贯通测量技术在宏达煤矿的应用.pdf

重庆大学 硕士学位论文 贯通测量技术在宏达煤矿的应用 姓名黄裕川 申请学位级别硕士 专业矿业工程 指导教师谢晓佳;刘福 20091102 重庆人学硕 学位论文中文摘要 摘要 针对宏达煤矿目前贯通测量技术薄弱、测量人员急需培训、测量数据比较混 乱、巷道贯通测量工作容易失误而采掘接替又非常紧张，通风系统亟待形成回路 的现状，笔者着力于贯通技术的现场研究应用，以加快掘进速度，避免贯通测量 事故的发生。 本文首先简要介绍了测量学的基本内容、分支学科、误差理论及矿山测量学 发展应用现状，同时对贯通测量技术的坐标系统、直线方位角、G P S 测量、陀螺 仪定向原理、贯通技术的基本原则、基本方法、工作步骤、工作总结等做了简要 的回顾和综述。 其次，在简述笔者所在宏达煤矿的交通地理位置、矿井开拓方式、测量技术 背景的同时，重点介绍了宏达煤矿二区运煤上山贯通测量的技术应用，一区底板 材料上山贯通测量整个过程的组织实施方案、f F j 湾煤矿整合大贯通的技术报告， 最后对宏达煤矿贯通测量技术应用做了总结，并针对应用中存在的问题提出 了相应建议。 关键词煤矿，巷道贯通，测量技术 重庆火学硕士学位论文英文摘要 A b s t r a c t A i m i n ga tt h ew e a k n e s so fm e a s u r e m e n tt e c h n i q u e s ，d e m a n do ft r a i n i n gf o r m e a s u r e m e n ts t a f f , c h a o so fm e a s u r e m e n td a t a , t h ee a s i l ym i s t a k i n go fp e n e t r a t i o n s u r v e y ，t h et e n s i o no fe x t r a c t i o na n dm i n i n ga n dn o te a s i l yf o r m i n gt h el o o pv e n t i l a t i o n s y s t e mo ft h eH o n g D ac o a lm i n e ，t h i sp a p e rf o c u s e do nf i e l ds t u d i e sl i n k i n gt e c h n o l o g y a p p l i c a t i o n ，t os p e e du p t h ep a c et oa v o i dt u n n e l i n gt h r o u g hS u r v e ya c c i d e n t ． T h i sp a p e rb r i e f l yd e s c r i b e dt h eb a s i cc o n t e n t so fs u r v e y i n g ，b r a n c h e s ，e r r o rt h e o r y a n dt h ea p p l i c a t i o n sd e v e l o p m e n ts t a t u so fM i n eS u r v e y i n g ；b e s i d e s ，m e a s u r e m e n t c o o r d i n a t es y s t e m ，l i n e a ra z i m u t h ，G P Sm e a s u r e m e m s ，d i r e c t i o n a lg y r o s c o p et h e o r y ， t h eb a s i cl i n k i n gp r i n c i p l e so ft e c h n o l o g y ，b a s i cm e t h o d s ，w o r ks t e p sw e r eb r i e f l y s u m m e du pa n dr e v i e w e d ． S e c o n d l y ，b a s e do nt h eg e o g r a p h i cl o c a t i o n 、m i n i n gd e v e l o p