礦測第十四章井下測量

測量學

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第十四章井下測量第十四章井下測量

測量學

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14.1近井點和井口水準基點§

14.2礦井平面聯系測量§

14.3礦井高程聯系測量§14.4井下平面測量§14.5井下高程測量

測量學§14.1近井點和井口水準基點

在國家一、二等三角網和水準網的基礎上布設礦區(qū)三、四等三角網或高精度測距導線作為礦區(qū)平面控制，布設礦區(qū)三、四等水準網作為礦區(qū)的高程控制。一、礦區(qū)控制測量方法二、近井點和井口水準點的概念和作用1、概念礦井工業(yè)廣場井筒附近布設的平面控制點和高程控制點。2、作用建立礦井上下統一坐標系統。

測量學§14.1近井點和井口水準基點三、近井點和井口水準點的測定方法、精度要求和布設要求1、測定方法和精度要求近井點可在礦區(qū)控制網的基礎上，用插網、插點和敷設經緯儀導線等方法測設。其點位中誤差不得超過±7cm，后視邊方位角中誤差不得超過±10″。井口水準點按四等水準測量的精度要求測設。

2、布設要求(1)、盡可能埋設在便于觀測、保存和不受開采影響的地點；(2)、近井點至井口的連測導線邊數不超過3條；(3)、高程水準基點應不少于兩個。

測量學§14.2礦井平面聯系測量1、礦井聯系測量概念

把井上、井下坐標系統統一起來所進行的測量工作。2、礦井聯系測量的意義礦井基建、生產乃至礦井報廢階段所進行的各種多項工作都需要建立在井上、下采用同一坐標系統的基礎上。3、礦井聯系測量的分類一、概述4、礦井平面聯系測量的任務平面聯系測量（定向測量）高程聯系測量（導入高程）

根據地面已知點的平面坐標和已知邊的方位角，確定井下導線起算點的平面坐標和起算邊的方位角。

測量學§14.2礦井平面聯系測量5.斜井或平硐的平面聯系測量方法

直接從地面已知點延斜井或平硐敷設導線到井下即可求出井下已知點的坐標和已知邊的方位角。

6.礦井平面聯系測量，傳遞坐標誤差和傳遞方位角誤差對井下測量的影響分析

（1）傳遞坐標誤差影響分析坐標傳遞誤差對井下起始點和井下最遠點的影響程度相同。（2）傳遞方位角誤差影響分析導線延伸越長，對點位影響越大。

測量學§14.2礦井平面聯系測量

在平面聯系測量中，方位角傳遞的誤差是主要的，因此把平面聯系測量簡稱為礦井定向。

井下導線起始方位角的誤差作為衡量礦井定向的標準。定向

幾何定向

通過斜井或平峒一井定向兩井定向物理定向

投向儀定向

陀螺經緯儀定向

磁性定向

礦井定向概括來說分為兩類：7、礦井平面聯系測量方法分類

測量學§14.2礦井平面聯系測量二、一井定向

即在一個井筒內懸掛兩根鋼絲，將地面點的坐標和邊的方位角傳遞到井下的工作。

一井定向工作

投點：由地面向定向水平投點連接：

地面和定向水平上與懸掛的鋼絲連接

測量學§14.2礦井平面聯系測量（一）投點

投點是以井筒中懸掛的兩根鋼絲形成的豎直面將井上的點位和方位角傳遞到井下。投點方法有穩(wěn)定投點和擺動投點。

1.投點誤差指由于井筒內滴水和風流的影響，使鋼絲的井下、井上位置不在同一條鉛垂線上而產生的誤差。

測量學§14.2礦井平面聯系測量兩根鋼絲偏離方向相反時（影響最大的情況），投點誤差對定向方位角的影響可按下式計算：

測量學§14.2礦井平面聯系測量

如果設

e=1mm,c=3m

,則投向誤差為：

說明：僅1mm的投點誤差，引起方位角誤差達2′多。

因此要減少投向誤差，必須加大兩垂球線間的距離c和減少投點誤差e之值。減少投點誤差的措施：①定向時最好暫時關閉風機；②采用直徑小、抗拉強度高的鋼絲；③適當增加垂球的重量并將之浸入液體中；④采取防水措施減小滴水的影響；⑤盡可能增大兩根鋼絲間的距離c。

