【正文】 1 礦山測(cè)量技術(shù)及貫通測(cè)量的發(fā)展 第一章 緒論 1． 1選題的背景及研究的意義 貫通測(cè)量工作必須要在確定測(cè)量方案和方法時(shí)保證貫通所必要的精度，過高或者過低的精度都是不正確的。還必須對(duì)所完成的測(cè)量和計(jì)算工作應(yīng)有客觀可靠的檢查，杜絕出現(xiàn)一切粗差。 貫通測(cè)量是礦山生產(chǎn)給礦井測(cè)量工作人員帶來的一項(xiàng)重要任務(wù)。礦山測(cè)量人員要保證各掘進(jìn)工作面沿著設(shè)計(jì)的方向掘進(jìn)，使貫通接合處的偏差不能超過某一規(guī)定的限度。顯然，貫通測(cè)量是礦山測(cè)量中一項(xiàng)十分重要的測(cè)量工作，貫通測(cè)量人員所負(fù)的責(zé)任是重大的。如果因貫通測(cè)量過程中發(fā)生差錯(cuò)而未能貫通，或 者貫通接合處的偏差值超限，都將嚴(yán)重影響巷道質(zhì)量，甚至造成巷道報(bào)廢等非常嚴(yán)重的后果，在經(jīng)濟(jì)上和時(shí)間上給國(guó)家、集體或個(gè)人造成巨大的、難以彌補(bǔ)的損失。 為了提高礦山巷道的質(zhì)量、使得貫通誤差更小、減少?gòu)U巷的形成、 減少各方面的損失，除了要求我們礦山測(cè)量人員一絲不茍、嚴(yán)肅認(rèn)真對(duì)待貫通測(cè)量工作的態(tài)度外，最重要的是我們必須對(duì)貫通工程進(jìn)行精度分析 [1]。 進(jìn)行精度分析是十分必要的工作，這樣我們可以確保巷道的準(zhǔn)確貫通，保證巷道的質(zhì)量，提高貫通工程精度的方法有很多種，運(yùn)用這些方法極大地提高了貫通測(cè)量的精度，這正是本課題研究的意義 所在。 1． 2礦山測(cè)量技術(shù)及貫通測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀 作為測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)所屬二級(jí)學(xué)科 —— 大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程的一個(gè)重要分支和發(fā)展 —— 礦山測(cè)量，其任務(wù)是：研究礦山勘探與開發(fā)建設(shè)過程中各個(gè)階段進(jìn)行礦區(qū)控制測(cè)量、礦區(qū)地形測(cè)繪、礦山施工放樣、礦井定向、礦井貫通測(cè)量、采掘延伸測(cè)量、巖層與地表移動(dòng)及變形測(cè)量、礦山生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理時(shí)的理論與技術(shù)；是測(cè)繪學(xué)在礦產(chǎn)資源勘探、礦井建設(shè)、礦井生產(chǎn)與環(huán)境恢復(fù)全過程中的直接應(yīng)用；是地質(zhì)、采礦、測(cè)繪、環(huán)境、數(shù)理及信息科學(xué)等的交叉；是一門工程性和實(shí)踐性極強(qiáng)的邊沿學(xué)科。今天， 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及軟件技術(shù)的綜合發(fā)展，傳統(tǒng)的礦山測(cè)量技術(shù)已跨入以遙感（ remote sensing,RS）、全球定位系統(tǒng)（ globalpositioning system,GPS）和地理信息系統(tǒng)（ geographical information system。GIS現(xiàn)發(fā)展為 geoinformation system,即地學(xué)信息系統(tǒng)，亦簡(jiǎn)稱為 GIS）（統(tǒng)稱 3S技術(shù)） 為主要技術(shù)支撐的現(xiàn)代礦山測(cè)量。以 3S為核心的數(shù)字礦山已提上礦山科技發(fā)展日程，是傳統(tǒng)礦山企業(yè)改造和創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略方向 [2]。 現(xiàn)代礦山測(cè)量的任務(wù)不僅包括傳統(tǒng)的礦山測(cè)量及制圖，還包括了礦區(qū)可持續(xù) 2 發(fā)展研究、資源與環(huán)境規(guī)劃、礦山安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、數(shù)字化與可視化決策支持等。