1、大佛寺煤矿主、副风井贯通测量方案设计一 概述1 测区概况与工作任务大佛寺煤矿位于陕西省咸阳市彬县境内，临界长武。主副井工业广场有 312 国道左右穿过，有一条大道自 312 国道起盘山而上可到达位于彬县水帘乡菜子塬上村处的风井。测区基本为塬，南部为平地，北部有沟豁，且南北地势落差较大，给高程控制带来了一定的难度。要求实施主、副、风井贯通测量任务。其中主、副井均为斜井，井口高程均为 855m，倾角分别为 14 度、20 度，长度分别为 861.3 米、590 米。风井井口高程 1022m，深 370m。根据施工进度要求贯通点均在主、副井上，主井设计为皮带运输，所以贯通在水平方向的容许偏差 0.3
2、m、竖直方向的容许偏差均为0.2m。副斜井设计为轨道运输方式，贯通在水平容许偏差取相同限差。2 已知资料1、平面控制部分从测绘局收集来的已有控制点成果如下表 1，均为 1954 年北京坐标 3。 带坐标，中央子午线 108 度。已有平面控制点坐标 表 1点 号 点 名 等级 X (m) Y (m) H (m)ZTY1 咀头源 3883438.621 36495973.342 1009.400YHW1 鸭河湾 3884930.638 36499142.115 1070.660TJP1 田家坡 3880125.026 36498910.244 1133.8002、高程控制用四等水准观测近井水准基点
3、的高程。3 技术依据1、 煤矿测量规程中华人民共和国能源部煤炭工业出版社（1989）2、 煤矿测量手册煤炭工业出版社3、 工程测量规范中华人民共和国国家标准中国计划出版社；（GB50026-93）二 地面控制测量方案设计1 平面控制方案1、地面布网方案（1）GPS 平面控制根据主斜井、副斜井和风井三个井口附近的具体条件并兼顾今后测量工作的需要，设计在主副斜井附近布设 6 个近井点，在风井附近布设 3 个近井点，并与测区附近的三个国家控制点共同构网联测，采用 GPS 测量方案。 近井点的布设主副斜井距离比较近，故在主副斜井附近布设一个 GPS 点直接作为近井点，在风井附近也同样布设一个 GPS
4、点作为近井点，其它点布设在近期不易受采动影响的稳定位置，要求最小基线长度不低于 200 米。应保证相邻两点之间相互通视，并尽可能使同组近井点之间都通视，但实际上难以做到。对于可能受采动影响的点，可在生产过程中由 GPS 近井点用全站仪在稳定地点加密若干个控制点。由于其边长较短，这些点不便于用 GPS 直接测量。设计在三个井口共设置 9 个近井点，其编号与布设位置见附图 1。 GPS 网的精度设计根据煤矿测量规程对近井点精度的要求，确定 GPS 网采用 E 级测量标准进行施测。E 级 GPS 网测量精度与技术要求如表 2。表 2 E 级 GPS 网测量精度与技术要求固定误差（mm）比例误差系数1
5、0-6最弱边相对中误差闭合环的边数平均距离（km）同步接收机数10 20 1/20000 10 0.25 2 GPS 网的图形设计GPS 网共有 9 个未知点和三个已知点，其图形布设图附图 1.采用边连方式，包括 5 个同步环。最长基线边长 3554 米，最短基线边长 225 米。总基线边共 30 条，其中独立基线边 15 条，必要基线边 11 条，多余基线边4 条。 GPS 测量方法先对三个已知点进行 GPS 检测，在确认已知点可通过 GPS 约束平差后再进行整体控制测量。如果上述三点不能用，可采用矿区其他可用控制点替代，布网方案不变。改变控制点位置一般不会影响 GPS 测量的精度。采用标称
6、精度不低于表 2 要求的双频 GPS 接收机用静态方式观测，设计同步接收机数为 4 台，观测 5 个时段，时段长度为 60min，数据采样间隔为 10，最大 PDOP 值小于 6。 GPS 网平差处理采用 GPS 平差处理软件先作基线解算和无约束平差，得到各点的 WGS-84 坐标。再根据表 1 中的已知点 54 坐标与高程作三维约束平差，获得近井点的平面坐标。基线向量的改正数及基线边相对误差应小于规范要求。（2）地面复测导线为了检测地面 GPS 控制测量成果的可靠性，根据委托单位的要求，在付井和二号风井之间布设 5级复测导线，以检测付井和风井之间近井点的相对精度。地面复测导线起于 GPS 近
