近井控制测量与联系测量.ppt

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1、Company Logo 第六章 近井控制测量与联系测量 第一节 概述 联系测量 ：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。 平面联系测量（定向测量） 高程联系测量（导入高程） 联系测量包括以下两部分： 一、联系测量的概念 Company Logo 二、联系测量的目的和任务 1、联系测量的 目的 ：统一井上下的坐标系统和高程系统 (1) 需要确定地面建筑物、铁路和河湖等与井下采矿巷道 之间的相对位置关系。 (2) 需要确定相邻矿井的各巷道间及巷道与采空区间的相互 关系，正确地划定两相邻矿井间的隔离矿柱。 (3) 为解决很多重大工程问题，如井筒的贯通或相邻矿井间 各种巷

2、道的贯通，以及由地面向井下指定地点开凿小井 或打钻孔等等。 Company Logo 2、 联系测量的 任务 ： （ 1）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。 井上下的联系测量是通过埋设于井口附近的 近井点 和 高程基点 （统称为定向基点） 为基础进行的。 Company Logo 第二节 近井控制测量 近井控制测量的概念 将在井口附近埋设的定向基点与矿区或国家平面坐标系和 高程系统联测，以便达到井上下采用统一坐标系统和高程系统 的目的。 近井控制测量 近井平面控制测量：测定定向基点的平 面位置 近井高

3、程控制测量：测定定向基点的高程 Company Logo 一、定向基点布设 1、 布设要求 1）尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点 ; 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边数应不超过三个； 2、 布设精度 1)、近井网的布设方案和要求 煤矿测量规程 Company Logo 2)、近井点的点位精度要求 近井点可在矿区三 、 四等三角网 、 测边网的基础上 ， 用插网 、 插点和敷设经纬仪导线 （ 钢尺量距或光电量距 ） 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

4、。 3)、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。 Company Logo 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。 对于不涉及两井间贯通问题的高程基点的高程精度不受此限制。 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 级的光电测距仪测量边长 。 Company Logo 二、测定方法 1、 全球定位系统 （ GPS） 的基本概念 1973年起

5、步建设， 1994年完成。 24颗卫星组网，包括三颗备用卫星，分布在 6个轨道面内。 具有全天候、连续定时的三维定位、测速、导航、授时、 抗干扰、保密功能。 地球上任何地方至少可见 4颗 GPS卫星。 广泛应用于大地测量、工程测量、控制测量、矿山测量、 精密工程测量、导弹制导、速度测量等多领域。 Company Logo 监控站： 接受卫星下行数据并传至主 控站 主控站： 卫星轨道估计、卫星控制、 定位系统管理 注入站： 卫星轨道纠正信息、钟差纠 正信息，控制命令的上行注入卫星 GPS 空间星座部分 地面监控部分 用户部分 GPS接收机 数据处理软件 微处理机其终端设备 载波信号 测距码 数据

6、码 发射信号 Company Logo GPS定位的原理 测定 GPS卫星和用户接收机之间的距离，根据已知的卫星瞬 时坐标，确定用户接受机所对应的点位（ 三维坐标 X、 Y、 H） GPS定位 绝对定位 相对定位 实质是空间距离后方交会测量 一个测站上求解 4个未知量，即 3个坐 标分量和 1个钟差参数，所以至少必 须同时观测 4颗卫星。 分为动态和静态的绝对定位 用 2台（或者多台） GPS接收机同步观 测相同的至少 3颗卫星，以确定基线的 基本情况，利用观测量的不同组合， 进行相对定位 Company Logo 2、 采用全球定位系统 （ GPS） 进行近井基点定位测量 GPS定位测量规范

