贯通测量

贯通测量

第3章矿井的贯通测量

3.1贯通测量主要任务

（1）根据贯通巷道的种类和允许偏差，选择合理的测量方案和测量方法。重要贯通工程，要进行贯通测量误差预计。

（2）根据选定的测量方案和测量方法进行各项测量工作的施测和计算，以求得贯通导线最终点的坐标和高程。各种测量和计算都必须有可靠的检核

（3）对贯通导线施测成果及定向精度进行必要的分析，并与误差估算时所采用的有关参数进行比较。若实测精度低于设计的要求，则应重测。

（4）根据求得的有关数据，计算贯通巷道的标定几何要素，并实地标定贯通巷道的中线和腰线

（5）根据掘进工作的需要，及时延长巷道的中线和腰线。定期进行检查测量和填图，并根据测量结果及时调整中线和腰线。

（6）巷道贯通后，应立即测量贯通实际偏差值，并将两边的导线连接起来，计算各项闭合差。还应对最后一段巷道的中腰线进行调整。

（7）重要贯通工程完成后，应对测量工作进行精度分析，作出技术总结。

3.2测量方案的选定

中良庄煤矿的井巷贯通采用两井之间的巷道贯通，由主井和风井井口，通过地面联测和联系测量，再布设井下导线到待贯通巷道的两端，指示巷道的正确贯通。中良庄矿需要在主副井和风井之间贯通回风上山，两井间的地面联测的平面控制测量采用GPS控制网，选用D级网。主副井采用两井定向，风井采用一井定向。贯通相遇点K在水平重要方向上的误差来源包括地面平面控制测量误差、联系测量误差和井下平面控制测量误差。

3.2.1地面采用GPS布网时的贯通误差预计

地面采用GPS布网时的贯通误差预计：由于地面GPS测量误差所引起的K点

在x"轴方向上的贯通误差按下式计算Mx"=±MsABCOSα"AB

式中MsAB近井点和端点之间的边长中误差，按MsAB=±√a2+(bS)2计算

a固定误差，对于D级GPS网，a≤10m；b比例系数误差，D级GPS网，b≤10*10-6；

α"AB两近井点连线与贯通重要方向x"轴之间的夹角。

3.2.2导入高程误差

导入高程误差：风井与主副井之间的地面水准测量按四等水准要求施测，往

返独立观测。导入高程采用长钢丝法。井下高程测量平巷中采用水准测量往返测，斜巷中采用三角高程与导线同时施测。以上高程均独立观测两次。规程中规定：两次独立导入高程的互差不得超过井筒深度h的1/8000，则一次导入高程的中误差为MH=±h/8000*(1/2√2)

主井和风井的导入高程中误差应分别计算。

2.1贯通测量误差分析

（1）贯通相遇点K在水平重要方向上的误差预计

导线测量的测角误差引起的K点在x"方向上的误差大小为Mx"β=±mβ/ρ*（√∑R2yi）

井下采用光电测距仪测量距离，则由导线测边误差引起的K点在x"方向上的误差为

Mxj=±√m2licosα"i

K点在x"方向上的预计中误差为Mx"k=±√M2x"β+M2xj若导线独立观测n次，则n次算数平均值的中误差为Mx"k平=Mx"k/√n

取两倍的中误差作为K点在x"方向上的预计误差，则Mx"k预=2Mx"k平

（2）测量误差引起贯通相遇点K在高程上的误差预计当认为水准测量每千米观测高差中误差都相同时，按下式进行估算水准测量的中误差MH水=±m公里√R

MH水水准测量观测高差中误差

M公里每1千米水准测量高差中误差R水准测量总长度，千米。导入高程引起的K点高程误差MH0=±h/8000*(1/2√2)

MHK高=±√(M2H水+M2H0)/n则MHK预=2MHK高

扩展阅读：贯通测量毕业设计

前言

我国煤炭行业对我国的经济发展起到越来越来重要的作用。煤炭是我国应急和社会发展的重要战略资源。在矿山中最大的工程即是井巷贯通。在贯通中要保证各掘进面均沿着设计位置与方位掘进，使贯通后接合处的偏差不超限，避免对采矿生产造成严重的影响。如果贯通测量过程中发生错误未能贯通或接合处的偏差值超限都将影响井巷质量，甚至造成井巷报废人员伤亡等严重后果。在经济上和时间上给国家和企业造成很大的损失。为此测量人员有必要将贯通设计有关的理论掌握。

我国的能源资源中，煤炭资源最为丰富。据1997年完成的全国第三次煤炭资源预测与评价，201*m深度内的煤炭总资源为5.57万亿t，1000m深度内为2.86万亿t截止1996年末，全国累计保有储量为10024.9亿t，探明储量为6044亿t。201*年煤炭在一次资源结构中所占比重达67％，在国民经济发展中占有十分重要的地位。在开采方式上，中国井工作业的煤矿占95％，井深平均在-400m以下，与世界各产煤国家相比，不但煤系、地层构造复杂，而且矿井事故多发。煤矿生产安全历来为我党和国家所重视，新中国成立以来，经过煤炭战线各级领导、工程技术人员和广大职工几十年的艰苦努力，全国煤矿生产状况与解放前相比发生了根本性的变化。党的十一届三中全会以来，我国煤矿迎来了科技的春天，特别是近十几年来，全国煤矿坚决贯彻“安全第一，预防为主，综合治理，总体推进”的指导思想，向安全、高效、洁净、环保、机械化、自动化方向迅速发展，煤炭工业在生产、建设、科研、教育等方面都积累了丰富的经验，一些领域的科技接近或达到国际先进水平。为了系统地总结我国煤炭科技近二十年来取得的研究成果，推动煤矿生产技术水平和管理水平的提高。

目录

1矿井及贯通巷道概况.....................................................................................1

1.1交通位置.............................................................................................11.2地形、地势情况...................................................................................21.3贯通巷道概况......................................................................................32矿区地面控制测量.........................................................................................3

2.1矿区地面平面控制测量........................................................................32.2矿区地面水准测量...............................................................................43矿井联系测量................................................................................................4

3.1定向测量.............................................................................................43.2导入高程测量....................................................................................104矿井井下控制测量......................................................................................11

