项目十三露天矿测量.docx

1、项目十三 露天矿测量项目十三 露天矿测量【学习目标】1了解露天矿区基本控制网及工作控制网的作用、分级、建立过程和方法。2熟悉碎部测量的目的和内容，掌握其测量成图方法。3熟悉露天采矿场的工程测量的任务、内容与基本方法。4掌握露天矿采掘验收测量的作用和意义，掌握验收测量的基本方法。5掌握排土场测量的任务和内容。 6掌握露天矿边坡稳定性观测的方法。【技能目标】1能进行矿区基本控制网及工作控制网的布设；2能正确地选择矿区工作控制网的测量方法；3能进行露天矿采剥场验收测量和排土场测量；4能进行露天矿边坡稳定性观测。【导入】矿物的露天开采与地下开采相比，具有建设速度快、机械化程度高、劳动生产率高、生产安全

2、性好、成本低等优点。我国金属矿石大部分为露天开采，随着开采的机械性能增强，目前我国也出现了一批露天开采的煤矿。矿山开发建设离不开测绘。在露天矿的开发建设、生产运营与管理各阶段，需进行一系列的测量，这些测量工作统称露天矿测量。露天矿测量工作的内容主要有露天矿控制测量、采剥场测量、生产测量、工程测量、矿图绘制与管理及露天矿边坡稳定监测。露天矿测量与地形测量的原理和技术方法是相同的，但是露天矿的生产条件和生产工艺又使露天矿测量有自己的特点：测量控制点容易被破坏，测量对象随着采矿工程的进展在发生变化，测量精度要满足不同工程的要求等。【正文】单元一 露天矿控制测量露天矿通常由露天矿坑、露天排碴（或煤矸石

3、）场、矿石（或煤）场、选矿（或选煤）场、露天运输线路（铁路、公路、运输皮带等）、露天排水管线及各类生产车间、办公楼及辅助设施等组成。露天开采测量是指在露天矿建设和生产过程中需要进行一系列的测量工作，概括起来讲也是测定测量对象的空间位置，是为矿山的基建和生产服务的，并可根据测量所提供的图纸和资料来解决生产中所提出的有关问题。露天矿测量的主要任务是测绘矿体的产状和形态，采剥工程的位置、形状、大小和它的空间变化，工业设施的布置以及生产勘探工程等。露天矿山测量的内容有：建立矿山测量控制网，测绘矿区范围内的大比例尺地形图及采剥工程平面图，进行各种碎部测量，对建筑物、土方工程、爆破工程、公路、铁路和堑沟等

4、进行测设，验收和测量剥离量和采矿量，计算统计矿石损失率和贫化率，以及观测边坡移动等。在开始采矿工作之前，各矿区根据国家或矿山自己布设的三、四等三角网和三、四等水准网，作为矿区平面控制及高程控制测量的首级控制，其目的在于使整个露天矿测量统一联系起来，便于工作上的全面部署。因此保存基本控制网点就显得非常重要，从露天矿兴建到报废的整个时期内，都应使之不受破坏。但仅有基本挖控网点，网点的密度不够，尚不能满足露天开采过程中经常性的测图和工程测量工作的需要。因此，在基本控制网的基础上必须扩展工作控制网，使每一标准图幅内具有足够数量的测量控制点（包括基本控制点），其具体数目在露天矿测量规程中有相应的规定。随

5、着剥采工作的进展，露天矿中大部分地物地貌经常变化，设在台阶上的工作控制点也经常被破坏，为了测出各种碎部，进行施工放样，需要不断地补设工作控制点。由于以上原因，对工作控制点的位置往往就只考虑工作方便和保证一定的测量精度，而不考虑能否长期保存。一、露天矿基本控制测量方法与要求1露天矿基本控制测量方法露天矿基本控制测量分为基本平面控制测量和基本高程控制测量。1）露天矿基本平面控制测量地面三、四等三角网，边角网，测边网和导线网或一级小三角网，一级小测边网和一级导线网均可以作为露天矿的基本平面控制。视露天矿的大小、上一级网的等级、距矿坑的远近等因素决定选用哪个等级。通常露天矿坑范围大、上一级网等级高或距

