矿山测量第 10 章 巷道及采煤工作面测量电子教案.docx

矿山测量第 10 章 巷道及采煤工作面测量电子教案.docx

《矿山测量第 10 章 巷道及采煤工作面测量电子教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿山测量第 10 章 巷道及采煤工作面测量电子教案.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

矿山测量第10章巷道及采煤工作面测量电子教案

第十章巷道及采煤工作面测量

一、学习目的与要求

1.了确巷道及采煤工作面测量任务。

2.掌握巷道中线、腰线的标定方法。

3.明确采区测量的内容。

4.掌握贯通测量的方法。

二、课程内容与知识点

巷道及采煤工作面测量任务包括：

①根据采矿设计标定巷道掘进的方向和坡度，并随时检查和纠正。

通常标定巷道在水平面内的掘进方向，称为标定中线；标定巷道在竖直面内的掘进方向称为标定腰线，简称给中腰线。

②在巷道掘进过程中，及时、准确地测绘巷道的实际位置，检查其几何关系的正确性，并将测量结果填绘在有关的图纸上，这称为填图。

③　定期测绘采煤工作面实际位置，进行巷道进尺、规格质量等的验收测量。

第一节巷道中线的标定工作

一、准备工作

①　检查设计图纸。

②　确定标定的必要数据与几何要素

二、标定开切点及初始方向

规定巷道开切地点和掘进方向的工作习惯上称为开门子。

在图10-1中，虚线表示设计的掘进巷道，AB为巷道的中线；4、5为原有巷道的巷道点。

如果设计部门提供的设计图纸上没有标出巷道点，测量人员要根据导线点的坐标将点展在图上。

从图上可量出4点到A点的距离Ι和5点到A点的距离Ι2，Ι1＋Ι2应等于4－5导线长。

同时量出4－5导线与AB间的夹角β，习惯称β为指向角。

井下实地标设A点和AB方向可以采用经纬仪法、罗盘仪法和卷尺法三种，下面介绍经纬仪法。

标定时，在4点安置经纬仪照准5点，沿此方向由4点量取一段距离Ι1即得到开切点A，将A点在顶板上固定后再量A到5点的距离Ι2作为检核。

然后将经纬仪安置于A点，后视4点，对零后用正镜拨β角，这时望远镜视线的方向，就是巷道掘进的方向。

在此方向上在顶板固定一点2，倒转望远镜在其延长线上再固定一点1，由1、A、2三点组成一组中线点，即可指示巷道开切的方向。

有时为了明显，还可以用油漆画出三点的连线。

经纬仪在标设以后应实测角β，作为检核。

三、标定直线巷道的中线

巷道开掘之后，最初设的中线点一般容易被放炮所破坏或变位，当巷道掘进5~6m，就应当用经纬仪重新标定一组中线点。

这时首先要检查开切点A是否还保存或是否变位，标定或检查时要在A点重新安置仪器和丈量距离。

检查后，将经纬仪安置在A点上，如图10-2所示，用正倒镜两个镜位给出β角由于仪器和测量的误差，正镜给出的2′点和倒镜给出的2″点往往不重合，取其中点2作为中线点，可以提高标设的精度。

检查符合要求后，用望远镜瞄准2点，在此方向上再设一点1。

这样A、1、2三点组成一组中线点，作为巷道掘进的方向。

中线一组设三个点，是因为其中一个点移动，就可以从三点是否在一条直线上而发现。

主要巷道每掘进30m，次要巷道每掘进40m左右，应重新标设一组中线点。

四、直线巷道中线的延长及检查

在巷道掘进过程中，施工人员一般都是以中线为依据进行炮眼布置和支护，由于巷道按给出的中线方向不断向前掘进，必须及时地延设中线至掘进工作面，供施工人员掌握。

具体做法如下：

1．描线法延设中线

2．拉线法延设中线

3．经纬仪延中线和检查测量

主要巷道每掘进30~40m以后，要用经纬仪延设一组中线点，以对拉线法、描线法延设的中线进行检查、校正。

如图10-5所示，C、1、2为原有一组中线点，巷道按拉线法或描线法所指示的方向向前掘进30~40m后，应用经纬仪延设一组中线点D、1、2，以保证最前面的中线点至掘进工作面的距离不超过30~40m，防止巷道掘偏。