通過對(duì)礦區(qū)地面和地下的空間、資源和環(huán)境信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理、表達(dá)、顯示和利用，為合理有效地開發(fā)和保護(hù)礦山資源并治理、保護(hù)礦區(qū)環(huán)境服務(wù)，支持礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。 在使用的測(cè)量?jī)x器與手段方面，測(cè)繪儀器正在形成一種多傳感器相互集成和補(bǔ)充的新格局：數(shù)字地面一體化測(cè)圖系統(tǒng)與空間測(cè)量技術(shù)手段形成了較好的互補(bǔ)關(guān)系?？v觀國(guó)內(nèi)外礦井， GPS、防爆型的全站儀、光電測(cè)距儀、陀螺儀、 激光指向儀等儀器以及計(jì)算機(jī)技術(shù)已在先進(jìn)礦區(qū)的貫通測(cè)量工程中得到推廣使用，測(cè)算繪圖自動(dòng)化及礦山資源信息管理的研究正方興未艾 [3]。新型測(cè)量?jī)x器的逐步應(yīng)用和新的測(cè)量技術(shù)手段的不斷發(fā)展正在為礦山測(cè)量包括貫通測(cè)量工作注入新的活力。 礦山測(cè)量技術(shù)以及貫通測(cè)量技術(shù)與整個(gè)工程測(cè)量的發(fā)展一樣，也取得了巨大的進(jìn)步，但還有很多值得我們?nèi)パ芯亢徒鉀Q的重大課題 ，例如 井巷 貫通 測(cè)量 的誤差問題 及 精度分析等。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，專家們研究出更先進(jìn)的儀器，再加上其他的原因測(cè)量精度大大的提高，但是對(duì)于井巷的貫通測(cè)量的精度還不是很完善，使得貫 通工程的質(zhì)量不高，造成很多的廢巷，在經(jīng)濟(jì)和時(shí)間上都造成了很大的損失。本文主要研究的是 怎樣來提高貫通測(cè)量的精度。最突出的兩種方法是：利用模型指導(dǎo)施工和利用新的儀器來進(jìn)行作業(yè)。 在貫通井巷施工中由于我們依據(jù)初始模型嚴(yán)格指導(dǎo)井巷施工，使得貫通處方向和高程達(dá)到了工程的需要．提高了貫通精確度，同時(shí)也大大提高了成巷質(zhì)量。 運(yùn)用新的儀器來進(jìn)行作業(yè)也會(huì)有效的提高貫通測(cè)量的精度 .例如 :在國(guó)內(nèi)，長(zhǎng) km的秦嶺隧道，洞外 GPS網(wǎng)的平均點(diǎn)位精度優(yōu)于177。 3 mm，一等精密水準(zhǔn)線路長(zhǎng) 120多公里。目前輔助隧道已貫通，僅一個(gè)貫通面 的情況下，橫向貫通誤差為 12 mm，高程方向的貫通誤差只有 3 mm。山西潞安環(huán)能股份有限責(zé)任公司五陽(yáng)煤礦南峰風(fēng)井貫通井上導(dǎo)線長(zhǎng) 6km，井下導(dǎo)線長(zhǎng) 7km，導(dǎo)線全長(zhǎng)約 13km，利用GPS、加測(cè)陀螺邊、光電測(cè)距儀等新技術(shù)，使貫通點(diǎn)在水平重要方向上的實(shí)際貫通誤差為 101mm，高程方向貫通誤差為 +85mm[6]。 另外 還有其他幾種方法同樣是提高貫通測(cè)量精度不可缺少的，我們可以選擇好的測(cè)量方案和測(cè)量方法；在施工前進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)；中、腰線的標(biāo)定也是個(gè)重要的方法；最后就是選擇貫通點(diǎn)，測(cè)量人員應(yīng)該根據(jù)誤差預(yù)計(jì)選擇好貫通點(diǎn)，在 礦井施工前和施工時(shí)，如果可以運(yùn)用這幾種方法的話，那么貫通測(cè)量的精度有很大程度上提高。 1． 3主要 研究 目的和主要研究?jī)?nèi)容 3 1． 3． 1主要研究目的 礦山測(cè)量是開發(fā)礦業(yè)過程中不可缺少的一項(xiàng)總共要的基礎(chǔ)技術(shù)工作，在勘探、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)各個(gè)階段直到礦井報(bào)廢為止，都要進(jìn)行礦山測(cè)量工作。 