6、矿坑较远，常选等级较高的控制等级。目前，GPS全球定位系统比较普及，由于露天矿坑范围的大小通常不及一个城市的欠小，城市GPS网的点比国家GPS网的点密集，故可参照全球定位系统城市测量技术规程施测三、四等或一级GPS网作为露天矿坑的基本平面控制网。全站仪也很普及，采用测距导线也比测角网方便。小型露天矿可用城市二级GPS网、二级导线网作为露天矿的基本控制。露天矿基本控制网平面坐标系要与矿区坐标系相一致。根据露天矿的地形条件、碎部测量的方法、工作控制网的布设形式等，可以采用与矿体走向平行或垂直的独立平面坐标系统，但应该与矿区控制网联测，求出坐标转换参数，以便在需要时进行坐标转换。当露天控制网为独立坐

7、标系时，应在图纸上选定。当矿坑较大时，可将原点选在坑中；当矿坑倾斜方向较短时，也可将原点选在固定帮一侧。原点在矿区坐标系中一般选作10m的整倍数，方位角是的整倍数。2）露天矿基本高程控制测量煤矿测量规程的基本规定是地面三、四等水准点均可作为露夫矿基本高程控制点，小型露天矿可用等外水准点作为基本高程控制点。从目前的技术看，测距三角高程可以代替三、四等水准，故也可以代替等外水准（城市测量的等外水准是工程测量的五等水准）。露天矿的高程系统要与矿区的高程系统相一致。2埋石露天矿基本控制点均应埋设永久测量标石，一般情况下平面控制点同时又是高程控制点，所以应注意测量标石的埋深。3露天矿基本控制网布设的注意

8、事项 1）根据露天矿的地形状况，在选择基本控制方案时，应使控制点能均匀分布在露天矿坑四周的边帮上，以便为设置露天工作控制创造良好的条件。2）布点时要注意露天边坡坡度和采矿场轮廓的特征，尽量使较多的基本控制点在矿坑内能看到。3）为了使控制点在较长时间内不被破坏，避免将控制点设在边坡可能滑动或采矿发展方向一侧，要设在稳定帮或非工作帮一侧的稳定位置。4）平面控制网的大部分点应测定高程，所以露天矿的平面控制网，在一般的情况下同时又是高程控制网。二、露天矿平面工作控制测量露天矿基本控制网的点距离较远且设在坑沿上，在坑内使用不方便，还必须在采场和排土场建立平面工作控制点。露天矿平面工作控制网一般分为两个级

9、别。在基本平面控制的基础上加密的工作控制网（点），称为I级工作控制网（点）。I级工作控制网的测角中误差为。在I级工作控制网基础上或按同一精度要求在基本控制网基础上加密的工作控制网（点），称为级工作控制（点）。级工作控制网的测角中误差为。这两级控制直接应用于碎部测量，考虑现在基本是全站仪用于生产测量中，平均边长分别为200 m和150 m即可满足采场内验收测量。露天矿工作控制点的精度一般要求为：工作控制点相对于基本控制点的点位误差不大于平面图上的0.2 mm。露天矿工作控制网（点）可采用端面线法、交会法、小三角网（锁）法、经纬仪导线测量法，近些年发展为全站仪极坐标法、全站仪测距导线法、GPS测量

10、法。在一些建矿早的露天矿可能还存在着端面线法、交会法、小三角网法建立的工作控制网。目前，在建立工作控制网的过程中，全站仪极坐标法、全站仪测距导线法目前应用较多。1全站仪极坐标法光电测距仪诞生后便在极坐标法测定点位坐标中得到了应用。有条件的露天矿，可首先考虑用光电测距极坐标法建立工作控制点。光电测距极坐标法是极坐标法测定点位坐标的原理不变，测边的仪器有变化，同样的道理有了全站仪，则称为全站仪极坐标法。全站仪极坐标法具有布点灵活、施测方便、精度较高、不需计算，现场立时就可以用测点的成果直接施测碎步等优点，而被广泛应用。在实践中要观测第二个后视以检测设站的正确性，观测时测角、测边应执行光电测距导线的

