两井定向测量的实施及其分析解读Word文档下载推荐.docx
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5内业计算8
5.1内业纯计算9
5.2一般实例利用EXCELVBA进行计算10
6精度分析20
6.1地面连接误差20
6.1.1由一个近井点向两个垂球线敷设连接方案的误差21
6.1.2由两个近井点分别向两个垂球线敷设连接方案误差22
6.2井下连接误差23
6.2.1由井下导线测角误差引起的连接误差23
6.2.2由井下导线量边误差引起的连接误差25
6.2.3由井下导线量边测角误差引起的各边连接总误差26
6.3经井上下两槌球线间距离的容许误差26
结束语27
参考文献28
致谢29
绪论
在矿山建设、生产阶段需要进行联系测量，即将矿区地面平面坐标系统和高程系统传递到井下，使矿井上下能采用同一坐标系统所进行的测量工作；
两井定向有物理定向、几何定向等，这里主要阐述两井几何定向。
联系测量须独立进行两次，在互差不超过限差时采用均值作为联系测量的最终结果。
联系测量的必要性：
（1）需要确定地面建筑物、铁路和河湖等与井下采矿巷道之间的相对位置关系。
（2）需要确定相邻矿井的各巷道间及巷道与老塘（采空区）间的相互关系，正确地划定两相邻矿井间的隔离矿柱。
（3）为解决很多重大工程问题，如井筒的贯通或相邻矿井间各种巷道的贯通，以及由地面向井下指定地点开凿小井或打钻孔等等。
联系测量的任务：
（1）井下经纬仪导线起算边的坐标方位角；
（2）井下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y；
（3）井下水准基点的高程H。
1、地面测量
1.1、地面导线测量
近井点可在矿区三、四等三角网、测边网的基础上，用插网、插点和敷设经纬仪导线（钢尺量距或光电量距）等方法测设。
近井点的精度，对于测设它的起算点来说，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″。
这里采用一级光电测距导线测量来得到近井点的坐标。
图1-1地面导线
表1一级光电测距导线的布设与精度要求
附闭合导线长度/km
一般长度/km
测距相对中误差
测角中误差/″
导线全长相对闭合差
5
0.5
1/30000
±
1/20000
表2一级导线测量水平角观测的技术要求
测角中误差/″
测回数
方位角最大闭合差/″
DJ1
DJ2
DJ6
——
4
6
10√n
表中n为测站数
表3水平角的观测限差表
仪器
级别
光学测微器两次
重合读数差/″
半测回
归零差/″
一测回2c
互差/″
同一方向值
个测回/″
1
9
3
8
13
18
24
表4一级导线光电测距的技术要求
采用仪
器等级
往返次数
时间段
总测回数
一测回最大互差
/mm
单程测回间最大差
往返测或不同
时间段互差/mm
Ⅱ
Ⅲ
2
10
20
15
30
√2（A+BD）
表中A为固定误差（mm），B为比例误差（mm/km）,D为测距长度（km）。
近井点测量也可以通过GPS测量来进行。
利用GPS卫星定位测量测设近井点时，近井点应埋设在视野开阔处，点周围视场内不应有地面倾角大于10º
的成片障碍物。
同时应避开高压输电线、变电站等设施，其最近不得小于200m。
测量可采用静态定位法；
在《规范》将GPS网点划分为A、B、C、D、E五个等级。
其中D级和E级分别相当于常规测量的国家三等点和四等点，近井点测设可采用上述等级。
有关技术标准见下表：
表5GPS技术标准
等级
平均边长/km
仪器要求
精度指标/mm
b图形强度（PDOP）
观测时段个数
时段长/min
卫星高度角限值/°
a
b
D
E
10～5
5～2
单频或双频
≤10
≥2
≥60
≥6
≥15
GPS观测包含：
制定观测实施方案，天线的设置及量高，接收机的预热和开机，观测过程中的操作和记录，气象数据的观测记录，关机和迁站以及GPS测量数据的处理。
1.2、地面水准测量
井口水准基点的高程精度应满足两相邻井口间进行主要巷道贯通的要求，通过分析我们可以得到：
井口水准基点的高程测量，应按四等水准测量的精度要求测设。
测量高程基点的水准路线，可布设成附（闭）合路线、高程网或水准支线。
除水准支线必须往返观测外，其余均可只进行单程测量。
如下图：
图1-2地面水准路线
表6四等水准网的主要技术要求