4.1井下平面测量....................................................................................114.2井下水准测量....................................................................................125贯通测量方案设计与精度分析.....................................................................13

5.1平面测量方案设计.............................................................................135.2高程测量设计....................................................................................226贯通测量方案选择......................................................................................26

6.1近井网方案的选择.............................................................................266.2定向方案的选择.................................................................................276.3井下基本控制导线的选择..................................................................276.4高程测量的方案选择..........................................................................277巷道贯通测量误差预计...............................................................................27

7.1贯通允许误差参数确定......................................................................287.2贯通相遇点K在水平重要方向的误差预计.........................................297.3贯通相遇点K在竖直方向的误差预计................................................298贯通测量的技术路线中应注意的问题..........................................................319结束语........................................................................................................32致谢................................................................................................................33参考文献........................................................................................................34附录................................................................................................................35

1矿井及贯通巷道概况

1.1交通位置

高庄煤矿位于滕南矿区的西南部，滕南矿区位于山东省西南部，京沪铁路西侧，地处枣庄市滕州市和济宁市微县境山内。高庄矿原为付村井田西区，井口东至付村矿约2.6km。官（桥）柴（里）铁路专用线横贯矿区中部，已建成通车。京杭运河流经本井田，南水北调工程竣工后，年运输能力为201*万t。矿区内公路四通八达。因此，矿区内水陆交通运输方便。交通位置见图1-1。

井田交通位置图至济宁至兖州北至山亭滕县河级索金庄区泉上井田西岗柴里井田蔡园井田邵阳湖蒋庄井田田陈井田京官桥欢矿城代庄矿七五生建矿许楼区沪铁路荆新高庄井薛峄大屯井闸付村井河山下微山湖三河口井田大断层引运河微山河薛城孔庄井微山湖金源矿井沛县江苏省图1-1-1图1-1交通位置图

1.2地形、地势情况

滕南矿区范围内地形平坦，地面标高一般在+33~+64m，为一由东北向西南缓慢下降的滨湖冲积平原，地形自然坡度为千分之一。矿区西临昭阳湖、微山湖，与其接壤地带即本井田低洼地段，以平缓下坡伸向湖区。

高庄煤矿范围内地面标高+32~+43m，与微山、昭阳两湖接壤，地势低洼，多为洼地和湖区。湖区范围内，除东股闸下引河与卫河间夹一平方公里陆地外，标高一般在+32.0m以下，全被湖水淹没。将南四湖分为上、下两级湖的二级坝从本

区的北部穿过。

1.3贯通巷道概况

为了解决高庄煤矿深部煤层的开采，改善通风条件，将高庄煤矿新副井和东风井合并为一对新立井提升，解决开凿高庄煤矿-350m总回风大巷。为加快该工程进度采取两井同时以全断面相向掘进的施工方法。

贯通测量路线井下符合长度为2542m，其中新副井和东风井为开凿的新井尚未掘进，根据两井的掘进速度决定在东风井距离k点1538m处相遇贯通。施工巷道所在岩层地质情况比较简单，围岩稳定，地压不大，支护方式一律采用喷浆。巷道掘进施工为风动式开凿围岩机打眼，铲斗式装岩机装车运输。

两井深至-350m水平为600m，贯通巷道边坡度为，巷道断面一般宽为3.5m，拱高2.5m。

2矿区地面控制测量

2.1矿区地面平面控制测量

1）近井点是矿山测量的基准点，在建立GPS网近井点时应满足下列要求：近井点应埋设在视野开阔处，点周围视场内不应有地面倾角大于15度的成片障碍物，以免阻挡来自卫星的信号。同时应避开高压输电线等设施，其最近不得小于200米。2）准备工作

仪器设备：GPS接收机，三脚架，米尺人员组成：观测三人3）外业观测

为了确保该项工程的顺利实施决定采用GPS网建立地面独立平面控制网。采用静态定位方法，静态定位能够通过大量的重复观测来提高定位精度，GPS测量必须按《GPS测量规范》进行（见表2-1）。在《规范》中E级相当于常规测量的国家四等测量。在已知点架设仪器分别测定两个近井点，这样在地面建立起了平面控制系统，可以最大限度的消除地面控制测量误差对贯通相遇点K的影响。

表2-1GPS测量技术标准

等级E

水平均边/km10-5

仪器双频

图形强度10

观测时时段长段个数/min2

60

高度角15

精度指标/mm1020

2.2矿区地面水准测量

1）井口水准点的建立

埋设水准基点两个通过两水准基点布设四等水准符合路线2）准备工作

仪器设备：s1级N3水准仪一台，铟钢水准尺一对，尺台一对人员组成：观测一人，记录一人，前后视各一人3）外业观测

两风井的高程控制测量按《国家水准测量规范》有关地面四等水准测量规定执行。采用N3水准仪测定井口高程基点的高程，四等水准测量独立进行两次取平均值。

4）内业计算：符合水准路线闭合差：

fh20mmL（2-1）

3矿井联系测量

3.1定向测量

1）准备工作

仪器设备：GAK-1陀螺经纬仪一台，温度计一支，花杆一个人员组成：观测一人，记录一人，后视一人

2）外业观测

为了提高定向的精度采用悬挂钢丝的方法井下传递平面坐标。地面用J2经纬仪测角.井下用J2经纬仪测角。用陀螺定向方法传递方向，采用GAK-1陀螺经纬仪字两风井分别进行陀螺定向，定向时采用逆转点法观测，作业方法和限差要求按规程》有关规定执行。每井同独立进行三次取平均值。3）内业计算

风井：采用陀螺边定向。陀螺经纬仪定向的作业过程：①在地面已知边上测定仪器常数

由于陀螺仪轴衰减微弱的摆动系数保持不变，故其摆动的平均位置可以认为是假象的陀螺仪轴的稳定位置。实际上，因为陀螺仪轴与望远镜光轴及目镜分划板零线所代表的光轴通常不在同一竖直面中，所以假象的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合。二者的夹角称为仪器常数，一般用表示。陀螺定向各角度之间的关系如（图3-1）所示。

