煤矿技术大百科_部分1.pdf

煤矿技术大百科 地质勘探测量卷 地质勘探测量卷 银声音像出版社 煤矿技术大百科 开采技术卷（上） 开采技术卷（上） 银声音像出版社 煤矿技术大百科 开采技术卷（下） 开采技术卷（下） 银声音像出版社 煤矿技术大百科 机电设备使用维护技术卷（上） 机电设备使用维护技术卷（上） 银声音像出版社 煤矿技术大百科 机电设备使用维护技术卷（下） 机电设备使用维护技术卷（下） 银声音像出版社 煤矿技术大百科 安全生产技术卷（上） 安全生产技术卷（上） 银声音像出版社 煤矿技术大百科 安全生产技术卷（下） 安全生产技术卷（下） 银声音像出版社 煤矿技术大百科 加工利用与环保技术卷 加工利用与环保技术卷 银声音像出版社 煤矿技术大百科 编委会 主编刘志磊 副主编朱庆华韩军强马召坤王久峰杨海新 王青林马润钢李建林王新文 编委 （排名不分先后） 刘志磊朱庆华韩军强 马召坤王久峰杨海新 王青林马润钢李建林 王新文褚越张唯娜 赵爱军赵刚张永和 刘金龙梁艳杨洁 张玉萍于婷韦辉 李勇王勇生陈中刚 张永智张群李冬玲 郝振泉黄国秀李运惠 徐运中刘勇冯海峰 李旭君金丽徐同海 谭丽婷冯清河张志广 门铁柱李春徐子滨 前言 我国的能源资源中，煤炭资源最为丰富。据 ““ 年完成的全国第三次 煤炭资源预测与评价，（ 层石灰岩，致密块状，裂 隙不发育，厚约 看图中所附的地层综合柱状图 “第一篇煤田地质 图 “ 主要地形地物符号及地质图例 用以了解该区地层系统。若图中没有附地层综合柱状图，从图例中也可 获得地层系统的概念。 分析图框内的内容 （）先看地形等高线。了解该区的地质特征，这一点很重要。根据地形 ） 4------ 第一篇煤田地质 五、储量级别的划分 根据对煤层勘探和研究程度不同，以及设计、生产部门的需要，煤炭储 量分为四级、 级、“ 级、 级、 级。 级和 “ 级称为高级储量。具体确 定各级储量的条件是 ;3） 。 制作钻头时，表镶钻头所用粒度范围为 , ,第二篇煤矿勘探与钻井技术 按设计轨迹施工，也必须随时掌握钻孔弯曲情况，以便及时采取防斜和纠斜 措施。 （一）测斜原理 “ 顶角测量 测斜仪测量钻孔顶角是根据地球重力场的作用原理，设计有自由液面、 在球形或环形液面上游动的气泡、悬锤、摆锤和重力加速度计等测量顶角的 敏感元件。 液面水平原理。将能留下痕迹的液体等装入圆形容器内，并使该容器 与钻孔轴线一致。无论钻孔如何倾斜，液面却永远保持水平。此时液面的垂 线与容器轴线的夹角就是钻孔的顶角。 “悬锤铅直原理。将能灵活转动的重锤悬挂在仪器的回转框架上，下入 钻孔后，回转框架受偏重作用，使仪器的测量平面处于钻孔弯曲平面内。此 时悬锤与钻孔轴线形成的夹角就是钻孔顶角。 重力分量合成原理。在仪器内，沿三个正交的 、、 轴布置三个 加速度计。 轴指向仪器轴线下方，、 轴位在垂直于仪器轴线的平面内。 一般规定 轴与纠（造）斜工具面方向一致，用作将来与定向纠（造）斜 有关的参考轴。3 型）等新 代测斜仪。根据一动点在球面上的经纬变化规律，研制成功 99,“, ） . *4 （“ 2 } ） 式中 “,、“,为已知点之间的坐标方位角，用反算公式（ 9）求得。求 *第三篇矿山测量技术 图 “ 出 、“、角之后，就可以用余切公式按前方交会的方法计算出 点的坐 标，计算实例见表 “ 7“.“ ）9498 五矿4;;5698“.““.9;845 .张庄99968“（7;）5867; “ ）488854 李河967 （544 57） 五矿4;;59;565;569 “ （ “.““. ） “ （）根据 、. 