井下测量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章 井下测量,11.1,近井点和井口水准基点,11.2,矿井平面联系测量,11.3,矿井高程联系测量,11.4,井下平面测量,11.5,井下高程测量,11-1,近井点和井口水准基点,一、矿区控制测量方法,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测距导线作为矿区平面控制，布设矿区三、四等水准网作为矿区的高程控制。,二、近井点和井口水准点的概念和作用,1.,概念,矿井工业广场井筒附近布设的平面控制点和高程控制点。,2.,作用,建立矿井上下统一坐标系统。,11-1,近井点和井口水准基点,三、近井点和井口水准点的测定方法、精度要求和布设要求,1.,测定方法和精度要求,近井点可在矿区控制网的基础上，用插网、插点和敷设经纬仪导线等方法测设。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,。,井口水准点按四等水准测量的精度要求测设。,2.,布设要求,（,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不超过,3,条；,（,3,）高程水准基点应不少于两个。,11-2,矿井平面联系测量,一、概述,1.,矿井联系测量概念,把井上、井下坐标系统统一起来所进行的测量工作。,2.,矿井联系测量的意义,矿井基建、生产乃至矿井报废阶段所进行的各种多项工作都需要建立在井上、下采用同一坐标系统的基础上。,3.,矿井联系测量的分类,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。,4.,矿井平面联系测量的任务,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。,11-2,矿井平面联系测量,一、概述,5.,斜井或平硐的平面联系测量方法,直接从地面已知点延斜井或平硐敷设导线到井下即可求出井下已知点的坐标和已知边的方位角。,6.,矿井平面联系测量，传递坐标误差和传递方位角误差对井下测量的影响分析,（,1,）传递坐标误差影响分析,坐标传递误差对井下起始点和井下最远点的影响程度相同。,（,2,）传递方位角误差影响分析,导线延伸越长，对点位影响越大。,11-2,矿井平面联系测量,一、概述,7.,竖井矿井平面联系测量方法分类,（,1,）几何定向,1,）一井定向,2,）两井定向,（,2,）陀螺定向,二、一井定向,即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工作。,一井定向工作分为投点（由地面向定向水平投点）和连接（地面和定向水平上与悬挂的钢丝连接）两个部分。,11-2,矿井平面联系测量,二、一井定向,（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。,投点方法有稳定投点和摆动投点。,1.,投点误差,指由于井筒内滴水和风流的影响，使钢丝的井下、井上位置不在同一条铅垂线上而产生的误差。,11-2,矿井平面联系测量,二、一井定向,1.,投点误差,两根钢丝偏离方向相反时，投点误差对定向方位角的影响可按下式计算：,减少投点误差的措施：,定向时最好暂时关闭风机；,采用直径小、抗拉强度高的钢丝；,适当增加垂球的重量并将之浸入液体中；,采取防水措施减小滴水的影响；,尽可能增大两根钢丝间的距离,c,。,11-2,矿井平面联系测量,二、一井定向,2.,钢丝自由悬挂的检查,（,1,）信号圈法,依次下放,3-5,个直径为,2-3cm,的小圈套，看它们是否依次到达定向水平来检查。,（,2,）比距法,比较井上、井下两钢丝间的距离的方法进行检查。两距离互差不大于,2mm,，便可认为钢丝是自由悬挂。,（,3,）振幅法,测定钢丝摆动的半周期，看它是否与计算值相等。,钢丝摆动的半周期计算公式为：,测定半周期的方法：在定向水平上，记录钢丝连续摆动,10,次的时间，然后计算出一次摆动的时间。,二、一井定向,（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。,地面连接测量是在地面测定两钢丝的坐标及其连线的方位角；井下连接测量是在定向水平根据两钢丝的坐标及其连线的方位角确定井下导线起始点的坐标与起始边的方位角。,1.,连接三角形应满足的条件,（,1,）点,C,与,D,及,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 和 要小于,2,（,3,）,a/c,与,a,/c,的值要尽量小一些，一般应小于,1.5,。,11-2,矿井平面联系测量,二、一井定向,（二）连接,1.,连接三角形法的外业,11-2,矿井平面联系测量,2.,连接三角形的结算,C,C,D,D,B,A,B,A,二、一井定向,（二）连接,11-2,矿井平面联系测量,（,2,）检查测量和计算成果,(3),实例,采用一井定向进行平面联系测量应独立进行两次，两次定向求得的井下起始边的方位角互差应小于,2,。符合要求取两次定向的平均值作为井下起始边方位角。,11-2,矿井平面联系测量,三、两井定向,1,概述,（,1,）适用条件,当矿井有两个竖井，且在定向水平有巷道相通、并能进行测量,11-2,矿井平面联系测量,（,2,）概念,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。