矿山测量课程设计ee.docx

矿山测量课程设计ee.docx

《矿山测量课程设计ee.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿山测量课程设计ee.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

矿山测量课程设计ee

引言

**煤矿南区布设两个立井，进风井和回风井，目前正在施工，现回风井施工已接近一水平-796m。

施工回风井-796m井底车场时，需进行矿井联系测量，将地面坐标、方位及高程传递到井下。

考虑到连接中央区和南区主要工程“南翼胶带机大巷和轨道大巷”的贯通距离长达10km（含地面测量部分，中央区井筒和南区井筒间距离约5km），为确保中央区和南区间井巷按设计进行正确施工，保证中央区和南区大巷的准确贯通，南区回风井联系测量的起始数据系统必须和中央区统一，达到足够的精度。

为此需要进行中央区和南区地面（井下）控制测量、连接测量、联系测量,包括陀螺定向，使中央区与南区的井上下测量系统保持一致，确保本矿区测量系统技术合理,安全可靠,为生产安全做好技术服务。

为此，需建立中央区和南区间的井上下测量基准，为下一步的生产决策服务。

同时本次地面控制成果，将作为调整本矿区GPS基站系统的基础资料，使得RTK流动站在矿区范围内的测量精度进一步提高，GPSRTK技术在矿区的生产建设中发挥更大作用。

其次，改扩建现有矿区控制网，将今后位于开采影响范围内的矿区三等测点，改建到近10年内不会受到开采影响的范围内，保持本矿区控制基准的延续性，因而本次地面控制测量意义重大。

“**煤矿南区联系测量”工程技术项目包括矿区平面与高程控制测量、中央区-南区地面连接导线测量、南区矿井联系测量和南翼轨道大巷及井底车场陀螺定向四个部分。

1.1测区概况

1.1.1交通位置与自然地理条件

概况位于**市**镇境内，是年设计生产能力1000万吨的特大型现代化矿井。

该市位于亚热带和暖温带的过渡地带，气候条件优越，其主要气候特征是：

春温多变，夏季雨水集中（占全年雨量的50%），春季次之，秋季较少，冬季最少，累计年平均降水为937.2毫米。

秋高气爽、冬季干冷、季风显著、四季分明。

累计年平均气温为15.3℃。

无霜期较长，最长为261天，最短为179天，平均为224天。

冻土深度为0.3m。

井田范围北起F81断层，南止F211断层，西自1煤层隐伏露头，东至三十一勘探线和13-1煤层-1000m底板等高线地面垂直投影线。

全井田南北走向长平均约13km，东西倾斜宽平均11km左右，面积约140km2。

测区内总体地势平坦，最大高差不足4m；村庄密集，高大树木较多，不利于采用常规三角网和导线网进行平面控制；乡村道路较为发达，大部分道路能通行汽车，其余部分可通行三轮摩托车。

测区范围内，水系发达（根据图增加主要水系名称），给观测工作（特别是水准测量工作）带来了较大的困难。

1.1.2地质采矿条件简介

地层及煤层：

本井田新生界松散层厚224.10～576.00m。

含煤地层为石炭、二叠系，共有9层可采煤层，平均总厚度24.11m，其中13-1、11-2、8、6-2和1煤层为主采煤层，平均总厚度21.14m，各煤层赋存稳定，倾角一般5°～15°。

地质构造：

本井田地层形态总体为一走向近南北、倾向东的反“S”型单斜构造。

共发现断层167条，大致可划分为近东西、北西、北东向3个断层组。

由于受区域构造作用影响，井田五线以北构造中等，五线～F92断层之间构造简单，F92断层以南构造中等偏复杂。

煤炭：

9层可采煤层共有地质储量（因无D级储量，亦为工业储量）26.3亿吨。

可采储量12.97亿吨（-850m以上7.60亿吨）。

煤质：

为中灰～富灰、特低硫、低磷～特低磷、富油～高油、高熔～难熔灰分、具较强粘结的气煤和1/3焦煤。

可供动力、炼焦配煤和化工之用。

水文：

本井田新生界松散层自上而下可分为3部分；每部分又分为3个含水组和3个隔水组，共计分为4个含水组、4个隔水组和1个碎石层。

其中下3含水组在七线以北与基岩直接接触，为基岩含水层的主要补给水源；二叠系砂岩以中、细粒为主，富水性弱，以储存量为主，为矿坑的充水因素之一；煤系地层下伏的太原群灰岩距1煤层约16～20m，灰岩水水压较高，在开采1煤层时需采取疏水降压措施。