7、井点 G01-G02 并终于 G07-G08，基本上沿付井口和风井口的连线方向布设成近似等边直伸形状。导线布设位置如附图 1 所示。导线平均边长 220m 左右，复测导线站数为 6 站。实际布点时可根据地形情况作适当调整。地面复测导线按煤矿测量规程和工程测量规范中一级光电测距导线的要求施测，其技术要求如表 3 所示。在导线平差时，先检查最远边（D07-D08 ）的测量方位角与其 GPS 测量的方位角之差，以及相对于GPS 成果的导线相对闭合差是否都满足表 3 的要求。若在限差范围内，说明复测导线精度及 GPS 近井点的精度均满足测量要求。一般来说，E 级GPS 测量精度通常高于 5级导线精度，
8、因此可将 GPS 点作为地面已知控制点使用，按附合导线对复测导线进行严密平差。若复测导线结果超出表 3 的要求，须重新进行导线复测和 GPS 控制测量，直到满足规范要求。表 3 地面复测导线的主要技术指标 导线类别 测角中误差仪器等级 测回数 方位角最大闭合差一级（5级） 5 2级 4 10 n一测回中 2C互差各测回间互差平均边长（m）测距中误差差导线相对闭合差13 9 500m 15mm 1/150002 高程控制方案近井点高程联测:由于 GPS 正常高测量的精度较低，因此 GPS 高程测量结果不能作为近井点的高程数据。考虑到近井点高程的绝对精度对于贯通测量没有影响，故设计按四等水准测量要
9、求先检测上述三个已知 GPS 点，当实测高差不符值在 2 倍允许限差以内时，取其中任一点的高程作为基准高程，再按四等水准测量要求对 9 个近井点进行高程联测（前面的高程检测数据可作为联测的一部分） 。四等水准测量技术要求如表 3。表 3 四等水准测量技术要求 等级 仪器级别 视线长度（m） 前后视距差（m）四等 DS3 100 5黑红面读数差(mm)黑红面高差之差(mm)每公里高差中误差(mm)环路或附合线路长度（km）3 5 10 15往返互差或闭合差（mm）水准标尺 观测次数平地（L：公里） 山地（n：测站数）木质双面 往返各一次20 6三 风井的定向测量方案1 投点方案钢丝投点与井上下连
10、测本矿风井为立井，联系测量采用钢丝投点并同时进行井上下连测方法传入平面坐标。投点采用两次投点，互差不超过 2cm。采用钢丝投点法导入平面坐标，在钢丝下悬挂 65kg 重砣。由于井筒较深，所以采用摆动投点的方法确定钢丝的稳定位置。2 井下定向方案在井上、井下各安置一台全站仪，采用全圆方向观测法观测连接三角形的各转折角，施测三个测回，在满足 2 秒级仪器观测精度的条件下，取其平均值作为测角结果；量边采用钢尺水平丈量及全站仪电子测距相结合，以不同的摆动位置丈量 40 次，在满足各次摆动中值互差不大于 3mm 的条件下，取其平均值作为量边结果。3 高程传递方案在风井井下钢丝投点的位置架设全站仪，对中整
11、平后，将全站仪提手拆除，设置温度和仪器常数，将垂直角调至 0 度，使望远镜垂直向上。同时，在地面钢丝绳所在处一固定位置立三棱镜反射器，将镜头垂直向下。待准备工作做好后用全站仪测量铅垂距离，并在地面和井下使用水准仪测量三棱镜反射中心至近井点的高差及井下全站仪中心至井下高程起始点的高差。上述过程重复 2 次，取平均值作为井下起始点高程。导入高程独立进行两次，互差不超过长度的1/8000。四 井下控制测量方案1 井下导线测量方案（1）井下平面控制导线布设方案由于主副斜井巷道较直且长度较短，分别沿主副斜井巷道布设井下控制导线。导线点应选择在稳定位置，尽可能加大导线边长度。风井处从联测点开始向两井布设导
12、线。部分导线边受到地形及巷道的影响边长小于 50 米，平均边长为 100 米，导线点总数为 21 个。实际布点时可根据井下顶板情况作适当调整，不稳定地段可设置成临时点。稳定地段设置成永久导线点。上述调整不会影响导线测量精度和贯通误差预计。（2）导线测量技术要求井下控制采用全站仪导线形式，按煤矿测量规程中井下平面控制测量基本控制中的 7级导线要求施测。采用 2级全站仪每次独立观测每测站两个测回，边长采用光电测距法，每边往返观测两测回。为保证贯通测量的可靠度，提高井下控制导线的测量精度，井下控制导线须进行一次独立复测，当两次测量的成果符合精度要求时，取其平均值作为最终观测成果，若两次观测的互差超过