每公里高差中数误差/mm
环线或闭合路线长度/km
仪器级别
水准标尺
观测次数
往返互差，环线或符合路线闭合差/mm
与已知点联测
符合或环线
平地
山地
S3
木质双面
往返各一次
往一次
20√L
6√n
表中L为水准点间路线长度（km），n为测站数
表7四等水准观测的技术要求
一起级别
视线长度
/m
前后视距差
前后视距累差
视线离地面最低高度
基本分划，辅助分划黑红面读数/mm
基本分划，辅助分划黑红面高差之差/mm
100
0.2
3.0
5.0
1.3、地面连接导线
地面有近井点至井口（定向连接点）的连测导线，边数应不超过3个。
地面连测时，应敷设测角中误差不超过5″或10″的一二级闭合导线或复测支导线，10″（二级）导线只能用以10″（二级）小三角网作为首级控制的小矿区。
地面连测导线应在这里采用一级光电测距导线，其技术及技术要求如上表格所示。
2、定向投点
常规的投点定向通常采用垂球线单重头点法，其本身又分为单重稳定投点和单重摆动投点。
这种方法由于井下有通风设备，钢丝摆动受风力影响给定向带来较大误差；
钢丝较长摆动不易停止，须添加附属设备。
得到结果的精度低，效率低，受风力影响，占用矿井影响生产；
比较繁琐，结果一般。
这里采用激光垂直仪进行两井定向，如下：
2.1、激光铅锤仪
激光铅锤仪是一种供竖直定位的专用仪器，适用于矿山、高层建筑物的竖直定位测量。
仪器上设置有两个互成90°
的水准器，其角值一般为：
20″/2mm。
仪器配有专门的激光电源，可发射垂直激光束。
使用方法：
（1）、在地面离井壁3-10m处开始搭设临时支撑架（中间为空的）安放接受板。
（2）、将激光铅锤仪置放在井底向井上接受板投点。
（3）、将激光铅锤仪每旋转120°
，则在接受板上用细的钢笔标定投点的位置。
取三点所组成的三角形的内切圆的中心作为最后的位置。
图2-1激光铅锤仪投点示意图
2.2、激光铅锤仪用于投点的误差分析
图2-2激光铅锤仪投点的精度分析
激光铅锤仪发射激光束必须为一铅锤线，这就需要保证激光发射轴铅锤。
激光铅锤仪需要水准管进行整平，因此其投点误差与与整平精度有直接关系。
则须对整平误差带来的投点误差进行分析。
水准器角值为20″/2mm,表示为水准管2mm分划对应圆心角为20″.则推求弧形水准管对应半径R（m）的公式为：
（2-1）
由于人眼最小视觉分辨率为0.1mm，则理论上整平操作引起的水准管整平误差最小为0.1mm，对应的圆心角为（弧度）：
θ=（0.1/1000）/R（2-2）
假设井深为500m，支撑板高为3m，则整平引起的误差为：
mθ=θ*（500+3+20.63）=0.003mm（2-3）
实际环境中水准管整平误差在0.2-0.3mm，则产生的投点误差为0.006-0.009m之间，远远小于钢丝的投点误差。
3、导入高程
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。
导入高程的方法随开拓方法的不同而分为：
（1）通过平硐导入高程
（2）通过斜井导入高程
（3）通过立井导入高程
两井定向一般采用立井导入高程，其方法也有很多比如长钢尺导入高程、长钢丝导入高程、光电测距仪导入高程；
前两种方法比较繁琐，故这里采用光电法导入高程。
其方法示意图如下：
图3-1光电测距仪导入高程
光电测距仪导入标高的基本方法是：
在井口附近的地面上安置光电测距仪，在井口和井底的中部，分别安置反射镜；
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；
通过光电测距仪分别测量出仪器中心至井上和井下反射镜的距离L、S。
从而计算出井上与井下反射镜中心间的铅垂距离H：
（3-1）
式中，ΔL为光电测距仪的总改正数。
然后，分别在井上、井下安置水准仪。
读取立于E、A及F、B处水准尺的读数e、a和f、b
A、B之间的高差为：
（3-2）
B的高程
：
（3-3）
运用光电测距仪导入标高也要测量两次，其互差也不应超过H/8000。
4、井下导线测量
在定向水平上，连接两垂球线，测设经纬仪导线A′—1—2—3—4—B′；
导线可以采用7″或15″基本控制导线。
我们在这里也采用一级导线的来进行地下的连接侧脸。
地下导线测量须独立进行两次，以结果的平均值作为最终结果。
如图所示：
图4-1井下导线图
这里采用一级导线形式进行地下导线测量，其有关技术要求参见前文的一级导线要求表1、表2、表3、表4执行。