7、 将 GPS的定位精度依次划分为： AA、 A、 B、 C、 D、 E六个级别 。 AA 全球性地球动力学研究 、 地壳变形测量和精密定轨 A 区域性地球动力学研究 、 地壳变形测量 B 局部变形监测测量和精密工程测量 C 大中城市及工程测量的基本控制网 D、 E 中小城市 、 城镇和测图 、 地籍 、 土地信息 、 房产 、 物 探 、 建筑工程等控制测量 Company Logo 项目 级 别 A B C D E 闭合环或附合路线的 边数 5 6 6 8 10 相邻点间的平均距离 300 70 10 15 5 10 0.2 0.5 表 6-1 各等级 GPS测量的基本技术规定 等级 AA

8、A B C D、 E 单频 /双频 双频 /全波长 双频 /全波长 双频 双频或单频 双频或单频 观测量至少 有 L1、 L2载波 相位 L1、 L2载波 相位 L1、 L2载 波相位 L1载波相位 L1载波相位 同步观测接 受机数量 5 4 4 3 2 表 6-2 各等级接收机选用 Company Logo 根据相邻井口的位置和井下贯通巷道的距离及贯通工程的精 度要求，一般选择 C或 D级。 GPS的定位测量工作分为： 外业和内业 GPS的定位测量主要工作包括： GPS测量的技术设计，选点， 测站标志的埋设，野外数据采集以及成果质量的检核 ； 测后数 据处理及技术总结。 按照 GPS的定位测

9、量的工作程序，分为： GPS网的设计 ， 选点 与埋点 ， 外业观测 ， 成果检核与数据处理 。 Company Logo 第三节 平面联系测量 定点、定向对井下导线的影响 （ a） （ b） 定向误差对井下导线的影响 Company Logo 由图（ a）可以看出：定点的误差对其他各点的影响不 随导线的延长而增大。 由图（ b）可以看出：定向的误差（起始边方位角误差） 对其他各点的影响随导线的延长而变化。 212 如果不考虑井下导线测量的误差， 即井下导线的几何形状不变 515 5 5 Se 若导线有更多点 i i Se ie 点 i至起始点 1的距离 3438 （ 1弧度的分数） 所以：

10、离起始点越远，由方位角误差所引起的导线各点点位 误差就越大。 Company Logo 在平面联系测量中，方位角传递的误差是主要的，因 此把 平面联系测量简称为矿井定向 。 井下导线起始方位角的误差作为衡量矿井定向的标准。 定向 几何定向 通过斜井或平峒 一井定向 两井定向 物理定向 投向仪定向 陀螺经纬仪定向 磁性定向 矿井定向概括来说分为两类： Company Logo 表 3-1 联系测量的主要限差 15级 : 40 25级 : 60 井下同一定向边两次独立 陀螺经纬仪定向的互差 15级 : 40 25级 : 70 一井定向： 2 两 井定向： 1 陀螺经纬仪精度级别是按 实际达到的一测

11、回测量陀 螺方位角的中误差确定的 同一边任意两测回测量陀 螺方位角的互差 陀螺经 纬仪定 向 井田一翼长度小于 300m的 小矿井，可适当放宽限差， 但应 10 由近井点推算的两次独立 定向结果的互差 几何定 向 备注 容许限差 类别 煤矿测量规程 规定的联系测量的主要精度要求见下表 Company Logo 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 一井定向 两井定向 在一个井筒内悬挂两根垂球线由地面向井下传递平面坐 标和方向的测量工作称为 一井定向 。 1、 概述 Company Logo 一井定向工作 投点 ：在井筒中悬挂

12、铅垂线至定向水平 连接 ： 在定向水平通过测量把垂线与井 下永久导线点联系起来 2、 投点 (1)投点的方法 采用垂球线单重投点法 单重稳定投点 0.4mm 单重摆动投点 Company Logo (2)投点误差与投向误差 由地面向定向水平投点时 ， 由于井筒内气流 、 滴水等影 响 ， 使得垂球线在地面上的位置投到定向水平后会发生偏离 ， 这种偏离称为 投点误差 。 由投点误差引起的垂球线连线的方向误差，称为 投向误差 。 (a) (b) (c) A B A B A B 图 6-7 投点误差与投向误差 AB BBAAtg 图 (b) 中 图 (c)中 AB AABBtg Company Lo

