麦垛山煤矿矿井控制测量方案设计方案.docx
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麦垛山煤矿矿井控制测量方案设计方案
麦垛山煤矿矿井控制测量方案设计方案
1•麦垛山煤矿概况
1.1.地理与人文概况
麦垛山井田位于宁夏回族自治区中东部地区，行政区划隶属灵武市宁东镇和马家滩
镇管辖。
该矿区交通十分便利，临近307国道、银青高速公路，距银川市约82Km，灵武市以东约70Km。
井田内地形为低缓丘陵，区内地势较为平坦。
麦垛山矿井是宁东能源化工基地开发建设的主要供煤矿井。
麦垛山矿井是宁东能源化工基地规划的大型矿井之一，其产品用户主要为宁东能源化工基地的坑口点厂，煤机二甲醚和煤炭间接液化项目。
1.2.矿井设计概况
1.2.1.煤矿全称与归属
垛山煤矿隶属神华宁夏煤业集团有限责任公司，由中煤国际工程集团北京华宇工程公司设计。
1.2.2.井田位置与范围
位于宁夏回族自治区灵武市马家滩镇境内，鸳鸯湖矿区南端，井田北以杨家窖正断面（麦垛山断层）为界，南以第32勘探线（地震M12线）为界；西以于家梁断层为界，东以红柳井田西部边界（重合）为界，整个井田呈北西~南东条带状展开，井田
南北长约14Km，东西宽约4.5Km，井田面积约65Km2。
1.2.3.生产能力、服务年限
根据井田煤层赋存情况及开采条件，设计确定矿井生产能力为8.00Mt/a，矿井服
务年限为102a。
1.3.矿井工程概况
1.3.1.矿井开拓布置与运输方式
矿井开拓布置与运输方式见表1-1
表1-1矿井开拓布置与运输方式
图1-1麦垛山（投产时）主要矿井主要示意图
1.32开采条件
麦垛山矿井储量丰富，但开采煤层数量大20层之多，且煤层厚度及倾角变化均较大。
井田内除2号、6号、28号煤层厚度局部厚度变化较大外，其余开采煤层厚度均较小，大部分为局部或大部分可采煤层。
煤层厚度及倾角变化以及压茬影响对于工作面布置均产生不利影响。
煤层厚度主要影响单位时间内采煤机的割煤能力。
煤层倾角主要影响采煤机的割煤速度及工作液压支架的稳定性，影像设备性能的充分发挥。
1.3.3.井口位置
设计确定矿井主副井分场地布置，主井井口位于20勘探线井田边界附近、磁~马公路以东处，副井场地位于井田南部F10断层以西于家梁周家沟背斜2005钻孔附近。
麦垛山煤矿副立井、风井及工业广场分布如图1-2。
1
TJ
31
a
卩乔両和硏・iii；hh]
iJjiiLi
图1-2麦垛山煤矿副立井、风井及工业广场平面图
1.34井筒施工方法
为了加快矿建进度，缩短建井工期，采取地面预注浆与井筒施工平行作业的方法。
副井地面预注浆于2008年10月2日结束。
井筒于2008年10月26日开挖，采用普通凿井法施工，成井250m,在2008年10月24日伞钻凿眼法时，用伞钻探出涌水，涌水量达到21m3/h。
副立井在采用工作面预注浆方案效果不理想的情况下，决定由宁夏回族自治区煤田地质局采用井筒外降水方法保证井筒施工通过第二含水层段，经过几个月的降水施工效果仍不理想，神华宁煤集团公司决定停止井外降疏水施工，采用冻结方案。
2009年9月28日，神华宁煤集团及麦垛山煤矿筹建处相关领导召开会议，对华宇公司提交的麦垛山煤矿副立井冻结方案进行了专题研究并确定了此方案，其冻结深度为-250.000m~-482.000m（相对标高），共232m，井底标高为-580。
根据井田煤层赋存情况及开采条件，设计全井田一个水平开拓，开拓水平标高+868m，在11采区
设+1013m辅助水平。
矿井开拓方式为主斜井、副立井开拓。
主斜井采用带式输送机运输煤炭，副立井装备多生摩擦提升机担负矿井人员、设备、材料及矸石的提升任务；井下主运输为条带输送机，辅助运输为无轨胶轮车；矿井通风方式为分区抽出式。
（矿
井开拓布置与运输方式、开采条件、井口位置、井筒施工方法等）
1.4.矿井地质概况
1.4.1.地层分布与特征
副立井井筒检查孔附近未见基岩出露，被广泛的第四季风积砂、黄土和古近系的浅红色粘土所覆盖。
据检查孔揭露的基岩地层由侏罗系中统延安组、直罗组。
井筒施工过程揭露各地层由老至新简述如下：
141.1.侏罗系中统延安组（J2y）
为一套内陆湖三角洲沉积，是井田的含煤层底层。
副立井检查孔揭露厚度
247.06m。
岩性为灰、灰白色中。
粗粒长石石英砂岩、细部砂岩；灰度、灰黑色粉砂岩、泥岩及煤等组成。