11、技术要求（表13-1、表13-2）。 表13-1光电测距导线的技术要求级别附合导线长度（m）平均边长（m）测角中误差方位角闭合差导线全长相对闭合差级240020010201/10000级150015020401/6000表13-2 水平角观测的技术要求级别测角中误差使用仪器测回（复测）数半测回归零差一测回内2C互差检验角与最终角之差各测回间最大互差级10DJ21813DJ6318404024级20DJ613040402光电测距导线法全站仪极坐标法虽然有众多优点，但有时受矿坑阶段平盘限制，在一个上一级控制点上不一定看到第二个后视方向，或不容易发展更多的极坐标点等，在这样的情况下用光电测距导线的形

12、式施测工作控制点就比较方便。可以在同一个阶段平盘上设点，也可以跨阶段平盘设点形成闭合导线或附合导线，这样就有了检查条件。在拉沟的工程进展方向上还可以随着工程进展敷设复测支导线，这样就使得工作控制点设置变得更加灵活。光电测距导线和水平角观测的技术要求见表13-1和表13-2。3断面线法在露天工作面较长，开采深度较深和采剥工作面向一个方向发展时，宜采用断面线法做露天工作控制网。稍早一点投产的露天矿可能还在用该类控制网。该法建网较复杂、费事，但最大的优点是有利于生产管理。断面线法工作控制网的建立有点类似工业厂区建筑方格网的建立，即先在图纸上设计，而后放样于实地。1）断面线法工作控制网的设计（1）断面

13、线的布置。在已展绘了露天矿基本控制点的露天矿生产现状地形图上布置断面线。各条断面线基本垂直于矿床走向，并相互平行、间距相等，断面线的间距一般同勘探线一致，根据露天矿的规模可在40250 m之间。（2）断面线与上级控制点的联系。每条断面线应该有两个基点，基点是为了固定断面线的位置，并且应该是露天矿的基本控制点或一级工作控制点。基点应设置在露天矿坑的两帮上的稳定位置，当只能设在一帮时其数目应不少于两个，控制点间距要大于40 m。随着采剥工作的进展，断面线上的控制点要移设在非工作帮的下部阶段平盘上。（3）断面线上工作控制点的布置。断面线上布置工作控制点时，应该让工作点既位于、断面线上，又位于每个阶段

14、平盘上。图13-1是断面线法布设工作控制点的平面示意图。该矿的基本控制导线，断面线方向与矿藏走向一致，即南北方向。东西正负零方向线大致位于矿藏走向的（东西）中央。断面线间距为200 m断面线的端点位于设计开采范围线以外，将设计的控制网直接绘到图纸上。2）断面线法工作控制网的测设该项工作主要有室内数据准备和外业实地测设。在标定之前要选定标定点位的仪器工具，从目前的仪器设备状况看，用全站仪坐标法标定点位，既方便又快捷。在设计图纸上解得各断面线点的坐标，外业选择合适的基本控制点或工级工作控制点，利用全站仪坐标放样功能直接标定各点。放样出各点后用铁桩固定点位，再复测该点坐标与设计坐标，比较其差值应不超

15、过图上（采剥工程平面图）mm。为保证放样精度，应使用校正、完好的仪器，外业选择的仪器站距放样点位应尽可能近些，必要时可用回归法放样，直到满足要求为止。以最后合格的坐标作为工作控制点的成果提供使用。图13-1 断面线法布设工作控制点的平面示意图三、 露天矿高程工作控制测量露天矿高程工作控制分为I、两级。一般情况下，I、级平面工作控制点也是I、级高程点。如果I、级高程点尚不能满足采矿工程和基建工程的需要，可增设独立高程点。 露天矿I级高程点应在三四等水准点的基础上加密；级高程点应在三四等水准点或I级高程点的基础上加密。I级高程点一般设在露天采场（或排土场）周围、采场固定帮和地面工业广场上，其点位应

