中国矿业大学 矿山测量课程设计 - 图文

中国矿业大学

成绩：

矿山测量学

课程设计

学 号： 姓 名： 班 级： 指导教师： 学 院：

2013年 7 月 18日

目录

1课程设计目的与背景 ........................................................................... 1 2矿井基本情况 ...................................................................................... 1 2.1地形地貌及气象条件 .................................................................. 1 2.2交通条件 ..................................................................................... 1 2.3测区已有测绘资料及成果利用 .................................................. 1 2.4坐标系统 ..................................................................................... 2 2.5相关作业依据与要求 .................................................................. 2 3贯通测量概述 ...................................................................................... 2 3.1贯通测量 ..................................................................................... 2 3.2井巷贯通允许偏差 ...................................................................... 4 3.3两井间巷道贯通误差预计参数 .................................................. 5 4地面控制测量 ...................................................................................... 7 4.1 E级GPS控制测量方案及误差预计 ........................................... 7 4.2导线控制测量方案及误差预计 ................................................ 10 5矿井平面联系测量 ............................................................................ 14 5.1主副井两井定向测量方案 ........................................................ 14 5.2 风井两井定向测量方案 ........................................................... 18 5.3 定向测量对贯通影响误差预计 ............................................... 19 6 井下控制测量 ................................................................................... 20 6.1 方向附和导线的的布设方案 ................................................... 20

6.2 加测陀螺定向边的井下导线的的布设方案 ............................ 24 7 地面水准测量 ................................................................................... 25 7.1水准测量方案设计 .................................................................... 25 7.2贯通误差预计 ........................................................................... 27 8 高程联系测量 ................................................................................... 27 8.1 钢尺导入高程 .......................................................................... 27 8.2 钢丝导入高程 .......................................................................... 28 8.3 光电测距仪导入高程 ............................................................... 29 8.4 导入高程对贯通误差预计 ....................................................... 29 9 井下高程控制测量 ........................................................................... 30 9.1 井下水准测量 .......................................................................... 30 9.2 井下三角高程测量 ................................................................... 31 9.3井下控制测量对贯通误差预计 ................................................ 32 10 最佳方案选择 ................................................................................. 33 10.1平面控制测量方案 .................................................................. 33 10.2 高程控制测量方案 ................................................................. 34 11.经费预算 .......................................................................................... 35 12 课程设计总结 ................................................................................. 35 12.1 设计结论建议......................................................................... 35 12.2 设计感想与感谢 ..................................................................... 36

1课程设计目的与背景

矿山测量课程设计是在学完矿山测量学课程和完成矿山测量教学实验之后进行的。是对学生进行测绘高级工程人才基本训练的一个重要环节。其目的在于通过对某矿井的主要矿山测量工作的设计，培养学生独立分析问题和解决问题的能力及其创新能力。通过模拟实践，以更好的理解课本知识，更真实的了解矿山测量工作。

矿山测量主要任务是贯通测量，尤其是大型巷道贯通测量是矿山测量工作。贯通工程质量的好坏，直接关系到整个矿井的建设、生产和经济效益。贯通测量涉及到地面控制测量、矿井平面联系测量、井下控制测量、地面水准测量、高程联系测量、井下高程测量。其中，贯通测量是在综合考虑矿井贯通安全、费用等基础上，在所涉及的方案中选择最佳的实际方案。

为了加快矿井的建设速度、缩短建井周期、保证正常的生产接替和提高矿井产量，经常采用多井口或多头掘进，这样就会出现两井间或井田的长距离巷道贯通测量，所以两井间贯通测量就成为了矿井生产中必不可少的一项工作。在此，我对9号煤矿区进行两井贯通测量设计。矿井的顺利贯通加快了矿井的建设速度，缩短了建井的周期、保证了正常的生产交替并且提高了矿井的年产量。

