测量矿井下平面及高程控制网的建立.docx
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测量矿井下平面及高程控制网的建立
题目:
寺家庄矿井下平面及高程控制网的建立
摘要
随着社会的发展,科技的日益更新,矿山联系测量技术也随着发展,各种先进的仪器也应用于矿山测量方面,使得测量的精度和效率都有了很大的提高。
本次联系测量的地方为寺家庄矿,寺家庄矿为单立井矿,服务年限73年,是一个大型国有煤矿。
关键字:
矿井联系测量定向导入标高近井点巷道剖面图
ABSTRACT
Withthedevelopmentofsociety,technologyisincreasinglyupdate,miningrelationmeasurementtechnologyalsowithdevelopment,variousadvancedinstrumentsalsousedinminesurveying,themeasurementprecisionandefficiencyhasimprovedalot.
Thisrelationmeasurementforthetempleofthehousewherethetemple,thexiezhuangcoalmineshaftforasinglehomevillageoforeandtheservicein'73,isalargestate-ownedcoalmines.Thedesignoftheoverallstructure:
projectprofiles,groundcontrolnetsofmeasuringset,minerelationmeasurementofthespecificstepsandestablishundergroundcontrolnets.Throughthisgraduationdesignmakesmemoreclear
Keywords:
M
目录
第一章绪论1
第一节毕业设计任务及目的1
第二节实习单位简介2
第三节毕业设计选题及资料来源3
第二章项目概述3
第一节项目区概述3
第二节项目的任务、内容及要求4
一、项目的内容4
二、项目的任务4
三、项目测量的技术要求4
第三节现有资料整理5
一、项目区数据的编制依据5
二、各项数据的来源5
第三章地面控制网的布设5
第一节地面控制网的概述5
第二节寺家庄矿地面近井点、井口水准基点的布设要求6
一、近井点和井口水准基点选点、埋石和造标的基本要求6
二、煤矿近井点及井口水准基点测量的精度要求7
第三节利用GPS测量近井点8
第四章矿井联系测量10
第一节概述11
一、一井定向11
二、导入标高11
第二节寺家庄矿主立井定向11
一、一井定向前期准备11
二、投点12
三、连接14
四、定向时的安全措施17
第三节主立井导入标高18
一、导入高程的实质18
二、全站仪导入高程的方法20
第五章寺家庄矿井下平面及高程控制网的测量22
第一节寺家庄矿井下平面控制测量方案及实施22
一、特点22
二、目的23
三、精度23
四、井下导线点的设置23
五、井下导线控制网布设的步骤23
六、井下导线测量的内业25
第二节寺家庄矿井下高程控制测量方案及实施27
一、概述27
二、井下水准测量28
三、井下三角高程测量的步骤28
四、巷道剖面图测绘29
总结与感想31
致谢32
参考文献33
第一章绪论
矿山联系测量是在矿山开采的各阶段中,使用测量仪器,采用相应的测量方法,根据矿山开采进度及施工要求进行的测量工作,以保证施工的顺利进行,并为工程竣工及运行管理提供必要的测量资料。
根据不同类型的工程,制定相应精度的控制方法,一般情况下,应采取先整体后局部,高精度控制低精度的原则。
第一节毕业设计任务及目的