本課題通過對(duì)礦山測(cè)量領(lǐng)域廣泛的學(xué)習(xí)和研究，掌握貫通測(cè)量技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和方向，聯(lián)系 礦 區(qū)單位的生產(chǎn)實(shí)際，分析 礦區(qū) 在貫通測(cè)量工程原設(shè)計(jì)中的不足和需要改進(jìn)的方面， 找出提高貫通測(cè)量精度的方法，如： 利用模型指導(dǎo)施工、 貫通方案的選定、 運(yùn)用實(shí)際例子來進(jìn) 行 誤差預(yù)計(jì)、 新儀器、 新技術(shù)的采用（ 全站儀、 GPS等儀器 ）、中、腰線的調(diào)整 、最佳貫通點(diǎn)的選取 等等。運(yùn)用這些方法將會(huì)使貫通工程更加順利， ，既不會(huì)由于精度不夠而造成工程的損失，也不盲目的追求過高的精度而增加測(cè)量工作量，這就是本課題研究的主要目的所在。 1． 3． 2主要研究?jī)?nèi)容 ⑴ 舉出井巷貫通測(cè)量的實(shí)例（第 2章 ）； ⑵ 列出提高精度的幾種有效的方法； ⑶利用模型指導(dǎo)施工； ⑷方案選擇的具體方法； ⑸運(yùn)用實(shí)例來進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)； ⑹ 在設(shè)計(jì)中嘗試使用新的儀器：全站儀、 GPS、等 ； ⑺ 進(jìn)行貫通點(diǎn)最佳位置理論探討； ⑻中、 腰線的標(biāo)定及調(diào)整的過程； 4 第二章 有關(guān)井下測(cè)量的特性 及貫通實(shí)例的工程概況 2． 1地下工程測(cè)量的特點(diǎn)有： （ 1）地下工程施工面黑暗潮濕，環(huán)境較差，經(jīng)常需要進(jìn)行點(diǎn)下對(duì)中（常把點(diǎn)位設(shè)置在坑道頂部），并且有時(shí)邊長(zhǎng)較短，因此測(cè)量精度難以提高。 （ 2）地下工程的坑道往往采用獨(dú)頭掘進(jìn)， 而洞室之間又互不相通，因此不便組織校核，出現(xiàn)錯(cuò)誤往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。并且隨著坑道 的進(jìn)展，點(diǎn)位誤差的累積越來越大。 （ 3）地下工程施工面狹窄，并且坑道往往只能前后通視，造成控制測(cè)量形式比較單一，僅適合布設(shè)導(dǎo)線。 （ 4）測(cè) 量工作隨著坑道工程的掘進(jìn)，而不間斷地進(jìn)行。一般先以低等級(jí)導(dǎo)線指示坑道掘進(jìn)，而后布設(shè)高級(jí)導(dǎo)線進(jìn)行 檢核。 （ 5）由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或者特定的測(cè)量方法（如為保證地下和地面采用統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，需要進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量）和儀器 [4]。 2． 2地下工程對(duì)測(cè)量的要求 地下工程的測(cè)量環(huán)節(jié)包括：建立地面控制網(wǎng)、地面和地下的聯(lián)系測(cè)量、地下坑道中的控制、竣工及施工測(cè)量。對(duì)測(cè)量的要求如下： （ 1） 應(yīng)嚴(yán)格按照先控制后碎部，高級(jí)控制低級(jí)、 對(duì)測(cè)量成果逐項(xiàng)檢核，測(cè)量精度必須滿足規(guī)范要求等。 （ 2） 在隧道工程中，兩個(gè) 相向開挖的作業(yè) 面的施工中線往往因測(cè)量誤差，產(chǎn)生貫通誤差（分為縱向貫通誤差、橫向貫通誤差和高程貫通誤差）。對(duì)于隧道而言，縱向誤差不會(huì)影響隧道的貫通質(zhì)量，而 橫向誤差和高程誤差將影響隧道的貫通質(zhì)量。因此應(yīng)采取措施嚴(yán)格控制橫向誤差和高程誤差，以保證工程質(zhì)量。 （ 3） 為保證地下工程的施工質(zhì)量，在工程施工前應(yīng)進(jìn)行工程測(cè)量誤差預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)中應(yīng)將允許的竣工誤差加以適當(dāng)分配。