5、内页计算
图5-1两井定向
5.1内页纯计算
1、根据地面连接测量的成果,计算两垂球连线的方位角及长度
按一般计算方法，算出两垂球线的坐标
，根据算出的坐标，计算AB的方位角及长度:
（5-1-1）
（5-1-2）
2、根据假定坐标系统计算井下连接导线
假设A为坐标原点，A1边为
轴方向，即
（5-1-3）
3、测量的计算和检验
用比较井上与井下算得的两垂球线间距离c和c′进行检查，由于两垂球的向地心性，差值
（5-1-4）
式中H——井筒深度；
R——地球的曲率半径。
△c应不超过井上、下连接测量中误差的两倍
（5-1-5）
式中
——井上、下连接导线的测角中误差；
——井上、下连接导线各点（不包括近井点到结点）到AB连线的垂直距离；
——井上、下连接导线各边（不包括近井点到结点）的量边误差；
——井上、下各导线边与AB连线的夹角。
4、按地面坐标系统计算井下导线各边的方位角及各点的坐标
（5-1-6）
若Δα为负数则应加360°
其他边的方位角为：
（5-1-7）
式中αi′—该边在假定坐标系中的假定方位角
5、测量和计算的第二个正确性的检验
将井下连接导线按地面坐标系统，由A算出B点的坐标与按地面连接算得的B点坐标的相对的闭合差符合井下所采用的连接导线的精度时，则井下连接导线的测量和计算正确，闭合差按与边长成比例分配（只对井下导线的坐标加以改正）。
6、两井定向应独立进行两次，其互差不得超过1′
按《规程》规定，两井定向必须独立进行两次，两次求得的起始边方位角互差不得超过1′取两次独立定向计算结果的平均值作为两井定向井下连接导线的最终值。
5.2、一般实例利用EXCELVBA进行计算
淮南某矿-530m水平进行了两井定向，地面由三角点九矿和龙王山作为起始方向，三角点九矿作为起始点，从龙王山—九矿起向九号井和新三井敷设地面导线，如图所示：
图5-2实例两井定向计算
起算数据：
九矿至龙王山的方位角α（九矿—龙王山）=167°
15′29.5″;
九矿的坐标x九矿=610091.024m,y九矿=507901.396m。
导线数据列于下表中。
角度最终值取自两次观测的平均值。
边长加尺长、垂曲、温度、倾斜改正，取往返丈量之平均值作为最终值。
全部计算列于以下的表8、表9、表10、表11。
表8中关于角度的输入以及计算，在EXCEL中设置单元格的格式时设置为自定义的“[h]°
ss′mm.00″”。
这样就可以按时间（因为时间与角度都是一样的计算进制）的输入，从而显示为度分秒的形式，例如输入15：
23：
35.05显示为15°
23′35.05″。
“[]”保证了当h大于24时任然可以进行显示与计算。
假如设为：
“h°
ss′mm.00″”；
135：
25：
15.06就会显示为15°
25′15.06″,因为135大于24，135相当5天零15小时，显示时只会显示时间不会显示天数。
计算也会按照时间的进制进行计算例如：
15.25+135：
15.25=170：
50：
30.50,在表格中就会显示为170°
50′30.50″。
表8中1、首先设置水平角以下的单元格的格式为“[h]°
2、分别输入352：
21：
20.40，141：
28：
53.00……就会显示出如上图所示的度分秒形式。
表9计算过程：
方位角的计算
D37=D36+C37-180:
00:
00
D38=D36+C37+C38-2*180:
……
按照导线计算方位角的规律进行计算即可得到上表所有方位角
坐标增量的计算
把得到的方位角的单元格的格式设置为数值形式，这样就可以将度分秒形式转换为”度/24”（其单位也为度°
）
G37=F37*sin（radians（D37*24））
G38=F38*sin（radians（D38*24））
……
H37=F37*cos（radians（D37*24））
H38=F38*cos（radians（D38*24））
Radians是将度的形式转换为弧度形式
按照上述规律利用EXCEL即可计算出上表中所有的坐标增量。
坐标的计算
I37=I36+G37
I38=I37+G38
J37=J36+H37
J38=J37+H38
这样就可以得到坐标
两个方位角的计算
（1）、地面导线计算所得方位角：
tanαAB=（J42-J39）/（-（I42-I39））=1.174284163
arctan1.174284163=0.865384179