矿山联系测量在矿山建设和采矿过程中,为矿山的规划设计、勘探建设、生产和运营管理以及矿山报废等进行的测绘工作。
矿山测量为地质勘探、矿山设计、矿山建设、运营以及矿山报废等各阶段所进行的测量工作的总称。
本次设计的目的是经过实际矿山联系测量的设计与实施,熟练掌握测矿山联系测量的基本方法与步骤。
顺利通过并毕业。
将矿区地面平面坐标系统和高程系统传递到井下的测量,称为联系测量。
将地面平面坐标系统传递到井下的测量称平面联系测量,简称定向。
将地面高程系统传递到井下的测量称高程联系测量,简称导入高程。
矿井联系测量的目的就是使地面和井下测量控制网采用同一坐标系统。
其必要性在于:
(1)需要确定地面建筑物、铁路和河湖等与井下采矿巷道之间的相对位置这种关系一般是用井上下对照图来反映的。
众所周知,由于地下开采而引起的岩层移动,往往波及地面而使建筑物遭受破坏,甚至造成重大事故。
如果采矿工作是在河湖等水体下进行,当地面出现的裂缝与井下的裂缝相通时,河水就有可能经裂缝流入井下而使整个矿井淹没。
因此,我们必须掌握采矿工作是在什么地区的下方进行着,以便采取预防措施。
(2)需要确定相邻矿井的各巷道间及巷道与老塘间的相互关系,正确的划定两相邻矿井间的隔离矿柱。
不然,就有可能发生大量涌水及瓦斯涌出,迫使采矿工作停顿,甚至造成重大安全事故。
(3)为解决很多重大工程问题,例如井筒的贯通或相邻矿井间各种巷道的贯通,以及由地面向井下指定的地点开凿下井或打钻孔等等都需要井上下采用同一坐标系统。
联系测量的任务在于:
(1)确定井下经纬仪导线起算边的坐标方位角;
(2)确定井下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y;
(3)确定井下水准基点的高程H。
前面两项任务是通过矿井定向来完成的;第三个任务是通过导入高程来完成的。
这样就获得了井下平面与高程测量的起算数据。
第二节实习单位简介
我的实习单位是阳煤寺家庄矿,通过半年的实习了解,我介绍一下该矿的情况。
山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司前身为寺家庄矿筹建处,公司正式成立于2005年11月17日,由阳煤集团和国电集团分别按照60%和40%的出资比例组建而成。
寺家庄公司距县城约8公里,属于阳煤集团平昔矿区的一个大型矿井,年设计生产能力600万吨,井田南北走向长17.3~16.5公里,东西倾斜宽6~9公里,面积123平方公里,可采储量6.65亿吨,其中主采煤层15号煤平均厚度5.48米,可采储量为4.93亿吨,矿井服务年限为73年。
矿井开拓方式为斜井、立井中央分列式开拓方式,15号煤采用大采高综采采煤工艺。
配套建设年处理原煤600万吨的选煤厂,采用动力煤跳汰选煤工艺,煤泥水厂内一级闭路循环。
主要产品有电力煤、洗混块、洗小块、洗粒煤、混煤、中煤、煤泥。
矿井铁路专用线接轨于井田东部阳涉铁路上的昔阳车站,可通过太焦线、韩长线外运;向北通过石太线外运通达全国各地。
寺家庄矿建设项目总投资概算约32亿元。
公司自成立以来就把“创新项目建设思路,打造高效数字化矿井”做为寺家庄公司建设目标。
坚持“以人为本,务实创新”的核心理念,立志通过运用先进的信息化技术和现代化的管理手段,统一思想,团结奋战,将寺家庄矿建设成为和谐、文明、安全、高效的数字化矿井。
工程建设项目于2005年8月1日举行开工仪式,经过寺家庄公司全体建设者近三年的顽强拼搏,目前,地面主体工程已基本完工,形象工程完成90%以上;铁路专用线工程预计年底完工;地面选煤厂预计年底竣工具备带煤试验条件;矿井主辅运输系统已经投运;虽然受到瓦斯突出的严重影响,但目前首采工作面的井巷掘进正积极稳妥向前推进,预计09年元月可出面。
矿井投产日期预计将在2009年6月1日前。
第三节毕业设计选题及资料来源
本次毕业设计选题主要是根据毕业设计指导书的要求及其所提供的选题类型结合自己在实习单位所实践的具体测量内容选定的题目。