一般來說，地面上的測(cè)量條件比地下好。故對(duì)地面控制測(cè)量的精度應(yīng)要求高一些，而將地下測(cè)量的精度要求適當(dāng)降低。 （ 4） 在地下工程中應(yīng)盡量采用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備。地面控制測(cè)量應(yīng)采用 GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行。平面聯(lián)系測(cè)量應(yīng)盡量采用陀螺定向。坑道內(nèi)的導(dǎo)線測(cè)量應(yīng)采用紅外測(cè)距儀 測(cè)距以加大導(dǎo)線邊，減少導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)。為限制測(cè)角誤差的傳遞，當(dāng)導(dǎo)線前進(jìn)一定距離后應(yīng)使用高精度陀螺經(jīng)緯儀加測(cè)陀螺定向邊 [4]。 2． 3貫通測(cè)量實(shí)例 的工程概況 及設(shè)計(jì)參數(shù) 5 2． 3． 1貫通測(cè) 量實(shí)例 的工程概況 本文引用紅會(huì)三礦為例，紅會(huì)三礦是一個(gè)煤礦，下面 就 其工程概況 做介紹 ： 紅會(huì)三礦井田位于甘肅中部黃土高原區(qū)，行政區(qū)劃隸屬于甘肅省白銀市平川區(qū)，北距騰格里沙漠 80～ 90km，地形為低山丘陵或沙灘，海拔 1780～ 1900m；地理坐標(biāo)：東徑 105176。 01? 20?～ 105176。 02? 50?，北緯 36176。 40? 45?～ 36176。 41?50?，為祁連山地槽系內(nèi)一起伏不平的山間傾斜盆地。距白銀市平川區(qū)約 25km，區(qū)內(nèi)河流無常年性流水，沙河及沖溝有季節(jié)性流水。礦區(qū)地勢(shì)東北高、西南低。氣候特征為大陸性干旱氣候。全區(qū)均被第四系黃土覆蓋，地形起伏較大，以黃土丘陵居多。區(qū)內(nèi)有專用鐵路和公路分別與包蘭鐵路和 109國(guó)道連接，交通便利。 該礦是靖遠(yuǎn)煤業(yè)有限責(zé)任公司下屬的一對(duì)片盤斜井， 1972年建成簡(jiǎn)易投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力 21萬噸 /年，礦井曾連續(xù)三年產(chǎn)量達(dá) 30萬噸 /年。由于超生產(chǎn)能力服務(wù)和 小窯破壞，使老采區(qū)資源枯竭。為了礦井接續(xù)，經(jīng)原礦務(wù)局研究決定，對(duì)紅會(huì)三礦實(shí)施深部接替改造設(shè)計(jì)。為此需將三礦主井筒繼續(xù)延伸，使之與紅會(huì)一礦三采區(qū)軌道上山貫通，從而解決礦井延伸后的總回風(fēng)、提升等問題。 該貫通測(cè)量工程屬一礦副井與三礦主井兩井間貫通，屬重要貫通工程。兩井口相距 2100米，井下導(dǎo)線長(zhǎng)度約 2700米，實(shí)際貫通距離約為 160米。 見下圖： 此圖為： 一礦副井與三礦主井兩井間貫通工程概況 2． 3． 2設(shè)計(jì)參數(shù) 本設(shè)計(jì)按《煤礦測(cè)量規(guī)程》 [32]的有關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)院有關(guān)三礦接替延深方 案進(jìn)行編寫。 本設(shè)計(jì)所采用的起始數(shù)據(jù)為 1968年西北煤田地質(zhì)局測(cè)量六隊(duì)的三角點(diǎn)成果和1997年 9月公司地質(zhì)隊(duì)提交的三角點(diǎn)成果聯(lián)測(cè)到井下的導(dǎo)線點(diǎn)成果資料，屬 1954年北京坐標(biāo)系， 1956年黃海高程系。經(jīng)對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行檢查核實(shí)，起始資料正確可靠。 6 ⑴測(cè)量起始數(shù)據(jù) （見下表）： 井筒中心線坐標(biāo)方位角 α =144176。 00＇ 00? 備注 井筒傾角 井筒毛斷面 井筒凈斷面 主井總長(zhǎng)度 井筒水平長(zhǎng)度 δ =18176。 00＇ 00? S＇ =㎡ S=㎡ L=1050m D= 按照《