13、go 设 AA=e A， BB=e B 且由于 很小，则 (c)图中的 可 简化为： +ABee AB 2062 65 1 , 3 ,ABe e m m A B m 如果设 则投向误差为： + 2 20 62 65 = 13 8 3000 ABee AB 说明：仅 1mm的投点误差，引起方位角误差达 2 多。 因此要减少投向误差，必须加大两垂球线间的距离 c和减少 投点误差 e之值。 Company Logo （ 3）减少投点误差的主要措施： 1)尽量增大两垂球线间的距离，并选择合理的垂球线位置 ; 2)定向时最好减少风机运转或增设风门，以减少风速； 3)采用高强度、小直径的钢丝，适当加大垂球

14、重量，并将垂球 浸入到稳定液中 ; 4)减少滴水对垂球线及垂球的影响。 Company Logo 3、 连接 (1)、概念 在定向水平通过测量把垂线与井下永久导线点联系起来， 这项工作称为连接。 (2)、连接测量 连接测量分为 地面连接测量 和 井下连接测量 两部分。 地面连接测量是在地面测定两钢丝的坐标及其连线的方位角； 连接测量的方法很多，这里仅以 连接三角形法 为例予以介绍。 井下连接测量是在定向水平根据两钢丝的坐标及其连线 的方位角确定井下导线起始点的坐标与起始边的方位角。 Company Logo 为了提高定向的精度，在选择井上、井下连接点 C、 C 时， 应使连接三角形布设成延伸三

15、角形。即尽可能将 C、 C 设置在 AB的延长线上，且靠近一根垂球线，使 和 小于 2。 1）连接三角形应满足的条件 图 6-8 连接三角形示意图 Company Logo 2）连接三角形法的外业 地面连接测量是在 C点安置经纬仪测量出 和 两个角度， 并丈量 a、 b、 c三条边的边长。 同样，井下连接测量是在 C 点安置仪器测量出 和 三个角度，并丈量 c， b 和 a 三条边的边长。 Company Logo 3）连接三角形的解算 运用正弦定理，解算出 ， ， ， 检查测量和计算成果 首先，连接三角形的三个内角 、 、 以及 、 、 的和均应为 180 。若有少量残差可平均分配到 、 或

16、 上。 (角的检验） ab cc ， 2 178 及 ， ( ) ) ab cc ， ( Company Logo 其次，井上丈量所得的两钢丝间的距离 c丈 与按余弦定理计算 出的距离 c计 相差应不大于 2mm； 井下丈量所得的两钢丝间的距离 c丈 与计算出的距离 c计 相差 应不大于 4 mm。 若符合上述要求可在丈量的 a、 b、 c以及 a 、 b 、 c 中 加入改正数 Va， Vb， Vc及 Va ， b c 将井上、井下连接图形视为一条导线， E D C A B C D E ，按照导线的计算方法求出井下起始点 D 的坐标及井下起始边 D E 的方位角 Company Logo 二

17、、两井定向 1、 概述 当 矿井有两个立井 ，且在 定向水平有巷道相通 、并能进行 测量时，就可采用两井定向。 两井定向是在两个井筒内各用重球悬挂一根钢丝，通过地 面和井下导线将它们连接起来，从而把地面坐标系统中的平面 坐标和方向传递到井下。 两井定向的外业测量与一井定向类似，也包括 投点、地面和 井下连接测量 Company Logo 两井定向的示意图 Company Logo 由于两井定向时，两垂球线之间距离增加，因而减少了投 向误差，井下起始边方位角的精度也随之提高，这是两井定向 的优点。 1ABe e m m 如果设 ，当两垂线间的距离（ 煤矿安全 规程 规定两井筒间的最小距离不得小于