点计算出的第一组待定点坐标 和已知点 的坐标反算 得到“ 、 10“ 17; 1 7）5 87 /“ .“;6“ 7 7 .3....’ 6 7 / ;6“ 7 （ 7 *） 将式（ 7 *）代入式（ 7 ） ，并顾及到式（ 7 ）有 6 7 / 基 2AB6“02AB/“ （ 7 ） 式（ 7 *）和（ 7 ）即为单三角锁近似平差中计算求距角 6 、/ 的 第二次改正数的公式。各角最后的角值为 C 6“0 6 D /“0 / E 2“ } （ 7 ,） 3 根据基线边的长度和平差后的角值，由正弦定理推算出各边的边长 3 各点坐标计算 ..’第三篇矿山测量技术 各点坐标可采用闭合导线计算方法进行，把图中的 “ ’ 作为闭合导线，根据已知的坐标方位角及改正后的角值推算其他 各边的坐标方位角，再配合各边长计算坐标增量，若有坐标增量闭合差，同 闭合导线的方法一样进行分配。然后，由已知坐标即可求出其他各点坐标。 表 * 是单三角锁进行角度平差的计算实例，表中的坐标计算从略。 *,第三篇矿山测量技术 第三章高程测量 第一节概述 确定一个地面点的空间位置，除了测定其平面坐标外，还需要测定其高 程。测定地面点高程的测量工作，称为高程测量。 高程测量的实质是测出两点间的高差，然后根据其中一点的已知高程推 算出另一点的高程。 高程测量的方法，按使用仪器和施测方法的不同，分为下列三种。 ）水准测量利用水准仪给出的水平视线读取竖立于两点的标尺上的 数值，从而求得两点间的高差，最后算出点的高程。这种测量方法称为几何 水准测量，简称水准测量。 “）三角高程测量通过测量倾斜视线的倾角和两点间的水平距离或倾 斜距离，根据三角学原理算出两点间的高差，然后算出点的高程。这种测量 方法称为三角高程测量或间接高程测量。 ）气压高程测量根据高程愈大，大气压力愈小的原理，利用气压计 测得大气压力的变化，按相关规律算出地面点的高程。这种测量方法称为气 压高程测量或物理高程测量。 上述三种方法中，水准测量的精度最高，它是建立国家高程控制网的基 本方法。 用水准测量方法，按国家水准测量规范的技术要求建立的国家高程 控制网，称为国家水准网，它是全国高程控制的基础。国家水准网是采用从 整体到局部、由高级到底级的原则，逐级布设、逐级加密的。按其布设密度 和施测精度的不同，分为一、二、三、四等。如图 所示，每一等级的 水准测量路线，是由一系列相同精度的高程控制点组成，这些高程控制点称 为水准点。 一等水准测量是国家高程控制网的骨干，同时也是研究地壳和地面垂 直运动等有关科学问题的主要依据。一等水准路线构成网形，每一闭合环的 周长在 ’ 之间。一等水准路线主要沿地质构造稳定、交通不太 “第三篇矿山测量技术 图 “ 繁忙、路面坡度平缓的国家主干公路布设。我国从 年起，在全国范围 内重新设计布测了一等水准网，组成水准环 ’’ 个，路线总长度达 万多公 里。 二等水准测量是国家高程控制的全面基础，一般构成环形，闭合于一等 水准路线上。其闭合环的大小根据地形情况而定，一般在 ’’ ’* 之间。 二等水准路线主要沿公路、铁路及河流布设。我国在一等水准网内。重新规 划和设计了加密二等水准网，共设计二等水准环 , 个，已施测二等水准路 线 - 万公里。 三、四等水准测量是地形测图和各种工程建设所必需的高程控制起算 点。 三等水准测量一般可根据需要在高等级水准网内加密，布设成附合路 线，并尽可能互相交叉，构成闭合环。单独的附合路线长度一般不超过 ,’’*，环线周长不超过 ’’*。 四等水准测量一般以附合路线布设于高等级水准点之间，附合路线的长 度一般不超过 .’*。 此外，为了进一步满足工程建设和地形测图的需要，以国家三、四等水 准点为起始点，尚需布设工程水准测量或图根水准测量，通常称为等外水准 测量（也称普通水准测量） 。