測量學§14.2礦井平面聯系測量2.鋼絲自由懸掛的檢查（1）信號圈法

依次下放3-5個直徑為2-3cm的小圈套，看它們是否依次到達定向水平來檢查。（2）比距法比較井上、井下兩鋼絲間的距離的方法進行檢查。兩距離互差不大于2mm，便可認為鋼絲是自由懸掛。（3）振幅法測定鋼絲擺動的半周期，看它是否與計算值相等。鋼絲擺動的半周期計算公式為：

測定半周期的方法：在定向水平上，記錄鋼絲連續(xù)擺動10次的時間，然后計算出一次擺動的時間。

式中t—鋼絲一次擺動的時間，s；L—鋼絲自由懸掛長度，m；g—重力加速度，9.81m/s2.

測量學§14.2礦井平面聯系測量（二）連接連接測量分為地面連接測量和井下連接測量兩部分。地面連接測量是在地面測定兩鋼絲的坐標及其連線的方位角；井下連接測量是在定向水平根據兩鋼絲的坐標及其連線的方位角確定井下導線起始點的坐標與起始邊的方位角。

1.連接三角形應滿足的條件（1）點C與D及C′與D′要彼此通視，且CD與C′D′的邊長要大于20m；（2）三角形的銳角和要小于2°

（3）a/c與a′/c′的值要盡量小一些，一般應小于1.5。

測量學§14.2礦井平面聯系測量2、連接三角形法的外業(yè)

地面連接測量是在C點安置經緯儀測量出、φ和γ三個角度，并丈量a、b、c三條邊的邊長。

同樣，井下連接測量是在C′點安置儀器測量出′、φ′和γ′三個角度，并丈量c，b′和a′三條邊的邊長。3.連接三角形的結算

（1）運用正弦定理，解算出α，，α’，’(2)、檢查測量和計算成果

首先，連接三角形的三個內角α、β、γ以及α′、β′、γ′的和均應為180°。若有少量殘差可平均分配到α、β或α′、β′上。(角的檢驗）

測量學§14.2礦井平面聯系測量其次，井上丈量所得的兩鋼絲間的距離c丈與按余弦定理計算出的距離c計相差應不大于2mm；井下丈量所得的兩鋼絲間的距離c丈與計算出的距離c計相差應不大于4mm。若符合上述要求可在丈量的a、b、c以及a′、b′、c′中加入改正數Va，Vb，Vc及Va′，Ｖb′,Ｖc′。

(3)、將井上、井下連接圖形視為一條導線，如D—C—A—B—C′—D′，按照導線的計算方法求出井下起始點C′的坐標及井下起始邊C′D′的方位角。采用一井定向進行平面聯系測量應獨立進行兩次，兩次定向求得的井下起始邊的方位角互差應小于2′。符合要求取兩次定向的平均值作為井下起始邊方位角。(4)、連接三角形的解算實例見教材208頁。

測量學§14.2礦井平面聯系測量三、兩井定向

1．概述（1）適用條件當礦井有兩個豎井，且在定向水平有巷道相通、并能進行測量

（2）概念兩井定向是在兩個井筒內各用重球懸掛一根鋼絲，通過地面和井下導線將它們連接起來，從而把地面坐標系統中的平面坐標和方向傳遞到井下。

測量學§14.2礦井平面聯系測量(1)、投點①地面連接測量②井下連接測量

兩井定向的外業(yè)測量與一井定向類似，也包括投點、地面和井下連接測量。

2、外業(yè)

在兩個立井中各懸掛一根垂球線A和B,投點設備和方法與一井定向時相同。(2)連接測量

測量學§14.2礦井平面聯系測量(2)計算兩鋼絲點A、B的連線在地面坐標系統中的方位角(3)以并下導線起始邊A′1為x軸，A′點為坐標原點建立假定坐標系，計算井下導線各連接點在此假定坐標系中的平面坐標，設B點的假定坐標為（xB′,yB′)；

2．兩井定向的內業(yè)計算

(1)根據地面連接測量的成果，按照導線的計算方法，計算出地面兩鋼絲點A、B的坐標(xA,yA)、(xB,yB)；

測量學§14.2礦井平面聯系測量(6)根據A點的坐標（xA,yA)和計算出的A1邊的方位角，計算出并下導線各點在地面坐標系統中的坐標和方位角；(4)