图3-1陀螺仪定向示意图

仪器常数可以在已知方位角的精密导线边或三角网边上直接测出来，测定仪器常数实际上就是测定已知边的陀螺方位角。在下井定向之前，在已知边上测定仪器常数2～3次，各次之间互差对于GAK-1型陀螺经纬仪应小于40""。每次测量后，要停止陀螺运转1015分钟，经纬仪度盘应变换180°/(2～3)。②在井下定向边上测定陀螺方位角

井下定向边的长度应大于50m，如（图3-2）在C点仪器安装点安置好仪器，

5

"

测出目标边C"D"边的陀螺方位角，然后求出地理方位角。测定定向边陀螺方位角应独立进行两次，其互差对GAK-1型号的仪器应小于40″。③仪器上井后重新测定仪器常数

仪器上井后，在已知边上重新测定仪器常数2～3次。前后两次测定的仪器常数，其中任意两个仪器常数的互差对于GAK-1型仪器不大于40″。然后求出仪器常数的最或然值，并按白塞尔公式m为测定仪器常数的次数。④求算子午线收敛角

地面精密导线边已知坐标方位角α0，需要求算的井下定向边，也是要求出其坐标方位角α，而不是地理方位角A，因此还要求出子午线的收敛角0。如（图2-2）所示，地理方位角与坐标方位角的关系为：A000。子午线收敛角按下式计算：Ky（K为系数；y为点的横坐标）。子午线收敛角0的符号可由安置仪器点的位置来确定，即中央子午线以东为正，以西为负。⑤求算井下定向边的坐标方位角由（图3-2）可以看出：

＝A0T00T（3-1）井下陀螺定向边的坐标方位角为：

[vv]来评定一次测定中误差。式中nn1平－（3-2）AT由以上将式代入上式则：

）+（3-3）＝0－（T-T其中，0表示地面和井下安置陀螺仪地点的子午线收敛角的差数，可按

下式求得：

(y0y)（3-4）式中的单位为s；

32.23tan（当地面和井下定向点的距离部超过5～10km，纬度小于60°时采用）；为当地的纬度；y0和y为地面和井下定向点的横坐标（km）。

图3-2陀螺仪定向示意图

⑥陀螺仪悬带零位观测

悬带零位是指陀螺马达不转时，陀螺灵敏部受悬挂带和导流丝扭力作用而引起扭摆的平衡位置，就是扭力矩为零的位置。这个位置应在目镜分划板的零刻线上。在陀螺仪观测之前和结束后，要作悬带零位观测，称为测前零位和测后零位观测。测定悬带零位时，先将经纬仪整平并固定照准部，下放陀螺灵敏部从读数目镜中观测灵敏部的摆动，在分划板上连续读出三个逆转的读数，估读到0.1格，按下式计算零位：

L1a1a3(a2)（3-5）22式中，a1、a2、a3为逆转点读数，以格数计。

同时还需要用秒表测定自动摆动周期T1,零位观测完毕，托起并锁紧灵敏部，如测前与测后悬挂零位变化在±0.5格以内，且自摆周期不变，则不必进行零位校正。当超过±0.5格时，就要进行校正。如果陀螺定向时井上、下所测得的零位变化超过0.3格时，应加入改正数。零位改正计算公式为：

＝a（3-6）式中，a零位变动，amh，其中m为目镜分划板分化值，h为零位格数；

T12T22零位改正系数，，其中T1、T2分别为跟踪和不跟踪摆动

T22周期。⑦粗略定向

在测定已知边和定向边的陀螺方位角之前，必须把经纬仪望远镜视准轴置于近似北方，也就是粗略定向。配有定向罗盘的陀螺仪，可以用罗盘进行；如在已知边上测定仪器常数时，可利用已知边的坐标方位角及仪器站的子午线收敛角来直接寻找近似北方。当在未知边定向，且仪器无罗盘附件时，则可以利用仪器本身来寻找北方。该方案采用两逆转点法。仪器在测站安置好后，将经纬仪视准轴大致摆在北方向后，启动陀螺马达，到达额定转速后，下放陀螺灵敏部，松开经纬仪水平制动螺旋，用手转动照准部跟踪灵敏部的摆动，使陀螺仪目镜视场中移动着的光标像与分划板零刻划线随时重合。当接近摆动逆转点时，光标像移动慢下来，此时制动照准部，用水平微动螺旋继续跟踪，达到逆转点时，读取水平读盘读数u1；松开制动螺旋，按上述方法继续向反方向跟踪，到达另一逆转点时，再读取水平度盘数u2。锁紧灵敏部，制动螺旋马达，按下式计算近似北方在水平度盘上的读数：

N"1(u1u2)（3-7）2转动照准部，把望远镜摆在N"读数位置，再加上仪器常数和子午收敛角，这时视准轴就指向了近似北方向。指北精度达3"。⑧精密定向

精密定向就是精确测定已知边和定向边的陀螺方位角。该设计方案采用逆转点法精密定向，观测时陀螺经纬仪在一个测站的操作程序如下：

严格整置经纬仪，架上陀螺仪，以一个测回测定待定或已知测线的方向

值，然后将仪器大致对正北方向；

锁紧摆动系统，启动陀螺马达，待达到额定转速后，下放陀螺灵敏部，

进行粗略定向，制动陀螺并托起锁紧，将望远镜视准轴转到近似北方向位置，固定照准部，把水平微动螺旋调到行程范围的中间位置；打开陀螺照明，下放陀螺灵敏部，进行测前零位观测，同时用秒表记下

自摆周期T3，零位观测完毕，托起并锁紧灵敏部；

启动陀螺马达，达到额定转速后，缓慢地下放陀螺灵敏部到半脱离状态，

稍停数秒钟，再全部下放。如果光标像移动过快，再使用半脱离阻尼限幅，是摆幅大约在1°～3°范围为宜。用水平微动螺旋微动照准部，让

光标像与分划板零刻线随时重合，即跟踪。跟踪要做到平稳和连续，切忌跟踪不及时，在摆动达到逆转点时，连续读取5个逆转点读书u1、u2u5如（图3-3）所示。然后锁紧灵敏部，制动陀螺马达。跟踪时还需用秒表连续测定连续两次同一方向经过逆转点的时间，称为跟踪摆动周期T1。