再有自己在学校学习期间对矿山测量方面的知识比较熟悉,大概了解矿山测量的平面联系测量和高程联系测量。
设计的资料来源是实习时收集和总结的,再加上其它地方查阅的。
第二章项目概述
第1节项目区概述
本次实习在阳煤寺家庄有限公司,施工项目在山西省晋中市昔阳县境内,其地理坐标:
东经113°32′09″—113°39′28″;北纬37°30′52″—37°40′19″。
该区东部有阳涉铁路通过并与石太铁路相连,阳泉经昔阳到黎城的二级公路也通过该区。
昔阳县至阳泉38公里,石太铁路、太旧高速公路、307国道均从阳泉通过,东达石家庄,西达太原。
区内公路遍布,97%以上的村庄可通汽车,交通方便。
该区位于太行山北段西侧,地势西高东低,南高北低,地形复杂,切割剧烈。
大的沟谷为近东西向及北东向,较小沟谷纵横发育。
基岩大面积裸露,地面标高极值为1613.3—891米,属中低山地形。
该区属海河流域子牙河支流—滹沱河水系。
昔阳县属温带大陆性气候。
冬季少雪,春季多风,秋季较短,夏秋雨季集中。
历年平均降水量为592.0毫米,主要集中在7、8、9三个月,约占全年67%。
历年平均蒸发量为1879.6毫米,蒸发量远远大于降水量。
年平均气温为9.3℃,极端气温为-23.9—为37.9℃。
全年主导风向为西风,极端最大风速为21.0米/秒。
历年的11月中旬至次年4月中旬为降雪期,最大降雪厚度为23厘米,最大冻土深度为75厘米。
第二节项目的任务、内容及要求
一、项目的内容
本项目的测量的内容是矿井的联系测量,起始依据的校核,地面控制点,近井点和井口水准基点的选点、埋石和造标,近井点及井口水准基点测量主要内容是对阳煤寺家庄公司的矿井二、项目的任务
根据现有资料及数据建立矿井平面及高程三、项目测量的技术要求
第三节现有资料整理
一、项目区数据的编制依据
项目区数据的编著依据有:
国土资矿划字[2008]016号文,阳煤集团地测处得图纸,太原测绘局的地面坐标,阳煤集团矿区坐标系统。
二、各项数据的来源第三章地面控制网的布设
第一节地面控制网的概述
地面控制网包括平面控制网和高程控制网。
地面平面控制网是由相互联系的控制点构成的网。
在平面坐标系统内,以已知点为基础,根据控制的范围,选择一系列未知点,构成一定的图形,观察控制点之间的相对量,通过已知数据和观测数据、推算未知点的平面坐标。
选择平面未知点,并和已知点构成一定的图形,称为建立平面控制网。
平面控制网中的已知点和未知点称为平面控制点。
根据观测量和网形的不同,平面控制网分为三角网、侧边网、边角网、导线网和GPS网,相应的控制测量过程称为三角测量、三边测量、边角测量、导线测量和GPS测量,求出的坐标控制点又称为三角点、导线点和GPS点。
根据控制范围的大小和观测精度的高低,平面控制网又分成不同的等级。
国家平面控制网分为一等、二等、三等、四等共4个等级;地形平面控制网一般分为一级、二级和图根平面控制3个级别。
控制点的密度逐级加大,而精度逐级降低。
根据服务对象和作用不同,平面控制网分为国家基本平面控制网、城市及工程平面控制网和地形测图平面控制网。
地面高程控制网是由相互联系的高程控制点所构成的网。
高程控制网是大地控制网的一部分。
高程控制网用水准测量方法建立。
一般采用从整体到局部,逐级建立控制的原则,按次序与精度分为一、二、三、四等水准测量。
水准测量的施测路线,称为“水准路线”,一等水准路线是高程控制骨干,是研究地壳垂直移动和解决科学研究的主要依据。
各等水准路线上每隔一定距离埋设水准标石,该点称为“水准点”,即高程控制点。
高程控制网是建筑物区内地上、地下建筑物高程测设和传递的基本依据。
高程控制网布点的密度应恰当,一般每栋楼房应设置1~2个点,主要建筑物应设置3个点。
其测量方法可采用水准测量和光电测距中的三角高程测量方法。
