盐井二矿副立井联系测量技术方案.docx
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盐井二矿副立井联系测量技术方案
盐井二矿副立井联系测量技术方案
一.概述
盐井二矿位于重庆合川市之南,与盐井一矿相邻。
为合川区盐井镇九塘乡所辖。
南起1勘查线,北止于4勘查线(与一矿相邻),井田走向长约5.7km,西以沥鼻峡背斜以西嘉陵江组槽谷为界,东以背斜东翼的嘉陵江组顶界为界,平均宽约2.55km,面积约14.54km2。
二矿井田中心相距合川市城区直距13Km,方位176°,二矿井田中心点地理坐标:
东经106°16′22″,北纬29°52′53″。
井田范围地理坐标:
东经106°14′37″~106°17′00″,北纬29°51′20″~29°54′15″。
矿井的总体开拓方案为主斜井+副立井综合开拓方案,根据设计方案,二矿井设计生产能力55万吨/年,矿井副立井和工业广场设在学堂湾(4勘查线以南约1000m处),主斜井井口坐标:
X=3308850.50,Y=35623566.60,H=376.00m,副主井井口坐标:
X=3308724.30,Y=35623582.70,H=381.00m,后变更为:
X=3308724.527,Y=35623582.384,H=381.00m,井底标高-150m,井筒长561.00m。
矿井共划分三个水平,即-150m为第一水平,-350m为第二水平,-500m为第三水平。
副主井打到-150m水平后按353°的方位角主石门到K2煤层底板茅口组(P1m)石灰岩中布置-150m水平运输大巷,主石门长1368m。
-350m和-500m水平采用暗斜井延深,水平运输大巷布置在茅口组(P1m)石灰岩。
回风斜井布设在九塘(3勘查线北西),井口坐标:
X=3308229.70,Y=35623214.87,H=390.00m,方位339°,倾角27°,斜长949m,总回风巷标高确定为+10m。
为保证井筒能够按照设计施工,保证井筒与煤层及地表的相对位置关系,矿井的总体测量方案为主斜井、回风井采用支导线将地面坐标系统引入井下,副立井采用单钢丝投点陀螺经纬仪定向的方式引入坐标系统并与主斜井、回风井贯通从而形成与地面坐标系统相对应的井下坐标系统。
副立井一期工程(自地面+381至-150水平及马头门相关工程)由重煤九处施工。
在其施工期间,重煤九处在马头两边埋设的控制点上采用单钢丝投点陀螺经纬仪定向和长钢尺导入高程的方式做了一次初步的井筒联系测量。
但其测量成果只是为一期工程服务,不能作为后期测量的依据,而且根据《煤矿测量规程》联系测量工作应独立进行两次。
所以,副立井在二期工程施工时有必要再进行一次联系测量工作,以保证后续工作的准确性。
二.总体测量方案
本次联系测量工作的主要方案是:
在坐标的引入上,采用单钢丝稳定投点的方法;在方向上,采用陀螺经纬仪定向的方法进行测定;在高程上,采用长钢丝投点配合光电测距的方法进行测定。
为了减少测量工作对矿井生产的影响并考虑到现场的实际情况,本次测量任务我们将方向导入和坐标高程导入分开进行测定,主要工作流程如下:
首先,在井下埋设好的定向边控制点上进行陀螺经纬仪定向测量测定出定向边的坐标方位角;然后,在天气条件比较好的情况下再考虑用单钢丝吊挂重物进行坐标和高程的导入工作。
在使用单钢丝导入高程时,由于各种不同型号的钢丝其弹性系数和不同的气象因素的改正很难在理论上准确的计算出来。
为了精确测定出井下高程,保证副立井和主风井的顺利贯通,本次高程导入主要采用光电测距的方法:
在地面井口和井下搭建操作平台,将仪器对中到长钢丝的投点中心上,然后挪开钢丝并在井口平台上长钢丝的投点中心位置放置三棱镜头对准井下,最后将仪器视准轴对准天顶方向,进行高程的测定工作。
三.材料准备与人员配置
为了准确顺利的完成本次副立井联系测量任务,保证井下巷道的高程和掘进方向,本次测量工作所需材料、人员如下:
一).方向测定所需材料人员:
1.陀螺经纬仪具有15″或15″以上的定向精度并具备有效的校检证书。
2.木三脚架一个、铝合金三脚架两个。
3.单棱镜组两个。
4.对讲机三个。
5.对中垂球两个。
6.所需人员:
共需四人,其中一人观测仪器、一人记录、一人前视、一人后视。
二).高程和坐标导入所需材料人员:
1.全站仪三台,其中至少有两台具有免棱镜测距功能,所有仪器都必须具有2″或2″以上的测角精度并具备有效的校检证书。
2.木三脚架三个、铝合金三脚架四个。
3.单棱镜组四个、三棱镜组一个。
4.1mm碳素钢丝600m。
5.50kg重锤一个。
6.水桶一个(可放置重锤)。
7.对讲机四个。
8.搭建井口和井下平台所需的材料若干。
9.所需人员:
地面所需人员3个,其中一人观测仪器、一人记录数据、一人对前视。
井下所需人员3个,其中一人观测仪器、一人观测兼记录、一人对前视。
三.陀螺经纬仪测定坐标方位角
为减少测量工作对矿井生产的影响,提高测量的精度,本次方向的测定工作同高程和坐标的导入分开进行。
本次的定向测量选用15″级陀螺经纬仪,采用逆转点的测量方法,采用3-3-3的测量方案。
具体方法如下:
(一)逆转点法
1.严格整置经纬仪,架上陀螺仪,以一个测回测定待定或已知测线的方向值,然后将仪器大致对正北方。
2.镜紧摆动系统,启动陀螺马达,待达到额定转速后,下放陀螺灵敏部,进行粗略定向。
制动陀螺并托起锁紧,将望远镜视准轴转到近似北方位置,固定照准部。
把水平微动螺旋调整到行程范围的中间位置。
3.打开陀螺照明,下放陀螺灵敏部,进行测前悬带零位观测,同时用秒表记录自摆周期T。
零位观测完毕,托起并锁紧灵敏部。
4.启动陀螺马达,达到额定转速后,缓慢地下放灵敏部到半脱离位置,稍停数秒钟,再全部下放。
如果光标像移动过快,再使用半脱离阻尼限幅,使摆幅大约在1°~3°范围为宜。
用水平微动螺旋微动照准部,让光标像与分划板零刻划线随时重台,即跟踪。
跟踪要做到平稳和连续,切忌跟踪不及时,例如时而落后于灵敏部的摆动,时而又很快赶上或超前很多,这些情况都会影响结果的精度。
在摆动到达逆转点时,连续读取5个逆转点读数u1、u2、u3、u4、u5。
然后锁紧灵敏部。
制动陀螺马达。
跟踪时,还需要用秒表测定连续两次同一方向经过逆转点的时间,称为跟踪动周期。
摆动平衡位置在水平度盘上的平均读数NT,称为陀螺仪北方向值,用下式计算:
5.测后零位观测,方法同零位观测。
6.以一测回测定已知测线的方向值,取测前测后两测回的平均值作为测线方向值。
以上称为陀螺经纬仪逆转点观测的一个测回,方案后附逆转点记录表格。
上述逆转点观测方法只是针对上架悬挂式陀螺经纬仪,如果所使用的陀螺仪不是上架悬挂式陀螺经纬仪则应该参照仪器说明书的操作方法进行观测。
(二)测定方案
1.在地面已知边(N6---YE4-J)上采用三测回测定陀螺方位角,求得三个仪器常数,
2.在井下两条定向边上分别采用三个测回测定陀螺方位角。
3.返回地面后,要尽快在原已知边上再用三测回测定陀螺方位角,再求得三个仪器常数。
(三)各项限差
1.基线边和定向边长度应大于50m
2.陀螺经纬仪的悬挂带零位不超过±0.5格(上架悬挂式陀螺经纬仪)
3.井上、下零位变化不超过±0.3格(上架悬挂式陀螺经纬仪)
4.同一边任意两测回陀螺方位角互差不得超过40″
