【文章內容簡介】 井下高程測量方案設計及誤差預計1) 方案Ⅰ 井下水準測量(平巷)井下水準測量，主要用于測量水平巷道內的高程點及經緯儀導線點的高程。平巷中用S3水準儀往返觀測，往返測高差的較差不大于 (為水準點間的路線長度，以km為單位)，并獨立進行兩次。如圖312所示，從經過高程聯(lián)系測量的井底高程起算點(南風井)出發(fā)，沿井底車場和主要平巷逐段布設水準測量導線，導線為附合導線：南風井S1S2S3S8S9S10S13S14S15井下水準路線長1052m，共計18條邊，平均邊長58m。每隔300~500m設置一組高程點，每組至少應由三個點組成。其間距以30~80m為宜；井下所有高程點應統(tǒng)一編號，并將編號明顯地標記在點的附近。圖312井下高程測量示意圖Fig. 312 Underground leveling根據以往本礦山35條井下水準測量路線求得每千米的高差中誤差，則井下水準測量引起K點在高程上的貫通誤差精度估算如下：(225)2) 方案Ⅱ 井下三角高程測量(斜巷)三角高程測量，主要用于次要斜巷(δ＞8o)的斜巷的高程點及經緯儀導線點的高程[14]。如圖312所示，在火藥庫回風上山巷道內，從經過高程聯(lián)系測量的副井井底高程起算點A出發(fā)，沿井底車場和次要斜巷逐段布設經緯儀三角高程測量導線，導線為附合導線：副井S31S30S29S25S24S23S18S17S16井下斜巷總長為626m，共計17條邊，平均邊長37m。每隔300~500m設置一組高程點，每組至少應由三個點組成。其間距以30~80m為宜；井下所有高程點統(tǒng)一編號，并將編號明顯地標記在點的附近。根據以往本礦山7條斜巷三角高程測量路線求得每千米的高差中誤差，則井下三角高程測量引起K點在高程上的貫通誤差精度估算如下：(226)《規(guī)程》要求基本控制導線的高程容許閉合差，即規(guī)程要求每千米長度容許誤差的高程中誤差為。可見，其精度比水準測量低得多。3 測量方案的比較與選擇 平面測量方案 井上平面測量方案方案ⅠGPS測量與常規(guī)方法相比，具有很大的優(yōu)越性和靈活性：觀測站之間無需通視，布設靈活，定位精度高，觀測時間短，提供三維坐標，操作簡便，全天候作業(yè)，適合各種地下工程的地面控制測量；全站儀導線雖然能夠滿足貫通精度要求，但受時間、氣候、地形等因素限制，而且用人多所以費用也比較高。地面GPS測量誤差所引起的K點在x39。 軸方向上的貫通誤差為177。6mm，遠小于全站儀導線的177。27mm。對于方案Ⅱ全站儀導線測量，測角誤差對K點在x39。 軸方向上的貫通誤差影響很大為177。26mm。綜合考慮測區(qū)地形情況、井口近井點位置、測量誤差預計精度及工程預算等因素，采用方案ⅠGPS控制測量方案。為保證GPS網圖形精度，檢驗并應以礦區(qū)布設的2個已知E級控制點為起算點，保證精度的前提下根據本礦區(qū)實際情況，采用邊連式E級網精度測設2組地面控制點，包括近井點C、D且C、D可構成一條邊，兩近井點C與D之間盡量通視。 定向測量方案恒大待貫通巷道兩側雖有兩個立井，但副井和南風井在定向水平上沒有巷道相通，無法進行測量，故不能采用兩井幾何定向，僅能采用一井幾何定向、陀螺定向或者直接采用待貫通巷道井下基本控制導線，進行聯(lián)系測量。由上述內容可知，方案Ⅰ一井定向誤差引起K點在x39。 軸方向上的貫通誤差為177。50mm、177。80mm；方案Ⅱ兩井進行陀螺定向誤差引起的K點在重要方向x39。 