13、限差要求时，则应重新独立观测。根据煤矿测量规程确定井下导线测量的主要技术要求如表 4。表 4 井下控制导线的主要技术指标 测回数（按导线边长分）导线类别 仪器等级 观测方法15m 以下 15m 以上7 2级 测回法 3 2同一测回中半测回互差两测回间互差一般边长（m）复测支导线全长相对闭合差复测支导线坐标方位角闭合差（）20 12 60200m 1/6000 14在边长测量中，测定气压读至 100Pa，气温读至 1C。每条边长往返 2 测回。其限差为：一测回读数较差不大于 10mm，往返观测同一边长时，化算为水平距离（经气象和倾斜改正）后的互差，不得大于 1/6000。对于曲线巷道中边长小于
14、30m 的导线点及不稳定地段的临时导线点，可采用“三架法”观测，以减少对中误差和提高观测速度。用全站仪测定的边长观测值应加入温度和气压改正，以保证观测成果的精度。2 井下高程测量方案主、副斜井与风井间的水准测量按地面四等水准要求施测，使用 S3 水准仪观测，线路长约为 1.3 公里。五 贯通测量误差预计1 主斜井贯通测量误差预计（1）误差参数的确定 导线起始点及起始方位角误差如附图 2 所示。贯通点两侧的井下导线起始边分别为 GPS 近井点 G02G01及 G07G08。GPS 点位误差可根据平差后基线边的精度确定。GPS 基线边长度越大，其相对精度越高。因此，应尽可能选择长基线边作为井下控制
15、导线的起始边，以减小起始边方位角误差影响。因付井及二号风井附近可能受采动影响，起始边长度不会很大。以起始边为 230m 计算，取相对点位中误差 =10mm，则井下导线起始边方位角误差 =9。0m )103/(m“50 井下导线测角误差按煤矿测量规程的规定，取 =7下m 井下导线边测距误差按工程测量规范的规定，2级全站仪的标称测距精度为2mm+3 D(D 为距离，单位为 mm)。考虑到井下仪器对中困难及观测610条件较差，且边长一般不超过 200m，测距的比例误差影响较小。参照 煤矿测量手册相关资料，取井下全站仪测边（平均边长 100m）的中误差为=10mm。Sm 面水准测量误差根据中规定的限差
16、反算,地面四等水准测量,测段往返测量互差的限差为 ,则 =7mm.L20hm（2）贯通点 K1 在水平 y 轴方向的误差预计主斜井一侧井下导线起始边误差引起 K2 点在 y 轴上的误差=20.1mm2021y1Mx式中 x1 为 G01 到假定坐标系的纵坐标，有图 2 可知， x1=400.2m主斜井一侧井下导线测角误差引起 K1 点在 y 轴上的误差=21.7mm2i1yRx下m 主斜井一侧井下导线测边误差引起 K1 点在 y 轴上的误差=6.5mm）（ i2s1yaMns 风井一侧井下导线起始点及起始边误差引起 K1 点在 y 轴上的误差=30.9mm2202y/x1m 风井一侧井下导线测
17、角误差引起 K2 点在 y 轴上的误差=46.6mm2i2yR下 风井一侧井下导线测边误差引起 K1 点在 y 轴上的误差mins 9.asmMi2s2y ）（ 贯通点 K1 在水平方向 x轴上的总误差=64.4mm2y22y21y2121yyk1 MM ysys取 2 倍中误差作为预计误差，则贯通点在 y 方向上的预计误差为：=128.8mmyk1y预主（3）贯通点 K1 在水平 x 轴方向的误差预计主斜井一侧井下导线起始边误差引起 K2 点在 x 轴上的误差=10mm2021x1mMy式中 y1 为 G01 到假定坐标系的纵坐标，有图 2 可知， y1=6.1m主斜井一侧井下导线测角误差引
18、起 K1 点在 x 轴上的误差=1.3mm2i1xRy下 主斜井一侧井下导线测边误差引起 K1 点在 x 轴上的误差=20.4mm）（ i2s1xacomMs 风井一侧井下导线起始点及起始边误差引起 K1 点在 x 轴上的误差=10.1mm2202x/y1 风井一侧井下导线测角误差引起 K2 点在 x 轴上的误差=2.2mm2i2xR下 风井一侧井下导线测边误差引起 K1 点在 x 轴上的误差ms 3.8acosmMi2s2x ）（ 贯通点 K1 在水平方向 x轴上的总误差=37.8mm2x22x212121xxk1 MM xss取 2 倍中误差作为预计误差，则贯通点在 y 方向上的预计误差为
