对徐州市车夫山矿井的主要矿山测量工作的设计项目计划书.docx
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对徐州市车夫山矿井的主要矿山测量工作的设计项目计划书
对徐州市车夫山矿井的主要矿山测量工作的设计计划书
一、概述
1.1、设计目的
矿山测量课程设计室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。
1.2、编制依据
1、《矿山测量学》第一分册，中国矿业大学出版社，1987年
2、《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2001
3、《矿山测量与规范》GB/T15663.6-2008
1.3、坐标系统选取
1、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=121°，横坐标加500Km。
2、高程系统采用1956黄海高程系统。
二生产限差的确定
2.1、按一般采矿工程对测量工作的要求来确定。
一般采矿工程对测量工作的要求主要表现在利用矿图来解决采矿技术问题。
为满足基本矿图的精度要求，一般采用3.0m作为生产限差，即基本矿图上最弱点相对于矿井近井点或井下导线起始点而言的点位极限误差值为3.0m。
此限差值中包括有测量、绘图和用图的误差，若去掉后两项，测量允许误差（对1：
2000矿图而言）为2.75m左右。
2.2、按测图与绘、用图精度相匹配的原则确定
绘、用图的极限误差一般取0.8mm（图上），若矿图的比例尺为1：
2000时，即为1.6m，此误差值仅指测量误差，不含绘、用图误差。
2.3、按井巷光通的限差确定
平面上中线的允许偏差取0.3~0.5m，高程的允许偏差为0.2m，此误差仅指测量误差。
2.4、按由地面向井下指定地点打垂直钻孔的要求确定
当孔深小于100m时，可取1.4m作为生产限差。
三矿井平面联系测量
3.1、测区范围及概况
车夫山位于徐州市，地势平坦。
交通便利，视野开阔，控制网适合布置GPS控制网。
周围有大量的农田，给测量带来不便。
3.2、地面平面控制网布设
经野外踏勘选点，在测区范围内布设工程D级GPS控制网作。
该网由YZD1，YZD2两个已知国家控制点和9个GPS控制点组成网状图形，相邻两点间的距离为1-3公里。
其中点号标注为“G”的点为进进点，点位布设见“地面平面控制网设计”。
3.3、矿井联系测量的任务
（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。
3.4、联系测量规范
《规程》规定的联系测量的主要精度要求见表3-1
3.5、联系测量精度估算
3.5.1、陀螺经纬仪定向的精度评定
以JT15型陀螺经纬仪为例来进行探讨。
按跟踪逆转点法进行陀螺定向时，主要误差来源有：
①经纬仪测定方向的误差；②上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差；③悬挂带零位变动误差；④灵敏部摆动平衡位置的变动误差；⑤外界条件，如风流、气温及震动等因素的影响。
1、对中误差
一般陀螺定向边都较长，当测线边长d=50m时，取eT=ec=0.8mm，则觇标对中误差和仪器对中误差为：
2、上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差
陀螺仪与经纬仪靠固定在照准部上的过渡支架来连接。
每次定向都要把陀螺仪安置在经纬仪支架上，这样由于每次拆装连接而造成的方向误差，根据用WILDT3经纬仪对三台仪器多次的实际测试，求得其连接中误差mE＜±2″，取mE=±2″
3、悬挂带零位变动误差
悬挂带对陀螺摆动系统的指向起阻碍作用，在实际观测时采用跟踪的方法可以消除悬挂带扭力的大部分影响。
悬挂带材料的力学性质的优劣、陀螺运转造成的温升、外界气候的变化以及摆动系统的机械锁紧和释放等因素的影响，均会引起零位变位。
根据对三台陀螺经纬仪的167次测试结果，求得悬挂带零位变动中误差ma=±4″
4、灵敏部摆动平衡位置的变动误差
影响摆动平衡位置变动的主要因素是：