摆动平衡位置在水平度盘上的平均读数NT，称为陀螺北方向值，用式（3-9）计算：

1NT(N1N2N3)（3-8）

3其中N1、N2、N3由（式2-11）求得

13N1(1u2)22124N2(（3-9）u3)

2215N3(3u4)22

陀螺仪相邻摆动中值及间隔摆动中值的互差，对15""级仪器应分别不超过20""和30""。

测后零位观测，方法同测前零位观测。

以一测回测定待定或已知测线的方向值，测前测后两次观测结果的互差

对J2和J6级经纬仪分别不得超过10″和25″。取测前测后两测回平均值为测线方向值。

图3-3用逆转点法观测

精度评定：仪器常数测定误差：

mn1vv（3-10）

井下定向边两次定向平均值中误差：

m平2m（3-11）33.2导入高程测量

1）准备工作

仪器设备：测距仪一台，单棱镜一对，平面反光镜一个，脚架一个，s1级N3水准仪一台，铟钢水准尺一对

人员组成：观测二人，记录二人，前后视各二人2）外业观测

在地面井口附近设一点即近井水准基点A，其高程为HA，在井底车场设一点B，其高程待求。在地面与井下安置水准仪，并在A、B两点所立的水准尺上读取读书a和b。设地面和井下两水准仪视线之间的距离l，则A、B两点的高差h按下式求出：

hlab（3-12）

=l(ba)

计算出了h，就能算出B点在统一坐标系统中的高程为：

HBHAh（3-13）

3）内业计算两次测量互差应小于

H平均值，每次三测回，独立施测两次。80004矿井井下控制测量

4.1井下平面测量

1）导线点的设置

全长为永久导线点。其编号以罗马字母，英文字母，阿拉伯数字组成，选择线点的位置时，应当全面综合考虑以下几个方面：

相邻导线点之间通视良好，并尽可能使点间距大些；为了避免运输干扰，应尽量将点设在远离运输轨道的一侧；

导线点应当选在巷道稳定、安全、便于安置仪器进行观测的地方，避开

淋水，片帮落石和其他不安全因素。

选点工作通常由三人完成，在保证相邻点通视的条件下，同时选出后视、中间测站和前视三个点，并将后视点及中间点固定，而前视点需待三人继续往前选点时再最后确定。2)准备工作

仪器设备：J2经纬仪一台，测距仪一台，脚架机座3套，单棱镜2个人员组成：观测一人，记录一人，前后视各一人3）外业观测

井下导线分别从两风井底起始边开始按《规程》有关井下15"导线的规定施测。采用J2经纬仪测回法测倾角和水平角，测距采用三架法。4）内业计算

施测两次，角度闭合差：

22f允2mnm和f允30"n1n2（4-1）

4.2井下水准测量

1）井下水准点建立

每间隔400m设置水准点一组，每组二个间距30m2）准备工作

仪器设备：s3水准仪一台，水准尺一对，人员组成：观测一人，记录一人，前后视各一人3）外业观测

井下平巷采用几何水准测量，斜巷三角高程测量，按《规程》有关规定执行。几何水准测量采用s3水准仪两次仪器高方法进行测量。为了减少通过斜巷传递高程误差在斜巷中采用光电测距和经纬仪高程法进行测量，以上均取两次平均值。斜巷中三角高程测量与导线同时施测，施测方法如（图4-1）所示。

图4-1井下三角高程测量

安置经纬仪于A点，对中整平。在B点悬挂垂球。用望远镜瞄准垂球线上的标志b点，测出倾角，用钢尺丈量仪器中心到b点的距离l"，量取仪器高i及觇标高v。

由图可知，B对A点的高差的计算公式为：

hl"siniv（4-2）式中，l"实测斜长，基本控制导线应是经三项改正后的斜长；垂直角，仰角为正，俯角为负；i仪器高，由测点量至仪器中心的高度，测点在底板时为正值，顶板时为负值；v觇标高，由测点量至照准目标点的高度，测点在在底板时为正值，顶板时为负值。

每条导线边两端往返测高差的互差不大于10mm+0.3mml(l为导线水平边长，以m为单位)，每段三角高程导线的高差往返测互差不应大于100mmL（L为导线长度，以km为单位）。当高差的互差符合标准后，应取往返测高差的平均值作为一次测量结果。以上高程测量均独立进行两次4）内业计算

两次施测高差闭合差小于15mmR取两次平均值。

5贯通测量方案设计与精度分析

5.1平面测量方案设计

A矿近井点的布设方案

平面贯通测量允许误差为0.5m，则其中误差为0.25m。该项中主要来自近井点误差、定向误差、井下导线误差。近井点应埋设在便于观测、保存，不受开采影响且便于向井口布设连接导线的地点。1）GPS网设计

为了保证GPS观测效果的可靠性，有效的发现观测成果中的粗差.必须使GPS网中的独立边构成一定的几何图形。常规测量中对图形设计事一项非常重要的工作。而在GPS网图形设计时因GPS同步观测不要求通视，所以其图形设计具有较大的灵活性。GPS网图形设计主要取于用户的要求，经费，时间，人力以及所

投入接受机的类型.数量和后勤保障条件等[1]。

为保证GPS网图形精度，应以两个高级点为基础，保证精度的前提下根据本矿区实际情况，以A.B两高级点为基础，采用边连式的图形。精度估算如下：

Mx"上Mscos10cos457mm（5-1）其中，Ms近井点之间边长误差。

Msa2bs102201*6166010mm（5-2）

2其中，a固定误差；b比例误差；S边与贯通重要方向之间夹角。2）光电测距精密附和导线

光电测距仪是一种光机电结合于一体的测距装置，是测绘仪器中发展比较迅速的一类新型仪器，它的出现使精密测距工作发生了变革随着我国煤炭工业现代化的迅速发展，光电测距技术在煤矿测量工作中得到越来越重要的作用[3]。绘制比例尺为1：201*的误差预计图，在图上根据商定的贯通相遇点K点，过K点作x"轴和y"轴（y"轴沿待贯通的水平大巷中心线方向，x"轴与y"轴垂直），并在图上标出设计导线点的位置。精度估算如下：测角误差：mx"上上Ry2上上430649225mm（5-3）2y"其中，上地面导线测角中误差；R投影平方和而得。量边误差：mx"l上K与各导线点连线在y轴上的