这项工作与经纬仪导线施测结合进行。

五、标定曲线巷道的中线

在井下运输巷道方向转弯处或巷道分岔处，都有一段圆曲线巷道相连。

曲线巷道的设计时，一般要给出圆曲线的起点、终点、曲率半径和中心转角等几何要素。

曲线巷道中线标定常用的是经纬仪弦线法：

⑴标定要素的计算

如图10－6所示为一曲线巷道，曲线始点为A，终点为B，半径为R中心角为α。

现用弦线法来代替圆弧中心线，采用等分中心角的方法来计算标设要素。

设将曲线n等分，则每弦线所对圆心角为α/n，弦长为：

由图上可以看出，起点A和终点B处的转角为：

中间各弦交点处的转角为；

图中所示为转角大于180°的情况。

反之，则上述指向角应为；

和

弦长Ι、转向角βA、βB、βC称为曲线巷道中线的标定要素，根据这些要素即可在实地标定曲线巷道的中线。

⑵实地标定

如图10-7所示，当巷道掘进至曲线起点位置A后，先标定出A点，然后在A点安置经纬仪，后视直线巷道中线点P。

测设转向角βA，望远镜视线方向即第一分段弦线A1方向。

倒转望远镜在掘巷道中于A1的反方向方向线上标出中线点a′、a″，则a′a″A三点组成一组中线点，指示A1段巷道掘进。

当巷道掘至1点处时，于A点安置经纬仪，拨角βA，标出A1方向，在A1方向上量取弦长Ι标出1点，并将其固定在顶板上。

然后将仪器安置于1点，后视A点，拨角β1，望远镜视线方向即为第二段弦线12的方向。

以此类推，直至巷道的终点B为止。

为配合施工部门按设计规格施工，测量人员应以1：

5或1：

10的大比例尺绘制标有巷道两帮与相应段弦线相对位置的边距图。

一般情况下，砌碹巷道的边距按垂直弦线方向量取（a图），采用金属、水泥或木支架支护的巷道可按圆曲线半径方向给出边距（b图）。

第二节巷道腰线的标定

为了运输、排水及其他技术上的需要，井下巷道在采矿设计时都给出了一定的坡度（平巷）或倾角（斜巷）。

为了控制掘进巷道的坡度或倾角，需在巷道帮上标设一条线，用来指示巷道在竖直面内的掘进方向及调整巷道底版或轨面坡度，这条线一般称为腰线，腰线通常设在巷道的一帮或两帮上，高出巷道底版或轨面一定值（一般为1m），如图10-9。

不论采用哪种数值，一个矿井应统一。

腰线点可成组设立，也可每30~40m设置一个，成组设立时，每组腰线点不得少于三个，腰线点点间距以不小于2m为宜，每隔30~40m设置一组，最前面的一个腰线点距掘进工作面的距离一般不应超过30~40m。

一、水准仪标定法

水平或近水巷道施工测量中，主要巷道腰线的标定方法主要是利用水准仪进行标定，具体方法如下所述。

如图10-10（a）所示，A点为布设在巷道顶板上的井下水准点，B点为道岔点亦即新开巷道坡度的起点，腰线距轨面的垂直高为1m，设计坡度为i，现标设新开巷道的第一组腰线点1、2、3。