5.两条陀螺定向边的闭合差不得超过±40″
6.经纬仪测前和测后方向值互差不得超过10″
7.陀螺仪每测回相邻摆动中值和间隔摆动中值的互差分别不超过20″和30″(逆转点法)
四.高程导入和连接测量
由于我矿的场地较小,设备不足,技术条件相对薄弱加之各种条件的限制,在高程的导入上如果采用传统的长钢丝导入可能会产生较大的误差,而且也要消耗大量的人力。
为了提高精度和工作效率,我们考虑采用光电测距的方法进行高程的导入。
在现有的条件下,我们决定采用全站仪在井下对中,并与地面安置棱镜进行天顶距离的测量以达到高程导入的目的。
具体方法如下:
1.在地面布置并测定好一个近井点,近井点可由N6---YE4-J两点为基准并以N6点位测站,直接测至井口附近(近井点的高程需往返测)。
2.在地面安置一台全站仪(具有免棱镜测距功能)于近井点,一个棱镜于后视N6点。
在井下安置两台全站仪分别于S点(具有免棱镜测距功能全站仪)和一临时点,于S1点安置棱镜。
3.在井筒上下分别于井口和井下-150水平的井筒罐笼平衡锤位置处搭建操作平台,操作平台必须安设的平稳,保证一起安置于平台上不会受到晃动的影响。
4.井口操作平台必须于适当的位置留有一个直径大约150mm的孔,以便安置钢丝和棱镜。
于井口操作平台上2m位置处安设一个卡绳器,以便固定钢丝绳位置。
5.将钢丝由井口平台下放至井下平台,井口平台将钢丝固定在卡绳器上并有预留的孔中穿过到井下。
井下平台在钢丝绳末端悬挂一约20kg的重锤,并将重锤置于一盛水的铁桶内。
6.井下定向边的布置如图:
于S点安置仪器(具有免棱镜功能的全站仪),于S2点安置棱镜,待钢丝绳晃动趋于稳定后采用两次对中四个测回观测钢丝绳-S-S2的角度同时测定S点到钢丝绳的距离(可在钢丝绳后贴一张白纸,用全站仪的免棱镜测距功能进行距离测定)
7.地面将仪器架设于埋设好的近井点上后视N6点,待钢丝绳稳定后采用两个测回测定出钢丝绳的平面坐标(其中近井点到钢丝绳的距离测定方法与上述方法相同),同时测定出井口平台上预留孔的孔口高程。
原则上地面与井下的连接测量应同时进行以减少各种干扰因素产生的误差。
8.连接测量完成后将井下两台仪器大致按下图位置架设:
两台仪器同时照准钢丝绳,并锁定仪器的水平度盘,将水桶、钢丝绳移开,用两台全站仪以十字线的方式标定出钢丝绳的投点中心O下。
在井口平台以拉线的方式找出钢丝绳的中心O上以十字线的方式标定的井口平台上。
9.将TC1202+全站仪安置于标定出的钢丝绳投点中心O下上,于S点安置棱镜并丈量棱镜高。
在井口平台将钢丝绳移开,将三棱镜头安置于预留孔上,棱镜中心对准钢丝绳的中心O上,也可以在卡绳器上吊挂锤球来找到钢丝绳的中心。
10.于井下平台将仪器对准天顶方向并测距,然后将仪器瞄准S点站标并测定天顶角和斜距。
以上称为一个测回,总共应测四个测回以求取S点高程。
11.设天顶距离为L天,井口平台预留孔孔口高程为H上,仪器与站标的高差为DH,站标高为j则S点的高程HS为:
HS=H上-L天+DH+j
五.高程导入的可行性分析
假设井口平台三棱镜组的有效反射范围为一个直径为100mm的圆,圆心为棱镜中心。
假设仪器对准钢丝投点中心的误差为10mm。
井筒深度为530m。
则仪器对准天顶方向的天顶角误差(主要来源于仪器的测角误差和指标差)应小于:
假设仪器的测角精度为2″则i的允许误差为:
此项要求高于测量仪器规范的要求。
为了控制i角的精度,在测量之前应对用于测定天顶距离的全站仪进行严格的天顶角校检,校检方法如下:
1.将仪器置于合适的位置整平。
2.找寻以照准目标,要求目标清晰,仪器照准目标后垂直角大于20°,目标与仪器的距离大于50m。
3.
