本科測繪工程專業(yè)礦山貫通測量技術(shù)方案設(shè)計(jì)書1

1、目錄刖言11大井礦區(qū)簡況21.1區(qū)域構(gòu)造位置以及特征21.2井田構(gòu)造特征22貫通測量概述32.1貫通測量32.2井巷貫通允許偏差和誤差預(yù)計(jì)參數(shù)42.2.1貫通允許偏差的確定42.2.2貫通測量誤差預(yù)計(jì)53貫通測量方案83.1貫通測量方法83.2貫通誤差預(yù)計(jì)113.3減小誤差措施14.155結(jié)論和建議、八 、，前言貫通測量，尤其是大型巷道貫通測量是礦山測量工作的一項(xiàng)重要工作，貫通工程質(zhì) 量的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)礦井的建設(shè)、生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，為了加快礦井的建設(shè)速度、 縮短建井周期、保證正常的生產(chǎn)接替和提高礦井產(chǎn)量，經(jīng)常采用多井口或多頭掘進(jìn)，這 樣就會(huì)出現(xiàn)兩井間或井田的長距離巷道貫通測量，所以兩井間貫

2、通測量就成為了礦井生 產(chǎn)中必不可少的一項(xiàng)工作 4 。近 50 年來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，測繪儀器制 造也得到了長足進(jìn)展，其高科技產(chǎn)品代表之一就是電子全站儀。全站儀是當(dāng)前比較流 行，也比較實(shí)用的測繪儀器。應(yīng)用全站儀與傳統(tǒng)的科技手段和地質(zhì)勘探技術(shù)理論相結(jié) 合，在礦山勘探、設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)運(yùn)營的各個(gè)階段，對(duì)礦區(qū)地面和地下的空間、資源 和環(huán)境信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理、顯示、利用，將極大地提高資源勘探的效率，降低 成本，減少人力物力，使礦區(qū)開采更加有效地進(jìn)行。國際上礦山測量儀器正向著多功 能、小型化、數(shù)字化和全自動(dòng)化方向發(fā)展。目前國內(nèi)外兩井貫通理論比較成熟，兩井間貫通必須

3、遵循以下原則：1. 在確定測量方案和方法時(shí)，應(yīng)保證貫通所必須得精度，過高和過低得精度要求都 是不可取得。2. 對(duì)完成得測量和計(jì)算工作均要有客觀得檢查，如：進(jìn)行不少于兩次獨(dú)立測量；計(jì) 算由兩人分別進(jìn)行或采取不同得方法，不同計(jì)算工具等。在此，我們做了蘆北礦兩井貫通測量。礦井的順利貫通加快了了礦井的建設(shè)速度， 縮短了建井的周期、保證了正常的生產(chǎn)交替并且提高了礦井的年產(chǎn)量。1 大井礦區(qū)簡況大井子礦區(qū)位于內(nèi)蒙古赤峰市林西縣境內(nèi)，礦床為大興安嶺南段東緣一個(gè)以銅錫為 主的大型多金屬礦床。自 1972 年開始，先后由遼寧省地質(zhì)局昭盟二隊(duì)和華北有色地質(zhì)勘 查局普查大隊(duì)第一物探大隊(duì)等開展了長期地質(zhì)勘查工作，投入了

4、大量工作量。據(jù)不完全 統(tǒng)計(jì)，僅鉆探共施工鉆孔 520 個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺 22 萬 M 左右。主要控制到 500-400M 標(biāo)高以 上，老區(qū)一般在600-500M標(biāo)高以上。1.1 區(qū)域構(gòu)造位置以及特征大井礦礦床所處大地構(gòu)造位置為興蒙華力西地槽褶皺系南興安華力西地槽褶皺帶中 部，次級(jí)（ III 級(jí)）構(gòu)造單元為林西 - 科右旗復(fù)背斜。該復(fù)背斜系由黃崗 - 甘珠爾廟背斜及 其兩側(cè)的各一個(gè)向斜構(gòu)成，南東側(cè)為林西 -陶海營子（倒轉(zhuǎn)）向斜。大井子礦區(qū)及位于該 向斜南段北翼。1.2 礦床構(gòu)造特征大井子礦床屬于以銅錫為主的多金屬礦床。礦體數(shù)量眾多，成群成帶出現(xiàn)。在以控 制的約 5 千平方 M 范圍內(nèi)（不含西南區(qū)和東