αAB=180°
-degree（0.865384179）=130.4171389
其中degree将弧度转换为度，得到的130.4171389单元格把其格式设置为自定义的“[h]°
ss′mm.00″”即可得到度分秒的形式130°
25′01.70″
（2）、按照上述过程即可得到地下假定坐标系中AB连线方位角为α′AB：
107°
06′17.06″
（3）、方位角的夹角：
Δα=130°
25'
01.70'
'
-107°
06'
18.06'
=23°
18'
43.64'
表11计算过程：
地下导线的各边在地面坐标系统的方位角计算
D63=D50+Δα
D64=D51+Δα
于是就可以得到地面坐标系统下的方位角
坐标增量的计算
G63=F63*cos（radians（D63*24））
G64=F64*cos（radians（D64*24））
……
H63=F63*sin（radians（D63*24））
H64=F64*sin（radians（D64*24））
地下得点在地面坐标系统下的坐标
由地面导线算得的A、B坐标在此计算过程中相当于已知数据，地下导线的简易平差就是采用这四个坐标作为已知数据的。
I63=I62+G63
I64=I63+G63
……
J63=J62+H63
J64=J63+H64
……
简易平差
以地面导线所算的的A、B坐标作为已知数据进行简易平差
∑x=-42.98237994
∑y=50.47352803
△XA1B1=-42.7983
△YA1B1=50.4687
△X-∑x=0.004079937=fx
△Y-∑y=-0.00482803=fy
导线全长闭合差为：
f/p=√fx2+fy2=0.0000534153＜1/6000=0.00016。
满足一级导线的要求，可以进行以下的计算
坐标增量的改正数
K63=fx*F63/SUM
K64=fx*F64/SUM
L63=fy*F63/SUM
L64=fy*F64/SUM
其中的SUM为导线总边长
（6）、第一次最终坐标的计算
M63=I62+G63+K63
M64=I63+G64+K64
N63=J62+H63+L63
N64=J63+H64+L64
最终得到第一次测量的井下个导线点在地面坐标系统下的坐标
同样按照上述过程得到第二次测量的最终导线点在地面坐标系统的坐标，如表10。
两井定向应独立进行两次，其互差不得超过1′。
经过检验可知两次的结果符合本要求则最终取两次的结果的平均值作为最终结果，采用了VBA进行了自动检核和最终数据数据的计算如表10。
点击“检核”按钮就会自动调用程序进行检核并计算出方位角；
点击“计算”按钮就会自动调用程序计算出最终坐标。
程序如下：
PrivateSubCommandButton1_Click（）
DimbAsInteger
Forb=64To67Step1
IfAbs（Range（"
D"
&
b）-Range（"
（b+17）））<
1/60*24Then
Range（"
（b+30））=（Range（"
b）+Range（"
（b+17）））/2
EndIf
CommandButton3.Caption="
两次独立定向，互差小于1′"
Nextb
EndSub
PrivateSubCommandButton2_Click（）
DimaAsInteger
Fora=63To67Step1
Range（"
G"
（a+30））=（Range（"
M"
a）+Range（"
（a+17）））/2
H"
N"
Nexta
得上表最终值。
6、精度分析
两井定向也和一井定向一样，是由投点、井上连接和井下连接三个部分组成的。
因此，井下连接导线某一边方位角的总误差为：
（6-1）
式中θ为投向误差，但此时因两垂球线间的距离c加大，投向误差对定向精度的影响就不像一井定向那样起主要作用了。
《煤矿测量规程》规定，两井两次独立定向所算得的井下定向边的方位角之差，不应超过±
1′。
则一次定向的中误差为:
（6-2）
若忽略投向误差θ，认为井上、下连接误差大致相同，则
（6-3）
下面分别研究井上、下连接误差m上和m下的估算方法。
6.1、地面连接误差
两井定向时，井下连接导线某一边的方位角是按下式计算的
（6-4）
式中
——两垂球线的连线在地面坐标系统中的方位角；
——两垂球线的连线在井下假定坐标系统中的方位角；
——该边在假定坐标系统中的
升级会员 