电源电压频率的变化引起角动量的变化，灵敏部内部温度的变化引起重心位移以及由于温升造成悬挂带和导流丝的形变等因素，都会造成平衡位置的变动。
由此而造成的误差多呈系统性，按JT15陀螺经纬仪灵敏部结构形式进行的98次试验，摆动平衡位置的最大离散度为12″~16″，中误差mb=±6″
5、外界条件，如风流、气温及震动等影响
这些条件的影响程度较为复杂，无法精确地一一测试，可取m外=±5″。
所以，测线陀螺方位角一次测定中误差为：
3.6、两井定向误差分析
式中c——两垂球线间的距离；
mxA——由结点到垂球线A间所测设的支导线误差所引起的A点在x轴方向上的位置误差
mxB——由结点到垂球线B间所测设的支导线误差所引起的B点在x轴方向上的位置误差；
n——由近井点到结点间的导线测角数；
mβ——由近井点到结点间导线的测角误差。
其中
式中RyA——由结点到垂球线A间的导线上各点到A的距离在AB线上的投影；
RyB——由结点到垂球线B间的导线上各点到B的距离在AB线上的投影；
φ——导线各边与AB连线间的夹角。
在这种情况下，量边的系统误差对方位角没有影响。
故量边误差对A、B点位的影响可用下式计算：
式中a——量边的偶然误差影响系数；
l——导线边长。
故两井定向最终误差：
（其计算过程和结果详见“两井定向精度估算”，用excel计算）
3.7、联系测量方案选择依据
在经过分析和查阅相关资料后，并对各个方案进行精度估算，
，故陀螺经纬仪定向精度比两井定向精度高，但两井定向也能够满足联系测量的要求。
综合比较“陀螺经纬仪定向”和“两井定向”的优缺点，结合实际工作中的“费用成本”，“精度要求”，“测量时间”等的综合因数，选择“两井定向”，其“两井定向”可以大大减少由投点误差引起的投向误差，精度高，作业时间快，费用较低。
3.8、两井定向
两井定向布置图详见“地面平面控制网”
3.8.1、投点所需主要设备的要求如下：
1、垂球：
以对称砝码式的垂球为好，每个圆盘重量最好为10kg或20kg。
当井深小于100m时，采用30～50kg的垂球，当超过100m时，则宜采用50～100kg的垂球；
2、钢丝：
应采用直径为0.5～2mm的高强度的优质碳素弹簧钢丝。
钢丝上悬挂的重锤重量应为钢丝极限强度的60%～70%；
3、手摇绞车：
绞车各部件的强度应能承受三倍投点时的荷重，绞车应设有双闸；
4、导向滑轮：
直径不得小于150mm，轮缘做成锐角形的绳槽以防止钢丝脱落，最好采用滚珠轴承；
5、定点板：
用铁片制成，定向时也可不用定点板；
6、小垂球：
在提放钢丝时用，其形状成圆柱形或普通垂球之形状均可；
7、大水桶：
用以稳定垂球线，一般可采用废汽油桶，水桶上应加盖。
3.8.2、两井定向实测
1、投点
在两个立井中各悬挂一根锤球线A和B，采用单稳重投点。
2、地面连接测量
从近井点K分别向两垂球线A、B测设连接导线K-Ⅱ-Ⅰ-A及K-Ⅱ-B，以确定A、B的坐标和AB的坐标方位角。
导线可采用Ⅰ级或Ⅱ级导线。
3、井下连接测量
在定向水平测设经纬仪导线A-1-2-3-4-B，导线可采用7″或15″基本控制导线。
3.8.3、内业计算
1、根据地面连接测量的结果，计算两垂球连线的方位角及长度
2、根据假定坐标系统计算井下连接导线
3、测量和计算的检验
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、两井定向应独立进行两次，其互差不得超过1′
四、井下平面控制网
4.1、井下平面控制测量目的
是建立井下平面测量的控制，作为测绘和标定井下巷道、硐室、回采工作面等的平面位置贯通测量的要求。
4.2、井下导线的等级
4.3、井下导线设计原则
井下导线一般是从井底车场内的起始边开始，向井田边界分段测设的；而起始边的数据是由定向测量确定了的。
井下导线的布设，按照“高级控制低级”的原则进行。
4.4、井下平面控制布设简介
井下平面网详见“江苏省徐州市**煤矿九煤层采掘现状图”
4.5、井下平面控制精度估算
4.5.1、井下平面控制网误差来源
1、由测角误差所引起的导线终点的坐标误差。
2、由量边误差所引起的导线终点的坐标误差。
3、由起算边坐标方位角误差和起算点位置误差所引起的支导线终点位置误差。
故最终误差：
Mxk2=（1/ρ2）∑Ryi2mβi2+∑cos2αimli2