計算A′、B′連線在假定坐標系中的方位角。

(5)計算井下起始邊在地面坐標系統中的方位角

測量學§14.2礦井平面聯系測量4、兩井定向實例見教材210頁。

按《規(guī)程》規(guī)定，兩井定向必須獨立進行兩次，兩次求得的起始邊方位角互差不得超過1′取兩次獨立定向計算結果的平均值作為兩井定向井下連接導線的最終值。

測量學§14.2礦井平面聯系測量四、陀螺定向

陀螺定向是運用陀螺經緯儀直接測定井下未知邊的方位角。

1.陀螺經緯儀的基本原理陀螺經緯儀是根據自由陀螺儀(在不受外力作用時，具有三個自由度的陀螺儀)的原理而制成的。自由陀螺儀具有以下兩個基本特性：

(1)定軸性陀螺軸在不受外力作用時，它的方向始終指向初始恒定方向；

(2)進動性陀螺軸在受到外力作用時，將產生非常重要的效應——“進動”

測量學§14.2礦井平面聯系測量

調節(jié)懸重的位置使杠桿水平時，陀螺轉動后，其軸線的方向始終保持不變、即可驗證定軸性。當將懸重向左移動一小段距離，即相當于陀螺軸受到一個向下的作用力時，陀螺轉動后，杠桿將保持水平，但將在水平面上作逆時針方向的轉動。

同理，將懸重右移一小段距離，即陀螺軸受到一個向上的作用力時，陀螺轉動后，杠桿仍保持水平．但將在水平面上作順時針方向的轉動，這樣即可驗證自由陀螺儀的進動性。

測量學§14.2礦井平面聯系測量

目前，常用的陀螺儀是采用兩個完全自由度和一個不完全自由度的鐘擺式陀螺儀。它是根據上述的陀螺儀的定軸性和進動性兩個基本特性，并考慮到陀螺儀對地球自轉的相對運動，使陀螺軸在測站子午線附近作簡諧擺動的原理而制成的。ZX

測量學§14.2礦井平面聯系測量2.礦用陀螺經緯儀的基本結構陀螺經緯儀是陀螺儀和經緯儀組合而成的定向儀器。分為上架式陀螺經緯儀和下架式陀螺經緯儀兩大類。

測量學§14.2礦井平面聯系測量(1)在地面已知邊上采用2—3個測回測定儀器常數由于儀器加工等多方面的原因，實際中的陀螺軸的平衡位置往往與測站真子午線的方向不重合，它們之間的夾角我們稱之為陀螺經緯儀的儀器常數

要在地面已知邊上測定△，關鍵是要測定已知邊的陀螺方位角3．陀螺經緯儀定向的方法（逆轉點法）第一步，在A點安置陀螺經緯儀，嚴格整平對中，并以兩個鏡位觀測測線方向AB的方向值——測前方向值M1。第二步，將經緯儀的視準軸大致對準北方向(對于逆轉點法要求偏離陀螺子午線方向不大于60′)。第三步，測量懸掛帶零位值——測前零位，同時用秒表測定陀螺擺動周期。測定的方法是：

測量學§14.2礦井平面聯系測量測定零位的方法是：下放陀螺靈敏部，從讀數目鏡中觀測靈敏部的擺動，在分劃板上連續(xù)選三個逆轉點(即陀螺軸圍繞子午線擺動時偏離子午線的兩側最遠位置)的讀數，估讀至0.1格，并按下式計算零位：并按下式計算第四步，用逆轉點法精確測定陀螺北方向值。啟動陀螺馬達，緩慢下放靈敏部，使擺幅在1°一3°范圍內。調節(jié)水平微動螺旋使光標線與分劃板零刻度線隨時保持重合．到達逆轉點后，記下經緯儀水平度盤讀數。連續(xù)記錄5個逆轉點的讀數第五步，進行測后零位觀測，方法同測前零位觀測。

測量學§14.2礦井平面聯系測量第六步，再以兩個鏡位測定AB邊的方向值——測后方向M2。第七步，計算(4)計算井下未知邊的坐標方位角

。(2)在井下定向邊上采用兩測回測定陀螺方位角——a點的子午線的收斂角。(3)返回地面后，及時再在已知邊AB上測定儀器常數例題如表14-11所示。

測量學§14.3礦井高程聯系測量1、礦井高程聯系測量又稱導入標高，其目的是建立井上、井下統一的高程系統。2、采用平硐或斜井開拓的礦井，高程聯系測量可采用水準測量或三角高程測量，將地面水準點的高程傳至井下。3、常用的豎井導入標高的方法有鋼尺法、鋼絲法和光電測距儀法。