区域资料表明，奥陶系灰岩的中上部岩溶裂隙比较发育，虽分布不均，但富水性较强，系太灰的主要补给水源。

矿井初期开采4-1～17-2煤时正常涌水量为850m3/h，最大涌水量为1330m3/h；开采1煤时，经蔬水降压后，另增太灰涌水量805m3/h。

瓦斯：

本矿井属高瓦斯矿井。

地温：

本井田平均地温梯度为3.08℃/100m；预计-780m水平地温为37.7℃～43.7℃，平均40.1℃，属地温异常区。

煤层可燃性及煤尘爆炸性：

本井田可采煤层除6-2和1煤层不自燃～很易自燃以外，其余均很易自燃。

煤尘均具有强爆炸性。

地下水资源：

本井田地下水资源十分丰富。

新生界第二含水组水质均符合饮用水标准，含水组沙层较厚，水量丰富，水质优良，可作为矿井饮用水等生活用水水源；另外，矿井井下排水量较大，正常涌水量为850m3/h，经深度净化处理后也可满足矿井生产用水的要求，因此矿井供水水源丰富可靠。

本井田面积大，煤层埋藏深，煤层数目多且赋存平缓，因此设计确定矿井采用立井、分区开拓、分区通风、集中出煤的开拓方式。

主要巷道采用主要石门及分层（组）大巷布置形式。

全井田划分为中央区、西区、北区和南区4个分区。

矿井初期先开中央区，其他分区为接替区。

根据矿井提升、通风等要求，矿井投产时在中央区工业场地内设主井、副井和中央回风井3个井筒；并预留1个主井位置。

西区、南区和北区分别设进、回风井井筒各1个，形成各自独立的通风系统；其中进风井装备提升设备，用于各分区辅助提升。

全矿井共设井筒11个。

本次联系测量，就是在南区进风井和回风井中进行的。

全井田划分2个生产水平开采。

其中，一水平标高为-780m，采用上、下山开采，下山采至-850m；二水平标高-950m，亦采取上、下山开采，下山采至-1000m。

本次联系测量和陀螺定向，除保证一水平南二11-2胶带机大巷和南二11-2轨道大巷的正确贯通外，也是为南区一水平和二水平的安全生产服务的。

本矿井煤层倾角小，一般5°～15°。

因此，根据不同采区块段的开采条件及开拓布置，确定采区采用走向长壁与倾斜长壁相结合的布置方式。

1.2测区概况

1.2.1南区井巷工程概况

**煤矿南区工广位于**市**镇境内，工广范围约0.16km2。

南区主要作为整个矿井的后备采区,为**煤矿的后备主力采场,出煤系统仍由中央区主井承担。

考虑到行人运料战线长以及通风能力不足，南区布设进风井和回风井2个立井，设计断面进风井φ8.6m、回风井φ7.2m，由合肥设计研究院设计。

回风井2007年7月1日正式开挖，进风井2007年10月1日正式开挖，第一水平设计标高-796m，第二水平-905m。

水文地质情况：

表土（新地层）段300～350m，以沙层为主，富水性强。

基岩段以泥岩、砂质泥岩和砂岩为主，局部砂岩富水性较强，井筒穿过煤层主要为11-2和13-1煤层。

施工方法采用冻结法，井筒外围预注浆，局部通风机供风。

表土（新地层）段人工挖掘，基岩段炮掘，模板浇注混凝土，其中基岩段双层井壁，内壁采用套壁法施工。

单层井壁厚度0.5～0.8m，施工时井筒内主要设施包括吊盘、模板、风水管路、电缆线、吊桶、散钻、大抓、双路风筒等

目前，进风井已掘至-550m标高，回风井接近第一水平-796m。