m e n tm e t h o da n d b a c k g r o u n do fm e a s u r e m e n tt e c h n o l o g yo fH o n g D ac o a lm i n e ，i tm a i n l yi n t r o d u c e dt h e a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yo fp e n e t r a t i o ns u r v e ya tc o a lt r a n s p o r t a t i o nr i s eo fH o n g D ac o a l m i n e ，t h eo r g a n i z a t i o np l a nf o rt h ew h o l ep e n e t r a t i o ns u r v e yp r o c e s so fm a t e r i a lr i s eo f n u m b e ro n ed i s t r i c tf l o o r ． F i n a l l y ，t h ea p p l i c a t i o no fp e n e t r a t i o ns u r v e ya tH o n g D ac o a lm i n eW a ss u m m e du p ． A i m i n ga tt h ep r o b l e mo fa p p l i c a t i o n ，s u g g e s t i o n sw e r ea l s op u tf o r w a r d ． K e yw o r d s c o a lm i n e ；l a n e w a yp e n e t r a t i o n ；m e a s u r e m e mT e c h n o l o g y l I 学位论文独创性声明 本人 声明 所 呈 交 的彳钮塾良士 学位 论 文 二虽‘坠遮牮螫选茎益么逢釜璺糊是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名签字日期 导师签名／矽于眨应 签字日期 学位论文使用授权书 本人完令了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程 以 下简称“章程，， ，愿意将本人的戤学位论文墨鱼型堕垒型娶缱堑蝴提 交中国学术期刊 光盘版 电子杂志社 C N K I 在中国博士学位论文全文数据 库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数 据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文 全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入C N K I 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大学 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公丌论文的全部或部分内容。 作者签名 社 翩躲避j 竺 御‘f 月力同 备注审核通过的涉密论文不得签署“授权书“ ，须填写以下内容 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 说明本声明及授权书堂亟装订在提交的学位论文最后一页。 弓 重庆人学硕 学位论文1 绪论 l 绪论 1 ．1 课题研究意义和国内外现状 1 ．1 ．1 研究意义 针对宏达煤矿目前贯通测量技术薄弱、测量人员急需培训、测量数据比较混 乱、巷道贯通测量工作容易失误而采掘接替又非常紧张，通风系统亟待形成回路 的现状，笔者着力于贯通技术的现场研究应用，以加快掘进速度、避免贯通测量 事故的发生。 1 ．1 ．2 测量学简介 测量学是一门古老的科学，相传在公元前2 1 世纪，禹奉舜命治洪水史记夏本 纪中有“左准绳，右规矩”的记载，就是对当时进行测量工作的描述【l 】。测量学是研 究地球形状和大小以及确定地面点位置的科学。它的主要内容包括测定和测设两 部分[ 2 1 。