通過在地面建立的比長臺用鋼尺往返分段測量出鋼絲上兩標記間的長度，且往返測量的長度互差不得超過一、鋼絲法導入標高1.懸掛鋼絲2.在井上、井下同時用水準儀測得A、B處水準尺上的讀數a和b，并用水準儀瞄準鋼絲，在鋼絲上作上標記。3.變換儀器高再測一次，兩次測得的井上、井下高程基點與鋼絲上相應標志間的高差互差不超過4mm，則可取其平均值作為最終結果。1、井口附近安置光電測距儀，在井口和井底的中部，分別安置反射鏡。二、光電測距儀導入標高3、測量出儀器中心至井上和井下反射鏡的距離l、S，從而井上與井下反射鏡中心間的鉛垂距離H2、井上的反射鏡與水平面成45°夾角，井下的反射鏡處于水平狀態(tài)。4、分別在井上、井下安置水準儀。測量出井上反射鏡中心與地面水準基點間的高差和井下反射鏡中心與井下水準基點間的高差，則可按下式計算出井下水準基點B的高程。

測量學§14.4井下平面測量包括井下平面控制測量和采區(qū)測量。1、概述一、井下平面控制測量(1)、井下平面控制測量的方法(2)、井下導線的分類

井下平面控制測量以礦井聯系測量測得的井底車場內的已知點和已知邊作為導線的起始點和起始邊，逐步敷設導線來完成標定巷道掘進方向和測繪礦圖等任務。分為基本控制導線和采區(qū)控制導線。（3）井下導線應用范圍基本控制導線精度較高，是井下的首級平面控制。它主要敷設在斜井、平硐、并底車場、水平(階段)運輸巷道、總回風巷、集中上下山和集中運輸石門等礦井主要巷道中。采區(qū)控制導線的精度較低，是礦井的加密控制，它是以基本控制導線點為基礎，沿采區(qū)上下山、中間巷道或片盤運輸巷道以及其他次要巷道敷設。

測量學§14.4井下平面測量（4）井下導線的精度分級井下基本控制導線可分為7″級和15″級兩種。采區(qū)控制導線也包括15″級和30″級兩種。根據《煤礦測量規(guī)程》的規(guī)定，在布設基本控制導線時．應每隔1.5—2.0km加測一條陀螺定向邊，且7″級和15″級基本控制導線的陀螺經緯儀定向精度不得低于±10″和±15″級。

測量學§14.4井下平面測量2.導線點的選設

井下導線點分為永久點和臨時點兩種。永久點應在碹定上或巷道頂（底）板的穩(wěn)定巖石中，一般在礦井的主要巷道中至少應每隔300～500m設置一組，一組至少應有3個相鄰點。臨時點可選設在頂板巖石中或牢固的棚梁上。導線點要進行統一的編號，并在其附近做明顯的標記。

測量學§14.4井下平面測量3.水平角的觀測

由于井下導線點很多都布設在頂板上，經緯儀需標有鏡上中心，以便于點下對中。井下測量水平角的方法主要有測回法和復測法兩種。

測量學§14.4井下平面測量3.水平角的觀測

測量學§14.4井下平面測量4.邊長的丈量

可采用光電測距儀或鋼尺丈量。（1）光電測距儀量邊采用光電測距儀測量并下導線的邊長時要求至少要進行兩個測回的觀測．每個測回中讀數間的互差不得大于10mm。單程測量時，測回間的互差不得大于15mm；往返測量時、換算成水平距離(加氣壓、氣溫和傾斜改正)后的互差不得大于其平均邊長值的1／6000。

測量學§14.4井下平面測量4.邊長的丈量

（2）鋼尺量邊采用鋼尺丈量基本控制導線的邊長時，必須使用經過比長過的鋼尺，加以比長時的拉力，懸空丈量并測定溫度。分段丈量時，最小尺段長度不得小于10m，定線偏差應小于5cm。每尺段應變換起點讀數三次．讀至毫米，長度互差應不大于3mm，導線邊長必須采用往返測量，丈量結果加入各項改正數變?yōu)樗竭呴L后，互差不得大于平均邊長的1／6000；在邊長小于15m或傾角大于15°的巷道中，互差也不得大于平均邊長的1／4000。丈量采區(qū)控制導線的邊長時，可憑經驗施以拉力，不側溫度，采用往返測量或鋁動鋼尺位置1m以上的方法丈量兩次，互差不得大于邊長平均值的1／20000。

