贯通测量方案的选择与误差预计.docx

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贯通测量方案的选择与误差预计

第七章贯通测量方案的选择与误差预计

第一节概述

一、贯通测量设计书的编写

在矿山测量中，贯通测量是一项十分重要的测量工作，稍有不慎就会给矿井生产带来不利影响，甚至酿成事故。

尤其是重要的贯通工程，关系到整个矿井的建设和生产，所以必须认真地实施。

规模较小的普通巷道贯通可以不进行贯通测量方案设计，但在重要贯通工程施测之前，矿山测量人员应编制贯通测量设计书，以此来指导贯通测量工作。

特别重要的贯通工程的贯通测量设计书必须报上一级主管部门批准之后，方能实施。

编制贯通测量设计书的主要任务在于，按照《规程》的要求并结合本矿的实际情况，选择经济合理的测量方案和切实可行的测量方法，从而达到安全、正确贯通的目的。

贯通测量设计书可按照下列内容编写：

1、井巷贯通工程概况。

包括：

井巷贯通工程实施的目的、任务和要求；巷道用途、掘进方式、支护方式、断面大小、预计竣工日期；贯通相遇点位置的确定等。

并附比例尺不小于1：

2000的井巷贯通工程图。

2、贯通测量方案的选定。

包括：

贯通测量的起始数据情况、地面平面控制测量和高程控制测量（GPS测量、导线测量、水准测量、三角高程测量）、矿井联系测量（几何定向、陀螺定向、导入高程）、井下平面控制测量和高程控制测量（导线测量、水准测量、三角高程测量）。

主要说明：

导线测量、水准测量、三角高程测量等采用什么等级或技术规格，矿井联系测量采用什么方法等。

3、贯通测量方法。

包括：

采用的仪器工具、施测方法、限差要求，工作组织等。

4、贯通测量误差预计。

包括：

绘制比例尺不小于1：

2000的贯通测量设计平面图，在图上绘出与工程有关的巷道和井上下测量控制点；确定测量误差参数，并进行误差预计。

预计误差采用中误差的两倍（或三倍），它应小于规定的允许偏差值。

5、贯通测量中存在的问题和采取的措施。

包括：

导线通过倾斜巷道时是否加经纬仪竖轴的倾斜改正问题、导线边长归化到投影水准面的改正问题、导线边长投影到高斯克吕格平面的改正问题、贯通前的准备、贯通后的连测、贯通偏差的调整等。

在上述贯通测量设计书内容当中，贯通测量误差预计是非常重要的一环。

所谓贯通测量误差预计，就是按照所选择的测量方案与测量方法，应用最小二乘法则及误差传播定律，对贯通精度的一种估算。

它不是预计实际的贯通偏差大小，而是预计贯通偏差值出现的大小范围和可能性。

所以，贯通误差预计只有概率上的意义。

其目的在于选择最合理最优化的测量方案、选择最适当的测量方法，让矿山测量人员在巷道贯穿之前就能做到心中有数。

既避免盲目追求高精度增加测量工作量造成浪费，又避免心存侥幸降低精度酿成贯通测量事故。

本章将从以下几个方面讲述巷道的贯通误差预计：

同一矿井内巷道贯通测量误差预计、两井间巷道贯通测量误差预计、竖井贯通测量误差预计，以及井下导线加测陀螺定向坚强边后的巷道贯通测量测量预计。

二、选择贯通测量方案及误差预计的一般方法

1、了解情况，收集资料，初步确定贯通测量方案

在接受贯通测量任务之后，首先应向贯通工程的设计和施工部门了解有关工程的设计部署，工程要求限差和贯通可能的相遇地点等情况，并检查验算有关设计图纸的几何关系，确保施工设计图准确无误。

其次应收集与贯通测量有关的测量资料，抄录必要的测量起始数据，了解其测量方法和达到的精度；并在图上绘出与工程有关的一切巷道和井上下测量的控制点、导线点、水准点等，为测量设计做好准备工作。