2矿井基本情况

2.1地形地貌及气象条件

9号煤矿区位于徐州贾汪区，采区涉及上湖、唐庄和瓦庄等，域内地势平坦，大部皆为平原。徐州贾汪区属暖温带半湿润季风气候，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒。年气温14℃，年日照时数为2284至2495小时，日照率52%至57%，年均无霜期200至220天，年均降水量800至930毫米，雨季降水量占全年的56%。气候资源较为优越，有利于农作物生长。主要气象灾害有旱、涝、风、霜、冻、冰雹等。气候特点是：四季分明，光照充足，雨量适中，雨热同期。四季之中春、秋季短，冬、夏季长，春季天气多变，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒潮频袭。

2.2交通条件

交通便利，有省道经过。

2.3测区已有测绘资料及成果利用

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收集矿区内各种已有的测绘资料，包括地形图、交通图、基本矿图、专门矿图、日常生产用图和生产交换图以及基础控制成果（成果表、点之记、网图、技术总结）及鉴定结论等。以级与甲方沟通后甲方提出的其他要求。

由于矿图上未找到已知的永久导线点或者可以作为地面控制的导线点，所以选择采用在主副井周边的特殊高程点QY01、QY02和QY04作为已知高程控制测量起算点并使用GPS控制，作为矿区首级平面控制测量的起算点。

2.4坐标系统

一个矿区应采用统一的坐标和高程系统。为了便于成果、成图的相互利用，采用国家3°带高斯平面坐标系统。在特殊情况下，可采用任意中央子午线或矿区平均高程面的矿区坐标系统。平面坐标系采用1954北京坐标系。按3°分带，中央子午线经度为L0=117°，横坐标加500Km。

矿区高程尽可能采用1985国家高程基准，当无此条件时，方可采用假定高程系统。

2.5相关作业依据与要求

1.《煤矿安全规程》 2.《煤矿测量规程》

3.《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/18314-2009) 4.《DZS3水准仪使用说明书》（北京博飞） 5.《LeicaTC1500用户手册》(瑞士徕卡) 6.《测绘产品检查验收规定》，CH1002－95 7.《测绘产品质量评定标准》，CH1003－95

3贯通测量概述

3.1贯通测量

采用两个或多个相向或同向的掘进工作面分段掘进巷道，使其按设计要求在预定地点彼此结合，叫做巷道贯通。在煤矿开采过程中,贯通测量是矿井建设发展的重要一环。由于贯通测量工作涉及地面和井下,不但要为矿山生产建设服务,也要为安全生产提供信息,以供管理者做出安全生产决策。贯通测量的任何疏忽都会影响生产,甚至可能导致事故的发生。因此，贯通测量是一项非常重要的测量工作，测量人员所肩负的责任是十分重大的。如果因为贯通测量过程中发生错误而导致巷道未能正确贯通，或贯通后结合处的偏差值超限，都将影

2

L—三角高程线路长度，以km为单位。

《煤矿测量规程》要求基本控制导线的高程容许闭合差fh容=2=100mm。即规程要求每千米长度容许的高程中误差为：100/2=50mm。本次设计三角高程线路长度为D-5号点之间，总长约为38米,即L=0.38Km。