16、设在不受采动影响、便于使用和不致被破坏的地方。高程点应统一编号，并设置明显标志。露天矿高程工作控制可采用水准测量或三角高程测量方法布设。 （1）露天I、级水准测量露天I、级水准路线，应以露天矿基本高程控制网、点为基础，敷设成附合路线、结点路线、环线或支线。露天I、级水准测量主要沿露天I、级工作点进行。当组成闭合环或附合路线时，可采用单程观测；当以I级水准路线作为露天矿基本高程控制或施测支线水准时，应进行往返观测或单程双测。单程双测法即用4个尺台，布置成左、右水准路线，在每一测站上测完左（或右）路线后，再测右（或左）路线。露天矿工作高程网水准测量的主要技术指标应符合表13-3、表13-4的规定。

17、（2）三角高程测量采用三角高程测量方法测定露天I级高程点的高程时，应以三四等水准点为起、闭点组成三角高程路线。对于露天级高程点，可在高一级高程点的基础上组成三角高程路线或用独立交会法测定其高程。三角高程的倾斜角观测，通常与水平角观测一并进行。组成三角高程路线的各边，均应进行双向观测。仪器高和觇标高需要丈量两次，两次丈量互差应小于10mm。相邻两点间往返测的不符值或交会点由各个方向算得的高程不符值，不超过限差规定时，可取其平均值作为测量结果。露天矿三角高程测量的施测规格和限差要求见表13-5。独立交会点由各方向推算的高程互差不得超过0.2m。当交会边长超过400m时，须进行地球曲率和大气垂直折光

18、差改正。露天I、级三角高程闭合差，不超过限差规定时，可按边长成比例进行分配。表13-3 露天矿工作高程网的主要技术指标等级每公里高差中数中误差/mm环线或附和路线长度/km仪器级别水准标尺观测次数往返互差、环线或附和路线闭合差/mm与已知点联测环线或附和1510DS10木质单或双面往返各一次往一次3025450表13-4 露天矿水准测量观测技术要求等级仪器级别视线长度/m前后视距差/m前后视距累积差/m视距离地面最低高度/m基本分划、辅助分划（黑红面）读数差/mm基本分划、辅助分划（黑红面）高差之差/mmDS1010010500.1往一次3010050表13-5 三角高程测量主要技术要求等级仪

19、器级别测回数倾斜角互差（）指标差互差（）对向观测高差互差（mm）环线或附合路线闭合差（mm）中丝法三丝法DJ21150.470DJ6212525DJ61250.8100单元二 露天矿采剥场验收测量采剥场验收测量是露天矿生产中一项经常性的重要的测量，是露天矿生产管理中必不可少的工作。在露天矿剥离、采矿工作中，及时测量采剥工作面的位置、规格质量，计算岩土剥离量和矿物采出量的工作，总称为采剥场验收测量。 一、采剥场验收测量的任务和对象采剥场验收测量的任务有：及时、全面地测量采剥工作面的位置，再绘制成采剥工程平面图、断面图；按区域、阶段平盘、工程项目、电铲号（或挖掘机）型号等计算实际采剥工程量；在分阶

20、段采剥平面图、断面图上，量取工作线长度、阶段平盘宽度、推进度、采宽、采高、工作帮坡度和阶段高程等实际工作中技术指标。露天矿验收测量与计算周期视露天生产计划安排和矿管理需要确定，一般每月进行一次，还需每半年或一年进行复核性验收测量总算，以检校验收测量的精度。针对采剥场验收测量的主要任务，在采集数据过程中应选取的观测对象有采剥阶段的段肩和段脚、阶段平盘上的岩石堆，根据需要还应注意以下对象的观测：主要机械的位置、露天坑内的运输线路、地质勘探用的井巷（包括探井、钻孔、平硐及探槽和地质素描点，空巷、火区及水淹区，崩岩及水源，露天坑内的排水设施及泄水井巷等，绞车道、栈桥、变电所和车库等的位置，大量爆破用的

21、井巷和硐室等重要目标）。二、采剥场验收测量的方法早期应用的仪器工具多为经纬仪、视距尺或者光电测距仪利用极坐标法测定碎部点，现在露天矿基本上普及了全站仪，故用全站仪测定碎部点坐标后直接存入仪器中，内业传输给电脑用成图软件成图。具体作业方法与数字化法测图相同，在相应的课程中已有阐述，此处不再重述。验收测量依据的已知点一般为、级工作控制点，如果、级工作控制点上设站不能观测到全部目标，可以用全站仪数字测图时发展测站点的方法发展测站点，如光电测距极坐标法或不超过三条边的测距支导线法等。由于测量的直接成果是成图，故遵守数字化测图的有关技术规定即可。在设站时应以另一个测站点作检核，实测坐标误差与已知坐标之差