标设时，首先利用井下水准点A检查B点处轨道面的实际高程是否与设计高程吻合，检查合格后，将水准仪安置在B与3点之间，于B点轨面处立水准尺，读数为b，丈量平距ΙB1、Ι12、Ι13，则各腰线距水准仪视线的高度为：

a1＝b－1－i·lB1

a2＝a1－i·l12

a3＝a1－i·l13

坡度的符号规定为：

上坡为正，下坡为负。

将水准仪照准1点处，标出水平线，用小钢尺字水平线向下量取a即得新掘巷道腰线起点1，同法可标定其他两个腰线2、3。

标定工作结束后，由B点计算腰线点1、2、3的高程。

二、经纬仪标定法

倾角大于5°的主要倾斜巷道或精度要求较高的一般倾巷，应用经纬仪标定腰线。

用经纬仪标定腰线一般是和标定中线同时进行的，下面介绍几种用经纬仪标设腰线的方法。

l

1．中线点同时作为腰线点标设法

这个方法的特点是在中线点的垂球线处作出腰线的标志，同时量腰线标志到中线点的距离，以便随时根据中线点恢复腰线的位置。

如图10-11所示，标设时仪器安置在中线点1上，在标定中线点4、5、6之后仪器用正倒镜瞄准中线，竖盘对准巷道设计的倾角，此时望远镜视线和巷道腰线平行。

根据视线在垂球线4、5、6相应位置用大头针作上记号，再用倒镜测其倾角，作为检查。

然后丈量仪器高i。

又知中线点1到腰线位置的距离a，则仪器视线到腰线点的距离b为：

b＝i－α1

计算时，从中线点向下量取的i和a值均取正号。

求出b值为正时，腰线在视线之上；求出b值为负时，腰线在视线之下。

从三个垂球线上标出的视线记号起，根据视线与腰线的关系用小钢尺向上或向下量取长度b，即可得出相应的腰线点位置并作出标记。

2．伪倾角标定法

主要巷道掘进时，应在巷道帮上准确设腰线点。

用经纬仪在帮上设腰线点，如仪器安置在巷道中线上，就出现了伪倾角的问题，如图10-12所示。

OA为巷道中线方向，其倾角为δ；B为垂直于OA线在巷道帮上与A同高的点。

这时OB的倾角就不再是δ而是δ′了。

这两个教之间存在着什么关系呢？

设OA′B′为三角形OAB在平面上的投影，从上图可以看出：

两式相除移项后得：

从三角形OA′B′可以看出：

代入上式得出：

式中β——OA、OB两视线间的水平角，即视线瞄准巷道中线方向和瞄准巷道帮上之间的夹角。

如图10-13所示，A、B、C为一组中线点，1点为已知腰线点。

实地标定点，在B点安置经纬仪，后视A点，测出BA、B1两方向间的水平角β1，根据巷道的设计倾角δ按上述公式算出B1方向的伪倾角δ′1。

将竖盘对准角δ′1，瞄准1点处，用小钢尺量取视线至1点的垂距b。

然后，照准预测设腰线点2处，测出B2、BC两方向线间的水平角β2，算出B2方向的伪倾角δ′2。

将竖盘对准δ′2后，照准2点处，用小钢尺沿铅垂方向由视线同方向量取b，标出新腰线点2。

同法可标出腰线点3等。

用伪倾角法标设腰线点操作简便，精度可靠，可与标定中线同时进行，是在主要倾斜巷道中用地最广泛的方法。

三、用半圆仪标定腰线

在次要巷道和短距离急倾斜巷道掘进时，常用挂半圆仪测设巷道掘进的坡度。

第三节激光指向仪及其应用

一、激光指向仪的结构

激光器发射出的可见红橙色光束，竟聚焦系统射出后，在掘进工作面形成可见的圆形光斑。

二、用途

本仪器用于矿山巷道掘进时的指向定位、掘进机推进方向的制导控制、综采工作面的定位，此外还广泛地应用在公路、铁路、隧道、涵洞、桥梁、高层建筑、管道安装的定位、准直。

三、技术指标

四、使用安装与调节

①将仪器的后罩和压紧螺母拆下，将电源线接在接线端子上，接好地线，然后将仪器重新安装好，拧紧螺钉。

将固定板采用适当的方法安装在构架上，找到大约要指向的位置，将固定板安装好。

②接通电源，电亮激光器。

③用螺丝刀松开锁紧钉，调整调焦筒，将光斑大小调整到最佳状态，拧紧锁紧钉。

④根据经纬仪所测定的方向，调整仪器上的水平、垂直调整旋钮，将光斑准确指向目标点。

五、注意事项

①正在使用的仪器出现故障，需停电维修。

②仪器使用时，GND应牢固可靠接地。

③接通电源时，请注意电源电压，应与仪器铭牌上所标注的电压值相一致。

第四节采区测量

采区测量包括采区内的联系测量、次要巷道测量、采煤工作面测量和各种碎部测量等。

一、采区联系测量

1．通过竖直巷道的简易联系测量

采用单垂球切线法进行一井定向，其方法如下。

如图10-17所示，在竖直巷道内挂一垂球线OO′，在上平巷中于竖直向导附近选一连接点C′，自上平巷C′点拉细线绳交竖直巷道两帮于M、N、P点，并使各段均与OO′垂球线相交，则C′、M、N、P与O、O′各点均在一竖直面内。

在下平巷内PO的延长线上选一点C（图10-17），CO边的方位角与上平巷内C′O′边的方位角相同。

分别在C、C′点安置警卫仪，测∠DCO与∠O′C′D′，并在D和D′测出连接角，丈量DC、CO、O′C′、C′D′的距离，这样就可以把方位角和坐标从下平巷传到上平巷。