回风井-796m马头门拨开后，便施工-796m井底车场，首先与进风井贯通。

待回风井马头门两侧平巷施工一段距离（15m左右），需要进行矿井联系测量。

矿井联系测量中采用几何定向或陀螺定向，根据现场条件确定。

1.2.2中央区井巷工程概况

**煤矿中央区工广位于**市**镇境内，工广范围约1.1km2。

**煤矿中央区2003年开始建设，2007年4月28日正式投产。

中央区与南区均为立井开拓，中央区第一水平标高-780m，南区第一水平设计标高-796m，第二水平-905m。

南区布设两个井筒进风井和回风井，中央区副井与南区回风井间直线距离4.6km。

根据设计图纸和生产安排，中央区与南区第一水平大巷预计2009年下半年进行贯通，中央区与南区大巷总长约4.9km,共设计三条大巷，即胶带机大巷、轨道大巷和回风大巷，设计巷道净断面5.6m×4.4m，锚网喷支护一次成巷，软岩地段采用U型钢二次支护。

地质概况：

目前**煤矿南翼采区处于开拓之中，南翼轨道大巷将先后穿过∠60～80˚、H=0～50m的FD95逆断层，∠50～55˚、H=5～55m的FD108-1正断层，∠65˚、H=0～85mFD108正断层,∠70～80˚、H=0～30m的F114-1正断层等大型断层。

该区为地质异常带，有新构造断层活动的迹象，目前南翼轨道大巷迎头底板距11-2煤层顶板法距约25m，巷道向前掘进过FD95逆断层后巷道顶板距13-1下煤层底板法距约20m左右；穿过FD108-1正断层后将进入13-1煤层顶板地层中掘进，巷道底板距13-1煤层顶板最小法距不到20m；穿FD108正断层后将揭露13-1煤层，并穿过13-1煤层，进入其底板中掘进；在穿F114-1断层附近将可能揭露11-2煤层，巷道穿F114-1断层后最终进入11-2煤层底板中掘进。

该区域构造极其复杂，断层众多且落差较大，受其影响，巷道施工层位及岩层产状变化强烈，岩性复杂且岩体破碎。

水文地质概况：

南翼轨道大巷构造发育，岩体破碎，受其影响，煤系砂岩含水层富水性好，巷道掘进时将会时常发生顶底板涌水现象。

巷道在穿FD95及F108等断层时，受大断层影响，砂岩富水性将会进一步增强，且存在导通新生界下含水的可能性。

该区域构造复杂。

中央区向南施工的“南二11-2胶带机大巷和南二11-2轨道大巷”是连接中央区和南区间运输与回风的主干工程，公司309队和602队于2006年9月开始施工轨道大巷和胶带机大巷，采用炮掘，月进尺90m左右，到2008年4月10日，分别掘进约1.9km和1.6km，与南区西翼轨道石门剩余贯通距离约3.0km，待南区西翼轨道石门施工后，中央区和南区大巷将进行对向掘进，巷预计09年下半年进行贯通，为确保中央区与南区两井间长距离大巷的准确贯通，减少测角误差的传递对贯通点水平精度的影响，按《煤矿测量规程》的要求，在两井轨道大巷中每隔1.5～2.0km需加测一条陀螺边。

其中，轨道大巷中部2条,两区井底车场至少各1条。

南翼大巷控制导线按井下一级精度要求测设，测角中误差±7",永久控制点点间距一般200m,按《煤矿测量规程》要求的精度敷设，使用全站仪“三架法”，独立二次，起始数据为2005年7月陀螺定向边“TG-T7”。