22、不超过图上0.1 mm；或者用另一个测站点上已经测过的碎部点作检核，两站测得同一个测点坐标之差，依误差理论，不得超过规定的地物点点位中误差倍，一般应在规定的地物点点位中误差倍范围以内。 为了保证验收量计算的精度，测点应选在上面所述观测目标有代表性的特征点处，点间距一般为图上2.5 cm，若地物形状复杂应增加观测点，以保证地物不变形。三、验收量计算验收量计算即采剥工作量计算。在模拟法（图解法）成图的时候，验收量计算方法是从测绘的采剥工程平面图上量取有关数据，计算验收量，称为图解法。图解法计算验收量费工、费时，也费力，计算误差大，效率低下。全站仪数字化成图后，不再应用图解法计算验收量，而采用解析法

23、，即利用外业采集的验收台阶上各测点的三维坐标，先根据验收台阶上盘、下盘边界上各点的平面坐标，用解析公式计算上盘、下盘的面积后取其平均值，再计算出上盘、下盘间的平均高差，即可求出采剥体的体积。图13-2 解析法求采剥体的体积示意图如图13-2所示，计算时，令A1、B1、B2、A2的坐标为、，则上盘的面积公式为：或 （13-1）下盘的面积计算与上盘的面积计算相同。再根据平均高差，即可求得采剥体的体积为： （13-2）上述计算可以通过计算机编写专用计算程序来实现。四、全月验收量计算由于验收时间不可能正好在月末，所以全月验收量需要按下式计算： （13-3）式中，V月为全月验收量；V验为上月验收时间到本

24、月验收时间内的验收量；V本为本月验收时间到本月末的生产统计量；V上为上月验收时间到上月末的生产统计量。单元三 露天矿排土场测量矿山开采的一个重要特点就是要剥离的覆盖在矿床上部及其周围的表土岩石，或掘进废石，运至专设的场地排弃，这种专设的排弃岩石的场地称为排土场（或废石场）。在排土场按一定方式进行堆放岩土的作业称为排土作业，是矿山的主要生产工序之一。一、排土场的分类排土场根据排土方法、堆置顺序和运输方式的不同可分为不同类型，见表13-6。表13-6排土场分类分类标准排土场分类排土方法和堆置顺序排土场位置内部排土场排土场设置在已采完的采空区内外部排土场排土场设置在采场境界以外堆置顺序单台阶排土单台

25、阶一次排土高度较大，由近及远堆置多台阶覆盖式由下而上水平分层覆盖，留有安全平台多台阶压坡式由上而下倾斜分层，逐层降低标高，反压坡脚排土运输方式铁路运输按转排物料机械类型进一步分类：排土犁排土、电铲排土、堆土机排土、前装机排土、铲运机排土、索斗铲排土等。汽车运输按物料的排弃方式进一步分类：边缘式汽车直接向排土场边缘卸载，或距边沿35m卸载，由排土机平场；场地式汽车在排土平台上顺序卸载，堆置完一个分层后由推土机平场。带式输送机-排土机按排土方式和排土台阶：上排、下排；扇形排土、矩形排土水力运输用水力、铁路、轮胎式车辆将岩土运至排土场，再用水力排弃无运输采用推土机、前装机、机械铲、索斗铲和排土桥等直

26、接将剥离岩土排泄到采空区或排土场。工艺简单，效率高，成本低。适用于内部排土场。根据排土场堆置顺序的不同可分为：单台阶排土场、覆盖式排土场和压坡式排土场，如图13-3。覆盖式排土场压坡式排土场单台阶排土场图13-3 排土场的堆置方式单台阶排土场多用汽车排土，地形为坡度较陡的山坡和山谷，适用于堆置坚硬岩石，排土场地基要求不能含软弱土。特点是分散设置、规模小、数量多，利用率高，高度大，沉降量大，线路维护和安全行车较困难，滑坡和泥石流风险高， 覆盖式排土场适用于平缓地形或坡度不大而开阔的山坡地形条件。特点是按一定台阶高度的水平分层自下而上堆置，可多个台阶同时排土，并保持下一台阶的超前安全距离，堆积容量