上的誤差為177。4mm?！兑?guī)程》有關規(guī)定一井幾何定向不能作為井下基本控制導線的控制方向。綜合考慮井口位置、待貫通巷道情況、測量誤差預計精度及工程預算等因素，故兩端立井均采用方案Ⅱ陀螺經緯儀定向進行聯(lián)系測量。 井下平面測量方案方案Ⅰ采用常規(guī)的7經緯儀控制導線，沿副井、南風井分別從定向起始邊開始沿火藥庫回風上山、515回風大巷敷設附合導線，井下導線全長1586m，共29條邊。井下導線測角誤差引起K點在x39。 軸方向上的貫通誤差為177。58mm，量邊誤差引起K點在x39。 軸方向上的貫通誤差為177。9mm，井下導線總誤差177。59mm；方案Ⅱ采用加測堅強陀螺定向邊的經緯儀控制導線，井下導線測角誤差引起K點在x39。軸方向上的貫通誤差為177。12mm，量邊誤差引起K點在x39。 軸方向上的貫通誤差為177。8mm，井下導線總誤差177。14mm。恒大煤礦515回風大巷貫通工程中，不僅需要測設很長距離的井下經緯儀導線，導線在巷道轉彎處又有一些短邊，由于井下測角誤差累積的結果，往往難以保證較高精度的貫通要求，然而在井下要提高測角精度比較困難，故而在實際工作中需采用在導線中加測定高精度的陀螺定向邊的方法建立井下平面控制，以達到在不增加測量工作量的前提下顯著減小測角誤差對導線點位測角誤差的影響之目的。綜合考慮井下起始邊位置、待貫通巷道情況、測量誤差預計精度及工程預算等因素，采用方案Ⅱ加測堅強陀螺定向邊的經緯儀控制導線。 平面測量最后方案的確定及預計誤差地面選用GPS按照E級網精度測設兩近井點。南風井和副井均采用陀螺經緯儀定向進行聯(lián)系測量。井下導線測量，采用光電測距經緯儀控制導線，分別在貫通兩側加測一條陀螺邊。貫通在水平重要方向x39。上的總誤差： (31)貫通在水平重要方向x39。上的預計誤差：(32) 高程測量方案 地面高程測量方案方案Ⅰ四等水準測量，按《規(guī)程》規(guī)定在新南風井和副井各建立井口水準基點兩個，水準路線R=，地面水準測量誤差引起K點在高程上的貫通誤差；方案Ⅱ 光電測距三角高程測量，按《規(guī)程》規(guī)定三角高程測量主要用于山區(qū)和丘陵地帶的高程控制和平面控制網點的高程測定?？紤]到恒大礦區(qū)地勢較為平坦，加之三角高程測量不易操作且精度較低；方案Ⅲ GPS擬合高程測量，按《規(guī)程》規(guī)定僅適用于平原或丘陵的五等及以下等級高程測量[16]。本礦區(qū)屬于較為平坦的小測區(qū)，可采用二次曲面高程擬合模型，通過基線向量解算、GPS基線向量網及二次曲面高程擬合綜合處理等，得出GPS高程測量誤差引起K點在高程上的貫通誤差滿足要求，地面高程測量采用GPS建立進口水準基點是一種值得提倡的方案。按《規(guī)程》規(guī)定，礦區(qū)地面高程首級控制網，一般應采用水準測量方法建立。綜合考慮測區(qū)地形、兩端井口位置、測量誤差預計精度及工程預算等因素采用方案Ⅰ四等水準測量。 導入高程測量方案方案Ⅰ采用長鋼絲法導入高程，這種方法占用井筒時間較長。由于長鋼絲導入高程的設備和安裝與立井定向時所需的部分投點設備及安裝相同，在具體施工過程中，可以考慮在進行定向以后，隨即導入高程以節(jié)省占用井筒時間；方案Ⅱ光電測距導入高程，與方案Ⅰ相比不僅大大縮短了作業(yè)時間，還能提高測量精度，且精度不受井深增大的影響，完全滿足《規(guī)程》規(guī)定的要求，但必須要注意溫度變化對測量長度變化的影響。