测定就是使用测量仪器和工具，将测区内的地物和地貌缩绘成地图，供规划 设计、工程建设和国防建设使用。测设就是把图上设计好的建筑物、建筑物的位 置标定到实地上去，以便于施工。 测量学的应用很广。在科学实验、航空航天、地壳形变和地震预报等研究工 作中；在国防建设中，军事测绘和军用地图是现代化大规模诸兵种协同作战必不 可少的重要保障。在国民经济建设和社会发展中，测绘信息是最重要的基础信息 之一；测量学在生产中的作用也越来越大，所涉及的内容也愈来愈丰富，并派生 出了许多分支学科。如研究整个地球形状和大小以及大地区测量问题的大地测量 学；研究测绘小地区地形图、把地球表面看着平面而不考虑地球曲率影响的地形 测量学；利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置的摄影测量学；以海 洋和陆地水域为对象进行测量工作的海洋测量学；为满足工程建设的需要，结合 各工种建设的特点而进行测量工作的工程测量学；研究如何确保矿产资源的合理 开发、安全生产和矿区环境治理的矿山测量学；研究利用所获得的测量成果资料， 编绘和制印各种地图的制图学；还有涌现出的遥感 R S 、卫星全球定位系统 G P S 、地理信息系统 G I S 等新技术分支学科。 1 ．1 ．3 测量误差简介 在测量工作中，无论使用的仪器多么精良，观测者多么仔细地操作，外界条 件如何的理想，最后仍不可能得到绝对正确的测量成果。也就是说，在测量成果 中，总是不可避免地存在误差。即观测值与客观真值之差。用重复观测的方法可 以发现误差的存在【2 】，例如往、返丈量某段距离若干次，观测结果总不一致；测量 三角形的三个内角，其观测值之和常常不等于理论值1 8 0 度。但发现测量误差的 重庆人学硕 学位论文1 绪论 存在只是手段，研究测量误差产生的原因和变化规律、找出减弱误差的对策、保 证测量成果达到必须的精确度，提供切实可行的测量资料，才是研究测量误差的 根本目的。因而出现了测量误差理论。 误差理论研究的主要内容是测量误差的分布、传播、检验及估计【3 】。经典的误 差理论只处理偶然误差，文献测量平差基础在这方面阐述得较为详尽。近年 来，随着测量先进技术的应用，计算机的普及和高精度的要求，误差理论无论从 广度和深度上都有很大进展。这些进展主要表现在从研究测量中的偶然误差扩 展到系统误差和粗差；从研究精度扩展到考虑准确性及可靠性；从常规的定权方 法扩展到权的统计估计及各种误差的检验【4 J 等等。形成了近代误差理论。详见文献 近代误差理论与数据处理1 5 】、现代误差理论基础讲座、广义平差原理等。 这些理论对测量人员控制，减弱甚至消除测量工作中的误差【2 】，保证测量工作的J 下 常进行，具有重要的实践指导意义。 1 ．2 矿山测量学国内外现状 1 ．2 ．1 国内现状 矿山测量是一门应用科学，它是从采矿实践中生产和发展起来的。我国春秋 战国时代，随着矿业的发展而产生了原始的矿山测量技术。周礼地宫记载“矿 人掌金玉锡石之地⋯若以时取之，则物其地图而授之”，这说明那时已使用矿山测量 图．指南针的发明也是古代对测绘科学的巨大贡献。到了近代，我国矿山测量有了长 足的发展。1 8 9 9 年，开滦矿区建设第一对矿井一唐山矿时，就建设了测绘机构，测绘 了井田地形图和采掘工程刚引。1 9 5 6 年，唐山煤炭科学研究院矿山测量研究所成立。 2 0 世纪7 0 年代初起，我国矿山测量学技术进入一个新的发展时期。在一些矿区先 后将摄影测量、陀螺定向、激光指向和计算机用于地面和井下控制测量、地形测 量、施工测量和贯通测量工作中，并能有效地解决地质勘探、采矿工程设计与施工、 开采沉陷损害与防护等矿山测量方面的问题．不少矿区开发了计算机绘制采掘工程 平面图技术，建立了矿山测量数据库及处理系统．部分矿区应用了全站仪和全球定 位系统 G P S 。这些都极大地改变了传统的测量方法，并朝着数据采集、存储、计算 和绘图自动化的方向发展【6 J 。 1 ．2 ．2 国外现状 在国外，公元前1 3 世纪，埃及有了按比例缩小绘制的巷道图。公元前一世纪，希 腊学者亚历山德里斯基已对地下测量和定向进行了叙述．在1 5 5 6 年出版的德国学 者G 阿格里科拉的论矿业与冶金一书中，论述了用罗盘仪进行井下巷道测量的 方法和矿山开采中的一些问题。