高程控制采用三角高程和水准测量各独立一次。

日常每隔30～50m延设一次中腰线，日常导线按±30"精度要求进行。

目前南翼大巷中还未加测陀螺方向坚强边。

1.3已有测量成果概况

1.3.1地面控制测量成果概况

**煤矿区平面控制网属**矿务局的三等三角网。

该网是**省物测队于1981年建立的，根据该市城建局于1975年施测的三等三角网和省物测队于1981年施测的三等三角网组合而成，其成果经省物测队进行两网的整体平差后提供的。

平差采用的坐标系统为BJ-54坐标系，中央子午线经度为117°，投影带为3°带的第39带。

该网平差后的测角中误差为±0.58",最弱点点位中误差为±0.022m，最弱边边长相对中误差为1/21万。

**煤矿区高程控制网属于**矿务局测绘队于2001年3月施测的“矿区三等水准网”，采用的是1985年国家高程基准，正常高程系统。

起始点为解放军第三测绘大队于1976年施测的国家一等点两点。

中央区测定了“SG-1”、“SG-2”、“SG-3”三个近井高程基点。

内业平差采用间接水准网经典平差和严密平差，两种平差结果相同。

高差中数偶然中误差为±1.6mm/km,平差后结点单位权中误差±2.14mm,结点最大高程中误差±8.47mm。

对于“**煤矿南区联系测量”工程项目而言，在进行平面控制测量时，测区周围可供使用的控制点有GGDNA、GPLZH、GSJN、GTZH、GXLZH等5个平面控制点（可作为GPS测量的坐标联测点），GPLZH、GXLZH、GGWZH（三等水准点）可为高程起算点，但在进行数据处理时需对这些点间的兼容性进行检核。

1.3.2近井网测量成果概况

1）中央区近井网测量成果概况

2002年10月集团公司组织，选用GPLZH、GXLZH、GSJN三个已知点，对**煤矿区采用GPS网加密，顾桥测区测定了SG-1、SG-2、SG-3、SG-4四个点。

1954北京坐标系，中央子午线经度117°。

2003年12月，利用SG-1、SG-2、SG-3按四等三角网精度要求，在工广内再加密P0、P1、P2、P3四个控制点。

平差后测角中误差±2.6"，最弱边边长相对中误差为1/15万。

2004年9月在P0、P1、P2、P3的基础上，按四等三角网精度要求在工广内再次加密控制点P4、P5。

平差后测角中误差±1.8"，最弱边边长相对中误差为1/11万。

2005年1月，为满足井下陀螺定向测量，在工广办公大楼前广场又加密了P6、P7两点，作为地面测定陀螺常数边。

平差后测角中误差±1.8"，最弱边边长相对中误差为1/9万。

目前保存完好的点有：

P5、P25、P0、P6、P7。

中央区高程控制采用SG-1、SG-2、SG-3作为高程起始点。

目前该三点已被破坏。

2）南区近井网测量成果概况

2005年8月，因**煤矿南区建设需要，选定GSJN、GTZH、GXLZH三个已知点，按D级GPS网对南区进行加密控制，加密点为G6、G7、I132三点，成果采用1954北京坐标系，中央子午线经度为117°，分别为6°投影带第20带，3°投影带第39带。

同时对中央区加密了P5、P25、I068三个点。

二维约束平差时，首先对三个已知点进行相互约束，结果GTZH的约束值与已知值差值较大（△x=-52mm，△y=6mm），将三点约束与两点约束的平差结果进行比较，结果点的坐标差最大为8mm。

考虑到2002年10月中央区近井网采用的已知点为GSJN、GTZH、GXLZH三个，故最终采用GSJN、GXLZH二点约束，平差后精度，点位中误差最大±9.8mm，方位角中误差最大1.6"，边长相对中误差最大1/13万。

目前保存完好的点有：

G6。

南区高程控制：

因**煤矿南区建设需要，2005年8月～10月，使用NA2精密水准仪，以中央区“SG-1”为起算点按三等水准测量精度要求向南区测设闭合水准环线，中央区工广内测点有BM1、P8、GS3，南区工广外近井测点有BM6、BM4、I132，线路经过三等三角点GSJN。