27、大。覆盖式排土到后期多为重车上坡排土，运行成本高，对基地岩土层的承载能力和第一台阶的稳定性要求较高。一般要求第一台阶不宜超过2025m，若基底为倾斜的砂质粘土时，第一台阶高度不应大于15m。压坡式排土场适用于山坡露天矿，在采场外围有比较宽阔、随着坡降延伸较长的山坡、沟谷地形。特点是台阶相对高度不大，上土上排，下土下排，深部坚硬岩石压住上台阶坡脚起到抗滑和稳定作用。二、矿山排土场的特点排土场作为矿山重要的危险设施，其位置选择应遵循以下原则：（1）排土场应选在山坡、山谷的荒地，少占耕地，不占良田，避免迁移村庄。排土场应保证不致威胁采矿场、工业场地、居民点、铁路、道路、水域、通信和电力设施、桥隧、耕

28、地等的安全，安全距离应在设计中进行规定。内部排土场不得影响矿山正常开采和边坡稳定，排土场坡脚与矿体开采点之间应有一定的安全距离。（2）在不影响矿床开采和保证边坡稳定的条件下，尽量选择在位于露天采场、井口、硐口附近的开采境界以外，缩短废石运距，避免上坡运输，实行高土高排，低土低排，充分利用空间，扩大排土容积。（3）排土场选址应根据可靠的工程地质资料，不宜建立在地质条件不良地带。地基不良而影响安全时，应采取加固措施。建设在雨量充沛地区的沟谷型排土场，应采取措施防范泥石流灾害的发生。依山而建的排土场，应将山坡表面植被和第四系软弱层全部清除（单独堆放），削成阶梯状，提高排土场稳定性。（4）排土场总容积

29、应与露天矿设计的总剥离量相适应，排土场的有效容量：，其中，V0为剥离岩土的体积，KS为岩石碎胀系数，KC为排土场沉降系数（取1.11.2）。（5）排土场应布置在居民点的下风带，防止粉尘污染居民区、水源和耕地。三、排土场测量的主要任务 排土场是露天矿用于堆放剥离的岩土的地方，是矿山的重要组成部分。设在采矿场范围以内的叫内部排土场，设在采矿场范围以外的叫外部排土场。排土场测量的主要任务是： 在露天矿基建和改建时期，为设计排土场提供图纸资料。根据设计确定的排土场高度和面积，计算排土场的接收能力。根据最终境界，计算和划分各类排土场的面积和范围。实地标定排土场境界，埋设永久境界标桩；测绘境界内的地形图，

30、并附必要的计算与说明资料；在露天矿生产过程中，为了及时了解排土场情况，以便有计划地安排各阶段剥离岩土的排弃位置，需要对排土场进行定期测量。测量一般要求在每年的6月末或12月末进行，每次司只测量这一段时间内有变动的阶段和构筑物；对贫矿储存阶段应进行定期的验方测量，计算出储存量并登人专用台账；对排土场杂煤区，除需要进行正常的测量外，当用实验法计算损失率时，还应及时在斜坡和平盘上标定出固定采样小槽或采样点位置，并画在测量图上，作为计算损失煤量和损失率的图纸资料；进行排土场下沉和变形的观测工作。四、排土场排弃面积计算和境界标定（一）排土场排弃面积的计算根据地质勘探和技术设计资料，首先计算出全部露天矿的岩土剥离体积，然后乘以松散系数，换算成松散剥离体积。如果露天矿设有内部排土场，则应根据规定的排土高度和采空区区间，计算内部排土场的接收能力。在全部岩土剥离体积中，减去可在内部排土场排弃的数量，就求得了外部排土场应排弃的岩土体积。再按照已经确定的排土高度，即可求出外部排土场的面积： （13-4） 式中，k为根据排土场地形条件所考虑的系数； V为应在外部排土场排弃的岩土松方体积； h为排土场的设计排土高度。外部排土场的面积，再加上运输通路和必要的安全距