1 7 4 2 年俄国学者M B 罗蒙索夫在冶会和采矿基 础一书中专门写了一章“矿山测量”，不仅介绍了各种测量仪器，而且还研究了立井 2 重庆大学硕上学位论文1 绪论 和平巷贯通等各种具体问题。1 9 世纪中叶，开始用经纬仪取代挂罗盘进行井下测量 和用误差理论处理测量数据及精度评估。 2 0 世纪初，是矿山测量发展较快的时期．国外矿山测量学会、矿山测量机构相继 建立。涌现出许多优秀学者和一些矿山测量学术期刊如矿山测量学通报等。 2 0 世纪5 0 年代以后，电子、激光等新技术的迅速发展，推动了矿山测量仪器的研制 工作。国际上出现了陀螺经纬仪、光学测距仪、电子经纬仪等，并将计算机应用到 矿山测量工作中，使传统的矿山测量学理论和技术发生了巨大的变革【6 】。 重庆大学硕十学位论文 2 贯通测量概述 2 贯通测量概述 2 ．1 贯通测量知识预备 贯通测量工作是在地球表面隧道或矿山井巷中进行的，贯通中需要建立坐标 系统、确定贯通点位的空间位置，一般用平面点位坐标 地理坐标或平面直角坐标 和高程表示。这就需要对地球的形状大小以及贯通测量的基础知识有所了解。 地球表面形状极其复杂，有高山、深谷、丘陵、平原、江河、湖泊及海洋等 等。这个复杂的表面称为地球的自然表面。在地球的自然表面上，海洋约占7 1 ％， 陆地约占2 9 ％。陆地表面高出海水面并不多，即使是地球上最高的珠穆朗玛峰高 出海水面也只有8 8 4 8 ．1 3 米，这和地球半径的概值6 3 7 1 公里相比仍然很微小，因 此我们可以把地球总的形状看作是被海水包围起来的球体。也就是设想有一个静 止的海水面延伸穿过大陆和岛屿后围成的球体。与静止的海水面平行的面称为水 准面，水准面有无数多个，其中通过平均海水面的水准面叫做大地水准面，它所 包围起来的球体叫做大地体。根据大地测量确定，地球不是一个真正的圆球而是 一个沿赤道稍稍膨大、南北极间略为扁平的近似椭球。 水准面有一个特性，就是处处和铅垂线垂刮1 1 。从物理学中知道，地面点的铅 垂线方向决定于地球的引力。由于地球内部质量分布不均匀引起铅垂线方向的变 化，使大地水准面成为一个十分复杂而又不规格的曲面。在这个不规格的表面上 是无法进行数学计算的，因此就用一个近似于大地水准面而又可以用数学式表示 的规则表面代替它，这就是绕其短轴p p l 自转的旋转椭圆体面，又称地球椭圆体 面，如图2 ．1 a 所示。 地球椭圆体面与大地水准面不完全一致，有的地方稍高一些，有的地方稍低 一些，但其差数一般不超过- 4 - 1 5 0 米，如图2 ．1 b 所示。地球椭圆体面的形状和 大小，由长半径a 和短半径b 或由一个半径和扁率来决定。a 、b 和a 称为地球椭 圆体元素。我国目前暂采用克拉索夫斯基椭球元素作为测量计算的依据，其数值 为 a 6 ，3 7 8 ，2 4 5 米 b 6 ，3 5 6 ，8 6 3 米 a l 2 9 8 ．3 4 重庆大学硕士学位论文 2 贯通测鼍概述 E p p i 图2 ．1 a 地球椭圆体 F i g ．2 ．1 a E a r t he l l i p s o i d Q 地球表碾 图2 ．1 b 椭圆体面与人地水准面 F i 醇．1 b E a r t he l l i p s o i da n dg e o i d 利用人造地球卫星进行大地测量，对地球形态进行了更精确地研究。1 9 6 7 年 国际测量学会发表了新测定的椭球元素为a 6 ，3 7 8 ，1 6 8 米，a l 2 9 8 ．2 5 。 由此可知，地球椭圆体的扁率很小，十分接近于圆球，因此在局部范围内， 由于测区面积较小可将地球看做圆球。采用与椭球等体积的半径，即取地球椭圆 体三个半径的平均值作为圆球的半径，其值为R 6 3 7 1 公里。 如果我们通过水准面上任一点A 作一切平面，此平面就叫做A 点的水平面。 在水平面上过A 点的任意直线都叫做A 点的水平线 图2 ．2 。当水准面很小时 地 形测量规范规定为5 0 平方公罩 ，可以认为它和水平面重合，即把水准面看成水 平面，在这个范围内进行测量时，可以不考虑地球弯曲对长度和水平角度的影响u 】。 图2 ．2 水准面与水平线 F i g 。2 ．2G e o i da n dh o r i z o n t a ll i n e 5 重庆大学硕士学位论文2 贯通测量概述 2 ．1 ．