5、南區(qū)）共圈出礦（化）帶體 690 于條，予以 編號(hào)并計(jì)算儲(chǔ)量的有 210 條。這些礦體在一定地段內(nèi)相對(duì)集中，組成規(guī)模不等的礦化密 集群（帶）之間礦體相對(duì)較稀疏。全礦床大致可劃分為北 中 南三個(gè)大的礦體密集帶。 多數(shù)礦體走向 NW-NW向，側(cè)向NE少數(shù)礦體走向 NNW傾向NEE及走向近東西，傾向 南。西部礦體傾角傾角中等偏緩，東部礦體傾角中等偏陡，向NEE及向S傾的礦體多為陡傾，深知直立，礦體產(chǎn)狀不論走向或傾向常見折線狀變化，有點(diǎn)油反傾的現(xiàn)象。2 貫通測量概述2.1 貫通測量采用兩個(gè)或多個(gè)相向或同向的掘進(jìn)工作面分段掘進(jìn)巷道，使其按設(shè)計(jì)要求在預(yù)定地 點(diǎn)彼此結(jié)合，叫做巷道貫通。在煤礦開采過程中 ,

6、貫通測量是礦井建設(shè)發(fā)展的重要一環(huán)。 由于貫通測量工作涉及地面和井下 , 不但要為礦山生產(chǎn)建設(shè)服務(wù) , 也要為安全生產(chǎn)提供信 息,以供管理者做出安全生產(chǎn)決策。貫通測量的任何疏忽都會(huì)影響生產(chǎn), 甚至可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，貫通測量是一項(xiàng)非常重要的測量工作，測量人員所肩負(fù)的責(zé)任是十分 重大的。如果因?yàn)樨炌y量過程中發(fā)生錯(cuò)誤而導(dǎo)致巷道未能正確貫通，或貫通后結(jié)合處 的偏差值超限，都將影響巷道質(zhì)量，甚至造成巷道報(bào)廢，人員傷亡等嚴(yán)重后果，在經(jīng)濟(jì) 和時(shí)間上給國家造成重大的損失。因此，要求測量人員一絲不茍，嚴(yán)肅認(rèn)真對(duì)待貫通測 量工作。貫通測量工作中一般應(yīng)當(dāng)遵循下列原則：(1) 要在確定測量方案和測量方法時(shí)，保

7、證貫通所必須的精度，既不能因精度過低而 使巷道不能正確貫通，也不能因盲目追求過高精度而增加測量工作量和成本。(2) 對(duì)所完成的每一步測量工作都應(yīng)當(dāng)有客觀獨(dú)立的檢查校核，尤其要杜絕粗差。 貫通測量工作的主要任務(wù)包括 6 ： 根據(jù)貫通巷道的種類和允許偏差，選擇合理的測量方案和測量方法。重要貫通工 程，要進(jìn)行貫通測量誤差預(yù)計(jì)。 根據(jù)選定的測量方案和測量方法進(jìn)行各項(xiàng)測量工作的施測和計(jì)算，以求得貫通導(dǎo) 線最終點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。各種測量和計(jì)算都必須有可靠的檢核 對(duì)貫通導(dǎo)線施測成果及定向精度進(jìn)行必要的分析，并與誤差估算時(shí)所采用的有關(guān) 參數(shù)進(jìn)行比較。若實(shí)測精度低于設(shè)計(jì)的要求，則應(yīng)重測。 根據(jù)求得的有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算