恒大煤礦南風井井深為686m，副井井深為844m，井深較大。在經過溫度、拉力、氣象、儀器常數改正后高差相等后，可得長鋼絲導入高程與光電測距導入高程誤差引起K點在高程上的貫通誤差均為。綜合考慮兩端井深、井口位置、測量誤差預計精度及工程預算等因素采用方案Ⅱ光電測距導入高程。 井下高程測量方案綜合考慮待貫通巷道坡度、兩端井口位置、測量誤差預計精度及工程預算等因素確定平巷中采用水準測量，斜巷采用三角高程測量的方案。在515m回風大巷采用井下水準測量，用DS3水準儀往返觀測，從經過高程聯(lián)系測量的井底高程起算點(南風井)出發(fā)，沿井底車場和主要平巷逐段布設水準測量導線：南風井S1S2S3S8S9S10S13S14S15井下水準測量引起K點在高程上的貫通誤差為；在火藥庫回風上山采用三角高程測量，從經過高程聯(lián)系測量的副井井底高程起算點A出發(fā)，沿井底車場和次要斜巷逐段布設水準測量導線，導線為附合導線：副井S31S30S29S25S24S23S18S17S16井下水準測量引起K點在高程上的貫通誤差為。 高程測量最后方案的確定及預計誤差地面高程測量采用四等水準測量，光電測距導入高程，在515m回風大巷采用井下水準測量，用DS3水準儀往返觀測，在火藥庫回風上山采用經緯三角高程測量。為節(jié)省成本和時間，三角高程測量可與導線同時施測[17]。貫通在高程上的總誤差(各項高程測量均獨立進行兩次)： (33)貫通在高程上的預計誤差：(34)4 貫通測量的技術路線 平面控制測量 地面控制測量1) 儀器設備雙頻GPS接收機3臺、三腳架3套，卷尺等。2) 人員組織3人負責觀測，機動2人。3) 測量方法利用GPS衛(wèi)星定位測量測設近井點，近井點應埋設在視野開闊處，點周圍視場內不應有地面傾角大于10176。的成片障礙物，以免阻擋來自衛(wèi)星的信號。同時，應避免高壓輸電線、變電站設施，其最近不得小于200m，距強輻射電臺、電視臺、微波站等不得小于400m；還應避開對電磁波吸收反射的金屬和其他障礙物及大面積水域等。《規(guī)范》中E級相當于常規(guī)測量的國家四等測量，故近井點可采用《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》規(guī)定E級網測設，技術標準見見表41。測量可采用靜態(tài)定位法通過大量的重復觀測來提高定位精度。為了確保該項工程的順利實施決定采用GPS網建立地面獨立平面控制網。兩近井點應盡量互相通視，以便兩點互為后視，以此消除起始邊的坐標方位角中誤差對于貫通的影響，并在地面建立起了平面控制系統(tǒng)，可以最大限度的消除地面控制測量誤差對貫通相遇點K的影響。表51 E GPS測量技術標準 E GPS technology standard等級水平均邊/km儀器圖形強度觀測時段時段長/min高度角精度指標/mmE105雙頻102601510 20106 平面聯(lián)系測量1) 儀器設備GAK1型陀螺經緯儀1臺、溫度計2支、礦燈，花桿等。2) 人員組織觀測1人、記錄1人、后視1人，機動2人。3) 測量方法為了提高定向的精度采用懸掛鋼絲的方法井下傳遞平面坐標。地面用J2經緯儀測角，井下用J2經緯儀測角。用陀螺定向方法傳遞方向，采用GAK1型陀螺經緯儀對兩井分別進行陀螺定向，定向時采用逆轉點法觀測，作業(yè)方法和限差要求按《規(guī)程》有關規(guī)定執(zhí)行，每井同獨立進行三次取平均值。