环线长度14.7km，高差闭合差-39mm，水准线路往返高差不符值-2.2mm，观测高差偶然中误差±1.6mm/km，平差后高差全中误差±1.7mm/km。

目前保存完好的点有：

中央区有BM1、GS3、P25三点，南区有BM4、BM6、JD三点。

1.3.3中央区和南区矿井联系测量概况

1）中央区联系测量概况

2004年12月9日进行风井联系测量，采用一井几何定向方法，双钢丝三角形连接，地面起始边为P0-P5，地面连接导线按±5"精度要求测定。

导入高程采用长钢尺，高程来源于“SG-1”。

2005年1月2日陀螺定向边NE-S1方位和几何定向方位差值3′10"。

2005年1月8日主井联系测量，采用一井定向方法，单钢丝投点，地面连接导线按±5"精度要求测定，井下陀螺定向连接，陀螺边Z1-Z3。

地面起始边为P0-P5。

导入高程采用长钢尺，高程来源于“SG-1”。

陀螺仪型号GAK-41041（15"），观测方法为中天法，采用“3-2-3”观测程序，地面测定仪器常数边为P6-P7，一次定向中误差为±12.5"。

南翼大巷导线起始边“T7-TG”为陀螺定向边，2005年元月和2005年7月，各定向一次，两次互差3"。

陀螺经纬仪型号为GAK-1型（15″）和索佳陀螺全站仪（15"），在同一条边上对向观测。

观测方法为中天法，采用“2-2-2”观测程序，一次定向中误差为±7.9"，地面测定仪器常数边为P6-P7,P6-P7坐标方位角中误差±5.0"。

现“T7-TG”陀螺定向边保存完好。

2）南区联系测量概况

根据生产安排，南区回风井掘至-811m标高后暂停向下掘进，而接着施工-796m水平井底车场。

进风井施工至-796m水平与回风井贯通后，继续掘进至第二水平-905m。

目前回风井已施工至-796m马头门位置，很快将进行-796m井底车场的施工，待马头门两端平巷施工一段距离后，需要进行回风井联系测量，回风井联系测量采用长钢尺导入高程，投点时采用单钢丝陀螺定向，还是二根钢丝几何定向，要根据揭露巷道的地质情况及现场条件定。

由近井点向井口定向连接点连测时，按测角中误差±5"复测支导线精度敷设，近井点点位中误差不得大于±7cm，后视边方位中误差不得超过±10"。

近井点将采用“第一阶段”GPS控制网测得的成果资料。

取用导入高程的起算点之值，要将“第一阶段”测得的近井高程点BM4与2007年10月-08年3月矿测得的BM4值进行比较分析取用。

由高程起算点测量井口下尺点高程按四等水准测量的精度要求进行。

采用陀螺经纬仪定向时，测定仪器常数的地面已知边的坐标方位角中误差不得超过±10"。

进风井-796m马头门拨开后，需进行联系测量，测量要求同回风井，根据-796m井底车场施工进度，联系测量时可能不进行定向作业，待与回风井贯通后进行坐标闭合测量。

进风井-905m水平需进行联系测量，测量要求同回风井。

1.3.4设计依据

1、《矿山测量学》主编张国良中国矿业大学出版社2008年10月

2、《GPS测量原理及应用》武汉大学出版社主编徐绍铨

3、《GPS测量操作与数据处理》主编魏二虎黄劲松武汉大学出版社

4、《应用工程测量》主编胡振琪煤炭工业出版社

5、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°，投影带为第39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。