8、貫通巷道的標(biāo)定幾何要素，并實(shí)地標(biāo)定貫通巷道的中 線和腰線 根據(jù)掘進(jìn)工作的需要，及時(shí)延長巷道的中線和腰線。定期進(jìn)行檢查測量和填圖， 并根據(jù)測量結(jié)果及時(shí)調(diào)整中線和腰線 巷道貫通后，應(yīng)立即測量貫通實(shí)際偏差值，并將兩邊的導(dǎo)線連接起來，計(jì)算各項(xiàng) 閉合差。還應(yīng)對(duì)最后一段巷道的中腰線進(jìn)行調(diào)整。 重要貫通工程完成后，應(yīng)對(duì)測量工作進(jìn)行精度分析，作出技術(shù)總結(jié)。2.2井巷貫通允許偏差和誤差預(yù)計(jì)參數(shù)2.2.1貫通允許偏差的確定井巷貫通一般分為一井內(nèi)巷道貫通、兩井之間的巷道貫通和立井貫通3種類型。凡是由一條導(dǎo)線起算邊開始，能夠敷設(shè)井下導(dǎo)線到達(dá)貫通巷道兩端的，均屬于一井內(nèi)的巷 道貫通。兩井間的巷道貫通，是指在巷道貫通前不

9、能由一條起算邊向貫通巷道的兩端敷 設(shè)井下導(dǎo)線，而只能由兩個(gè)井口，通過地面聯(lián)測、聯(lián)系測量，再布設(shè)井下導(dǎo)線到待貫通 巷道兩端的貫通。立井貫通主要包括從地面及井下開鑿的立井貫通和延深立井時(shí)的貫通1。貫通巷道接合處的偏差值，可能發(fā)生在 3個(gè)方向上：(1) 水平面內(nèi)沿巷道中線方向上的長度偏差。(2) 水平面內(nèi)垂直于巷道中線的左、右偏差厶x。(3) 豎直面內(nèi)垂直于巷道腰線的上、下偏差F以上三種偏差中，第一種偏差只對(duì)貫通在距離上有影響，對(duì)巷道質(zhì)量沒有影響；后兩種偏差x和厶h對(duì)于巷道質(zhì)量有直接影響，所以又稱為貫通重要方向的偏差。井巷貫通的允許偏差值，主要根據(jù)工程的需要，按井巷的種類、用途、施工方法及測量工作所

10、能達(dá)到的精度確定。在一般情況下可以采用如下數(shù)值：平巷或斜巷貫通時(shí)，平巷或斜巷貫通式，中線間的允許偏差可采用0.3-0.5m，腰線間的允許偏差值可采用0.2m。立井貫通時(shí)，全斷面開鑿井同時(shí)砌永久井壁，井筒中心間的允許偏差可采用0.1m，小斷面開鑿時(shí)，可采用0.5m。立井貫通全斷面掘砌，并在破保護(hù)巖柱之前預(yù)安罐梁罐道時(shí)，井筒中心間允許偏差 可采用 0.015-0.03m。222貫通測量誤差預(yù)計(jì)井巷貫通工程的質(zhì)量對(duì)礦井建設(shè)和生產(chǎn)有重大影響，因此必須按規(guī)程規(guī)定，認(rèn) 真進(jìn)行設(shè)計(jì)和精心組織工程施工對(duì)于大型貫通工程最好采用以下方法：(1) 采用光電測距導(dǎo)線建立地面獨(dú)立控制。(2) 采用陀螺全站儀進(jìn)行礦井定向

11、(3) 井下貫通導(dǎo)線應(yīng)合理地加測陀螺定向邊，并進(jìn)行平差。2.3兩井間巷道貫通誤差預(yù)計(jì)參數(shù)(1)測量誤差引起貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向上的誤差預(yù)計(jì)公式 地面控制采用萊卡精密導(dǎo)線測量方案時(shí)的誤差預(yù)計(jì)公式測角誤差的影響MX?上=豊上Je R2yi(2-1)量邊誤差的影響M xi上=_ i、 mi2t cos 2( 2-2)或 Mxi上二.:上 Icos2 ： b上 L：( 2-3)式中m 上地面導(dǎo)線測角中誤差；Ryi 各導(dǎo)線點(diǎn)與K點(diǎn)連線在y軸上的投影長度m| 導(dǎo)線量邊誤差；L 導(dǎo)線邊長；Lx 兩定向連接點(diǎn)的連線在 x軸上的投影長度；-上一一地面導(dǎo)線量邊偶然誤差系數(shù)；b 地面導(dǎo)線量邊系統(tǒng)誤差系數(shù)；-各