19、：=75.6mmxk1x预主(4)贯通点 K1 在高程上的误差预计地面水准测量引起高程误差=14mmLHhmM上为地面水准测量每千米长度的高度中误差;LhL 为地面水准路线长度,L=2km.主斜井一侧三角高程测量引起的误差 5.34.0*521下H风井一侧导入高程误差=15.9mm82M0 井一侧井下三角高程测量引起的误差=39.1mm61.0*522下H 项误差引起 K1 点在高程上的总误差=55.7mm2202121 下下上 HHK M 取两倍中误差作为预计误差,则 K1 点在高程上的贯通误差预计为:=111.4mm11MKH预(5) 在水平 x 轴方向的误差预计为： =75.6 mm预主
20、 x在水平 y 轴方向的误差预计为： =128.8 mm预主 yM在高程方向的误差预计为： =111.4mm预1HK贯通点 K1 在三个方向的预计误差均小于贯通允许偏差值，表明本贯通测量设计方案是合理可行的。2 副斜井贯通测量误差预计（1） 误差参数的确定 导线起始点及起始方位角误差如附图 2 所示。贯通点两侧的井下导线起始边分别为 GPS 近井点 G02G01及 G07G08。GPS 点位误差可根据平差后基线边的精度确定。GPS 基线边长度越大，其相对精度越高。因此，应尽可能选择长基线边作为井下控制导线的起始边，以减小起始边方位角误差影响。因付井及二号风井附近可能受采动影响，起始边长度不会很
21、大。以起始边为 230m 计算，取相对点位中误差 =10mm，则井下导线起始边方位角误差 =9。0m )103/(m“50 井下导线测角误差按煤矿测量规程的规定，取 =7下m井下导线边测距误差按工程测量规范的规定，2级全站仪的标称测距精度为2mm+3 D(D 为距离，单位为 mm)。考虑到井下仪器对中困难及观测610条件较差，且边长一般不超过 200m，测距的比例误差影响较小。参照 煤矿测量手册相关资料，取井下全站仪测边（平均边长 100m）的中误差为=10mm。Sm（2）贯通点 K2 在水平 y 轴方向的误差预计副斜井一侧井下导线起始边误差引起 K2 点在 y 轴上的误差=29mm2021y
22、1Mx式中 x1 为 G01 到假定坐标系的纵坐标，有图 2 可知， x1=622.5m副斜井一侧井下导线测角误差引起 K2 点在 y 轴上的误差=33.4mm2i1yRx下m 斜井一侧井下导线测边误差引起 K2 点在 y 轴上的误差mins 1.9asmMi2s1y ）（风井一侧井下导线起始点及起始边误差引起 K2 点在 y 轴上的误差=19.7mm2202y/x风井一侧井下导线测角误差引起 K2 点在 y 轴上的误差=24.6mm2i2yR下风井一侧井下导线测边误差引起 K2 点在 y 轴上的误差mins 9.asmMi2s2y ）（ 贯通点 K2 在水平方向 y 轴上的总误差=55.9m
23、m2y22y212121yyk2 MM yss取 2 倍中误差作为预计误差，则贯通点在 y 方向上的预计误差为：=111.8mmyk2y预副（3）贯通点 K2 在水平 x 轴方向的误差预计副斜井一侧井下导线起始边误差引起 K2 点在 x 轴上的误差=10.1mm2021x1mMy式中 y1 为 G01 到假定坐标系的纵坐标，有图 2 可知， y1=37.2m副斜井一侧井下导线测角误差引起 K2 点在 x 轴上的误差=1.3mm2i1xRy下 副斜井一侧井下导线测边误差引起 K2 点在 x 轴上的误差=22.8mm）（ i2s1xacomMs 风井一侧井下导线起始点及起始边误差引起 K2 点在 x 轴上的误差=10.4mm2202x/y1 风井一侧井下导线测角误差引起 K2 点在 x 轴上的误差=4.5mm2i2xR下 风井一侧井下导线测边误差引起 K1 点在 x 轴上的误差ms 4.acosmMi2s2x ）（ 贯通点 K2 在水平方向 x轴上的总误差