測量學§14.4井下平面測量5.導線的延長

隨著巷道的不斷掘進，井下導線也要及時延長。采區(qū)控制導線一般應每隔30——100m延長一次，基本控制導線應每隔300一500m延長一次。在延長導線之前，為了避免用錯測點和檢查測點是否移動，應對上次所測量的最后一個水平角和最后一條邊長進行檢查測量。檢查測量所得水平角與上次測得的水平角滿足下表的規(guī)定后，方可由此向前延長導線．否則，應繼續(xù)向后檢查，宣至符合要求，才可由此向前延長導線。

測量學§14.4井下平面測量6.復測支導線的內業(yè)計算

井下導線的形式有閉合導線、附合導線和復測支導線三種，其中閉合導線與附合導線的計算方法與地面相同，只是限差要求不一樣。因此，這里主要介紹復測支導線的計算方法。在井下觀測工作完成后，應及時整理和檢查外業(yè)手薄，確認各觀測成果符合《規(guī)程》規(guī)定后，方可進行內業(yè)計算。

測量學§14.4井下平面測量(1)分別按往、返測成果計算導線最末邊的方位角αI和αII。(4)按分配閉合差后的水平角推算往、返測各邊的方位角。(3)分配角度閉合差，若往測和遲測的中間導線點不完全重合，則角度閉合差應分別分配，即往測和返測各分配f/2，計算公式如下；(2)計算并檢核角度閉合差f測量學§14.4井下平面測量

(5)計算坐標增量和往、返測坐標增量閉合差：(6）計算并檢核坐標相對閉合差K(7)分配坐標閉合差：(8)分別計算往測和返測各導線點的坐標測量學§14.4井下平面測量二、采區(qū)測量

采區(qū)測量主要包括采區(qū)聯系測量、次要巷道測量和回采工作面測量。采區(qū)聯系測量是通過豎直或急傾斜巷道向采區(qū)內傳遞方向、坐標和高程的測量工作

(1)通過兩個豎直巷道進行聯系測量

(2)通過一個豎直巷道進行聯系測量

(3)通過急傾斜巷道進行聯系測量測量學§14.4井下平面測量

(3)通過急傾斜巷道進行聯系測量①斜線輔助垂球法②牽制垂球法

采區(qū)內的聯系測量必須獨立進行兩次，兩次定向結果的互差不得超過14′。分水平(或階段)依次逐級定向時，同一水平兩次定向測量結果之差不得超過14′

(n為中間定向水平個數）測量學§14.4井下平面測量2.采區(qū)次要巷道測量目的：填結礦圖，方法：以采區(qū)控制導線為基礎而敷設的碎部導線測量。采區(qū)碎部導線應盡可能布設成閉(附)合導線形式，布設成支導線時必須有可靠的校核措施。使用儀器及施測要求：低精度經緯儀、羅盤儀或簡易測角儀等進行。用經緯儀敷設碎部導線時，水平角采用一次復測觀測，邊長用鋼尺丈量，豎直角用正倒鏡觀測。導線和三角高程的相對閉合差應分別不大于1／500和1／1000。測量學§14.4井下平面測量在沒磁性物質影響的地方，可采用懸掛羅盤儀結合半圓儀和皮尺來測設碎部導線，但必須滿足以下要求；(1)導線邊長應小于20m，導線最弱點距起始點不宜超過200m，相對閉合差不得大于1／2000。

(2)應在導線邊的兩端各測一次磁方位角，兩次之差不得大于2°；

(3)導線邊的豎直角，可用懸掛半圓儀測定，高程相對閉合差不得超過1／300；

(4)邊長可用檢查過的皮尺丈量．讀至厘米。采區(qū)次要巷道測量的主要任務是為填繪礦圖提供資料。其主要測繪內容包括：測繪大比例尺巷道圖，丈量巷道的長度和斷面大?。粶y定斷層、煤厚變化等地質特征點和瓦斯突出點、涌水點的位置等。測量學§14.4