12、導(dǎo)線x軸之間的夾角。 定向誤差引起K點(diǎn)在x軸上的誤差預(yù)計(jì)公式1M xO l -、ma0 Ry0( 2-4)式中mo定向誤差，即井下導(dǎo)線起算邊的坐標(biāo)方位角中誤差；R y0井下導(dǎo)線起算點(diǎn)與K點(diǎn)連線在y軸上的投影長度。 井下導(dǎo)線測量誤差引起 K點(diǎn)在x軸上的誤差預(yù)計(jì)公式測角誤差的影響:、:R：下(2-5)式中m?下井下導(dǎo)線測角中誤差；Ry下一一井下導(dǎo)線各點(diǎn)與K點(diǎn)連線在y軸上的投影長度若導(dǎo)線獨(dú)立測量n次，則n次測量平均值的影響為：M x 下M?下二二x下vn量邊誤差的影響：Ml下m2iicos： i式中 mii為井下光電測距的兩邊誤差:i為導(dǎo)線各邊與x軸的夾角各項(xiàng)誤差引起K點(diǎn)在x軸上的總中誤差預(yù)計(jì)公式:

13、 22 2 2 2Mk二 _ M xi上 M x 上 M xo M X 下 M Xi下如果以上觀測都獨(dú)立進(jìn)行兩次的話那么1 Mk二： Mxi上2 M x上2 Mxo2 Mx 下2 Mxi下2 V2(2)測量誤差引起貫通相遇點(diǎn) K在高程上的誤差預(yù)計(jì)公式地面水準(zhǔn)測量誤差引起 K點(diǎn)在高程上的誤差預(yù)計(jì)公式(2-6)(2-7)(2-8)(2-9)規(guī)程規(guī)定，井口水準(zhǔn)點(diǎn)的咼程測量，應(yīng)按地面四等水準(zhǔn)測量的精度要求施測 四等水準(zhǔn)支導(dǎo)線往返測的高程平均值的中誤差為：M 上=一10、L (mm)(2-10)式中L 水準(zhǔn)線路的單程長度，km導(dǎo)入高程誤差引起K點(diǎn)在高程上的誤差預(yù)計(jì)公式M。h2(2(2-11 )式中h為兩

14、次獨(dú)立導(dǎo)入高程的互差。規(guī)程規(guī)定 h ab.叮ab依此可重要計(jì)算出地下各點(diǎn)的坐標(biāo)，由于測量誤差的影響，地下求出的B點(diǎn)坐標(biāo)與地面測出的B點(diǎn)坐標(biāo)存有差值。如果其相對(duì)閉合差符合測量所要求的精度時(shí)，可進(jìn)行分 配，因地面連接導(dǎo)線精度較高，可將坐標(biāo)增量閉合差按邊長或坐標(biāo)增量成比例反號(hào)分配 給地下導(dǎo)線各坐標(biāo)增量上。最后計(jì)算出地下各點(diǎn)的坐標(biāo)。風(fēng)井聯(lián)系測量，我們采用了一井定向的方法。具體方法類似兩井定向方法，不同之 處在與一井定向采用一井內(nèi)投入鋼絲。(4 )地面及井下高程控制測量方案：井下高程控制分為I級(jí)和U級(jí)控制，I級(jí)控制是為了建立井下高程測量的首級(jí)控制，其精度較高，基本上能滿足貫通工程在高程方 面的精度要求，

15、U級(jí)水準(zhǔn)測量的精度較低，作為I級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)的加密控制，主要是為了滿 足礦井生產(chǎn)的需要。操作方法：利用全站儀進(jìn)行四等測三角高程進(jìn)行。施測前必須對(duì)所使用的儀器進(jìn)行 檢校，檢校完后將儀器架在測站上，中絲法對(duì)向觀測三測回。井下高程測量使用的儀 器、工具與地面高程測量基本一樣，測量等級(jí)：五等電磁波測距三角高程。(5) 井下導(dǎo)線高程測量方案：因?yàn)閎l L25屬于斜巷，所以我們采用三角高程測 量，因?yàn)長25 L1屬于平巷，所以我們采用傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量。(6) 導(dǎo)入高程方案：為使地面與地下建立統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，應(yīng)通過斜井、平硐或豎 井將地面高程傳遞到地下巷道中，該測量工作稱為高程聯(lián)系測量(也可稱為導(dǎo)入高程)。因?yàn)槭橇⒕?/p>