,三、两井定向,2,外业,（,1,）投点,在两个立井中各悬挂一根垂球线,A,和,B,投点设备和方法与一井定向时相同。,11-2,矿井平面联系测量,（,2,）连接测量,地面连接测量,井下连接测量,三、两井定向,2两井定向的内业计算,(1),根据地面连接测量的成果，按照导线的计算方法，计算出地面两钢丝点,A,、,B,的坐标,(,x,A,y,A,),、,(,x,B,y,B,),；,11-2,矿井平面联系测量,(2),计算两钢丝点,A,、,B,的连线在地面坐标系统中的方位角,(3),以并下导线起始边,A,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（,x,B,y,B,),；,(5),计算井下起始边在地面坐标系统中的方位角,三、两井定向,2两井定向的内业计算,(4)计算,A,、,B,连线在假定坐标系中的方位角,11-2,矿井平面联系测量,(6),根据,A,点的坐,标（,x,A,y,A,),和计算出的,A1,边的方,位角 ，计算出并下导线各点在地面坐标系统中的坐标和方位角；,三、两井定向,3,两井定向实例,(1),井上外业,11-2,矿井平面联系测量,三、两井定向,3,两井定向实例,（,2,）井下外业,11-2,矿井平面联系测量,三、两井定向,3,两井定向实例,11-2,矿井平面联系测量,（,1,）计算两井筒中钢丝位置,A,1,、,B,1,的坐标,并根据,A,1,、,B,1,的坐标计算出其连线的方位角,三、两井定向,3,两井定向实例,11-2,矿井平面联系测量,（,4,）,计算,井,下导线,，求出,A1,l,在假定坐标系中的方位角,三、两井定向,3,两井定向实例,11-2,矿井平面联系测量,（,5,）,计算,井,下,导线起始边在地面坐标系统中的方位角,（,6,）按地面坐标系统计算井下导线,三、两井定向,3,两井定向实例,11-2,矿井平面联系测量,（,7,）同样方法进行二次两井定向及计算,三、两井定向,3,两井定向实例,11-2,矿井平面联系测量,（,8,）若两次定向结果符合规范要求，取平均值作为最后结果。,四、陀螺定向,陀螺定向是运用陀螺经纬仪直接测定井下未知边的方位角。,1.,陀螺经纬仪的基本原理,陀螺经纬仪是根据自由陀螺仪,(,在不受外力作用时，具有三个自由度的陀螺仪,),的原理而制成的。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,11-2,矿井平面联系测量,四、陀螺定向,11-2,矿井平面联系测量,调节悬重的位置使杠杆水平时，陀螺转动后，其轴线的方向始终保持不变、即可验证定轴性。,当将悬重向左移动一小段距离，即相当于陀螺轴受到一个向下的作用力时，陀螺转动后，杠杆将保持水平，但将在水平面上作逆时针方向的转动,同理，将悬重右移一小段距离，即陀螺轴受到一个向上的作用力时，陀螺转动后，杠杆仍保持水平但将在水平面上作顺时针方向的转动，这样即可验证自由陀螺仪的进动性。,四、陀螺定向,11-2,矿井平面联系测量,目前，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。,Z,X,四、陀螺定向,11-2,矿井平面联系测量,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。,分为上架式陀螺经纬仪和下架式陀螺经纬仪两大类。,四、陀螺定向,11-2,矿井平面联系测量,3陀螺经纬仪定向的方法,（逆转点法）,(1),在地面已知边上采用,23,个测回测定仪器常数,由于仪器加工等多方面的原因，实际中的陀螺轴的平衡位置往往与测站真子午线的方向不重合，它们之间的夹角我们称之为陀螺经纬仪的仪器常数,四、陀螺定向,11-2,矿井平面联系测量,3陀螺经纬仪定向的方法,（逆转点法）,测定,的方法是：,第一步，在,A,点安置陀螺经纬仪，严格整平对中，并以两个镜位观测测线方向,AB,的方向值,测前方向值,M1,。,第二步，将经纬仪的视准轴大致对准北方向,(,对于逆转点法要求偏离陀螺子午线方向不大于,60,),。,第三步，测量悬挂带零位值,测前零位，同时用秒表测定陀螺摆动周期。,测定零位的方法是：下放陀螺灵敏部，从读数目镜中观测灵敏部的摆动，在分划板上连续选三个逆转点,(,即陀螺轴围绕子午线摆动时偏离子午线的两侧最远位置,),的读数，估读至,0.1,格，并按下式计算零位,：,四、陀螺定向,11-2,矿井平面联系测量,3陀螺经纬仪定向的方法,（逆转点法）,测定,的方法是：,第四步，用逆转点法精确测定陀螺北方向值 。启动陀螺马达，缓慢下放灵敏部，使摆幅在,1,一,3,范围内。调节水平微动螺旋使光标线与分划板零刻度线随时保持重合到达逆转点后，记下经纬仪水平度盘读数。连续记录,5,个逆转点的读数,并按下式计算,第五步，进行测后零位观,5Il,，方法同测前零位观测。,3陀螺经纬仪定向的方法,（逆转点法）,测定,的方法是：,第六步，再以两个镜位测定,AB,边的方向值,测后方向,M2,。,第七步，计算,四、陀螺定向,11-2,矿井平面联系测量,(4),计算井下未知边的坐标方位角 。,3陀螺经纬仪定向的方法,（逆转点法）,四、陀螺定向,11-2,矿井平面联系测量,(2),在并下定向边上采用两测回测定陀螺方位角,(3),返回地面后，及时再在已知边,AB,上测定仪器常数,a,点的子午线的收敛角。