1412侏罗系中统直罗组（J2z）
为一套干旱、半干旱气候条件下的河流-湖泊相沉积。
副立井检查孔揭露厚度
338.40m。
其岩性上部主要为灰白、浅灰、灰绿、灰色的细粒砂岩，灰色、褐色粉砂岩，夹粗、中粒砂岩。
中下部以厚层状的灰白、黄褐或浅红色含砾粗粒石英长石砂岩
（七里镇砂岩）为主，与其下含煤地层假整合接触。
1.4.1.3.古近系（E）
副立井检查孔揭露厚度45.40m，其岩性主要由浅紫红色粉质粘土及粘土组成，底部为砾岩层。
不整合于下伏各地层之上。
1.4.1.4.第四系（Q）
为冲、洪积的黄沙土，底部见钙化结核，顶部为现代沉积的风成沙丘和黄土层，覆盖在各地层之上，后3.00m。
1.4.2.工程地质特征
第四系、古今系地层岩性以粘土为主，根据实验室检测结果均为高液限土体，抗风能力较差，吸水后具有较强膨胀能力，为不良工程土地。
侏系直罗组、延安组地层岩性以粉砂岩和砂岩为主，检测结果岩石饱和和抗压强度远小于自然状态或干燥状态下的抗压强度，软化系数普遍小于0.75,为易软化的岩石，工程地质条件较差。
在井
筒掘进中，要采取可靠措施防止不良工程岩土体给井筒造成伤害。
1.4.3.可采煤层与厚度
麦垛山井田地处华北地台、鄂尔多斯盆地西缘折皱冲断带的南北逆冲构造带，断裂、褶曲构造非常发育。
井田内含煤地层为延安组，含煤地层平均厚度358.25m，含煤层30层，平均总厚27.4m，含煤系数为7.65%。
其中编号煤层22层，全区可采煤层2层、大部分可采煤层11层、局部可采煤层7层。
不可采煤层2层。
可采煤层平均总厚24.6m，可采含煤系数6.78%。
其中，主采的2煤可采厚度0.87~7.84m,平均2.88m,6煤可采厚度0.8~7.59m,平均2.63m,全井田共获得资源量1979.27Mt，可采储量1138.86Mt。
（地层分布与特征、工程地质特征、可采煤层与厚度、水文地质等）
1.5.矿井主要经济技术指标
1.5.1.设计生产能力
投产时4.00Mt/a，达产时8.00Mt/a，矿井工作制度按每年330天，每天16小时。
1.5.2.井巷工程量
全矿井移交总工程公司量81714m,其中岩巷19836m，半煤岩巷44436m,煤巷17415m,万吨掘进率102.1m。
投产时总工程量55578m,其中巷11142m,煤岩巷44436m。
达产时新增工程量26136m,其中岩巷8721m,煤巷17415m。
1.5.3.地面建筑
麦垛山矿井地面工业建筑总面积为24710m2，总建筑体积为227338m3。
麦垛山矿井行政公共总建筑面积41499m2，总建筑体积为199779m3,其中联合建筑7916m2、食堂5200m2、行政办公楼5383m2、倒班楼23000m2。
1.5.4.矿井在籍人员
1294人，其中投产时1048人，达产时新增246人。
采用“四、六”作业制，每天三班作业，一班准备。
1.5.5.矿井全员效率
投产时17.22t/工，达产时27.67t/工。
2.测区已有测绘资料及成果利用
2.1.对测区已有测绘资料的分析
表2-1已有测绘资料的整理
项目
副立井
单位
副立井井口坐标
X
4189059.000
m
Y
36387369.000
m
Z
+1416.000
m
副立井井底标咼
+836.000
m
主斜井斜长
1667
m
主斜井倾角
20
o
副立井井深
548
m
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。
22对测区已有测绘资料的利用
221.平面控制资料
为了使矿区坐标系统的一致性，选用国家B级GPS这两个控制点A1，A2，A3，A4都
是矿区首级平面控制测量的起算点。
2.2.2.高程控制资料
为使矿区高程系统相一致，故矿区首级水准控制网的高程系统选择1985黄海高程系，
并且两个二等水准点SZ1,SZ2。
3.测绘基准与执行规范
3.1.测绘基准与测绘系统
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，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
32执行的测量规范
1）中华人民共和国能源部制定，《煤矿测量规程》，煤炭工业出版社，1989年；
2）中国统配煤矿总公司生产局，《煤矿测量手册》，煤炭工业出版社，1990年；