然后就可以根据实际情况选择可能的测量方案。

一开始可能会有几个方案，例如地面上采用GPS、测角网、测边网，还是导线？

平面联系测量采用两井定向、一井定向，还是陀螺定向？

如采用陀螺定向，则在井下导线中加测多少条陀螺定向边，加测在什么位置等等。

经过对几种方案的对比，根据误差大小、技术条件、工作量或成本大小、作业环境好坏等因素进行综合考虑，结合以往的实际经验，初步确定一个较优的贯通测量方案。

2、选择适当的测量方法

测量方案初步确定后，选用什么仪器和哪种测量方法，规定多大的限差，采取哪些措施，都要逐一确定下来。

这个选择是和误差预计相配合进行的，常常是有反复的过程。

通常是根据本矿现有的仪器和常用的测量方法，凭以往的经验先确定其中一种，然后经过误差预计，才能确定最后的测量方法。

对于大型重要贯通，有必要时也可以考虑向上级和兄弟单位求援，借用或租用先进的仪器，或由上级部门出面组织几个矿的测量人员分别独立进行测量，并把最终成果互相对比检核，以期更有把握。

3根据所选择的测量仪器和方法，确定各种误差参数。

选择误差预计的参数可按以下先后顺序选择：

1）采用本矿平时积累和分析得到的实际数据；

2）比照同类条件的其他矿井的资料；

3）采用有关测量规程中提供的数据；

4）采用理论公式来估算各项误差参数。

上述四种方法可以结合使用，并相互对比，从而确定出最理想的误差参数。

表7-1所列为根据我国二十多个矿务局提供的大量实测资料经综合分析后求得的测量误差参数，可供作误差预计时参考。

表7-1测量误差参数参考表

测量种类

误差参数名称

测量方法

参数值

备注

联系测量

一井定向一次测量中误差

三角形连接法

35″

两井定向一次测量中误差

18″

陀螺定向一次测量中误差

15″

导入高程一次测量中误差

钢尺法、钢丝法

h/22000

H——井筒深度

井下测角

仪器J2

一测回测角中误差

测回法

7″

两测回测角中误差

测回法

6″

一次对中

仪器J6

一测回测角中误差

测回法

20″

两复测测角中误差

测回法

15″

一次对中

钢尺量边（平巷）

量边偶然误差系数a

基本控制导线的量边方法

0.0003～0.0005

在δ＞15°的巷道中,a、b系数取平巷的二倍

量边系统误差系数b

0.00003～0.00005

井下光电测距

每条边的量边中误差

往返测取平均值

5mm

井下水准测量

每公里高差中误差

两次仪器高

15mm

依据初步选定的贯通测量方案和各项误差参数，就可估算出各项测量误差引起的贯通相遇点在贯通重要方向上的误差。

通过误差预计，不但能求出贯通的总预计误差的大小，而且还可以知道哪些测量环节是主要误差来源，以便在修改测量方案与测量方法时有所侧重，并在将来实测过程中给予充分注意。

4贯通测量方案和测量方法的最终确定

将估算所得的贯通预计误差与设计要求的容许偏差进行比较，若预计误差小于容许偏差值，则初步确定的测量方案与测量方法是可行的。

当然预计误差值过小也是不合适的。

若预计误差超过了容许偏差，则必须调整测量方案或修改测量方法，再重新进行估算。

通过逐渐趋近的方法，直到符合要求为止。

针对某些特殊的贯通工程，在确有困难的情况下，可以向总工程师和设计部门提出，在施工中采取某些特殊技术措施或改变贯通相遇点位置。

在上述工作的基础上，根据测量方案最优，测量方法合理、预计误差小于容许偏差的原则，把测量方案与方法最终确定下来，编写出完整详细的贯通测量设计书，并以此指导贯通工程的施工。