（3）井下控制测量的总误差预计 可由贯通预计参数公式（3-18）计算得：

2222MHK??Mh上?Mh0?Mh水?Mh经/2

??14.52?13.32?24.12?30.82 ??43.8mm所以，预计误差

MH预=2MHK??87.6mm

由以上误差计算可知，预计误差远小于生产限差，说明贯通的高程控制测量误差要求是比较容易达到的。

10 最佳方案选择

根据以上贯通测量中每个环节中的设计方案及误差预计，可以组成一下三个可行的整体贯通测量方案。

10.1平面控制测量方案

（1）可选方案一：（详细设计见上面各个环节，下同）

①地面控制测量方法：E级GPS控制测量；

②矿井联系测量方法：主副井采用两井定向，风井采用15秒陀螺定向； ③井下控制测量方法：7秒级导线控制测量。 ④贯通误差预计：（假设以下各项都独立测量两次）

22222Mxk预??2Mx上?Mx01?Mx02?Mx?下?Mxl下/2

=?2*13.62?292?242?26.82?5.272 =?68.5mm<0.2限差

（2）可选方案二：（假设以下各项都独立测量两次）

①地面控制测量方法：一级导线控制测量；

②矿井联系测量方法：主副井采用两井定向，风井采用15秒陀螺定向； ③井下控制测量方法：7秒级导线控制测量。 ④贯通误差预计：

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22222Mxk预??2Mx上?Mx01?Mx02?Mx?下?Mxl下/2

=?2*52.382?292?242?282?6.32 =99.8mm<0.2限差

（3）可选方案三：（假设以下各项都独立测量两次）

①地面控制测量方法：E级GPS控制测量；

②矿井联系测量方法：主副井采用两井定向，风井采用15秒陀螺定向； ③井下控制测量方法：7秒级导线控制测量，加测三条陀螺定向边。 ④贯通误差预计：

22222Mxk预??2Mx上?Mx01?Mx02?Mx?下?Mxl下/2

=?2*13.62?292?242?282?6.32 =?69.6mm

（4）最终方案确定：

同时考虑贯通的精度要求和成本控制，相比而言，方案二中地面一级导线控制测量导致整体精度较低，且工作量也不小；方案三中在井下控制测量已完全精度要求的情况下，加测几条陀螺定向边会增加不少成本，所以整体方案一是最合理的选择。

10.2 高程控制测量方案

贯通的高程控制测量分为地面水准测量、高程联系测量（导入高程）、井下水准测量和三角高程测量几个部分，本次设计在地面水准测量、井下水准测量、井下水准测量和三角高程测量部分各设计了一种可行的方案，而在导入高程方式上设计了500m钢尺、钢丝导入高程和光电测距仪导入高程，考虑到本次贯通矿井只有300米深，在最经济且完全满足精度要求的情况下，最终选择500m长钢尺导入高程的方案。

高程贯通误差的预计(假设以上各项都独立测量两次，具体计算过程已在上面给出)

2222MHK??Mh上?Mh0?Mh水?Mh经/2

??14.52?13.32?24.12?30.82 ??43.8mm所以，预计误差

MH预=2MHK??87.6mm<0.2m限差

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11.经费预算

（1）加测陀螺边费用

测陀螺边技术掌握的人比较少，甚至拥有陀螺经纬仪的单位也比较少而且其在整个工程中的作用和承担的责任都比较大，所以费用也比较大。本项工程此项花费大约在2万元人民币左右。

（2）水准测量费用 ①地面部分

造标费用，2000元每点，共4点，合计8000元人民币。

地面是四等水准测量，每公里1000元人民币，地面导线长约为2.1千米，总计价格约为21000元人民币。 ②井下部分

井下水准测量，每公里500元人民币，总长2.2km，合计1100元。

（3）GPS测量

造标费用1000元/点，共7点，合计7000元; 观测费用每点500元，11个GPS观测点共5500元。

（4）导线测量

①井上部分导线测量

一级导线每公里1500元，共2.1公里，计3150元。 ②井下部分导线测量

井下7秒导线1500元每公里，共2.2km合计3300元。 （5）绘制整体贯通地形图

1：5000采掘工程图图一张，价格3000元。

费用总计：52050元

12 课程设计总结

12.1 设计结论建议

贯通测量的好坏，固然决定于贯通质量的好坏,固然决定于所选择的贯通方案和测量方法是否正确,但更重要的是实际施测工作的质量。一方面在重要贯通工程开始施测前,要充分做好人员准备,另一方面要切实抓好质量保证体系的贯彻落实。除此之外,还要注意采取如下措施:

(1)提高控制测量的精度。

(2)测量过程中,提高仪器对中精度,如使用四联脚架法施测。

(3)在斜巷中测角时,注意对中精度和仪器整平的精度,每测回重新对中整平。

(4)矿山井巷易受地质条件限制形成短边巷道,建议使用陀螺全站仪加测短边陀螺方位角,

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提高贯通精度。

(5)在巷道中,由于顶板淋水等原因,导线点的标识有时不清楚。专门制作导线点标志牌,实行挂牌管理。

(6)小断面掘进,当贯通距离剩余20m以上时,采取小断面掘进,提高贯通段巷道质量。

总之，只要抓好贯通测量中的每一个环节工作，就能保证每一个贯通工程都。 能实现准确贯通，使测量真正起到“眼睛”的作用。

12.2 设计感想与感谢

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表6-5 各导线点与K点连线在y轴上的投影长度

导线点号 1 2 3 4 5 6 7

Ryi(m)

导线点号

8 9 10 11 12 13 14

Ryi

(m)

429 495 606 614 584 475 346

106 -66 -146 -255 -363 -363 -414

表6-6 导线与X轴之间的夹角以及余弦值

导线边号

边长（m） 测边误差（mm） 与X轴夹角?(°)

J2---14 14---13 13---12 12---11 11---10 10---9 9---k k-8 8---7 7---6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-D

48 54 172 108 110 81 71 106 240 147 122 34 29 118 69 69

5.24 5.27 5.86 5.54 5.55 5.405 5.355 5.53 6.2 5.735 5.61 5.17 5.145 5.59 5.345 5.345

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ml*cos?

69 20 89 15 30 25 25 90 90 39 35 55 83 23 23 23

1.877848 4.95218 0.102271 5.351229 4.806441 4.898594 4.853278 1.48E-07 1.66E-07 4.456932 4.595443 2.96539 0.627018 5.145622 4.920098 4.920098

②测角引起贯通相遇点K在X方向上的误差，利用公式（3-1）计算得：

Mx?下??m?下?2?R2y下

52396562 206265*1.4?26.8mm??③光电测距引起贯通相遇点K在X方向上的误差，利用公式（3-2）计算得：

Mxl下=??154.47244 1.4?5.27mm12?m2lcos2?ii' 6.2 加测陀螺定向边的井下导线的的布设方案

（1）方案设计

测陀螺定向边，具体加测方案如下图所示： 共加测2条陀螺定向边，分别是6-7,11-12

图6-2加测陀螺定向变设计

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（2）施测方案与作业要求

陀螺定向时采用“3-2-3”的作业程序“逆转法”观测,即使用陀螺仪先在地面已知边上3测回测定仪器常数,仪器下井后,在井下定向边上进行对向观测陀螺方位角各一次,待仪器上井后再在地面已知边上3测回测定仪器常数。

测量陀螺方位角时的技术要求应严格遵守《规程》中关于±15\级陀螺仪的施测要求。 具体施测方案及要求已在风井定向方案中详细描述，这里不再赘述。

（3）对贯通误差预计

①由测角引起的贯通点K在X'方向上的误差可由以下公式计算：（参照上面的误差分布计算图，各项计算参数均可由图直接量出，具体方法类同不加陀螺定向边时的计算过程，这里直接给出计算结果）

Mx'?下?m?下2???????????R222O1O2O324K2y'??R2y'16K

=?28mm

②由测距引起贯通相遇点K在X方向上的误差与不加陀螺定向边时一致：

nMxl下=?m2lcos2?i ?1i' =?6.3mm

7 地面水准测量

7.1水准测量方案设计

主井与副井之间的水准测量，以近井点Ⅰ作为水准基点。为顾及两井口水准基点相对高程中误差引起贯通点K在Z轴方向的偏差中误差的限定值，即±0.03m，所以井口水准基点的高程测量按照《国家水准测量规范》四等水准测量的精度要求测设。本次地面水准测量作业方案为已知特殊高程点QY01起测，沿水准附合线测设到近井点II。从水准点Ⅰ1开始向主井布设水准支线，传递主井高程。