高程控制网的等级为国家三、四等水准测量或等外水准测量等。
以上各等级都可作为建筑物区的首级高程控制。
第二节寺家庄矿地面近井点、井口水准基点的布设要求
地面近井点对于煤矿来说是至关重要的,近井点是通过建立地面控制网来建立的。
下面我就介绍一下寺家庄矿的近井点测设。
为了把地面坐标系统中的平面坐标及方向传递到井下去,在定向之前,必须在地面井口附近设立作为定向时与垂球线连接的点,叫做“连接点”。
由于井口建筑物很多,因而连接点不能直接与矿区地面控制点通视,以求得其坐标及连接方向。
为此,还必须在定向井筒附近设立一“近井点”。
为传递高程,还应设置井口水准基点。
近井点测设首先要说明测设过程中的各种要求,然后进行实际操作。
一、近井点和井口水准基点选点、埋石和造标的基本要求
近井点和井口水准基点是矿山测量的基准点。
在建立近井点和井口水准基点时,应满足下列要求:
(1)尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点。
当近井点必须设置井口附近工业厂房顶上时,应保证观测时不受机械震动的影响和便于向井口敷设导线;
(2)每个井口附近应设置一个近井点和两个水准基点;
(3)近井点至井口的连测导线变数应不超过三个;
(4)多井口矿井的近井点应统一合理布置,尽可能使相邻井口的近井点构成三角网中的一个边,或力求间隔的边数最少;
(5)近井点和井口水准基点标石的埋设深度,在无冻土地区应不小0.6m,在冻土地区盘石顶面与冻结线之间的高度应不小于0.3m。
(6)为使近井点和井口水准基点免受损坏,在点的周围宜设置保护桩和栅栏或刺网。
在标石上方宜堆放高度不小于0.5m的碎石;
(7)在近井点及与近井点直接构成三角网边的点上,宜用角钢或废钻杆等材料建造永久觇标。
二、煤矿近井点及井口水准基点测量的精度要求
(1)近井点测量的精度要求
近井点可在矿区三、四等三角网、测边网或边角网的基础上,用插网、插点和敷设经纬仪导线等方法测设。
近井点的精度,对于测设它的起算点来说,其点位中误差不得超过
7cm,后视边方位角中误差不得超过±10″。
我矿是在三等三角网用插点的方法测设的。
(2)井口高程基点的精度要求
井口水准基点的高程精度应满足两相邻井口间进行主要巷道贯通的要求。
由于两井口间进行主要巷道贯通时,在高程上的允许偏差
,则其中误差
,一般要求两井口水准基点相对的高程中误差引起贯通点K在z轴方向的偏差中误差应不超过
。
所以井口水准基点的高程测量,应按四等水准测量的精度要求测设。
在丘陵和山区难以布设水准路线时,可用三角高程测量方法测定,但应使高程中误差不超过
,对于不涉及两井间贯通问题的高程精度不受此限。
测量高程基点的水准路线,可布设成附(闭)合路线、高程网或水准支线。
除水准支线必须往返观测外,其余均可只进行单程测量。
用三角高程测量时应采用精度不低于J2级的经纬仪测量垂直角,用测距精度为Ⅱ级的光电测距仪测量边长。
第3节利用GPS测量近井点
按照上面关于布设的各种要求我们进行近井点的测量。
寺家庄矿是用的GPS测量的。
利用全球定位系统进行定位测量的技术和方法称全球定位系统测量,即导航卫星测时和测距的简称,通常简写为GPS。
寺家庄煤矿位于昔阳县城8公里处。
在进行GPS测量近井点前应先进行实地踏勘,根据实地情况的考察和所收集附近的资料,制定观测计划。
然后进行GPS外业观测。
寺家庄矿的GPS观测采用的是静态相对定位的方法。
GPS外业观测首先确定一个已知点。
我矿的已知点是以阳煤一矿的近井点为基准,作为已知点。
设为A点;在办公大楼对面的山上选两个点一个是土塄点B、一个是半坡点C;铁厂北的山上在选一个点D;附近的桥边选两个点桥头点E、桥上点F;桥边线杆设一个点G;石坝上设一个点H小道设一个点I;路西设一个J,然后埋点,点的标石和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。