Myk2=（1/ρ2）∑Rxi2mβi2+∑sin2αimli2
Mk2=（1/ρ2）∑Ri2mβi2+∑mli2
（其计算过程和结果详见“井下平面控制网精度估算”，用excel计算）
4.6、井下导线加测陀螺边精度估算
若井下导线起算边采用陀螺经纬仪定向，并在支导线中每隔一定距离加测陀螺定向边，共加测了N条陀螺定向边，而将整个导线分为N段方向附合导线，各段导线的重心分别为OⅠ、OⅡ、…，ON，则当角度按方向附合导线平差后，同时顾及陀螺定向边本身的误差影响时，导线终点k的点位误差估算公式为：
M2xk=m2β/ρ2｛[η2]Ⅰ+[η2]Ⅱ+…+[η2]N}+mα20/ρ2（yA-y0Ⅰ）2+mα2Ⅰ/ρ2（y0Ⅰ-0Ⅱ）2+…+m2αN/ρ2（yk-y0N）2+∑m2licos2αi
M2yk=m2β/ρ2｛[ξ2]Ⅰ+[ξ2]Ⅱ+…+[ξ2]N}+mα20/ρ2（xA-x0Ⅰ）2+m2αⅠ/ρ2（x0Ⅰ-x0Ⅱ）2+…+m2αN/ρ2（xk-x0N）2+∑m2lisin2αi
M2k=M2xk+M2yk
式中η，ξ——各导线点至本段导线重心O的距离在y轴和x轴上的投影长。
（其计算过程和结果详见“井下平面控制网精度估算”，用excel计算）
4.7、井下导线与井下导线加测陀螺边的方案比较
分析两种方案求得K点的点位误差，加测陀螺边定向边之后的误差
明显小于
，究其原因：
量边误差的影响基本不大，而在加测陀螺定向之后，测角误差明显减少，因为
，由此提高咯终点位精度。
《煤矿测量规程》中规定在布设井下基本控制网时，一般每隔1.5—2.0km加测陀螺边定向。
对于已经建井下控制网的矿井，在条件允许的情况下，应加测陀螺边定向的方法改建井下平面控制网，其道理就在于此。
4.8、井下平面控制测量
4.8.1、观测仪器工具
矿用经纬仪一台、、陀螺仪一台、水准仪1台、钢尺1把、拉力计1个、温度计1个、小垂球3个、塔尺2根、背包1个、记录手薄、计算纸若干。
4.8.2、井下角度测量方法与限差规定
4.8.2.1、井下角度测量的方法步骤为：
1、安置仪器：
导线点在巷道底板时，安置仪器的方法与地面相同。
当测点在巷道顶板时，应进行点下对中。
对中时，要整平仪器，并令望远镜水平，由测点上悬挂下垂球，移动经纬仪,使镜上中心对准垂球尖。
再整平仪器，重新对中。
（垂球碰仪器，挡风布或防风套管，重球浸水中，光学对点）
2、测量角度：
前后视点上挂垂球线，作为瞄准的标志。
若井下巷道中风大，锤球加重，放入水桶中稳定，或加挡风布。
井下黑暗潮湿，并有瓦斯及煤尘，仪器有较好的密封性，经纬仪及觇标均需照明，最好有防爆照明设备。
将矿灯置于垂球线的后侧面，并在矿灯上蒙一层白纸或毛面薄膜，使垂球线清晰地呈现在柔和的光亮背景上。
井下测角方法与地面一样，有复测法和测回法。
其步骤如下：
1、设欲测角度ACB（如图），则在测站C上安置经纬仪后将度盘对在0°附近
2、正镜瞄准后视点A,读取水平度盘读数a1,十字丝中丝瞄准垂球上标志,竖盘指标水准管气泡居中后读取竖盘读数LA
3、正镜顺时针旋转瞄准前视B,读取b1和LB
4、倒镜后逆时针旋转照准部，瞄准B,读取b2和RB
5、逆时针旋转照准部，瞄准A,读取a2和RA
6、计算一测回水平角:
倾角小于30的井巷中，限差见下表。
当倾角大于30时，限差放宽1.5倍，并且要特别注意仪器整平。
4.8.2.2、井下角度测量限差：
表1-1经纬仪导线水平角观测限差
表1-2井下经纬仪导线水平角观测仪器
注：
1、如不用表中所列的仪器，可根据仪器级别和测角精度要求适当增减测回数；
2、由一个测回转到下一个测回观测前，应将度盘位置变换180°/n（n为测回数）；
3、多次对中时，每次对中测一个测回。
若用固定在基座上的光学对中器进行点上对中，每次对中应将基座旋转360°/n。
4.9、钢尺丈量边长
井下倾角一般用测回法观测一个测回；重要的两个测回。
它与水平角同时观测。
井下经纬仪导线的边长通常是用钢尺直接丈量的。
随着科学技术的迅速发展和光学电子仪器制造水平的提高，现已应用电磁波物理测距方法来测量井下导线边长。
悬空丈量法:
用经纬仪的水平视线瞄准前后视点所挂垂球线，用大头针在绳上标出十字丝交点，然后用钢尺丈量仪器镜上中心或横轴右端中心与大头针之间的距离。