测量时，应注意使OO′垂球线务必铅直，切线段数尽可能少，并切于OO′线的同一侧。

2．通过急倾斜巷道的简易联系测量

⑴斜线辅助垂球线法

如图10-18所示，在上、下平巷间通过急倾斜斜巷道拉一斜线A′B。

在A′点和斜线的适当位置A点各挂一垂球。

此时斜线与两垂球线同处于一竖直面内。

然后在上、下平巷中用木视穿线（渺直）的方法，定出C′、C两点，则C、b、a、b′、a′、C′将位于一条直线上。

在C′、C点安置仪器，平整后照准相应的垂球线，视线与垂球线交点为a′、a，与斜线交点为b′、b。

从图上可知，a′b′和ab方向的方位角相等。

用半圆仪测出A′B的倾角δ，用钢尺丈量斜距A′A和平距C′a′、Ca，量取仪器高i、i和视线至垂球线悬挂点间的垂高A′a′、Aa。

内业计算时，先算出CC′的长度：

ι＝C′a′＋Ca＋A′A·cosδ

然后，按测得的水平角和边长计算导线的坐标方位角和各点的坐标。

CC′两点间的高差为：

h＝A′A·sinδ＋Aa－i下－A′a′＋i上

根据高差即可算出C点的高程。

图10-18

⑵牵制垂球线法

如图10－19所示，在上、下平巷测站点C′、C间拉一斜线，在下平巷中斜线的O′处挂一垂球P，在上平巷拉线绳OO″，把斜线吊起成自由悬挂状态。

在C点安置经纬仪，移动O点使OO″和CO″重合。

此时，C、O″、O′、C′点便位于同一竖直面内。

连线O″C和C′O′的方位角相同。

丈量斜距O′O″、C′O′、CO″，用半圆仪测出它们的倾角，按斜线辅助垂线法类似的方法进行内业计算，完成坐标和高程的传递任务。

二、采区次要巷道测量

次要巷道测量工作包括下列内容：

①测量巷道轮廓，绘制大比例尺巷道图。

②丈量巷道长度，验收巷道的进尺。

③丈量巷道断面的各种尺寸，验收巷道的规格质量。

④规定断层、煤层厚度变化等地质特征点和瓦斯突出点、涌水点的实际位置，并填绘到有关的图纸上。

三、采煤工作面测量

采煤工作面应按规定的日期进行填图测量。

每月的测量次数，应能满足生产和采煤率计算要求，它取决于工作面的长度、推进速度、煤层埋藏要素和厚度变化情况，至少须测出工作面月末的位置。

停采时必须进行测量。

在测量采煤工作面位置的同时，还要测出充填区和煤柱位置，煤层厚度和采高，以便计算采区煤量、反映各煤层间的采煤关系（多煤层开采时）、检查资源的损失情况。

当采煤工作面发生冒顶、火害或其他事故时，需对冒顶的位置、长度、宽度及火区的位置准确地进行测量并及时填绘到图纸上。

对于综合机械化采煤工作面测量，根据矿井地质条件和开采即使规程所提出的要求，考虑综合机械化开采的特点来进行。

一般作业方法是：

①监督综采机的位置。

②检查综采机工作面的直线性。

第五节贯通测量

一、概述

一条巷道按设计要求掘进到指定的地点与另一条巷道相通，叫作巷道贯通，简称贯通。

巷道贯通往往是一条巷道在不同的地点以两个或两个以上的工作面分段掘进，而后彼此相通的。

如果两个工作面掘进方向相对，叫相向贯通；如果两个工作面掘进方向相同，叫同向贯通，；如果从巷道的一端到另一端指定处掘进，叫单向贯通。

贯通测量工作一般按下列程序进行：

①为贯通进行的测量准备工作。