陀螺定向聯(lián)系測量過程如下：a. 投點由于兩端立井都較深、井筒中淋水、塵霧較大，為了保證精度要求，所以采用鋼絲投點法。為盡量減少或不占用井筒的提升時間，垂球線布設在管子間，投點采用單重穩(wěn)定投點；b. 連接地面連接：在F點安置儀器與垂球線連接，測角、量邊的精度按《煤礦測量規(guī)程》中執(zhí)行；井下連接：由陀螺定向邊AU1起敷設7″級導線，在A點架儀器與垂球線的穩(wěn)定位置連測，連接精度要求同7″導線。井上、下連接導線與垂球線的連接都應獨立進行兩次；″c. 定向在選定的起始邊AU1上進行陀螺經緯儀定向，求出該邊的坐標方位角α0。陀螺定向采用逆轉點法。定向可在投點連接前完成，也可在連接后再進行。采用跟蹤逆轉點法觀測時，一般應連續(xù)觀測五個逆轉點，計算三個陀螺擺動中值。相鄰和間隔擺動中值的互差應符合表52的限差規(guī)定。4) 陀螺經緯儀定向的作業(yè)過程a. 在地面已知邊上測定儀器常數如圖51所示，陀螺北與真北不重合，二者的夾角稱為儀器常數。陀螺北在真北東，為正；反之，則為負。求得儀器常數：(41) 圖51 陀螺儀定向示意圖 Gyroscope orientationb. 在井下定向邊上測定陀螺方位角在井下起始邊定向邊處進行陀螺定向，則定向邊的地理方位角A為：(42)測量要求：測定定向邊陀螺方位角應獨立進行兩次，其互差應小于40。c. 儀器上井后重新測定儀器常數 儀器上井后，應在已知邊上重新測定儀器常數2~3次。前后兩次測定的 儀器常數，其中任意兩個儀器常數的互差應小于40″，然后求出儀器常數的最或是值，用白塞爾公式評定一次測定中誤差d. 求算子午線收斂角 地理方位角和坐標方位角的關系為：(43)其中γ0的符號由安置經緯儀的位置確定，在中央子午線以東為正，以西為負。e. 求算井下定向邊的坐標方位角 由公式(53)可得出： ( 44)因此井下定向邊的坐標方位角為：(45)f. 粗略定向在測定已知邊和定向邊的陀螺方位角之前，首先進行粗略定向，即把經緯儀望遠鏡視準軸置于近似北；儀器在測站安置好后，將經緯儀視準軸大致擺在北方向后，起動陀螺馬達，達到額定轉速后，下放陀螺靈敏部，松開經緯儀水平制動螺旋，用手轉動照準部跟蹤靈敏部的擺動，使陀螺儀目鏡視場移動的光標像與分劃板零刻劃線 隨時重合。當達到擺動逆轉點時，讀取水平度盤μ1；用同樣的方法向反方向跟蹤，到達另一點逆轉點時，再讀取水平讀數μ2。鎖緊靈敏部，制動陀螺馬達。按下式計算近似北在水平度盤上的讀數：(46)轉動望遠鏡擺在N39。 讀數位置，加上儀器常數，這時視準軸就指向了近似北。g. 精密定向嚴格整置經緯儀，架上陀螺儀，以一個測回測定待定或已知測線的方向值，然后將儀器大致對正北；鎖緊擺動系統(tǒng)，啟動陀螺馬達，待達到額定轉速后，下放陀螺靈敏部，進行粗略定向，制動陀螺并托起鎖緊，將望遠鏡視準軸轉到近似北方向，固定照準部。把水平微動螺旋調整到行程范圍的中間位置；打開陀螺照明，下放陀螺靈敏部，進行測前懸?guī)Я阄挥^測，同時用秒表記錄自擺周期T3，零位觀測完畢，托起并鎖緊靈敏部；啟動陀螺馬達，達到額定轉速后，緩慢地下放靈敏部到半脫離位置，稍停數秒鐘，再全部下放。如果光標像移動過快，再使用半脫離阻尼限幅，使擺幅大約在1176。~3176。范圍為宜，用水平微動螺旋微動照準部，讓光標像與分劃板零刻線隨時重合，即進行跟蹤。跟蹤要做到平穩(wěn)和連續(xù)，切忌跟蹤不及時，諸如時而落后于靈敏部的擺動，時而又很快趕上或超前很多