对准经纬仪镜上横轴中心，另一端加钢尺检定时的拉力P并对准大头针，两端同时读数。
零端估读到毫米。
每读一次数后，移动钢尺2～3cm。
每条边要读数三次。
互差小于3mm,同时还要测记温度。
为了检验，每边须往返测量，即在每一测站上量前后视距离。
在倾斜巷道中则丈量倾斜距离。
当丈量的边长大于尺长时，则必须分段丈量，为此要进行定线。
3、钢尺量边的改正
1、比长改正Δk=L0-LM,ΔLk=ΔkL/LM
2、温度改正ΔLk=Lα（t-t0）
3、拉力改正ΔLP=L（P-P0）/EF
4、垂曲改正
5、倾斜边长化算为水平边长
6、其他改正
五：
高程联系测量
5.1、高程联系测量目的
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。
作为井下水准测量起算点。
5.2、高程联系测量设计原则
目前由于我国长钢尺较少，采用短钢尺相接的办法不方便，所以本次设计采用钢丝法导入高程。
用钢丝导入高程时，因为钢丝本身不象钢尺一样有刻画，所以不能直接量出长度，须在井口设一临时比长台来丈量，以间接求出长度值。
5.3、高程联系测量布网形式
高程联系测量布置图详见“地面平面控制网”，与平面联系测量布置相同。
5.4、高程联系测量示意图
5.4、高程联系测量精度估算
5.5、观测工作
5.5.1、井下：
在井底车场的巷道内安置水准仪，在B点水准尺上读取读数，然后瞄准钢丝，并将水准仪视线与钢丝的交点用标线夹8在钢丝上标出。
5.5.2、地面：
在井下8夹好的时候，对准一整刻画读取m1，提升钢丝读取夹10读数n1，则钢尺第一次提升长度为m1-n1，然后卸夹在卡于前端整尺分划m2，对应读出n2，如此反复进行，在比长台上读出最后一次后端读数n，再在A点水准尺上读数，对准钢丝夹上9夹，再读A尺读数a，量出8夹与9夹之间的距离，提升钢尺前后要在井上下测温，取其平均值作井上下平均温度。
5.5.3、内业计算
A点和B点之间的高差为：
公式中λ的正负规定如下：
标线夹8在标线夹9下面时为正，反之为负.在总改正数∑Δl中，按《规程》规定只需对丈量时所用钢尺的尺长改正和温度改正以及井上下温度不同时影响钢尺长度的改正。
5.5.4、工作组织
1、井上水准读数、立尺、记录、夹标线各一人，比长台读数一人，通讯一人。
2、井下水准读数、立尺、记录、夹标线各一人，通讯一人。
5.6、井下水准布设
5.6.1、井下高程测量的目的
井下高程测量是测定井下各种测点高程的测量工作。
其目的是为了建立一个与地面统一的高程系统，确定各种采掘巷道、硐室在竖直方向上的位置及相互关系，以解决各种采掘工程在竖直方向上的几何问题。
5.6.2、井下高程测量具体任务大体为：
1、在井下主要巷道内精确测定高程点和永久导线点的高程，建立井下高程控制；
2、给定巷道在竖直面内的方向；
3、确定巷道底板的高程；
4、检查主要巷道及其运输线路的坡度和测绘主要运输巷道纵剖面图。
5.6.3、井下高程测网布设原则
在进行井下高程测量之前，应在井底车场和主要巷道内预先设置好水准点。
从井底车场高程起算点开始，沿井底车场和主要巷道逐段向前敷设，每隔300～500m设置一组高程点，每组至少应由三个点组成，其间距以30～80m为宜，永久导线点也可作为高程点使用。
5.6.4、井下高程测量的基本要求
在主要水平运输巷道中，一般应采用精度不低于S3级的水准仪和普通水准尺进行水准测量；在其他巷道中，可根据巷道坡度的大小、采矿工程的要求等具体情况，采用水准测量或三角高程测量测定。
当巷道倾角小于5°时采用水准测量；倾角在5°～8°之间可采用水准测量，也可采用三角高程测量，当倾角大于8°时则采用三角高程测量。
5.7、井下水准路线布置示意图
井下水准网详见“江苏省徐州市**煤矿九煤层采掘现状图——水准路线图”
5.8井下水准精度估算
在实际工作中，常以单位长度的高差中误差的大小，衡量水准测量的精度。
假定有一水准线路，其全长为L，水准仪至水准尺的距离为l，则该水准线路的测站数为n=L/2l,则得
则最终点精度
mh0为千米长度的水准线路的高差中误差，称为单位长度的高差中误差。
《煤矿测量规程》规定井下水准往返测量的高程闭合差fh容=2mh0=±50mm，也即容许的单位长度的高差中误差mh0=50/2=17.7mm。