等外水准测量的精度较国家等级水准测量低一 些，水准路线的布设及水准点的密度可根据工程和地形测图的要求灵活考 虑。 ’第三篇矿山测量技术 为了满足矿区建设和煤炭生产的需要，无论大小矿区，都应在国家等级 水准点的基础上，建立矿区基本高程控制，作为矿区各种高程测量的依据。 一般来说，大矿区应测设三等水准作为基本高程控制，中等矿区应测量四等 水准，小矿区可用等外水准作为基本高程控制。由于矿区需要施测更大比例 尺的地形图，以及要进行井上、下各种工程建筑物的定线和施工放样工作， 因此，作为矿区基本高程控制的水准路线长度应予适当缩短，以加大水准点 密度，保证各种高程测量的精度。矿区各级水准路线的布设长度，一般不应 超过表 “ 的规定。 表 “ 等级 闭合环线周长与高级点间的线长 结点间线长 支线长 三等水准’ 四等水准’ 等外水准’* 三、四等水准点以及作为小矿区基本高程控制的等外水准点，都需埋石 固定，永久保存，供日后使用。埋设方法可因地制宜，图 “ 是其中一种 型式。在山区还可在稳固的岩石上凿洞，然后再用水泥灌筑标志。 图 “ 图 “ 矿区高程控制的进一步加密，应在矿区基本高程控制的基础上逐级进 行。 矿区各级三角点、小三角点、导线点的高程，在水准点及与水准点联测 的三角点、小三角点控制下，用三角高程测定；平坦地区用等外水准测定。 *’第三篇矿山测量技术 第二节水准测量原理 水准测量的基本原理是利用水准仪给出的水平视线配合水准尺来测定两 点间的高差。如图 “ 所示，设 、 为地面上的两点，若已知 点的高 程，欲求 点的高程。首先要测出 、 两点间的高差 。为测定高差 ，可在 、 两点之间安置一架可以给出水平视线的仪器 水准仪；并 在两点上竖立有分划的尺子 水准尺 和 。若测量是沿着 至 点的 方向进行，则水准尺 称为后视尺， 称为前视尺。当水准仪的望远镜视 准轴位于水平位置时，将望远镜依次瞄准这一对水准尺，视线交后视尺 于 ’，读出尺上分划值 ’ ；视线交前视尺 于 *，读出分划值 * 。 过 点及 点分别作平行于水平视线 ’* 的直线，则由图中可以看出，所求 的高差 “ （ “ ,） 读数 和 通常称为后视读数和前视读数，所以前视点对后视点的高 差，等于后视读数减去前视读数。若 - ，则所得的高差为正，即 点高 于 点；反之，则高差为负，即 点低于 点。 根据 点的已知高程 .和测定的高差 就可以算出 点的高程，即 . ./ ./ （ “ ）（ “ 0） 这是一种常用的高程计算方法。另外还有一种计算 点高程的方法， 即 . ./ （ “ ） （./ ） “ .1“ （ “ ） 式中 .1 ./ 称为仪器视线高程。当根据一个已知高程的后视点，同 时去测定多个未知点高程时，应用公式（ “ ）计算就很方便，这个公式在 工程测量中经常用到。 第三节水准测量的仪器和工具 一、水准仪 我国水准仪系列标准规定，水准仪分为 234 、2 , 、2 和 2 ,3等型号。2 是 汉语拼音“水”字的第一个字母，代表水准仪，下标是仪器实测所能达到的 每公里往返测高差中数偶然中误差（以毫米为单位） 。 43第三篇矿山测量技术 水准仪按其结构可分为水准管式微倾水准仪和具有补偿器的“自动安 平”水准仪两种。 图 “ 是我国生产的水准管式 型微倾水准仪，其构件名称如图所 示。 图 “ “ 目镜； “ 物镜； “ 符合水准管； “ 微动螺旋；’ “ 圆水准器； “ 圆水准器校正螺旋； “ 制动螺旋；* “ 准星； “ 脚螺旋；, “ 微倾螺旋； “ 微动螺旋； “ 物镜对光螺旋； “ 缺口； “ 三脚架 微倾水准仪的主要部分是望远镜和水准器。