第二节同一矿井内巷道贯通的误差预计

所谓同一矿井内巷道贯通，指的是在一个矿井内各水平、各采区及各阶段之间或之内的巷道贯通。

这类贯通只须进行井下的平面控制测量和高程控制测量，不必进行地面测量和矿井联系测量。

所以，同一矿井内巷道贯通的误差预计也只是估算井下导线测量、井下水准测量和井下三角高程的误差对贯通偏差的影响。

在图7-1中，现欲在+100平巷与150平巷之间掘进四号下山。

为了加快施工进度，由两个掘进队相向掘进施工，根据两队的施工速度，估计最终在K点贯通。

+100平巷、+150平巷和三号下山中已测有30″级采区控制导线，+100平巷、+150平巷中已进行水准测量，三号下山中已进行三角高程测量。

在未掘进巷道四号下山中计划进行30″级采区控制导线和三角高程测量。

图7-1同一矿井内巷道测误差预计示意图

现以贯通相遇点K为原点，以垂直于贯通巷道的方向作为′轴，以贯通巷道中线方向作为y′轴，建立假定坐标系统。

则′轴表示贯通的水平重要方向，我们需要预计K点在这一方向上的误差和竖直方向上的误差。

一、水平重要方向上的误差预计

在贯通之后，导线布设的形式是从K点开始再测回到K点的一条闭合导线（K—1—2……13—14—K），但在贯通之前实际上是一条支导线。

所以预计水平重要方向上的贯通误差，实质上就是预计支导线终点K在′轴方向上的误差。

1、由导线的测角误差引起K点在′方向上的误差为：

2、由导线的测边误差引起K点在′方向上的误差为：

1）光电测距时，

2）钢尺量边时，

对本类贯通，，则有：

式中——井下导线测角中误差；

——K点与各导线点连线在y′轴上的投影长；

——导线各边与X′轴间的夹角；

——光电测距的量边误差，；

——钢尺量边的偶然误差影响系数；

——导线各边的边长；

——钢尺量边的系统误差影响系数；

——导线闭合线在假定的′轴上的投影长。

3、K点在′方向上的预计中误差为：

若导线独立施测两次，则平均值中误差为：

若独立施测n次，则平均值中误差为：

4、K点在X′方向上的预计贯通误差为：

须说明的是，前述公式中、和三个量，可以用作图的方法，直接在贯通设计图上量取。

二、竖直方向上的误差预计

在图7-1中，贯通相遇点K在竖直方向上的误差是由+100平巷、+150平巷中的水准测量误差和三号下山、四号下山中的三角高程测量误差引起的。

所以，可以按照水准测量和三角高程测量公式分别计算，然后求总误差。

1、+100平巷、+150平巷中的水准测量误差

井下水准测量误差可按下列方法之一估算。

1）按每公里水准路线的高差中误差估算：

式中——每公里水准路线的高差中误差，可按本矿实测资料分析求得或参照《规程》取值为mm/km。

R——+100平巷和+150平巷中水准路线总长度，以km为单位。

2）按理论公式估算：

式中——水准尺读数误差。

n——+100平巷和+150平巷中水准测量的总测站数。

2、三号下山、四号下山中的三角高程测量误差

井下三角高程测量误差可按下列方法之一估算。

1）按每公里三角高程路线的高差中误差估算：

式中——每公里三角高程路线的高差中误差，可按本矿实测资料分析求得或参照《煤矿测量规程》取值为mm/km。

L——三号下山和四号下山中三角高程路线总长度，以km为单位。

2）按理论公式估算：

参照第二章的理论公式，不考虑系统误差影响，可以计算出三角高程测量误差的影响（三角高程测量路线中每相邻两点的高差均对向观测，并取算术平均值）为：

式中——倾角测量误差；

——量取仪器高和觇标高的误差（设两者相等，都为）；

——测站数；

3、K点在高程上的预计中误差为：

若独立施测两次，则平均值中误差为：

如须独立施测n次，则平均值中误差为：

4、K点在高程上的预计贯通误差为：

[例7-1]如图7-1所示，某矿现要贯通四号下山，贯通距离约长420m。

贯通相遇点为K点，贯通导线沿K—四号下山—+100平巷—三号下山—+150平巷—四号下山—K布设成一闭合路线，导线总长约2045m。

其中+100平巷长645m，+150平巷长554m，三号下山长426m。

求K点在水平重要方向（′）及竖直方向上的贯通预计误差。

解：

1、预计K点在水平重要方向上的贯通误差

作1：

2000的贯通测量设计图，在图上量出和的值，并列入表7-2中。

基本误差参数取，平巷中，，斜巷中，

1）由导线测角误差引起K点在X′方向上的误差为：

m

2）由+100平巷和+150平巷中导线的钢尺量边误差引起K点在′方向上的误差为：

m

由三号下山和四号下山中导线的钢尺量边误差引起K点在X′方向上的误差为