16、，所以我們才用的是長鋼尺法導(dǎo)入高程。具體方法如下：將經(jīng)過檢定 的鋼尺掛上重錘(其重力應(yīng)等于鋼尺檢定時(shí)的拉力)，自由懸掛在井中。分別在地面與井下安置水準(zhǔn)儀，首先在 A、B點(diǎn)水準(zhǔn)尺上讀取讀數(shù)a、b,然后在鋼尺上讀數(shù) m n (注 意，為了防止鋼絲上下彈動(dòng)產(chǎn)生讀數(shù)誤差，地面與地下應(yīng)同時(shí)在鋼尺上讀數(shù))，同時(shí)測 定地面、地下的溫度t上和t下。由此可求得B點(diǎn)高程：Hb 二 HA_(m _n) (b_a)芒出(3-6)式中ml為鋼尺改正數(shù)總和(包括尺長改正、溫度改正、自重伸長改正)。其中鋼尺溫度改正計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用井上下實(shí)測溫度的平均值。鋼尺自重伸長改正計(jì)算公式為:r10El(l -2)(3-7)式中l(wèi)鋼尺長

17、度,l =m-nl鋼尺懸掛點(diǎn)至重錘端點(diǎn)間長度，即自由懸掛部分的長度;r鋼尺的密度，r=7.8g/ cm3E鋼尺的彈性模量，一般取為2 106 kg/ m2當(dāng)鋼尺懸掛重量與鋼尺檢定時(shí)的拉力不相同的話，還應(yīng)加入拉力改正3.2貫通誤差預(yù)計(jì)因?yàn)槲覀儨y量采用的是 GTS-102N全站儀進(jìn)行測量，它的測角中誤差 m為2，測距 精度為( 2mm+2ppmD) m.s.e.(1) 貫通相遇點(diǎn)K在水平重要方向x上的誤差預(yù)計(jì)： 地面光電測距導(dǎo)線的測角和測邊誤差引起K在x軸上的誤差預(yù)計(jì)：根據(jù)該礦300條導(dǎo)線4個(gè)測回的實(shí)測資料分析：取測角中誤差m 上 = -5.0測角誤差的影響：M?上=_M 上.R2yi = 5.0

18、 X、. 37961287 = 5.0 X 616 仁 0.149mP v206265206265因?yàn)檫M(jìn)行的是兩次獨(dú)立測量所以測角誤差的影響M?平上=0.149=0.105m測邊誤差的影響地面量邊誤差：按導(dǎo)線平均邊長 500n,按我們使用的GTS-102N全站儀的測距標(biāo)稱精度取 ml上=0.002+2 X 10 X 500= 3mm具體的導(dǎo)線與X軸之間的角列表如下：為了避免圖紙的混亂，我們沒有在圖上進(jìn)行標(biāo) 出，我們?cè)谙卤砹谐觯罕?-3導(dǎo)線與X軸之間的夾角以及余弦值由上表可計(jì)算出：量邊誤差引起的M xl 上二 、 ml cos 2 :K點(diǎn)在x方向上的誤差大小為:=，9 10“ 6.532 =0.

19、008mTab.3-3C on ductors and the an gle betwee n the X axis and the cos ine編號(hào)acosaKS1160 0914-0.940S1S2180 0000-1S2S3195 2601-0.964S3S4150 0926-0.866S4S5197 4522-0.952S5S6162 2345-0.954S6S7102 51 47-0.225S7S89601 07-0.105S8 S9100 4704-0.187S9S10811103-0.156S10S11960918-0.105S12S136433350.431S13D335 5

