将使我受益终身。再次感谢测绘专业全体老师和本届全体同学给
展开阅读全文