1 地面点位的确定 测量工作的具体任务就是确定地面点的空间位置，就是该点在球面或平面上 的位置 地理坐标或平面直角坐标 以及该点到大地水准面的垂直距离 高程 。 ①地理坐标 地面点在大地水准面上的投影位置通常是用经度、纬度表示的。某点的经、 纬度称为该点的地理坐标。 p a 图2 ．3 地理坐标 F i g ．2 ．3G e o g r a p h i cc o o r d i n a t e s Q 如图2 ．3 所示，P P l 为地球的自转轴，称为地轴。地球的中心O 称为球心。地 轴与地球表面的交点P 、P l ，分别称为北极和南极。垂直于地轴的平面与地球表面 的交线称为纬线，通过球心O 且垂直于地轴的平面称为赤道平面，它与球面的交 线，称为赤道。通过地轴和地球上任一点L 的平面P L K P l 称为L 点的子午面，该 面与地球表面的交线称为子午线 又叫经线 。国际上公认通过英国格林威治天文 台的子午面为首子午面，作为计算经度的起点。 过地面上一点L 的子午面和首子午面所组成的二面角称为L 点的经度，用l 表示。经度由首子午面起向东、向西量度，由0 ～1 8 0 0 。在首子午面以东者称为东 经，以西者称为西经。 经过L 点的铅垂线和赤道平面的夹角称为L 点的纬度，用f 表示。数值由O ～ 6 重庆人学硕 学位论文2 贯通测最概述 9 0 0 ，在赤道以北者称为北纬，以南者称为南纬。 地面点的地理坐标一般用天文方法观测其经纬度值，有时也可用高斯平面直 角坐标反算求得。 ②平面直角坐标 在小范围内进行测量时，由于可以把球面看作平面，故通常以平面直角坐标 来表示地面点的位置。 测量学中所用的平面直角坐标和数学中的相似，只是坐标轴互易，而象限顺 序相反如图2 ．4 a ，图2 ．4 b 。测量工作中规定所有直线的方向都是从纵轴北端 顺时针方向量度的，这样变换，既不改变数学公式，又便于测量上的方向和坐标 计算。 地面上任一点A 的位置，是由该点到纵横坐标轴的垂距A a l 和A a z 确定的。 A a l 称为点A 纵坐标，以X 表示；A a 2 称为点A 的横挫标，以Y 表示。 坐标纵轴X 通常与某子午线方向一致，以它来表示南北方向，指北者为正， 指南者为负；以横坐标轴Y 表示东西方向，指东者为正，指西者为负。 地面点的平面直角坐标传统上一般采用经纬仪三角控制测量方法求出，近年 来常采用经纬仪光电测距导线法或G P S 测量技术测定。 麓 乱⋯．轰 I I I 葛 I OI 番 I l l H y 图2 ．4 a 测量坐标 F i g ．2 ．4 a G e o d e s i cc o o r d i n a t e 7 y I Ⅱ 。羔，A l l l ；y O I 一。 -●_H mⅣ 图2 ．4 b 数学坐标 F i g ．2 ．4 b M a t h e m a t i cc o o r d i n a t e 重庆人学硕士学位论文2 贯通测鼍概述 图2 ．5 绝对高程与相对高程 F i g ．2 ．5A b s o l u t eh e i 曲ta n dr e l a t i v eh e i g h t 2 ．1 ．2 高程 为了确定地面点的空间位置，除了点的坐标外，还需要测定点的高程。 地面上任一点到大地水准面的垂直距离，称为该点的绝对高程，以H 表示， 如图2 ．5 所示。我国目前采用青岛验潮站从1 9 5 0 年至1 9 5 6 年观测成果推算的平均 海水面 大地水准面 作为高程的起算面，其绝对高程为0 。根据这个起算面推算的高 程，称为1 9 5 6 年黄海高程系。当求一点的绝对高程有困难时，我们可以假定任意 一个水准面作为高程起算面，这个水准面称为假定水准面。从一点到假定水准面 的铅垂距离称为该点的假定高程 或相对高程 ，用H 1 表示。 两点间的高程之差称为高差，用h 表示。A 点对于B 点的高差为 h B A H A - H a H A l H B I 高差有正、负之分，如A 点高于B 点，则A 点对于B 点的高差为正，反之则 负。 地面点的高程一般采用精密水准测量求得，有时也可用经纬仪三角高程测量 法或G P S 测量技术测定。 2 ．1 ．3 直线的定向 所谓定向，就是确定直线的方向。一条直线的方向，就是该直线与基本方向 线的央角来表示的。 基本方向线町以是真子午线、磁子午线或坐标纵线。