,11-2,矿井平面联系测量,1.,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。,2.,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至井下。,3.,常用的竖井导入标高的方法有钢尺法、钢丝法和光电测距仪法。,11-3,矿井高程联系测量,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,11-3,矿井高程联系测量,一、钢丝法导入标高,1.,悬挂钢丝,2.,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。,3.,变换仪器高再测一次，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。,4.,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和井下反射镜中心与井下水准基点间的高差，则可按下式计算出井下水准基点,B,的高程。,11-3,矿井高程联系测量,一、光电测距仪导入标高,1.,井口附近安置光电测距仪，在井口和井底的中部，分别安置反射镜。,2.,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。,3.,测量出仪器中心至井上和井下反射镜的距离,l,、,S,，从而井上与井下反射镜中心间的铅垂距离,H,为光电测距仪的总改正数。,11-4,井下平面测量,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,（,1,）井下平面控制测量的方法,井下平面控制测量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。,（,2,）井下导线的分类,分为基本控制导线和采区控制导线。,（,3,）井下导线应用范围,基本控制导线精度较高，是井下的首级平面控制。它主要敷设在斜井、平硐、并底车场、水平,(,阶段,),运输巷道、总回风巷、集中上下山和集中运输石门等矿井主要巷道中。,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，沿采区上下山、中间巷道或片盘运输巷道以及其他次要巷道敷设。,11-4,井下平面测量,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,（,4,）井下导线的精度分级,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。,根据,煤矿测量规程,的规定，在布设基本控制导线时应每隔,1.52.0 km,加测一条陀螺定向边，且,7,级和,15,级基本控制导线的陀螺经纬仪定向精度不得低于,10,和,15,级。,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,2.,导线点的选设,井下导线点分为永久点和临时点两种。,永久点应在碹定上或巷道顶（底）板的稳定岩石中，一般在矿井的主要巷道中至少应每隔,300,500m,设置一组，一组至少应有,3,个相邻点。,临时点可选设在顶板岩石中或牢固的棚梁上。,导线点要进行统一的编号，并在其附近做明显的标记。,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,3.,水平角的观测,由于井下导线点很多都布设在顶板上，经纬仪需标有镜上中心，以便于点下对中。,井下测量水平角的方法主要有测回法和复测法两种。,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,3.,水平角的观测,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,4.,边长的丈量,可采用光电测距仪或钢尺丈量。,（,1,）光电测距仪量边,采用光电测距仪测量并下导线的边长时要求至少要进行两个测回的观测每个测回中读数间的互差不得大于,10 mm,。单程测量时，测回间的互差不得大于,15mm,；往返测量时、换算成水平距离,(,加气压、气温和倾斜改正,),后的互差不得大于其平均边长值的,1,6000,。,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,4.,边长的丈量,（,2,）钢尺量边,采用钢尺丈量基本控制导线的边长时，必须使用经过比长过的钢尺，加以比长时的拉力，悬空丈量并测定温度。分段丈量时，最小尺段长度不得小于,10 m,，定线偏差应小于,5cm,。每尺段应变换起点读数三次读至毫米，长度互差应不大于,3mm,，导线边长必须采用往返测量，丈量结果加入各项改正数变为水平边长后，互差不得大于平均边长的,1,6000,；在边长小于,15m,或倾角大于,15,的巷道中，互差也不得大于平均边长的,1,4000,。,丈量采区控制导线的边长时，可凭经验施以拉力，不侧温度，采用往返测量或铝动钢尺位置,1m,以上的方法丈量两次，互差不得大于边长平均值的,1,20000,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,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,30100 m,延长一次，基本控制导线应每隔,300,一,500 m,延长一次。