"m上2cos183.40714mm（5-4）lmlabD0.005510614267mm

其中，ml测距中误差；a固定误差；b比例误差；D距离值。导线总误差：

mx"上25214229mm

14

B定向测量方案1）一井几何定向

两风井采用一井几何定向，在两井内各下两根钢丝如，顶中盘法摆动投点在井底选一结点后视近井点。观测两钢丝，地面以5"导线施测连接导线，井下布设7"导线连接。

风井：采用一井定向，两钢丝间距3.0m。一井定向采用连接三角法，在井筒内挂两根垂球线，采用垂球线单重稳定投点法。一井定向的连接方法为：连接三角形法的示意图如（图5-1）所示，由于不能在垂球线A、B点安设仪器，因此选定井上下的连接点12与Ⅱ1，从而在井上下形成了以AB为公用边三角形AB12和ABⅡ1，一般把这样的三角形称为连接三角形。从井上下连接三角行的平面投影可看出，当已知11点的坐标及11-12边的方位角和地面三角形各内角及边长时，便可按导线测量计算法，算出A、B在地面坐标系统中的坐标及连线的方位角。同样，已知A、B的坐标及其连线的方位角和井下三角形各要素时，再测定连接角，就能计算出导线边起始边Ⅱ1-Ⅱ2的方位角及Ⅱ1点的坐标。风井：采用一井定向，两钢丝间距3.0m。一井定向采用连接三角法，在井筒内挂两根垂球线，采用垂球线单重稳定投点法。一井定向的连接方法为：连接三角形法的示意图如（图5-1）所示，由于不能在垂球线A、B点安设仪器，因此选定井上下的连接点12与Ⅱ1，从而在井上下形成了以AB为公用边三角形AB12和ABⅡ1，一般把这样的三角形称为连接三角形。从井上下连接三角行的平面投影可看出，当已知11点的坐标及11-12边的方位角和地面三角形各内角及边长时，便可按导线测量计算法，算出A、B在地面坐标系统中的坐标及连线的方位角。同样，已知A、B的坐标及其连线的方位角和井下三角形各要素时，再测定连接角，就能计算出导线边起始边Ⅱ1-Ⅱ2的方位角及Ⅱ1点的坐标。

1112ABⅡ1Ⅱ2图5-1三角示意图

在选择井上下连接点12与Ⅱ1时，应满足下列要求：

a点12与11及点Ⅱ1与Ⅱ2应彼此通视，且12-11和Ⅱ1-Ⅱ2的长度应该尽量大于20m.当12-11边小于20m时，在12点进行水平角观测，其仪器必须对中三次，每次对中应将照准部（或者基座）位置变换120°；

b点12与Ⅱ1应该尽可能地设在AB延长，使三角形锐角应小于2°，这样边构成最有利的延伸三角形；

c点12和Ⅱ1应适当地靠近最近的垂球线，地面为B，井下为A，使a/c及b/′c之值尽量小些。

一井定向中投点误差影响比较大所以应采取一定的措施来减小投点误差的影响，其措施有：

a尽量增加两垂球间的距离，并选择合理的垂球线位置，尽量使两垂球线连线方向与气流方向一致，这样尽管沿气流方向的垂球线偏差可能很大，但是最危险的方向即垂直与两垂球线连线方向的偏斜却不大，从而可以减小投向误差；b尽量减小马头门处气流对垂球线的影响，定向时最好停止风机运转或增设风门，以减小风速；

c采用小半径、高强度的钢丝，适当加大垂球重量，并将垂球浸入稳定液中；d减少滴水对垂球线及垂球的影响，在淋水大的井筒，必须采取挡水措施，并

在大水桶上加挡水盖。

其中一井定向的工作组织包括：a准备工作

选择连接方案，作出技术设计；定向设备及用具的准备；检查定向设备及检验仪器；

预先安装某些投点设备和将所需用具设备等送至定向井口和井下；确定井上下的负责人，统一负责指挥和联络工作。b制定地面的工作内容及顺序；c制定定向水平上的工作内容及顺序；d定向时的安全措施：

在定向过程中，应劝阻一切非定向工作人员在井筒附近逗留；提升容器应牢固停妥；井盖必须结实可靠地盖好；

对定向钢丝必须事先仔细检查，放提钢丝时，应事先通知井下，只有当

井下人员撤出井筒后才能开始；

垂球未到井底或地面时，井下人员均不得进入井筒；

下放钢丝时应严格遵守均匀慢放等规定，切忌时快时慢和猛停，因为这

样最易使钢丝折断；

应向参加定向工作的全体人员反复进行安全教育，以提高警惕。在地面

工作的人员不得将任何东西掉入井内，在井上工作的人员均应配带安全带；

定向时，地面井口自始至终不能离人，应有专人负责井上、下联系。精度估算如下：根据《规程》规定及有关资料的分析

m6"；mi5"；m上5"；m下7"

a6.4m；b11.5m；c5.2m；d43m

a15.7m；b110.8m；c15.2m；d121.6m

mAm上n5"27"（5-5）其中，n测回数。

mi222m24"（5-6）

3d测角时仪器对中的线量误差。其中，mi一个测回的测角方法误差；

maam7"（5-7）c其中，m测角的误差。ma1a1m7"（5-8）cmi22226"（5-9）m13d1mm下7"

24"（5-10）

c定向误差：

m49164936494957630"Mx"新m3Ry"新m391276mm（5-11）

Mx"东mmRy"东25221mm（5-12）33Mx"定79mm

2）陀螺定向

两风井：采用陀螺边定向，采用GAK-1型陀螺经纬仪。陀螺仪定向联系测量由三部分组成：

a经立井由地面向定向水平投点；b井上、下与垂球线连接测量；

c井下基本控制导线起始边的陀螺经纬仪定向。

立井采用陀螺经纬仪定向时的联系测量平面图如（图5-2）所示。图中C为近井点；DC为起始方向；E9为井下控制导线起始边即陀螺定向边；1、2是井下连接导线点。点2与9、E组成一组井下永久导线点，点1可采用临时点。