通过地面上一点指向地 8 重庆大学硕士学位论文2 贯通测量概述 球南北极的方向称为该点的真子午线方向。真子午线的方向是用天文观铡的方法 测定的。通过地面上一点，当磁针静止时所指的方向即是该点的磁子午线方向； 磁子午线的方向则用磁针确定之。某一点的磁子午线方向和真子午线方向的夹角 成为磁偏角，以d 表示，如圈2 ．6 所示。 当磁针北端偏向真子午线以东者称为东 偏；偏向真予午线以西者称为西偏。 图2 6 磁偏角 F 逗2 6 M a 辨[ i c d e c l i n a t i o n 2 ．1 ．4 方位角 从基本方向线的北端起顺时针量至某一直线方向的角度，称为该直线的方位 角，其角值为0 ～3 6 0 0 。若基本方向线为真子午线，称为真方位角；若基本方向线 为磁子午线，称为磁方位角；若基本方向线为坐标纵线，称为坐标方位角。在图 2 ．7 上，O A 、O B 、O C 和O D 四条直线的方位角分别为7 0 “ 2 1 ，，1 4 5 。3 0 ，，2 3 5 “ 4 0 一， 和3 3 0 0 1 2r 。 圈2 7 方位角圄2 ．8 直线的正反方位角 F i g2 ．7 A z i m u t hF i 9 28 R e c f i l i n e a l p o s i t i v ea n d n e g a t i v ea 2 i m u t h 重庆大学硕士学忸论文 2 贯通测苗概述 由于真子午线均通过地球的两极，因而过地面上各点的子午线方向并不互相 平行，而向两极收敛 过任意两点的了午线方向『E I | 的交角叫做子午线收敛角 ，这 就给计算工作带来不便。为便于计算平面直角啦标，在测量工作中，通常采用坐 标纵线作为定向的基本方向线，即以坐标方位角确定直线的方向，因为各点的坐 标纵线是相互平行的。 坐标方位角有正、反之分。直线前进方向的坐标方位角称为正坐标方位角； 其相反方向的坐标方位角称为反坐标方位角。如图2 ．8 所示，直线A B 的正坐标方 位角为a A B ，其反坐标方位角为a B ；可以说，直线B A 的正坐标方位角为a B ，其 反坐标方位角为{ l A B ，由此可知，正、反坐标方位角是相对的。由圈看出，同一条 直线的正、反坐标方位角相 差1 8 0 。，即a Ⅲ_ aE 1 8 0 。 图2 ．9 象限角 F i 9 2 9 B e a r i n g a n g l e 2 ．1 ．5 象限角 从基本方向线的一端量至某一直线的锐角，叫做该直线的象限角。它是由基 本方向线的北端或南端按顺时针或逆时针量至该直线的角度，其值为0 ～9 0 0 。因 为象限角的数值均在0 ～9 0 。之间，所以若用象限角定向时，除了需要知道它的数 值外，还要知道它所在的象限名称，如图2 ．9 所示，O A 的象限角为北东7 0 。2 1 ’。 2 ．1 ．6 陀螺仪测量直线边方位 直线的真子午线方向可用天文方法观测，其测量精度高，但所需设备费用昂 贵，且技术尖端，现场较难实施；罗盘方位法技术简单，设备便宜，但精度较低， 无法满足贯通工程要求，故矿山常用陀螺经纬仪直接观测法测量边的方位角。目 前己广泛运用于矿井定向测量和控制井F 导线方向误差的秘累。 ①陀螺经纬仪的摹本原理 目前，常用的陀螺仪是采用两个完全自由度和一个不完全自由度的钟摆式陀 重庆大学硕 学位论文2 贯通测量概述 螺仪，它是根据自由陀螺仪 在不受外力作用时，具有三个自由度的陀螺仪 的 定轴性和进动性两个基本特性，并考虑到陀螺仪对地球自转的相对运动，使陀螺 轴在测站子午线附近作简谐摆动的原理而制成的。 ②陀螺仪经纬仪定向的方法 运用陀螺经纬仪进行矿井定向的常用方法主要有逆转点法和中天法。它们间 的主要差别是在测定陀螺北方向时，逆转点法的仪器照准部处于跟踪状态，而中 天法的仪器照准部是固定不动的。具体测法详参文献【6 J 。 2 ．1 ．7G P S 对地面点坐标的直接测量 全球定位系统 G P S 是借助分布在空中的多个G P S 卫星确定地面点位置的 一种新型定位系统，它可以直接得出地面点位的坐标。G P S 定位具有全天候、高 精度、定位速度快、布点灵活和操作方便等特点。因此，G P S 技术在测量学、导 航学及其相关学科领域获得了极其广泛的应用，目前，测量学中经典的平面控制 测量、地形测量『F 逐步被G P S 测量技术所代替，然而矿山井下贯通工程却较难实 施，主要是井下接收卫星信号较难，且精度不太理想。 