水准器的作用是使视线水 平，而望远镜是为了照准标尺读取尺上读数。水准器有管水准器和圆水准器 两个，圆水准器用以粗略整平仪器；管水准器与望远镜固连在一起，用于精 确整平视线。在制造水准仪时，要求望远镜的视准轴和水准管轴平行，由于 这两者平行，因此当水准管气泡居中时，视准轴也就水平了，即形成一条水 平视线。 为了使水准管气泡严格居中，大多数水准仪在水准管上方装有符合棱镜 系统，称为符合式水准器，如图 “ ’- 所示。符合棱镜系统由三块棱镜组 成，气泡两端的半个影象经过反射之后，映在望远镜旁的观察窗内。如图 “ ’. 所示，两端半影象符合，即表示气泡居中；如图 “ ’/ 所示，气泡两端 的两半影象错开，则说明气泡未居中，须转动微倾螺旋，使气泡居中。 符合式水准器不但使用方便，更重要的是它把气泡偏移零点的距离放大 一倍，因此，能充分反映出较小的偏移，提高了气泡居中的精度。 近年来，各种型号的自动安平水准仪有很大发展，此类仪器可以在仪器 ,第三篇矿山测量技术 概略整平后，即视准轴没有精确处于水平位置的情况下，通过补偿器的作 用，得到相当于视线水平时的标尺读数。图 “ 为北京测绘仪器厂出产的 型自动安平水准仪外貌。 图 “ ’ 图 “ “ 物镜； “ 水平微动螺旋； “ 水平控制螺旋；* “ 脚螺旋； ’ “ 目镜； “ 反光镜； “ 圆水准器 补偿器的一般原理如图 “ 所示，当视线 ,- 严格水平时，水准标尺 上与视线同高的点 , 成象于仪器十字丝的交点 - 上。如果视线不水平而下 倾一个角时，原与水平视线同高的 , 点不再成象于十字丝交点 - 上，而位 移了一段距离 .，成象于 -/，十字丝交点在标尺上的读数不再是位置 , 的读 数，而是位置 ,/的读数，较位置 , 小了一段距离 .，则 . 0 1.（ “ *） 式中 1 是物镜的焦距。如果在物镜与焦面之间安装一个光学元件，通过 该元件的作用，使原与水平视线同高的 , 点所来的光线，经物镜后，反方 向地移动同一段距离 .，仍成象于 -，于是原移动量得到了补偿，这样就使 读得的尺上读数始终为水平视线所对应的读数，从而实现自动安平的目的。 起补偿作用的光学元件称为自动安平补偿器。 2第三篇矿山测量技术 图 “ 图 “ 自动安平水准仪不需要设置水准管和微倾螺旋，操作简便，能大大提 高工效，已被广泛应用于水准测量中。 二、水准尺和尺垫 水准尺是水准测量的重要工具，系使用干燥的优质木料制成，其式样很 多，常见的有直尺、折尺、塔尺几种，如图 “ 所示。水准尺长 ’， 尺面分划值一般为 ’ 或 *’，每分米处有数宇注记。折尺和塔尺可以折 叠或缩短，携带方便，但接头处容易损坏，影响尺子的精度。所以，精度要 求较高的水准测量，规定要用直尺。 直尺形式的水准尺长 ’，尺身两面均绘有区格式厘米分划，通称双面 水准尺。尺面分划一面为黑白相间，叫黑面，另一面为红白相间，叫红面。 双面水准尺必须成对使用，以便检核读数和提高读数精度。两根水准尺黑面 底端注记均是从零开始，而红面底端的起始注记分别为 ,-’’ 和 ,’’。 每一根水准尺红、黑面读数均相差一个常数，即尺常数。尺上装有圆水准 器，用于检查水准只竖直程度。每根水准尺都附有一个尺垫，如图 “ . 所 示。尺垫为三角形，一般用生铁铸成，中央有一突起的圆顶，下有三个尖 足。在土质松软处测量时，为了防止水准尺的位置和高度发生变化，应在立 尺处放置尺垫，将尺垫的三足踩入土中，然后将水准尺轻轻地放在中央突起 处。 *第三篇矿山测量技术 第四节水准仪的使用 使用水准仪时，先打开脚架安放在测站上，使高度适中，架头大致水 平，然后将三脚架踩入土中，再安上仪器，仪器的各种螺旋都调整到中间位 置，以便螺旋能向两个方向移动。下面以微倾水准仪为例，介绍使用方法。 水准仪的正确操作程序是粗平 照准 精干 读数。 一、粗平 粗平工作是用脚螺旋将圆水准器的气泡居中。如图 “ 所示，先将 望远镜视准轴置于与脚螺旋 、 的连线相平行的方向，然后两手以相对方 向旋转脚螺旋 和 ，则气泡就向左手大姆指旋转的方向移动；待气泡移到 中间位置时，如图 “ ’ 所示，再转动脚螺旋 ，使气泡移至正中央。在操 作熟练以后，不需将气泡的移动分解为两步，而可以转动脚螺旋直接使气泡 居中。操作中视气泡的具体位置适当控制两手的动作。 图 “ 图 “ 图 “ 第三篇矿山测量技术 二、照准 用望远镜照准水准尺时，先松开制动螺旋，转动望远镜，利用镜筒上的 准星和照门大致照准水准尺，然后拧紧制动螺旋。若望远镜内已经看到水准 尺但成象不清晰，则可转动物镜对光螺旋，并注意消除视差，使十字丝及标 尺的成象清晰稳定。最后用微动螺旋转动望远镜，使十字丝的竖丝对准水准 尺的中间稍偏一点，以便读数。 三、精平 照准水准尺后，不要立即读数，先从观察窗观看符合水准器的气泡是否 居中。若不居中，应转动微倾螺旋使气泡符合，只有在气泡符合时，水准仪 的视准轴才精确水平。由于气泡比较灵敏，移动时有一个惯性，所以，转动 微倾螺旋的速度不能快，特别在符合水准器的两端气泡影象将要对齐时尤应 注意。 四、读数 在符合气泡完全符合的瞬间，应立即在水准尺上读数。用望远镜在尺上 读数，是读取十字丝横丝与尺子相截处的分划值，由于尺子在望远镜中的像 通常是倒像，所以应从上往下读数，依次读出米、分米、厘米，估读至毫 米。如图 “ 中的读数应为 ’。 一般习惯以毫米为单位报四个数字，例如 ’* 只须读 ’* 四个字， 则读 ，这对于观测、记录及计算工作都有一定好处，可以防止 不必要的差误。读数速度越快越好，否则气泡又可能偏离中心，影响观测精 度。 第五节水准测量的外业 一、水准测量的基本方法 当两点间距离较远或高差较大时，安置一次仪器不可能测得其高差时， 可以在两点间加设若干个立尺点，分段设站，连续进行观测。 如图 “ ’ 中，若已知 , 点高程为 -,，欲求 . 点高程 -.，必须把 ,. 路线分成若干段，由 , 向 . 测定各段的高差。首先将水准仪安置在 , 点与 第三篇矿山测量技术 点中间，按本章第四节所述的方法，原准 点水准尺，读得后视读数 “； 接着照准 点的水准尺读得前视读数 。然后将水准仪迁至 点与 点之 间，此时 点水准尺作为后视尺不动，仅须将尺面转向仪器，将原立于 点 的水准尺移至 点作为前视，以同样方法读取后视读数内和前视读数 。依 此类推，直到测完最末一段为止。 图 ’ 假设在 路线内依次安置 次水准仪，根据式（ ’ ） ，则有 * “’ * “’ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ * “’ 上列各式相加，得 至 点的高差 *为 * * “ ’ （ ’ ,） 则 点的高程为 - -. * 由式（ ’ ,）可看出， 至 点的高差等于各段高差的代数和，也等于 后视读数总和减去前视读数总和。 图 ’ 中的 、⋯⋯等点称为转点，它们起传递高程的作用。转点必 须选在稳定的石头尖上，如遇土质松软或没有稳定石头的地方，应放置尺 垫。在仪器由一测站迁至下一测站时，前视点的尺垫位置不能移动，否则水 准测量成果将产生错误。 为了防止读数错误，保证每站测量的正确性，应进行测站检核。测站检 核可采用下述两种方法 ）双仪高法双仪高法是在一个测站上用不同的仪器高度测出两次高差。 