20、2270.914因?yàn)檫M(jìn)行的是兩次獨(dú)立測量，所以0.008 tMxi 上平=0.006m72K點(diǎn)的誤差 定向誤差引起K點(diǎn)在x軸上的誤差預(yù)計(jì)： 主副井兩井獨(dú)立兩次定向平均值的誤差所引起的Mx0風(fēng)、2 - ma0，Ry0 主12 20626532 261.8255 = 0.028m 井下導(dǎo)線測量誤差引起K點(diǎn)在x軸上的誤差（角度獨(dú)立測量兩次） m?下一一井下導(dǎo)線測角中誤差，我們這里取 7測角誤差：Mx 下7206265、285707295 =0.222m量邊誤差的影響：按導(dǎo)線平均邊長200m根據(jù)儀器的標(biāo)稱精度 m 下=0.002+2 x 10-6D= 2.4mmMxi 下=_ , m2ii COS2

21、： i =0.008m因?yàn)檫M(jìn)行的是兩次獨(dú)立測量所以算術(shù)平均值的中誤差為:Mxl 下=0.008 =0.006m 各項(xiàng)誤差引起K點(diǎn)在x軸上的總中誤差預(yù)計(jì)公式Mk=m；|上 + M：粧 + M+M 茶 + M：下= 0.0062 0.10弓 0.0282 0.2222 0.0062= 0.247m 貫通在水平重要方向x上的預(yù)計(jì)誤差（取2倍的中誤差）M Xk 上 2M 處=2 0.247 二 0.494m（2）測量誤差引起貫通相遇點(diǎn) K在高程上的誤差預(yù)計(jì)公式 按規(guī)程限差反算四等水準(zhǔn)測量每1km的高差中誤差m公里上=20 = 7mm2 “2 地面水準(zhǔn)測量誤差引起的K點(diǎn)高程誤差。即Mh上=m公里上 L

22、= 0.007 68 = 0.018m 導(dǎo)入高程引起的K點(diǎn)高程誤差。即-H 14501 ccccMho 風(fēng)=0.020m80002/280002/2Hi600iMH。主二0.027m80002/2800022 井下三角高程測量引起的K點(diǎn)高程誤差M h三=一 n公里三 匚= 0.032 64 = 0.08 m 貫通在高程上的中誤差（以上各項(xiàng)高程測量均獨(dú)立進(jìn)行兩次）Mhk平二1 M 2H上+M 2H0風(fēng)+M 2Ho主 +M 2H三=0.063m 貫通在高程上的誤差預(yù)計(jì)。即Mh K預(yù) =2M HK平 = 29063= 0.126m（4）高程測量的誤差主要來源于三角高程測量誤差和高程導(dǎo)入所造成的，三角

23、高程測量誤差主要靠細(xì)心，比如用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)時(shí)要瞄準(zhǔn)中心，水準(zhǔn)管的氣泡要居中，在巷道中測量時(shí)鏡站的照明要好。而高程導(dǎo)入誤差的主要來源有： 氣流對(duì)垂球線和垂球線的作用 滴水對(duì)垂球線的影響 鋼尺的彈性作用 垂球線的擺動(dòng)面和標(biāo)尺面不平行 垂球線的附生擺動(dòng)3.3減小誤差措施為了減小誤差，我們采取了以下措施：（1）盡量增大兩垂球線間的距離，并選擇合理的垂球線位置。例如使兩垂球線連線 方向盡量與氣流方向一致。這樣盡管沿氣流方向的垂球線傾斜可能較大，但是最危 險(xiǎn)的方向（即垂直于兩垂球線連線方向）上的傾斜卻不大，因而可以減少投向誤 差。（2）適當(dāng)加大垂球重量，這樣可以減小晃動(dòng)（3）擺動(dòng)觀測時(shí)，垂球線擺動(dòng)的方向應(yīng)盡量與標(biāo)尺平行，并適當(dāng)增大擺幅，但不宜超過100mm根據(jù)相關(guān)規(guī)程，要求貫通在水平方向上的誤差小于0.5m,在高程方向上的誤差小于0.2m，所以第一套預(yù)計(jì)方案滿足要求，但是精度較差.6 結(jié)論和建議貫通測量的好壞，固然決定于貫通質(zhì)量的好壞 , 固然決