G P S 系统包括三大部分空间部分G P S 卫星星座、地面控制部分一地面监 控系统、用户设备部分G P S 信号接收机；G P S 定位就是把卫星看成是“飞行”的 控制点，根据测量的星站距离 地面接收机在时钟控制下，测定出卫星信号到达 接收机的时问△t ，进而确定卫星与接收机之间距离p ，进行空间距离后方交会， 确定地面接收机的位置。 如图2 ．1 0 所示，A 、B 、C 为已知瞬时位置的卫星点，接收机的位置坐标可由 下式计算 p z A x x A z y Y A z z z A z p Z B x X B z y Y B z z z B z p Z c x x c z y - Y c z z - z c z 其中X A 、y A 、z A A 点的空间直角坐标； X B 、Y B 、Z B _ B 点的空间直角坐标； x C 、y c 、z 一点的空间直角坐标； X ，y ，碱收的空间直角坐标。 式中P 的长度一般由伪距法或载波相位法测定出。因而式中X 、Y 、Z 的坐标 即可计算求得。G P S 测量技术控制点施测精度及要求等，请详参文献【2 1 。 重庆人学硕士学位论文2 贯通测量概述 B 髓 pB ‰| | | ∥∥ F 二．∥／一一一／弧i ＼ 图2 ．9 空间距离后方交会 F i g ．2 ．9R e s e c t i o no fs p a c ed i s t a n c e ≯ ◇p 2 ．2 井巷贯通和贯通测量 采用两个或多个相向或同向掘进的工作面掘进同一井巷时，为了使其按照设 计要求在预定地点正确接通而进行的测量工作，称为贯通测量。采用贯通方式多 头掘进同一井巷，可以加快施工进度，改善通风状况与劳动条件，有利于矿井开 采与掘进的平衡接续。它是加快矿井建设的重要措施，所以在矿井建设与采矿生 产过程中得到普遍应用。 井巷贯通可能出现下述三种形式 如图2 ．1 1 两个工作面相向掘进，叫做相向贯通 图2 ．1 l 巷道贯通形式 F i g ．2 ．11T h ef o r mo fR o a d w a yp e n e t r a t i o n 睦』 两个工作面同向掘进 从巷道的一端向另一端的指定地点掘进，叫做单向贯通。 1 2 重庆大学硕十学位论文2 贯通测最概述 2 ．3 贯通测量的容许偏差 1 水平面内沿巷道中线方向上的长度偏差，这种偏差只对贯通在距离上有 影响，而对巷道质量没有影响； 2 水平面内垂直于巷道中线的左、右偏差A X7 ；表2 ．1 3 竖直面内垂直于巷道腰线的上、下偏差△l l 。 后两种偏差A x ’和△l l 对于巷道质量有直接影响，所以又称为贯通重要方向的 偏差。 井巷贯通的容许偏差值‘7 1 ，由矿 井 技术负责人和测量负责人根据井巷的用 途、类型及运输方式等不同条件研究决定。以上三种类型井巷贯通的容许偏差见 表2 ．1 。 表2 ．1 井巷贯通允许偏差表 T a b ．2 ．1P e r m i s s i b l ee r r o ro fr o a d w a yp e n e t r a t i o n 贯通种类。，贯通巷道名称及特点p在贯通面上的容许缡差／m 一 琵中线之间。两腰线之间p 第一类矿屠一矿井内贯透巷道p 0 。3 pO ．2 一 第二类。 两麸之凰贯通巷道一 O 。5 0 ．2 p 丑先用小断面开凿贯 0 ．5 FJ 第三类一通之后再剥太凝面一 井用全断面开凿荠羼 0 。1 ～ 时砌筑永久井壁一 书昏 全断面据砌，并在酸 O ．0 2 ”0 ．0 3 妒 一．一 贝 澡护岩柱之前预 遭一先安装罐粱罐道一 2 ．4 贯通测量的原则和基本方法 井巷贯通时，矿山测量人员的任务就是要保证各掘进工作面均沿着设计的位 置与方向掘进，使贯通后接合处的偏差不超过规定限度，对采矿生产不造成严重 影响，以避免井巷报废、人员伤亡或误透采空区、水域等重大责任事故【8 J 。 2 ．4 ．1 工作中应严格遵守下列原则 要在确定测量方案和测量方法时，保证贯通所必须的精度，既不因精度过低 而使井巷不能正确贯通，也不盲目追求过高精度而增加测量工作量和成本。 重庆人学硕士学位论文 2 贯通测最概述 对所完成的每一步每一项测量工作都应当有客观独立的检查校核，尤其要杜 绝粗差 错误 。 2 ．4 ．