第三篇矿山测量技术 测得第一次高差后，改变仪器的高度（不小于 “） ，重新安置仪器进行第 二次观测。两次测得的高差之差如在规定的限差之内，则认为观测值符合要 求，取其平均值作为最后结果，否则需要重测。用单面水准只进行测量时多 采用此法。 ）双面尺法双面尺法是仪器的高度不变，而用水准尺的红、黑面两次 测量高差，进行检核。检核符合要求，则取红、黑面高差的平均值作为最后 结果，否则应重新观测。 二、四等及等外水准测量 四等及等外水准测量常用于一般工程建设和地形测图，是经常进行的水 准测量工作。 在进行四等水准测量时，应先在图上进行选线设计，再到实地踏勘选 点，埋设标石，把水准点固定下来，最后才进行观测。 等外水准测量主要是沿着有关的三角点、小三角点和图根点所形成的测 量路线进行观测。 （一）水准路线的布设形式 在水准测量中测量的水准点或平面控制点连接起来所形成的测量路线， 就是水准路线。按照不同情况和要求，可以选择不同的水准路线，简单的水 准路线有下列几种布设形式 ）附合水准路线从一已知高程的水准点出发，经过一些高程待定的水 准点（控制点） ，最后测到另一已知高程的水准点，如图 ’ 所示。 图 ’ ）闭合水准路线从一已知高程的水准点出发，经过一些高程待定的水 准点（控制点） ，最后又测到起始点，如图 ’ 所示。若测区没有已知的 水准点，可在闭合路线中假定一点的高程为已知。 ）水准支线从一个已知高程的水准点出发，沿一条水准路线测定一个 或几个未知水准点（控制点）的高程，如图 ’ 所示。为了校核观测成 第三篇矿山测量技术 果并提高精度，水准支线一般要往返观测。 （二）测站上的观测、记录、计算及检查 四等及等外水准测量，是按精度要求区分的，它们对仪器类型、作业方 法、视线长度以及读数误差等都有相应的要求，一般应符合表 “ 的规定。 四等及等外水准测量，一般用双面尺法进行施测。现以四等水准为例， 就双面尺法进 表 “ 等级仪器类型 视线长 前后视距 之差 前后视距 累计差 黑红面 读数差 黑红面所测 高差之差 双仪高所测 高差之差 四等’’’ 等外 或 ’ ’’’’** 行水准测量的外业观测、手簿的记录、计算及检查等，结合表 “ 说 明于后。在表 “ 中，括号内的数字表示记录和计算的顺序。 观测表 “ 四等水准测量记录手簿记录 测 站 编 号 后 尺 下丝 上丝 前 尺 下丝 上丝 后距前距 视距差 方向及尺号 水准只读数 黑面 红面 ,- 黑 减 红 高差中数备注 （）（）后（）（.）（/）0 尺 （）（）前（*）（1）（’）23 1.1 （）（*）后一前（）（）（）（）4 尺 （1）（.）23 *.1 /5’15/后 05.*51’ ’/51’5.前 4’55/“ /5.5后一前- ’5.- ’5/- - ’5. - 5- 5 *5/5*后 45/*5*“ *55/前 05’’.*51/- 第三篇矿山测量技术 续表 测 站 编 号 后 尺 下丝 上丝 前 尺 下丝 上丝 后距前距 视距差 “ “ 方向及尺号 水准只读数 黑面 “ 红面 “ 黑 减 红 高差中数备注 ’’*后一前 ,’,*- ,’.*, - ,’,* .’. ,’ ./.’-,0’后 1.’*’0.. .,*’.’.前 2.’’00, -’.’0后一前 ,’.-, ,’,- ,’.-. .’ .’ .’ 观测程序与记录 表中（.） 3 （）代表观测数据。用双面尺法每个测站的观测顺序为 .）照准后视尺黑面，读取下丝、上丝和中丝读数，分别记入（.） 、 （） 、 （）各栏内； ）照准前视尺黑面，读取下丝、上丝和中丝读数，分别记入（-） 、 （0） 、 （）各栏内； ）