3）中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统（GPS）测量规范》GBT18314-2001;
4）中华人民共和国测绘行业标准《国家三、四等水准测量规范》GB12898-91
3.3.设计依据
1）张国良主编•矿山测量学•中国矿业大学出版社，2008
2）徐绍铨主编.GPS测量原理及应用，武汉大学出版社，2008
3）魏二虎，黄劲松主编.GPS测量操作与数据处理，武汉大学出版社，2004
4）胡振琪主编.应用工程测量，煤工业出版社，2008
4.生产限差的确定及等级、精度要求
4.1.生产限差的确定
4.1.1.按一般采矿工程对测量工作的要求确定
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，一般采用土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土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）为土2.75m左右。
4.1.2.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土0.8mm（图上）。
若矿图的比例尺为1:
2000时，即为土1.6m，此误差值仅指测量误差，不含绘、用图误差。
4.1.3.按井巷贯通的限差确定
平面上中线的允许编差取土0.3~0.5m。
高程的允许偏差为土0.2m，此误差值仅指测量误
4.14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。
4.2.等级、精度要求
4.2.1.矿区首级平面控制网
根据《煤矿测量规范》对矿区地面平面控制测量的规定（下同），矿区首级平面控制网必须考虑矿区远景发展的需要。
一般在国家一、二等平面控制网基础上布设，其等级应依矿区
走向长度，参照表4-1选定。
表4-1首级控制网等级规格
矿区走向
（长度）km
首级控制
加密控制
26~100
三
等
四等、一级（小三角、小测边或导线）
5~25
四
等
一级（小三角、小测边或导线）
V5
一、二级
兀（小三角、
小测边或导线）
一
在满足当前生产建设的前提下，加密网可以采用越级加密控制网的方法。
4.2.2.导线测量水平角观测要求
导线测量水平角观测的技术要求应符合表4-2规定。
表4-2导线测量水平角观测要求
等级
测角中误差
（〃）
测回数
方位角最大闭
合差（〃）
DJ1
DJ1
DJ1
三等导线
±1.8
8
12
—
±3.6石
四等导线
±2.5
6
8
一
±5#n
一级导线
±5
一
4
6
±10/n
二级导线
±10
—
2
4
±20/n
4.2.3.光电测距导线的布设标准
表4-3光电测距导线的布设标准
等级
附（闭）合
一般边长
测距相对
测角中误差
导线全长
导线长度
（km）
（km）
中误差
相对闭合差
三等导线
15
2~5
1/100000
±1.8
1/00000
四等导线
10
1~2
1/100000
±2.5
1/40000
一级导线
5
0.5
1/30000
±5
1/20000
二级导线
3
0.25
1/20000
±10
1/10000
4.24矿区地面高程首级控制网
矿区地面高程首级控制网，一般应采用水准测量方法建立，其布设范围和等级选择，应符合表4-4的规定。
表4-4矿区地面高程首级控制水准测量布设范围和等级选择
矿区长度（km）
首级控制
加密控制
>25
三等水准
四等水准、等外水准
5~25
四等水准
等外水准
<5
等外水准
一
5.矿井联系测量
5.1.矿井联系测量目的与任务
将矿区地面平面坐标系统和高程系统传递到井下的测量。
将地面平面坐标系统传递到井下的测量称平面联系测量，简称定向。
将地面高程系统传递到井下的测量称高程联系测量，简称导入高程。
矿井联系测量的目的是使地面和井下测量控制网采用同一坐标系统。
其必要性在
于：
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。
联系测量的任务在于确定:
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。
联系测量的主要精度要求见表5-1：
表5-1联系测量的主要精度指标
联系测量类别