2 贯通测量的基本方法 首先要利用各种测量手段，测出待贯通巷道两端导线点的平面坐标和高程， 通过计算求得巷道中线的坐标方位角和巷道腰线的坡度，此坐标方位角和坡度应 与原设计相符，差值在容许范围之内，同时计算出巷道两端点处的指向角。利用 上述数据在巷道两端分别标定出巷道中线和腰线 可以采用激光指向 ，指示巷道 按照设计的同一方向和同一坡度分头掘进，直到贯通相遇处相互正确接通。 2 ．5 巷道贯通测量几何要素 根据贯通测量的基本方法，不论何种贯通，均须事先求算出贯通巷道中心线 的坐标方位角、腰线的倾角 坡度 和贯通距离等，这些统称贯通测量几何要素， 即标定巷道中腰线的数据，其求解方法随巷道特点、用途及其对贯通的精度要求 而异。目前普遍采用计算机C A D 图解法设计求算t 9 ] 。 2 ．6 贯通测量工作的步骤 ①调查了解待贯通井巷的实际情况，根据贯通的容许偏差，选择合理的测量 方案与测量方法，对重要的贯通工程，要编制贯通测量设计书，进行贯通测量误 差预计，以验证所选择的测量方案、测量仪器和方法的合理性。 ②依据选定的测量方案和方法，进行施测和计算，每一施测和计算环节，均 须有独立可靠的检核，并要将施测的实际测量精度与原设计书中要求的精度进行 比较。若发现实测精度低于设计中所要求的精度时，应当分析其原因，采取提高 实测精度的相应措施，返工重测。 ③根据有关数据计算贯通巷道的标定几何要素，并实地标定巷道的中线和腰 线。 ④根据掘进巷道的需要，及时延长巷道的中腰线，定期进行检查测量和填图， 并按照测量结果及时调整中线和腰线，贯通测量导线的最后几个 不少于3 个 测站点必须牢固埋设。最后一次标定贯通方向时，两个相向工作面之间的距离不 得小于5 0 m ．当两个掘进工作面之间的距离在岩巷中剩下1 5 “ - 2 0 m ，煤巷中剩下 2 0 “ - 3 0 m 时 快速掘进时应于贯通前两天 ，测量负责人应以书面形式报告矿 井 技术负责人以及安全检查和施工区、队等有关部门。 ⑤巷道贯通之后，应立即测量出实际的贯通偏差值，并将两端的导线连接起 来，计算各项闭合差。此外，还应对最后一段巷道的中腰线进行调整。 ⑥重大贯通工程完成后，应对测量工作进行精度分析与评定，写出总结。 1 4 重庆人学硕士学位论文2 贯通测量概述 2 ．7 选择贯通测量方案及误差预计的一般方法 2 ．7 ．1 了解情况，收集资料，初步确定贯通测量方案 在接受贯通测量任务之后，首先应向贯通工程的设计和施工部门了解有关贯 通工程的设计、部署、工程限差要求和贯通相遇点的位置情况，并检查设计部门 提供的图纸资料。还要收集与贯通测量有关的测量资料，抄录必要的测量数据、 并确认其可靠性和精度。绘制巷道贯通测量设计平面图，并在图上给出与工程有 关的巷道和井上下测量控制点、导线点、水准点等，为测量设计做好准备工作。 然后就可以根据实际情况拟定出可供选择的测量精度方案。在开始时可能有几个 方案，如地面采用G P S 、测角网，还是导线 平面联系测量采用几何定向 两井 定向还是一井定向 ，还是采用陀螺定向 如果采用陀螺定向，则在井下导线中加 N J L 条陀螺定向边，加测在什么位置等。经过对几种方案的对比，根据误差大小， 技术条件、工作量和成本大小、作业环境好坏等进行综合考虑，结合以往的实际 经验，初步确定一个较优的贯通测量方案。 2 ．7 ．2 选择合适的测量方法 测量方案初步确定后，选用什么仪器和哪种测量方法，规定多大的限差，采 取哪些检核措施，都要一一确定下来。这个选择是和误差预计相配合进行的，常 常是有反复的过程。通常是根据矿上现有的仪器和常用的测量方法，凭以往的测 量经验先确定一种，经过误差预计，最后才能确定下来。对于大型重要贯通，有 必要时也可以考虑向上级兄弟单位求援，借用和租用先进的仪器，或由矿务局出 面组织几个矿的测量人员进行测量，并把最终成果互相对比检核，以期更有把握。 2 ．7 ．3 进行贯通误差预计 贯通测量误差预计就是按照所选定的测量方案与测量方法，应用最d x z - 乘 原理准则及误差传播定律，对贯通精度的一种估算。它是预计贯通实际偏差最大 可能出现的限度，而不是预计贯通实际偏差的大小，因此，误差预计只有概率上 的意义。其目的是选择适当的测量方法，做到贯通心中有数。在满足采矿生产的 前提下，既不由于精度太低而造成工程损失，影响正常安全生产，也不盲目追求 高精度而增加测量工作量。根据所选择的仪器和方法，确定各种误