井下水准网精度估算详见“水准精度估算”
5.9、井下水准测量规范
5.10、井下水准测量外业实施
5.10.1、水准测量仪器
水准尺一副，水准仪一台，三脚架一个，尺垫一对，手电筒三个，白纸若干。
5.10.2、水准外业测量
1、对中整平；量仪器高。
2、读前视距塔尺读数；
3、读后视距塔尺读数；前后视距尽量相等
4、前视读数减后视读数计算高差
5、改变仪器高再测一次，与前次结果比较，看是否一致或者在误差范围内，在范围内结果可用，否则从新测量。
注意事项：
两次仪器高,仪器高之差大于10cm,两次仪器高高差互差不大于5mm。
5.10.3、水准测量内业
计算测点间高差hi--平差--求各测点高程Hi，h=a-b测点在顶板上时，水准尺读数前冠以-号。
6、课程设计总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，
从理论到实践,从实习到课程设计，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正融会贯通，从而提高自己实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对两井定向的精度估算。
通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，通过这次实习我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
附表一;
两井定向精度估算
地面连接误差
边
距离（m）
夹角
度
边长
距离（m）
角度正切值
lsina*sina
D-A
14.1121
D—A
101
D-A
70.7066
0.981627
68.132284
E-A
58.2760
E-A
11
E-D
81.3407
0.1908089
2.9614552
C-B
29.6780
C-A
67
E-C
93.6365
0.9205
79.340103
距离平方和
4476.0272
lsina*sina和
150.43384
地面连接误
16.2629
井下连接误差
边
距离
投影边
距离
投影夹角
角度
角度正弦值
连接1-主井
17.0371
连接-副井
13.9319
连接-副井
20
0.342
连接1-副井
13.1557
连接-主井
15.9008
连接-主井
5
0.0871
测角误差
量边误差
各边连接总误差
连接-副井
6.0000
13.376489
4.401873394
连接-主井
27.3766
13.376489
6.383811118
投向误差
4.6878
定向边长总误差
18.0890
附表二;
井下平面控制网精度估算
边
Ry
Ry*Ry
Rx
Rx*Rx
各点到终点距离平方和
测角误差
边长
距离（m）
已知点—K
1093.7855
1196366.72
14.3786
206.744138
1196573.464
0.006328063
1—已知点
11.7998700
1—K
1082.2297
1171221.124
17.1785
295.1008623
1171516.224
0.006195548
2—1
118.4786000
2—K
968.0583
937136.8722
-14.4635
209.1928323
937346.065
0.004957142
3—2
86.4786000
3—K
885.0697
783348.3739
-39.881
1590.494161
784938.868
0.004151139
4—3
15.4197600
4—K
870.1342
757133.526
-36.0681
1300.907838
758434.4338
0.004010971
5—4
108.9288000
5—K
761.1967
579420.4161
-24.4581
598.1986556
580018.6147
0.003067421
6—5
130.4650000
6—K
632.1918
399666.472
-9.4777
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