DC风井129EA图5-2一立井用陀螺仪定向时的联系测量平面图

a投点

由于立井较深、井筒中淋水、尘雾较大，为了保证精度要求，所以采用钢丝投点法。为尽量减少或不占用井筒的提升时间，垂球线布设在管子间。投点采用单重稳定投点。b连接

地面连接：在C点安置仪器与垂球线A连接，测角、量边的精度按《煤矿测量规程》中执行。

井下连接：由陀螺定向边E9起敷设或15″级导线至2、1点。在1点架仪器与垂球线A的稳定位置连测，连接精度要求同15″导线。井上、下连接导线与垂球线A的连接都应独立进行两次，其最大相对闭合差对地面二级导线不大于1/10000（光电测距导线）。c定向

在选定的起始边E9上进行陀螺经纬仪定向，求出该边的坐标方位角0。陀螺定向采用逆转点法。定向可在投点连接前完成，也可在连接后再进行。根据艾友矿-350m总回风大巷贯通工程的掘进速度工作条件等实际情况可将贯通相遇点k选在待掘进巷道的中点附近。由于井下导线全长2542m，01-k点的全长为1538m，k-13点的全长为1004m，01-02边和13-14边加测陀螺定向边：则定向方差与测角方差比值：

2m152q229（5-13）

m5查表0时n01k1538100411n13k7140140L1140111540m1500m

L21407980m

因此应在11-12边和20-19边加测陀螺定向边，由于距离不是很长只要注意施测的方法和精度不出现粗差可以保证k点的贯通允许误差。所以在11-12边和20-19边决定不加测陀螺定向边。mx"陀kk22RR"yy"72mm（5-14）20214mC井下基本控制导线

1)7"经纬仪测距仪导线

在加测陀螺定向边的前提下采用7"经纬仪测距仪导线，一般边长140m为要求施测按《规程》有关规定。精度估算如下：测角误差：mx"下下22"Ry下下241mm（5-15）

量边误差：mx"下12m下Lcos2"10mm（5-16）

mlabD0.0055106D5mm

井下导线总误差：

mx"下42210242mm2）15"经纬仪测距仪导线测角误差：mx"下

下2R2y"下下288mm（4-17）

量边误差：mx"下12m下Lcos2"10mm（5-18）

井下导线总误差：

mx"下88210289mm3）设起算点无误差只有起算方向有误差：

m为井下起算方向误差

Ry1（5-19）

mmyRx1mx其中，Ry1Rx1各结点与终点K连线在x"y"轴上的投影长度。

222Mmmn（5-20）

mMx180mmMx231mm

My140mmMy2116mm2MxK611M20K36"2"MyK38M12K46M20K36"MK25mm"M12K46此数据不能作为井下导线的精度分析，在此只是验证一井几何定向的方位角误差对井下导线的精度影响。4）井下导线角度平差

为了提高井下经纬仪导线的精度，除了用陀螺经纬仪定向测定井下导线起始边的方位角外还可每隔一定距离用陀螺经纬仪加测一些导线边的方位角。由于巷道不是很长两端加测陀螺边可保证精度[10]。等精度测角，角度闭合差允许值为：

22nm74"（5-21）f容22m1212.........19n180f56"（5-22）小于允许值可进行角度平差。

陀螺定向边作为坚强方向的判别式：m22110.7（5-23）

3mn30陀螺定向边不可作为坚强边，陀螺定向边也参加角度平差。

i均为等精度观测值估条件方程式为：

v1v2v1v2..........v19f0（5-24）定向坐标方位角权为：

P1P2权倒数为：q1q2组成法方程为：

2mm20.2（243）

150.2NKf0（5-25）Nnq1q2191029（5-26）KfN2"（5-27）

计算改正数：v1v2.......v19K2"v1v22"

5.2高程测量设计

A井口水准基点的建立方案

按《规程》第18条规定在新风井和东风井各建立井口水准基点两个，其点选在便于观测.保存和不受开采影响的地区。按《规程》要求埋石，按四等水准测量规格在矿区进行水准测量。精度估算如下：

水准路线R=9.98km其往返闭合差

fh20R63mm（5-28）

高差中误差：

6332mm2B立井导入标高测量方案

mh1）长钢丝法方案

两立井深60m，长钢丝法投入标高较为方便可行。施测时将1mm的钢丝缠在小绞车上，悬挂5kg经井筒缓慢下放至-350m处，确定自由悬挂后换上重砣。井上下各安置水准仪分别在钢丝上做标记（见图5-3）同时井上下水准基点上立尺读数独立进行两次。精度估算如下：两次导入允许互差：HH75mm（5-29）8000一次导入中误差：mH导H26mm（5-30）222）光电测深法

测深可用大功率光管的光电测距仪传递高程，在井下-350m处安置测距仪井盖上设置反

图5-3长钢丝导入高程

射镜，使其和井下反射镜在同一铅垂线上同时井上下各一台水准仪分别在水准点

上和反射镜上立尺读数。精度估算如下：

6m0.0055106008mm（5-31）H光

水准误差：

mH水0.002l10n0.00221mmv30（5-32）

其中,l每段距离平均值；v水准仪望远镜倍数；n测站立尺读数个数。

mH导82128mm

相对误差：

11T75000

C井下水准测量方案

1）按《规程》第64条规定井下平巷中采用级水准测量，施测规格执行各项规定。

井下水准路线长1824m以每百米级水准高差中误差为依据：

m1100L1001002mmv30（5-33）

1001mm（5-34）

m20.120高差中误差

m222123mm（5-35）mh水下mL31.8244mm（5-36）斜巷：经纬仪高程法

井下斜巷三段总长为418m，用J2经纬仪测角.斜边长140m可按导线施测进行具体要求执行《规程》有关规定。误差参数如下：

量仪器高的误差：mimu3mm

经纬仪瞄准误差：mv602"v经纬仪水准气泡符合误差：0.15"3"

mhl"al"cos5104112cos405mmmhl"al""cos510480cos404mm（5-37）

mal"""cos5104526cos201*mmhl""量边总误差：

mhl13mm

测倾角误差:

mmhLn其中，测倾角误差一测回时:

m2um2m2m2n3mmn=6mmhLn=5mm量仪器高的误差:

mhimi2610mm三角高程总误差：

mh三1325210217mm水准测量总误差:

m2h下172418mm2）斜巷光电测距和经纬仪高程法量边误差:

mhl"mcosn3cos402mmmcosn3cos352mmhl"mm6mmhl"mcosn3cos204

（538）5-39）

5-40）

5-40）5-41）

25（

（（（

测倾角误差:mhmLn=5mm（5-42）

量仪器高的误差:

mhimi2610mm（5-43）三角高程总误差：

mh三725210213mm水准测量总误差

mh下1324214mm

6贯通测量方案选择

方案的选择须考虑到经济技术仪器时间用户的要求等诸多方面，选择一个又满足精度要求使用经费最低的方案。使其两个综合考虑选择一个最优化的方案是我们所追求的目标。

6.1近井网方案的选择

GPS控制往的点与点间不需要通视.能提供连续的实时的位置.速度和时间信息。而且定位精度高，成本低经济效益高等特点。

导线网作为建立平面控制网的一种形式得到了广泛的应用。有布设灵活，推进迅速，容易克服地物障碍等优点。

GPS网在x"上的误差为7mm，两点误差椭圆计算得点位误差为

5mm.21mm相对误差椭圆18mm。导线网x"上的误差为29mm，点位误差

为0.42mm，边长相对误差为

1。通过以上分析比较综合考虑采用GPS网。

3000006.2定向方案的选择

由于两井从为做过定向测量因此只能采用陀螺定向，因为《规程》有关规定一井几何定向不能作为井下基本控制导线的控制方向。

6.3井下基本控制导线的选择

井下基本控制导线共设计两个方案均可满足本次贯通的精度要求，由于光电测距在矿区的广泛使用，因此两条导线均布设为光电测距导线。7"导线在x"上的误差为42mm，15"导线为89mm考虑到技术与经费饿问题选择15"光电测距导线为佳。

6.4高程测量的方案选择

地面高程控制测量仍采用四等水准测量进行。因为地面的外界条件与外界环境都优与三角测量的条件并费用最少。、

导入高程与定向中的投点方案相同，15"光电测深比长钢丝方便且精度高于长钢丝导入高程。

井下平巷中采用水准测量，斜巷随经纬仪测距仪导线同时进行三角程测量。这样在时间方面节省了许多，避免重复观测。

7巷道贯通测量误差预计

7.1贯通允许误差参数确定

本矿区各项测量的误差参数均根据《煤炭测量规程》中的限差规定求得。⑴地面导线的测角误差：根据规程得测角中误差

m上=±2.5"

⑵地面量边误差：按NTS-202全站仪的测距标称精度

mD=±（5+5ppm）mm

⑶井下导线测角误差：根据规程得7"级井下基本控制导线测角中误差

m下=±7"。

根据规程得15"级井下基本控制导线测角中误差

m下=±15"

⑷井下导线量边误差：根据Redmini2型测距仪的标称精度

mD=±（5+5ppm）mm

⑸地面水准测量误差：按照规程限差求算四等水准测量每千米的高差中误差

mhL上=±20=±7mm。22⑹导入高程误差：按照规程限差求得一次导入高程的中误差

8mmmH光5mm1ppmDm222123mm

⑻井下三角高程测量误差：根据规程反算求得每千米的高差中误差为mhL=±50mm。

⑺井下水准测量误差：根据规程求得每百米的高差中误差

7.2贯通相遇点K在水平重要方向的误差预计

⑴近井点的误差影响

地面采用GPS控制网因此只有边长误差影响

Mx"上Mscos10cos457mm（7-1）其中，Ms近井点之间边长误差。

M2s＝a2bs102201*6166010mm（7-2）

其中，a固定误差；b比例误差；S边与贯通重要方向之间夹角。⑵定向误差影响

mmkkx"陀2R22"02yR"14y72mm（7-3）⑶井下基本控制导线误差影响测角误差:

mx"下下2R2y"下88mm（7-4）

下2量边误差：

m2x"下12mLcos"10mm（7-5）

下井下导线总误差：

mx"下88210289mm⑷贯通相遇点K在水平重要方向的总误差

Mx"kmx"下mx"上mx"89272272115mm（7-6）

Mx"k预2Mx"k230mm

7.3贯通相遇点K在竖直方向的误差预计

⑴地面水准测量误差影响

29

水准路线R=9.98km其往返闭合差：

fh20R63mm（7-7）

水准测量误差：

mh水上mhlR109.9832mm（7-8）⑵导入高程误差影响

mH光0.00551066008mm（7-9）水准误差：

mH水0.002lvn0.002210301mmmH导82128mm两次导入高程平均值：

Mh导827mm⑶三角高程误差影响量边误差:

mhl"mcosn3cos402mmm3cos352mmhl"mcosnmcosn3cos2046mmhl"m测倾角误差

mmhLn=5mm量仪器高的误差:

mhimi2610mm三角高程总误差：

mh三725210213mm⑷井下水准测量误差影响高差中误差:

m222123mm

（7-10）（7-11）7-12）

6-13）

7-14）（7-15）30

（（（

mh水下mL31.8244mm（7-16）⑸通相遇点K在竖直方向的总误差

MHK322721324235mm

MHK预35270mm

以上计算说明该贯通巷道杂水平和竖直方向上的误差预计Mx"K预230mm，

MHK预70mm，均小于允许偏差的要求，则本设计所采用的方案在精度上可行能满足贯通工程规定的要求。

8贯通测量的技术路线中应注意的问题

1）注意原始资料的可靠性，起算数据应当准确无误。使用地面控制网的资料时，必须对原网的精度.控制网点位是否受到采动影响等了解清楚，必要时应实地进行检查测量。

对于地面控制点和井下测量起始点，务必查明确无破坏和位移后方能使用。对于工程设计的资料，特别是巷道的方位，坐标，距离，高程，坡度等，要进行认真的检核。

2）各项测量工作都要有可靠的独立检核。要进行复测复算，防止产生粗差。对于重要的贯通工程，在进行复测时，应尽可能换人观测和计算，条件允许时，最好换用测量仪器和工具，复测合格后方可施工。