在延长导线之前，为了避免用错测点和检查测点是否移动，应对上次所测量的最后一个水平角和最后一条边长进行检查测量。检查测量所得水平角与上次测得的水平角满足下表的规定后，方可由此向前延长导线否则，应继续向后检查，宣至符合要求，才可由此向前延长导线。,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,6.,复测支导线的内业计算,井下导线的形式有闭合导线、附合导线和复测支导线三种，其中闭合导线与附合导线的计算方法与地面相同，只是限差要求不一样。因此，这里主要介绍复测支导线的计算方法。在井下观测工作完成后，应及时整理和检查外业手薄，确认各观测成果符合,规程,规定后，方可进行内业计算。,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,6.,复测支导线的内业计算,(1),分别按往、返测成果计算导线最末边的方位角,(2),计算并检核角度闭合差,(3),分配角度闭合差，若往测和迟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 ，计算公式如下；,(4),按分配闭合差后的水平角推算往、返测各边的方位角。,11-4,井下平面测量,一、井下平面控制测量,6.,复测支导线的内业计算,(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,11-4,井下平面测量,二、采区测量,采区测量主要包括采区联系测量、次要巷道测量和回采工作面测量。,采区联系测量是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,11-4,井下平面测量,二、采区测量,(3),通过急倾斜巷道进行联系测量,斜线辅助垂球法 牵制垂球法,采区内的联系测量必须独立进行两次，两次定向结果的互差不得超过,14,。分水平,(,或阶段,),依次逐级定向时，同一水平两次定向测量结果之差不得超过,(n,为中间定向水平个数）,11-4,井下平面测量,二、采区测量,2.,采区次要巷道测量,目的：填结矿图，,方法：以采区控制导线为基础而敷设的碎部导线测量。,采区碎部导线应尽可能布设成闭,(,附,),合导线形式，布设成支导线时必须有可靠的校核措施。,使用仪器及施测要求：,低精度经纬仪、罗盘仪或简易测角仪等进行。用经纬仪敷设碎部导线时，水平角采用一次复测观测，边长用钢尺丈量，竖直角用正倒镜观测。导线和三角高程的相对闭合差应分别不大于,1,500,和,1,1000,。,11-4,井下平面测量,二、采区测量,2.,采区次要巷道测量,在没磁性物质影响的地方，可采用悬挂罗盘仪结合半圆仪和皮尺来测设碎部导线，但必须满足以下要求；,(1),导线边长应小于,20m,，导线最弱点距起始点不宜超过,200m,，相对闭合差不得大于,1,2000,。,(2),应在导线边的两端各测一次磁方位角，两次之差不得大于,2,；,(3),导线边的竖直角，可用悬挂半圆仪测定，高程相对闭合差不得超过,1,300,；,(4),边长可用检查过的皮尺丈量读至厘米。,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。,11-4,井下平面测量,二、采区测量,3.,回采工作面测量,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。其中测量工作面长度和进度的相对精度按照,规程,规定不得超过,1,200,。,11-5,井下高程测量,井下高程测量是以矿井联系测量时导入的高程起始点为依据，测定井下经纬仪导线点和高程点的标高。井下高程测量的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，碴体上或井下永久固定设备的基础上，也可选用并下永久导线点作为高程点。,井下高程点一般应每隔,300,一,500 m,设置一组，每组至少由,3,个高程点组成，两高程点间的距离以,30,一,80 m,为宜。,11-5,井下高程测量,二、井下水准测量,井下水准测量的方法基本上与地面水推测量相类似，一般应选用精度不低于,DS10,的水准仅和普通水准尺，采用变更仪器高,(,两次仪器高互差应大于,10 cm),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。,当高程点在顶板上时，应在读数前加“一”号后，再进行运算。,11-5,井下高程测量,二、井下水准测量,井下每组高程点间的高差都应采用往、返测量的方法确定。往、返测量的高差互差不应超过,(,其中,R,为水准点问的路线长度，以公里为单位,),。如条件许可，可布设成,闭合水准路线，其高差闭合差也不应超过 （,L,为闭合水准路线的长度、以公里为单位,),，当观测成果满足上述要求时，可按测站数平均分配高差闭合差，计算各点的高程。,11-5,井下高程测量,三、三角高程测量,三角高程测量一般用于倾角大于,8,。的倾斜巷，仪器高和站标高应在观测开始前和观测结束后备丈量一次，两次丈量的互差不得大于,4mm,；相邻两点往、返测量的高差互差不应大于,mm(l,为两点间的水平距离，以米为单位,),；三角高程的高程闭合差不得超过,100,mm(L,为导线长度，以,km,为单位,),。,