仪器照准该目标,测定天顶角并记录,共测定九个测回计算i角的中误差mi:
mi必须小于2″,计算i角的平均值作为半测回测定天顶角的改正值。
六.精度分析与评定
(一)陀螺经纬仪定向精度分析与评定
假定按照陀螺经纬仪的标称精度15″(陀螺经纬仪一次测定方位角中误差),按照3-3-3的定向测量方案,则一次定向中误差
可按下述方法进行计算:
设仪器常数测定中误差为:
陀螺方位角测定中误差为:
则
=
=15″
地面测定仪器常数的中误差为:
设井下测定陀螺经纬仪方位角的中误差为
由于井下定向边坐标方位角为:
式中:
——井下陀螺定向边的陀螺方位角;
——仪器常数平均值;
——井下陀螺定向边仪器安置点的子午线收敛角。
则一次定向中误差为:
确定子午线收敛角的误差
很小,可以忽略不计。
在定向测量工作完成后,还应测量成果进行精度评定,即应从新计算实际的陀螺一次测定方位角中误差和实际的定向中误差,实际的误差值应小于理论计算的误差值。
陀螺仪一次测定方位角的实际中误差为:
则
定向的实际中误差计算与上述方法相同。
(二)高程导入精度分析
本次高程导入的误差来源主要有以下几个方面
1.地面近井点的高程误差
2.近井点至井口平台的高程测量误差
3.井下平台至井口平台的天顶距离测量误差
4.井下平台仪器至S点的高程测量误差
假设地面和井下均按照等外水准的要求进行测量,则每公里高程中误差为
=20mm。
近井点至N6点的距离约为250m,则:
近井点到井口平台的距离为30m则
考虑到近距离测量时仪器高的丈量误差的影响不可忽略,可取
=3mm。
同样可取
=3mm。
假设仪器距离测量的标称精度为2+2ppm,井筒深度为530m,则
由上述的计算可求得相对于N6点S点的高程误差为:
(三)连接测量精度分析
取仪器标称测角精度2″,测距精度2+2ppm
取点位中误差
则:
式中:
——由测角引起的点位纵向误差;
——距离测定误差。
取近井点的点位中误差为
,则
取钢丝投点的点位误差为
,按照规程可取
=2mm。
由地面连接测量引起的点位中误差为
,则
由井下连接测量引起的点位中误差为
,则
有上面的分析可知,相对于N6点S点的点位中误差
为:
七.若干补充问题
1.根据《煤矿测量规程》要求,联系测量施测方案和技术措施应上级地测部门审批,在有条件的情况下可以考虑请上级部门莅临指导。
2.在施测是应注意对井筒相关设备的保护,要注意到井上下操作的安全,在条件允许的情况下可以考虑由相关安全人员地面监督,另外在施工前应补充相关的安全措施。
3.在完成联系测量工作后,应提交工作总结,并报上级主管部门审批。
工作总结包括:
现场测量所遇到的各种问题,解决方法和其对成果的影响;测量的原始数据;各种计算表格;精度评定。
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