3）精度要求很高的贯通工程。要采取提高精度的相应措施。例如，设法提高定向测量的精度，有可能时，可加测陀螺定向边，并进行平差；在施测高精密导线时，要尽可能增大导线边长，并用光电测距仪量边。对井下边长较短的测站，要设法提高仪器的对中精度，如采取防风措施，采用光学对中，加大垂球的重量，增加重新对中的次数，或者采用三架法测量，省点法测量。斜巷中测角要注意仪器整平的精度，并考虑经纬仪的竖轴的倾斜改正。陀螺定向时要尽量消除外界不良环境条件对精度的影响，例如在地面测定仪器常数时，可将测站点因入室内进行观测，避免在室外高压线附近，或风大、气温低的测站上观测；井下亦可选在

硐室内观测，再引测到贯通导线边上，这样就减少了巷道中运输、风流等对陀螺定向观测的影响。

4）对施测结果要及时进行精度分析，并与原误差预计的精度要求进行比较，各个环节都不能低于原精度要求，必要时要进行返工重测。

5）利用测量成果计算标定要素时，注意不要抄错或用错已知数据资料。实地标定时，注意不要用错测点。井下测点的标志编号要醒目、清晰。

6）贯通巷道掘进过程中，要及时进行测量和填图，并根据测量成果及时调整巷道掘进的方向和坡度等。如采用全断面一次成巷施工，则在贯通前的一段巷道内可采用临时支护。铺设临时简易轨道，以减少巷道贯通后的整修工作量。

9结束语

本次设计为期时间虽短，却很好地达到了理想的效果，在很大程度上实现了理论联系实际，使老师课堂所传授的知识与实际得到了很好的结合，对矿山测量学有了更加深入的了解，特别是对贯通测量预计这方面的知识了解得更加透彻，掌握得更加牢固，主要体现在以下几个方面：

1）首先，体现在矿山测量的重要性方面。矿山测量被誉为矿山的“眼睛”是不无道理的。矿山测量是开发矿业过程中不可缺少的一项重要的基础技术工作。在勘探、设计、建设、生产各个阶段直到矿井报废为止，都要进行矿山测量工作。在贯彻执行安全、经济、合理地最大限度采出有用矿物的基本方针的过程中，矿山测量发挥了重要作用：在均衡生产方面起保证作用；在充分开采地下资源和采掘工程质量方面起监督作用；在安全生产方面起指导作用。

2）其次，贯通测量作为矿山测量的一部分，其重要性也是不可忽视的。贯通测量是一项非常重要的测量工作，矿山测量人员的任务就是保证各掘进工作面均沿着设计位置与方向掘进，使贯通后接合处的偏差不超过规定限差，这就要求矿山测量人员必须一丝不苟，严肃认真地对待贯通测量工作。因为贯通测量过程中发生错误未能贯通，或贯通后接合处的偏差值超限，都将影响井巷质量，甚至造

成井巷报废、人员伤亡等严重后果，在经济和时间上给国家造成很大损失，也使测量人员的信誉一落千丈。

3）最后，对贯通测量设计书的编制有了深入了解。编制贯通测量设计书的主要任务是选择合理的测量方案和测量方法，并进行贯通测量的误差预计。特别地，通过本次课程设计，我掌握了一井内巷道贯通测量的误差预计、一井几何定向巷道贯通测量的误差预计、井下导线加测坚强陀螺定向边后巷道贯通测量的误差预计等方法。

总之，通过本次设计，我不但加强巩固了理论知识、加强了动手能力而且更重要的是培养了认真、一丝不苟、不怕繁琐的工作精神，等等这些都为今后的学习、工作奠定了坚实的基础，使我对知识的认识与掌握程度有了更进一步的提高。

致谢

本设计在导师马振力教授的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着马振力导师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向导师表示深深的感谢和崇高的敬意。

本设计的完成也凝聚了系里许多老师的辛勤汗水，是他无私的帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向帮助过我的老师表示由衷的谢意。在论文的完成过程当中，同时得到了李文超、刘德松的热情帮助，一并表示深深地感谢!

参考文献

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[11]中华人民共和国能源部制定.煤矿测量规程[M].北京：煤炭工业出版社，1989

附录

1误差椭圆：

控制点的平面位置是用一对平面直角坐标来确定。坐标是由观测值的平差的值计算所得的，因为不可避免地带有误差，所以我们要对待定点的精度进行评定。1.1计算1.1.1点

2.470.220.110.280.340.090.270.70N=0.110.280.110.280.270.700.270.700.00020.00010.00100.00570.00090.00330.00230.0047=XX0.00110.00010.00490.00160.00250.00330.00610.0055Q点

KQx1x1Qyy4Qxy0.0031（1-1）

11111K0.0032QEE2Qx1x1Qyy11（1-2）

1QFF2Qx1x1QyyK0.000411

EFQEE0.1414dm0.05dmQFF

（1-3）

tgEQEEQxx1130（1-4）Qx1y1E8805"

1.1.2点

KQx2x2Qy0.00322y24Qx2y2QEE12QxQK0.34652x2yy22Q1FF2QxQK2x2yy0.728122EQEE0.2062dmFQFF0.15dmtgQEEQx2x2EQ1.1875x2y24953"E

1.1.3点点

QQQ2Q0.0071xxX1X1X2X2X1X2QyyQyy1Qy22y2Qy0.004211y2Qxy0.00010.00570.00010.00160.0041E0.0050.1768F0.09350.0086tg0.0086E0.00412.097624430"E

（1-5）

（1-6）

（1-7）1-8）

1-8）1-10）

1-11）

36

（（（（

2导线点的点位误差：

m222i21n1i1（1-12）222nnmn12m222myasinAibsisini2i212n1i1i1i1nm222mxacosAibsicosi2i1i1nn122其中，ii各导线点以其重心为坐标原点的重心坐标。

1ixixn1n111iyin1yn11设起始点坐标误差为零：

m2x10.25m2y10.13m2x20.15m2y20.13m2m2x21mx2xm20.1mmxx1m22m2ym2y21my2m2y20.08mm1my2点位误差：

m0.10.080.42mm

mc:mA33m4".33mD:mA44m5"

C边误差：

mm222cm0m5mm其中，m比例误差；m0固定误差；1T0.00515001300000D边误差：

（1-13）

（1-14）（1-15）（1-25）（1-26）

m对中误差。

37

22mDmm0m25mm（1-27）

10.0051T1500300000

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