②计算贯通几何要素。

包括开切地点的坐标，巷道中心线的方位角α，指向角β，巷道的倾角δ，水平距离ι和倾斜距离Ι。

③根据巷道的掘进速度、贯通距离、施工日期等，确定相同的相遇点和贯通时间。

④实地标定贯通巷道的中线和腰线。

⑤根据工程进度，及时延长巷道中线和腰线。

⑥巷道贯通后，应立即测量贯通的实际偏差值。

⑦重要贯通工程完成后，应对测量工作进行精确分析，作出技术总结。

二、水平巷道的贯通测量

（一）不沿导向层贯通的水平巷道

如图10-22所示，为同一矿井中在A、B两个石门之间欲开凿的一条运输平巷（图中用虚线表示）。

测量工作大致分为以下几个阶段。

第一阶段，为求得贯通的几何要素而进行的测量工作。

首先，在A、B两点之间敷设经纬仪导线，并进行高程测量。

然后计算出A、B两点的平面坐标xA、yA和xB、yB，以及高程HA和HB。

第二阶段，贯通几何要素计算

①根据A、B两点坐标计算贯通巷道中心线的方位角αAB和水平距离SAB：

，

②求指向角β。

因αAC、αBD和αAB已知，故：

βA＝αAB－αACβB＝αBA－αBD

③计算贯通巷道的坡度。

设HA、HB是A、B两点处底版面或轨道面的设计高程，则巷道坡度为：

④贯通巷道实际长度（倾斜长度）的计算。

巷道实际长度可根据水平距离、高差或坡度计算，即：

第三阶段，标定工作

在A、B两点分别安置经纬仪，标定出βA和βB角，给出巷道的中线，同时根据坡度iAB给出巷道的腰线。

第四阶段，检查测量

给出巷道的中线和腰线后，测量人员必须经常检查掘进方向的正确性。

（二）沿导向层贯通水平巷道

沿导向层贯通水平巷道，当导向层倾角大于30°时，由于水平面内的方向受导向层的限制，可以不给巷道的中线，只给出腰线即可。

如图10-23所示，下平巷已由一号下山A点开切，二号下山已掘至B点。

为了加快下平巷的掘进，当二号下山掘到C点后，便向A点进行贯通。

图10-23

贯通测量步骤如下：

①用水准测量或三角测量得A、B两点的高程H和H。

②计算C点高程。

在巷道平面图上量得AC之间的距离，设下平巷由A向C的坡度为＋5‰，则C点的高程为：

③计算从B点到C点的下掘深度和斜长，其中

下掘深度：

h＝HB－HC

BC斜长：

L＝h/sinδ（δ为煤层倾角）

当二号下山掘进斜长L米后，在工作面标设C点，用三角高程求出HC，并与计算的C点高程相比较，符合后就可以作为下平巷掘进的起点。

④控制平巷的坡度。

绝境时要用水准测量测设腰线点，随时检查坡度并及时填图。

三、倾斜向导的贯通测量

㈠不沿导向层贯通的倾斜巷道

如图10-24所示，要在AB之间贯通二号下山贯通测量工作归纳为三个阶段。

第一阶段，先在大比例尺设计图上量出贯通中心线上的A点至巷道中线原来的导线点F之间的距离FA＝d1，同样量出BC＝d2，根据d1d2在巷道中实地标出A、B两点。

然后进行经纬仪导线和高程测量，从而得到A、B两点的平面坐标和高程。

第二阶段，计算贯通标定所需几何要素。

①　计算贯通中心线的方位角αAB和AB间的水平距离SAB：

②　计算指向角β1、β2;β1＝αAB－αAFβ2＝αBA－αBC