容许误差
备注
几何定向
由近井点推算的两次
独立定向结果互差
一井定向：
2'
两井定向：
1'
井田一翼长度小于300m的小矿井，可
适当放宽，但应小于10'
陀螺经纬仪定向
同一边任意两测回陀
螺方位角互差
±15〃级:
40”
±25〃级:
70”
陀螺经纬仪精度级别是按实际达到的
一测回测量陀螺方位角的中误差确定
的
井下冋一定向边两次
独立陀螺经纬仪定向
的互差
±15〃级:
40〃
±25〃级:
70〃
52矿井定向测量
521.两井几何定向
主要由于井筒直径的限制，一井定向误差相对较大。
当矿区有两个立井，且两井
之间在定向水平上有巷道相通并能进行测量时，就要采用两井定向，见示意图见5-1
在主副井两井筒各挂一根垂球线，此两垂球线在井上、井下的坐标方位角保持不变，通过从近井点I至主副井的地面测量确定此两垂球线的坐标，并计算其连线的坐标方位角后，再在井下巷道中，用经纬仪导线对两垂球线进行联测，取一假定坐标系来确定井下两垂球线的假定方位角，然后将其与地面上确定的坐标方位角相比较，其差值便是井下假定坐标系统和地面坐标系统的方位差，这样便可确定井下导线在地面坐标系统的坐标方位角。
图5-1两井定向示意图
5.2.1.1.投点
在副立井、回风立井中各悬挂一根垂球线A和B,采用单重稳定投点。
单重稳定投点是假定垂球线在井筒内处于铅垂位置而静止不动。
当井筒不深、滴水不大、井筒内气流缓慢、垂球摆动很小、其摆幅一般〉0.4mm时被采用。
缠绕钢丝的手摇绞车固定在出车平台上，钢丝通过安装在井架横梁上的导向滑轮、自定点板的缺口挂下，定点板固定在一专用的木架上，用以稳住垂线悬挂点的平面位置，使其不受井架震动的影响。
在钢丝下端挂上垂球，并将它放在盛有稳定液的水桶中。
定向投点用的设备应符合下列要求：
绞车各部件必须能承受投点时所承受荷重的三倍，滚筒直径不得小于250mm并必须有双闸；导向滑轮直径不得小于150mm钢丝上悬挂的重铊，其悬挂点四周的重量应互相对称。
5.2.1.2.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—n—I—A及K—n—A，以确定A、B的坐标和AB的坐标方位角。
连接导线敷设时，从连接导线应最短，并尽可能沿两垂球线连线的方向延伸，因为此时量边误差对连线的方向不产生影响。
可采用I级或n级导线。
5.2.1.3.井下连接测量
在井下定向水平，测设经纬仪导线A—1—2—3—4—B,测设7〃或
15〃基本控制导线
5214精度评估
1）两垂球连线的方位角及长度计算
==（公式5-1）
2）井下连接导线计算
假定坐标系统----A为坐标原点，A1边为x'轴方向，即：
推算各点假定坐标，再求出AB边的假定方位角和垂线间距：
（公式5-2）
（公式5-3）
3）内外业检验，井上下垂线间距和的检查：
4）方位角计算
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
（公式5-4）
5）坐标计算
根据起算数据、、和观测值与导线的测量数据重新计算井下连接导线点的坐标。
6）精度评定
两井定向时，由于两垂球线间距离大大增加，因而由投点误差引起的投向误差也大大减小，这是两井定向的最大优点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：
（公式5-5）
式中9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，不应超过土1'。
则一次定向的中
误差为：
若忽略投向误差9，认为井上、下连接误差大致相同，则
7）地面连接误差评定
角点八、、
图5-2地面连接示意图
如图5-2所示，地面连接误差包括由近井点K到两垂球线A、B所设两部分导线的误差。
为了研究方便起见，假定一坐标系统：
AB为y轴，垂直于AB的方向线为x轴。
则
（公式5-6）式中：
c——两垂球线间的距离；
――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，。
――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；mB――由近井点到结点间导线的测角误差
其中
（公式5-7）
《煤矿安全规程》规定主副井间距不得小于30m。
太近不符合规定，太远井底贯通较难。