18、 30m）为 则投向误差为： + 2 206265 = 13. 8 30000 ABee AB 3,AB m Company Logo 2、两井定向的外业测量工作 (1)、投点 两个井筒中各悬挂一根垂球 A和 B， 投点设备和方法同一井定向。 (2)、连接 1）地面连接测量 地面连接测量的目的是测定两个垂球线 A、 B的平面坐标， 由坐标算出两垂球线的方位角。 从近井点分别向两垂球线 A、 B测设导线。连接导线敷设时， 应使其具有最短的长度并尽可能沿两垂球线连线的方向延伸， 这样可以减少量边误差对连线方向产生的影响。 Company Logo 2)井下连接测量 在定向水平上，通过测量 导线 A

19、 1 2 3 4 B将定向 水平的两垂线连接起来。 3、两井定向的内业工作 由于两井定向时，两根钢丝间不能直接通视，而是通过导 线连接起来的，因此，在连接测量时必须测出井上、井下导线 各边的边长及其连接水平角；同时在内业计算时必须采用 假定 坐标系 。 Company Logo 1） 根据地面连接测量的成果， 计算两垂球连线的方位角及长度 按照导线的计算方法，计算出地 面两钢丝点 A、 B的坐标 (x ， y )、（ x ， y ）； ta n B A A B B A A B y y y x x x 22( ) ( ) sin c os B A B A A B A B A B A B A B

20、y y x xS x y Company Logo 2）根据假定坐标系统计算井 下连接导线 以井下导线起始边 A1 为 x 轴 ， A 点为坐标原点 建立 假定坐标系，可计算出 B点的假 定坐标为 (x ， y ) ；计算 井下导线各连接点在此假定坐 标系中的平面坐标及 A B 之间的距离。 ta n B A B AB B A B y y y x x x 2 2 ( ) ( )s in c o s BB A B A B A B A B A B yxS x y Company Logo 4) 测量精度的检验 3) 按地面坐标系统计算井下导线各边的方位角及各点的坐标 A1 AB AB= 若 为负数

21、则应加 360 其他边的方位角为 i=+ i 式中 i 该边在假定坐标系中的假定方位角 根据 A点的坐标 (xA， yA） 和计算出的 A1边的方位角 A1， 计 算出井下导线各点在地面坐标系统中的坐标和方位角 ;最后算 得垂球 B的坐标。 第一次检核： SAB 和 SAB 第二次检核：井上下 B点的坐标值 Company Logo 6）两井定向应独立进行两次，其互差不得超过 1 按规程规定，两井定向必须独立进行两次， 两次求得 的起始边方位角互差不得超过 1 取两次独立定向计算结果的 平均值作为两井定向井下连接导线的最终值。 Company Logo 三、陀螺经纬仪定向 陀螺定向是运用陀螺经

22、纬仪直接测定井下未知边的方位 角。它克服了运用几何定向方法进行联系测量时占用井筒时 间长、工作组织复杂等缺点，目前，已广泛应用于矿井联系 测量和控制井下导线方向误差的积累。 1、 概述 陀螺经纬仪是将 陀螺仪和经纬仪 结合的仪器。由于它不受 时间和环境的限制，同时观测简单方便、效率高，而且能保证 较高的定向精度，所以是一种先进的定向仪器。就矿山而言， 它完全可以取代国内矿山测量沿用百年之久的几何定向法，克 服了几何定向法要占用井筒而造成停产、耗费大量人力、物力 和时间等缺点。 Company Logo Company Logo Company Logo 陀螺经纬仪的精度级别是按实际达到的一测回

23、陀螺方位 角的中误差来确定，分为 15 和 25 。 2、 陀螺经纬仪的基本原理 陀螺经纬仪是根据自由陀螺仪 (在不受外力作用时，具有 三个自由度的陀螺仪 )的原理而制成的。自由陀螺仪具有以下 两个基本特性： (1)定轴性 (2) 进动性 陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向； 陀螺轴在受到外力作用时，将产生非常重要的效应 “ 进动 ” 。 Company Logo 3、陀螺经纬仪的基本结构 陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪组合而成的定向仪器。根据 其连接形式不同主要可分为 上架式陀螺经纬仪 和 下架式陀螺 经纬仪 两大类。上架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪之 上，下架式陀螺经纬仪