接着运用GPS进行观测。
在A点安置一台接收机作为基准点,接着在B、C、D、E、F、G、H、I、J分别安置GPS接收机收集数据。
收集所有未知点的相关数据。
收集完成后,我们就回办公室进行内业处理,依照已知点A的坐标通过GPS系统软件来计算出未知点的坐标,并建立该地区GPS控制网。
这样就为近井点的测量提供了前提。
下面是所设置的点经过内业算出的坐标,以此建立控制网。
有关控制点的坐标见表3-1。
表3-1GPS控制点表
X
Y
h
代码
桥头
68780.990
105244.027
923.600
QTOO
双孔桥
68296.885
106334.606
924.940
SKQD
铁厂北
67701.206
105671.756
962.851
3211
线杆
67627.517
105503.436
960.386
XG11
小道边
67580.579
105310.310
977.700
石坝
67559.199
103573.150
968.566
3331
半坡
67572.820
104310.052
1027.280
11AB
路西
67899.710
104048.539
957.029
4444
土塄
67736.605
104327.647
1017.957
BBBB
GPS外业观测包括:
制定观测实施方案,天线的设置及量高;接收机的预热和开机;观测过程中的操作和记录;气象数据的观测记录;关机和迁站。
关于接收机的具体操作步骤和方法,随接收机的类型和作业模式不同而异。
一般来说,观测人员应注意以下事项:
(1)严格遵守作业调度命令,按规定时间同步观测同一组卫星。
接收机的预热与静置应提前进行;
(2)经检查电源电缆和天线等各项连结无误,方可接通电源,启动接收机;
(3)接收机开始启动前与作业过程中,应随时逐项填写测量手薄中的记录项目;
(4)接收机开始记录数据后,观测员可使用专用功能键和选择菜单,查看测站信息、接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、相位观测残差、实时定位结果及其变化和存储介质记录情况等。
(5)观测过程中,接受机不得关闭并重新启动,不准改变卫星高度角限值,不准改变天线高度;
(6)每一观测时段中,气象资料一般应在时段始末及中间各观测记录一次。
当时段超过60min时,应适当增加观测次数;
(7)每时段观测前后应各量取天线高一次,两次量高之差不大于3mm,取平均值作为最后天线高;
(8)偏心观测时应测定归心元素;
(9)观测中防止接收设备震动,防止人员和其他物体碰动天线或阻挡卫星信号;
(10)经认真检查,所有规定作业项目均已完成,并符合要求,记录与资料完整无误,且将点位和觇标恢复原状后,方可迁站。
然后根据,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10º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、变电站等设施,其最近不得小于200m;还应避开对电磁波接收有强烈吸收和反射影响的金属和其他障碍物及大范围的水面等要求,进行选点、埋点,我矿的近井点设在联建大楼的楼顶上,井口位于联建大楼的旁边。
通过上述的GPS外业方法收集近井点BB1点的相关数据,最后建立的GPS控制网算出近井点的坐标BB1。
近井点测量可采用静态定位法。
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1992年我国测绘局发布的《全球定位系统(GPS)测量规范》进行。
在《规范》将GPS网点划分为A、B、C、D、E五个等级。
其中D级和E级分别相当于常规测量的国家三等点和四等点,近井点测量可采用上述等级。