水准测量采用国产北京光学仪器厂DS3自动安平水准仪，使用木质水准尺。每一测站采用两次仪器高法观测两点之间的高差，两次测得结果若在5mm限差之内，则取两次结果平均数作为所测高差结果。由于测区内地理原因，为了防止脚架的升降，应自备尺垫。为减弱水准标尺的零点误差及仪器及脚架沉降所带来的误差对观测结果的影响，从特殊高程点QY01到近井点I1，及由近井点I1至国家二等水准点II之间测段都布设为偶数段测站，并且在观测过程中，相邻测站间标尺要互换。高程控制与平面控制一样，亦自成系统。矿区地面之间通视良好，地势起伏不大，附合水准路线按地面四等水准测量要求施测。

水准路线设计借用地上平面控制时的控制点，然后再在每两个一级导线点之间加设几个水准点，具体方案如下图：

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图7-1地面水准测量设计

（2）具体施测要求与作业组织

表7-1 四等精度水准要求： 等级 仪器级别 视线长度(m) 前后视 距差 (m) 前后视 距累差 (m) 视线离地面低高度(m) 基本分划、辅助分划黑红面读数差（mm） 基本分划、辅助分划黑红面高差之差（mm） 四级 DS3 100 5 10 0．2 3．0 5．0 水准点埋设完毕，即可按拟定的水准路线进行观测。先在水准起始点立尺，作为后视尺，再安置仪器于测站1，同时选择转点，放上尺垫，并立另一水准尺于其上，作为前视尺，后视起始点水准尺，得后视读数，前视转点得前视读数，后视值减前视值得起始点与转点的高差，记录计算完毕后，沿水准路线前移，将仪器安置于第二站，第一站的前视尺原处不动，转过尺面作为第二站后视尺，第一站前视尺作为后视尺，同时继续观测、记录及计算。重复此过程，完成高程观测全部工作。

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7.2贯通误差预计

由误差预计公式（3-12）可得：（从设计图中量得L=2.1千米）

Mh上=?10L(mm)

=?14.5mm

8 高程联系测量

高程联系测量的任务，就在于把地面的高程系统，经过平硐、斜井或立井传递到井下高程测量的起始点上。所以我们称之为导入高程。一般取导入高程的误差许误差，约等于井深的1/8000。

M?d22，d为允

8.1 钢尺导入高程

高程导入是立井高程导入并用长钢尺导入，目前国内外使用的长钢尺有500m、800m、1000m等几种，由于本矿井井深约为300米，故选用500米钢尺。

施测方法：

（1）下放钢尺在地面及井下安平水，分别在A、B两点所立水准尺上读取读数a、b，然后将水准仪照准钢尺，在井上下同时读取读数准仪m、n，同时测定井上下温度t1、t2 ，温度取井上下的温度平均值，即t=（t1+t2）/2 。

（2）根据上述测量数据，求得A、B两点的高差为：h=（m-n）+（b-a）+ΣΔL

其中ΣΔL 为钢尺的总改正数。它包括尺长、温度、拉力和钢尺自重等改正数。即ΣΔL=ΔLk+ΔLt+ΔLp+ΔLc

（3）高程导入的基本公式和图形如下：

h=l-a+b=l+(b-a)

B点在统一坐标系中的高程 HB=HA-h

（4）导入高程需独立进行两次前后两次之差不得超过l/8000。 （5）减小误差措施：

①尽量增大两垂球线间的距离，并选择合理的垂球线位置。例如使两垂球线连线方向尽量与气流方向一致。这样尽管沿气流方向的垂球线倾斜可能较大，但是最危险的方向（即垂直于两垂球线连线方向）上的倾斜却不大，因而可以减少投向误差。

②适当加大垂球重量，这样可以减小晃动

③摆动观测时，垂球线摆动的方向应尽量与标尺平行，并适当增大摆幅，但不宜超过100mm

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r9sd.html