24、即陀螺仪安放在经纬仪之下。 现在常用的矿用陀螺经纬仪大都是上架式陀螺经纬仪 。 Company Logo 4、陀螺经纬仪定向的作业过程 1)、地面已知边上测定仪器常数 假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与真子午线重合，二者 之间的夹角称为仪器常数，一般用表示 。陀螺仪子午线位 于真子午线的东边为正；反之为负。 陀螺仪定向示意图 Company Logo 可在地面上已知边上采用 2测回（或 3测回）测定陀螺方位角， 求得。 = TABT M N陀 = - = + -A B A B AA B A BT T T 陀 陀 ABT 陀 式中： AB边一次测定的陀螺方位角 ABT AB边的大地方位角 AB A

25、B边的坐标方位角 A A点的子午线收敛角 测定仪器常数实质上是测定已知边的陀螺方位角，根据陀螺方 位角便可以算出仪器常数。 Company Logo 2)、井下定向边陀螺方位角的测定及坐标方位角的计算 方法同地面测定方法一样。 =A B aT 平ab 陀 abT 陀 式中： ab边的陀螺方位角， TabT M N陀 a ab边的坐标方位角 平 仪器常数的平均值 3)、求仪器常数 仪器上井后，应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应小于 40 ，然后求出仪器常数。 Company Logo 第四节 高程联系测量 一、高程联系测量的实质 矿井

26、高程联系测量又称 导入标高 ，其目的是建立井上、 井下统一的高程系统。采用平峒或斜井开拓的矿井，高程联系 测量可采用水准测量或三角高程测量，将地面水准点的高程传 递到井下。 导入高程的方法随开拓方式的不同而分为： （ 1）通过平峒导入高程 （ 2）通过斜井导入高程 （ 3）通过立井导入高程 Company Logo 立井导入高程 长钢尺导入法 长钢丝导入法 测长器导入法 光电测距仪导入法 二、钢丝导入标高 采用钢丝法导入标高时，首先应在井筒中部悬挂一钢丝， 在井下端悬一重锤，使其处于自由悬挂状态。 实质是用钢丝 丈量井筒的深度。 Company Logo 长钢丝导入高程 Company Log

27、o 在井上、井下同时用水准仪测得 A、 B处水准尺上的读数 a 和 b， 并用水准仪瞄准钢丝，在钢丝上作上标记；变换仪器高 再测一次，若两次测得的井上、井下高程基点与钢丝上相应标 志间的高差互差不超过 4mm， 则可取其平均值作为最终结果。 最后，可通过在地面建立的比长台用钢尺往返分段测量 出钢丝上两标记间的长度，且往返测量的长度互差不得超过 L/8000(L为钢丝上两标志间的长度 )。 这样，井下水准基点 B的高程 HB即可通过下式求得： H L（ a-b) Company Logo 三、光电测距仪导入标高 运用光电测距仪导入标高，不仅精度高，而且缩短了井 筒占用时间，因此是一种值得推广的导入标高方法。 光电测距仪导入高程 Company Logo 光电测距仪导入标高的基本方法是：在井口附近的地面上安 置光电测距仪，在井口和井底的中部，分别安置反射镜；井上 的反射镜与水平面成 45夹角，井下的反射镜处于水平状态； 通过光电测距仪分别测量出仪器中心至 井下 和 井上 反射镜的距 离 L1、 L2。 分别测出井口棱镜至地面水准点 A和井下水准点 B至 井下水准点 B的高差 h1、 h2,，则井下 B点的高程为： 1 1 2= + ( )BAH H h L h L L 气象改正值 运用光电测距仪导入标高也要测量两次，其互差也不应超 过 H/8000。