1.3.5贯通限差的确定

导线测量主要技术要求

等级

导线长度（Km）

平均边长（Km）

测角中误差（″）

测距中误差（mm）

测距相对中误差（mm）

测回数

方位角闭合差（″）

相对

闭合差

三等

14

3

1.8

20

6

10

－

四等

9

1.5

2.5

18

4

6

－

一级

4

0.5

5

15

－

2

4

2.1地面连接测量的方案设计

主井：

采用一井定向，三角形法连接，一井独立定向六次。

回风井：

采用一井定向，三角形法连接，一井独立定向六次。

采用连接三角形进行一井定向时，要在井筒挂两根垂球线。

投点时，采用单重投点法，即在投点过程中，垂球的重量不变。

在投点过程中，为了减少投点误差，可尽量增加两垂球线间距离，并选择合理的垂球线位置。

在定向时，最好定制风机运转或增设风门，减小风速，以此减少马头门处气流对垂球线的影响。

对钢丝要有明确的要求，最好采用小直径，刚强度的钢丝，适当增加垂球重量，并将垂球浸入稳定杆液体中。

而且在淋水大的井筒，必须采用挡水措施，并在大水桶上加挡水盖。

进行单重稳定投点所需设备和安装系统

如图所示。

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2、自定点板3的缺口挂下，定点板固

定在一专用的木架4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

体的水桶6中。

图2-1稳定投点的设备

本次设计任务两井投点略图如下：

其中1点为井下第一起算点，在后面将详细说明。

副井与主井方式相同，01为起算点。

近一近二

南区回风井

主井

0点

01点00点

01点

图2-2井下投点略图

2.1.1地面水准测量

主井与回风井之间的水准测量，以两近井点同时作为水准基点。

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自已知三角点一起测，沿水准支线测设到近井点一，此段为双程往返测量。

从水准点一开始向主井布设水准支线，传递主井高程。

回风井高程传递方案同主井，从已知三角点一布设水准支线，测设到近井点二，再从近井点二向回风井布设水准支线，同样采用双程往返测量。

两近井点间的水准测量最终结果均取两次测得高程的平均值。

以下为略图：

三角点一

近一

图3-1地面水准略图

水准测量采用国产北京光学仪器厂DS3自动安平水准仪，区格式木质水准尺。

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，从三角点一到近井点一、二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。

3.1联系测量方案设计

3.1.1导入坐标方位角（参考设计图）

1、选择井上下连接点C和C′时，应满足下列条件：

1）点C与D及C′与D′应彼此通视，且CD和C′D′的长度应尽量大于20m当CD边小于20m时，在C点进行水平角观测，其仪器必须对中三次，每次对中应将照准部（或基座）变换120°；

2）点C和C′应尽可能设在AB延长线上使三角形的锐角γ应小于2°，这样便构成最有利的延伸三角形；

3）点C和C′应适当靠近最近的垂球线中，使a/c及b′/c之值应尽量小一些；

2、外业

1）、在连接点C上用测回法测量角度γ和φ。

当CD边小于20m时，在C点的水平角观测，仪器应对中三次，每次对中应将照准部位置变换120°。

具体的施测方案和限差见下表

仪器级别

水平角观测方法

测回数

测角中误差

限差

半测回归零差

各测回互差

重新对中测回间互差

DJ2

全圆方向观测法

3

6″

12″

12″

60″

DJ6

全圆方向观测法

6

6″

30″

30″

72″

2）丈量连接三角形的三个边长a（a′）、b（b′）及c（c′）。

量边应用检验过的钢尺并施加比长时的压力，记录测量时的温度。

在垂线稳定的情况下，应用钢尺的不同起点丈量6次。

读数估读到0.5mm。

同一边各次观测值的互差不得大于2mm，取平均值作为丈量的结果。

摆动的情况下，应将钢尺延所量三角形的各个方向固定，然后用摆动观测的方法（至少连续读取六个读数），确定钢尺在钢丝上的稳定位置，以求得边长。

每次均须用上述方法丈量两次，互差不得大于3mm取平均值作为丈量的结果。

井上下丈量得两垂球间的距离的互差不得超过2mm.

3、内业

内业分为两部分：

解算连接三角形各边未知要素及其检核；按一般导线方法计算各边的方位角与各点坐标。

1）三角形的解算

对于延伸三角形，垂球处的角度α、β按正弦公式计算

当α<2°及β>178，可用下列简化公式计算

在计算三角形时，应用井下定向水平丈量的和计算的两垂球线之间距离平差值进行计算。