立井一般在50--100。
主要为了井上、下生活流程能合理衔接以及井塔、井架施工安装和设备布置需要，也要根据井下运输大巷或石门及地面铁路专用线路的方向和位置、井底车场形式综合选择。
现在多数矿井为60--80m，少
数已达到100m。
8）井下连接误差评定
X'
L1
R'
R"
B一/Lnn-1
图5-3地下连接示意图
如图5-3所示，井下连接误差是由井下导线的测角误差和量边误差所引起的，
即
（公式5-8）
式中，分别为测角和量边误差所引起的井下导线某边的方位角误差
由井下导线测角误差所引起的连接误差
L（公式5-9）
由井下导线量边误差所引起的连接误差：
考虑到量边中包括系统误差和偶然误差的影响，而量边的系统误差对方位角没有影响，用钢尺量边时：
（公式5-10）
式中i为井下导线边J1—J2与AB连线的夹角
521.5.工作组织
1）选择连接方案，作出技术设计；
2）准备定向设备及用具；
3）检查定向设备与检验仪器；
4）预先安装某些投点设备并将所需用具设备等送至定向井口和井下;
5）确定井上下的负责人，负责指挥和联络工作。
5.2.1.6.仪器设备
主要仪器设备见表5-2所示：
表5-2主要仪器设备
名称
件数
备注
名称
件数
备注
钢尺
2
小绞车
2
下钢线、钢尺各一台
拉力计
2
滑轮
2
经纬仪
2
大水桶
1
大垂球
1
100kg
定点板
2
小垂球
4
挡风布
2
矿灯
可视人数而
疋
温度计
2个
疋中盘
1
5.2.1.7.安全措施
1）在定向过程中，应劝阻一切非定向工作人员在井筒附近停留；
2）提升容器应牢固停妥；
3）井盖必须结实可靠地盖好；
4）对定向钢丝必须事先仔细检查，放提纲丝时，应事先通知井下，只有
当井下人员撤出井筒后才能开始；
5）垂球未到井底或地面时，井下人员均不得进入井筒；
6）下放钢丝时应严格遵守均匀慢放等规定，切忌时快时慢和猛停，因为这样最易使钢丝折断；
7）应向参加定向工作的全体人员反复进行安全教育，以提高警惕。
在地
面工作的人员不得将任何东西掉入井内，在井盖工作的人员均应配带安全带；
8）定向时，地面井口自始至终不能离人，应有专人负责井上下联系。
522•陀螺定向
5.221.陀螺经纬仪定向的作业过程
1）在地面已知边上测定仪器常数
2）
陀螺北与真北不重合，二者的夹角称为仪器常数（）。
陀螺北在真北东，为正；反之，则为负。
求得仪器常数：
图5-3陀螺仪定向示意图
3）在井下定向边上测定陀螺方位角
在井下E，F和E'，F'处进行陀螺定向，则定向边的地理方位角A为:
测量要求：
测定定向边陀螺方位角应独立进行两次，其互差应小于40〃
4）仪器上井后重新测定仪器常数
5）仪器上井后，应在已知边上重新测定仪器常数2—3次。
前后两次测定的仪器常数，其中任意两个仪器常数的互差应小于40〃，然后求出仪器常数的最或是值。
用白塞尔公式评定一次测定中误差。
6）求算子午线收敛角
7）地理方位角和坐标方位角的关系为：
的符号由安置经纬仪的位置确定，在中央子午线以东为正，以西为负。
8）求算井下定向边的坐标方位角
由上述公式可得出：
因此井下定向边的坐标方位角为：
a=A-='+平-（公式5-11）
5.222.粗略定向
在测定已知边和定向边的陀螺方位角之前，首先进行粗略定向，即把经纬仪望远镜视准轴置于近似北。
仪器在测站安置好后，将经纬仪视准轴大致摆在北方向后，起动陀螺马达，达到额定转速后，下放陀螺灵敏部，松开经纬仪水平制动螺旋，用手转动照准部跟踪灵敏部的摆动，使陀螺仪目镜视场移动的光标像与分划板零刻划线随时重合。
当达到摆
动逆转点时，读取水平度盘皿；用同样的方法向反方向跟踪，到达另一点逆转点时，再读取水平读数迄。
锁紧灵敏部，制动陀螺马达。
按下式计算近似北在水平度盘上的读数：
转动望远镜摆在N'读数位置，加上仪器常数，这时视准轴就指向了近似北。
5.223.精密定向（逆转点法）
1）严格整置经纬仪，架上陀螺仪，以一个测回测定待定或已知测线的方向值,然后将仪器大致对正北。
2）锁紧摆动系统，启动陀螺马达，待达到额定转速后，下放陀螺灵敏部，进行粗略定向。
制动陀螺并托起锁紧，将望远镜视准轴转到近似北方向，固定照准部。
把水平微动螺旋调整到行程范围的中间位置。
3）打开陀螺照明，下放陀螺灵敏部，进行测前悬带零位观测，同时用秒
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