③　计算巷道倾斜角δ：

④　计算AB的倾斜长度Ι（贯通距离）：

根据贯通距离和掘进速度，可预测贯通所需要的时间及地点。

第三阶段，当巷道两端各掘进4~5m后，于A、B安置经纬仪，标设出巷道的中腰线。

巷道每掘进一段距离，应进行中腰线的检查与调整，直至巷道安全贯通。

㈡沿导向层贯通的倾斜巷道

如图10-25所示，某矿－100水平采区已掘进完毕，线拟从A点到B点一人行道兼作通风用。

由于该巷道是沿导向层（煤层）贯通的次要巷道，因此可以采用挂罗盘仪进行贯通测量。

其步骤如下：

1．取得标定要素

在设计图上量取巷道设计中心线与坐标纵线之夹角（方位角α），如图10-25所示。

该矿的坐标偏角为△＝－3°，计算得磁方位角α磁＝α＋3°。

并从图纸上量取A点到巷道原有导线点M的距离SAM，巷道的斜长L可用比例尺在剖面图上直接量得。

2．实地标定

在这种情况下，哟于是次要巷道，贯通距离又较短，通常采用单向贯通。

因此，只需标定出A点（或B点）即可。

首先在巷道中从M点拉皮尺标定出A点。

然后，在A点挂罗盘，按磁角方位角标出巷道中线方向。

巷道沿煤层底版掘进，直至贯通。

由于有导向层控制。

所以不需要给腰线。

四、竖直巷道的贯通测量

如图10-27所示，一号井已掘到－110水平，井底车场石门O′1－P段已掘好。

而二号井只掘进到－60水平。

今欲按设计要求，由O′1P掘一联络平巷到二号井底，再向上反掘二号井。

因此，必须确定QP石门的掘进方向和长度，测设出二号井井筒中心O′2。

通过井上下的联系测量，Q、P点的平面坐标、高程及其连线的方位角均为已知。

二号井筒中心O2（O′2）的平面坐标也已知。

通过导入标高，求得了－60水平井底高程HO2。

其解算步骤和标定方法如下：

⑴计算PO′2的方位角和P点处的指向角；

其中

⑵计算PO′2的水平距离SPO′2；

⑶计算O′2点高程和贯通的井筒长度h：

HO′2＝HP＋SPO′2

式中i——联络平巷的设计坡度，上坡取正号，下坡取负号。

贯通的井筒长度为：

h＝HO2－HO′2

⑷求得了上述贯通的几何要素后，便可在P点安置经纬仪标定出角βP，给出巷道的中线，并按设计坡度i给出腰线。

当巷道掘进长度达到SPO′2后，便可将O′2点的位置在实地上标定出来，并固定在底版上。

此后，便可由此点向上掘进井筒。

三、本章小结

重点掌握1.中线、腰线的标定。

2.贯通测量的几何要素的计算和标设方法。

四、复习思考题

1．何谓中线？

中线在巷道掘进中的作用是什么？

如何用经纬仪标定中线？

2．延长巷道中线有哪几种方法？

它和井下平面控制测量的关系如何？

3．有一段曲线巷道，其中心角α＝90°，巷道中心线的曲率半径R＝20m，巷道净宽D＝3.5m试设计该曲线巷道的给向方法？

4．何谓腰线？

腰线在巷道掘进中的作用是什么？

如何用水准仪标定腰线？

5．试述用伪倾角法标设倾斜巷道腰线的原理及标定方法？

6．采区联系测量的方法有哪些？

7．采煤工作面测量包括哪些内容？

8．巷道贯通要进行拿系测量工作？

9．贯通巷道标定时的几何要素有哪些？

有什么方法求得？

10．立井贯通测量的核心是什么？