有关技术标准见表3-2。
表3-2:
GPS测量的技术标准
GPS测量数据处理的基本内容为:
观测值的粗加工;预处理;基线向量解算以及GPS基线向量网数据的综合处理等。
工作流程见图3-1。
图3-1GPS测量数据处理的基本流程
通过上述的一系列操作,有了本地区的GPS控制网和确定了地面近井点的坐标,为下一步工程的顺利进行做好了前期的准备。
第四章矿井联系测量
上章我们已经介绍了近井点的测量,下面我们就重点介绍一下我矿的联系测量的定向和导入高程的具体操作步骤。
由于我矿现在是单立井,所以定向只介绍一井定向。
第一节概述
一、一井定向
在立井中悬挂钢丝垂线由地面向井下传递平面坐标和方向的测量工作称为立井几何定向。
几何定向分为一井定向和两井定向。
由于我矿只有一个主立井,所以只能进行一井定向。
我矿的立井的井口离近井点的直线距离为26米,井口是长方形的,长为6米,宽为3米,井深约为1034米。
一井定向概要地说,就是在井筒内悬挂钢丝垂线,钢丝的一端固定在地面,另一端系有定向专用的垂球自由悬挂于定向水平,一般称作垂球。
再按地面坐标系统求出垂球线的平面坐标及其连线的方位角;在定向水平上把垂球线与井下永久导线点连接起来,这样便能将地面的方向和坐标传递到井下,而达到定向的目的。
因此,可把立井几何定向工作分为两个部分:
由地面向定向水平投点(简称投点);在地面和井上与垂球线连接(简称连接)。
二、导入标高
将地面高程系统传递到井下的测量称高程联系测量,简称导入高程。
高程联系测量的目的是把地面坐标系统中的高程,经过平硐,斜井或者竖井传递到井下高程测量的起始点上,然后以该起始点进行井下高程的传递。
其意义是通过井上高程导入井下,井下高程依次传递,达到井下各种巷道在空间结构上满足生产设计的要求,同时便于对井下采掘工作面的分布与地面地形地物的空间对应状况有详细的掌握,它是确保矿井安全生产的一个重要方面。
第二节寺家庄矿主立井定向
一、一井定向前期准备
一井定向方法有连接三角形法、四边形法和适用于小型矿井的瞄直法等。
我矿属于大型煤矿,用的是三角形法。
进行我矿的矿井定向前先进行施工前的工作计划包括准备工作、制定工作内容及顺序、定向时的安全措施、定向后的技术总结。
准备工作
(1)选择连接方案,做出技术设计;
(2)定向设备及用具的准备;包括垂球、线、钢丝、手摇绞车、导向滑轮、水桶等;
(3)检查定向设备及检查仪器;定点板等检查;
(4)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;
(5)确定井上下的负责人,统一负责指挥和联络工作。
按照制定工作内容及顺序进行定向。
定向要先进行井口投点然后进行地面连接和井下连接。
二、投点
1、投点的方法
由地面向定向水平投点,简称投点
采用连接三角形进行一井定向时,要在井筒内挂两根垂球线。
投点时,一般都采用垂球线单重投点法,即再投点过程中,垂球的重量不变。
单重投点可分为两类:
单重稳定投点和单重摆动投点。
前一种方法是将垂球放在水桶内,使其基本上处于静止状态;在定向水平上测角量边时均与静止的垂球线进行连接。
后一种方法则恰恰相反,而是让垂球自由摆动,用专门的设备观测垂球线的摆动,而求出它的静止位置并加以固定;在定向水平上连接时,则按固定的垂球线的位置进行。
我们按照设计方案的规定,我矿采用的是单重稳定投点的方法进行投点。
1、单重稳定投点具体步骤
单重稳定投点是假定垂球线在井筒内处于铅垂位置而静止不动,所进行的投点。
单重稳定投点设备和安装系统如图4-1所示。
图4-1稳定投点的设备和安装
具体步骤是:
投点前先让2个人进入井下,等待钢丝下放完之后进行观测校正然后投点投点时把垂球挂到钢丝上,垂球的重量为5kg左右,然后下放钢丝,钢
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