矿山测量和矿图.docx
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矿山测量和矿图
所示。
·
使历时,当图形不大时把极点放在图形外,用描迹针放在面积轮廓线上某一点作为起点,在读数设备上读取起始读数n2,再把描迹针沿轮廓线按顺时针方向慢慢作匀速运行,最后回到起点位置时,读取终止读数n2:
,则图形的实地面积为
Q=K(n2一n1)(5—6)
式中K为必然描迹臂长的求积仪单位读数面积值。
可在仪器盒中附表查得。
同法,描迹针从起点还可按逆时针方向绕一圈,读取始、终读数n,,和n,2,当n2一n1与n,:
一n,,之差小于10时,可取其平均值进行面积计算。
当图形较大时,能够分块量取,也可把极点放在图形之内,用同法量测,但计算面积时要加上求积仪的加常数C(也可在附表中查得)。
Q=K(n2一n1)+C(5—7)
思考题
1.什么叫地形图的比例尺?
如何区分比例尺的大小?
2.什么叫等高线、等高距及等高线平距?
3.等高线有哪些特性?
试用图表示典型地形等高线。
4.如何用罗盘仪交会法定点?
画图说明之。
第六章矿井联系测量
在地面测量工作完成的基础上,转入矿井进行井下矿山测量,其主要种类有三种:
1.矿井联系测量目的是解决地面、井下平面联系和高程联系问题。
2.井下经纬仪导线测量目的是成立矿坑内的平面测量和高程测量控制网。
3,井巷施工测量目的是解决在开采进程中的各类矿山测量问题。
井下矿山测量与地面测量相较,有其不同的特点:
1.井下黑暗、测量条件差、需要照明、巷道又狭小、人与车辆运行都给测量工作带宋困难,需要采用特殊的测量仪器和方式。
2.井下测量在时刻、空间上都是转变的,不像地面测量时,地形、地物在一个时期内相对地固定不变。
3.在测量精度上,地面测量是不同比例尺有不同的精度要求,但对同一比例尺的测量精度在图纸上是相同的,而井下测量的精度主要考虑知足各类采矿工程的要求。
由于井下只能布设经纬仪导线,随着巷道向井田边界掘进而敷设支导线。
井下巷道转折点又多,导线边较短,故离井筒中央越远的地方,精度越低,致使图纸的精度遍地不一致。
因此它必需遵循高级控制低级、严格的测量检查、符合工程需要的精度这三项原则。
总之,矿山测量的程序是:
矿区地面控制测量、矿井联系测量、井下控制测量及各类碎部测量。
最后取得各类矿山测量图,以管理和指导生产。
§6—1矿井联系测量概述
一、联系测量的意义和任务
为了使井下测量工作和矿区地面测量联系起来,亦即便地面、井下采用同一坐标系统所进行的测量工作,称为联系测量。
它对正确合理进行采矿工作具有十分重要的意义,因为在开采地下矿藏时,必需明白井下各巷道和采空区与地面建筑物、铁路、湖泊等地面、地下之间的相对位置,这是因为地下开采会引发岩层移动和地面建筑物下沉,乃至破坏。
反之,如采矿是在地面湖泊下进行,岩层如有裂痕,漏水就可能把矿井淹没。
通过联系测量就可以取得同一坐标系统的地面、井下对照图,从而采取一系列办法,以保护地面建筑物的坍陷和矿井的安全生产。
联系测量又分为:
1.平面联系测量(即定向测量)任务是肯定井下经纬仪导线起始边的坐标方位角(α)和起始点的平面坐标(x,y);
2.高程联系测量(即导入标高)任务是肯定井下起始点的高程(H)。
二、定向测量的精度与方式
(一)定向测量及其精度
定向测量就是把地面某一已知边的方位角(α)和该边上一端点的坐标(z,夕),引导到地下,作为地下导线起始边的方位角和起始点的坐标。
在方位角和坐标这两个要素中,尤其以方位角为重要。
由图6—1(a),(b)可知:
定向测量时,如肯定起始点坐标有误差‘,它对其它各点影响只是维持一常差e。
但如起始边的方位角有误差8,则它所引发各导线点的点位误差‘,将随导线长度增加而增大。
图6一l
图6—1b中:
设S为井下导线最终点到起始点的距离;(5,为定向时起始边方位角的误差;e为井下导线最终点的点位误差。
则由图可得近似公式为:
由于θ角很小,故
Error!
Nobookmarknamegiven.
式中ρ=3438’当S=2000m,θ=土2’时
则
显然如此大的点位误差是不允许的,充分说明传递方位角的重要性。
(二)地面近井点的设立
定向测量的方式依照地下巷道与地面联系条件的不同而分三种:
L通过于峒或斜井的定向C见图6—20),(b))需在井口周围的地面上设一近井点X。
再从K布设经纬仪导线,通过平峒、斜井,把地面坐标系统引至井下。
K点坐标可用交会法或导线测定之。
2.通过一个竖井的定向(简称一井定向)。
3.通过以巷道相连的两个竖井的定向(简称两井定向)。
一井或两井定向时,均需设立近井点K和连接点C(如图6—3(a),(b))。
连接点C必需设在井口周围,是在定向时与垂球线A、B连接的点。
由于C点离井口近,有时不能与矿区地面点通视,故须在井筒周围再设立近井点X。
该点应埋设在便于观测保留和不受开采影响的地方。
为了保证测量精度,近井点X至连接点C的导线边最多三条,近井点K的坐标,一样可用交会法或导线测定之。
§6—2一井定向
如图6—4所示。
一井定向就是将地面井口周围的CD边的方位角(αCD)与C点坐标(xC,yC)通过挂有悬垂的两根钢丝所组成的垂直投影面,引到井下定向水平的C1D1边上,从而取得C1D1边的方位角(αC1D1)和边上一点C真的坐标(Xc1,Yc1,)。
整个定向进程分为两个步骤,下面别离详述之。
一、投点
(一).投点及定向误差的分析如图6—5所示信A、B为两个悬垂,其间距为2m,如投点误差在最不利的情形下为偏向相反方向。
为使讨论简化,设投点误差e=lmm,L=AB/2=lm,θ角为定向误差,因θ角很小,
如此大的误差显然是不允许的。
由上式看:
要减少定向误差,一是增大西悬垂间距,二是减小投点误差。
但悬垂间距决定于井筒断面的大小(一般井简直径4—6m),和受井筒内装备的限制,增大的可能性较小,因此只有尽可能减小投点误差到o.5mm以下。
但由于悬垂本身摆动,和井简内气流、滴水对悬垂线的影响,要达到如此的精度是很困难的。
因一般两悬垂间距c为2—3m,而投点误差е随c值增加而增大(见表6—1)。
为此采取下列办法:
1.临时停止通风机,以减小井筒气流对悬垂的影响;
2.采取挡水办法,或将悬垂放入稳固液(废机油)桶内,上加锥形盖;
两悬垂线间的距离表6-1
(c)与投点误差(е)的关系
3.用特殊设备——定点盘。
(二)投点的实际操作
在井筒内放下两个悬垂,将钢丝一端绕在井口边的小型手摇绞车上。
开始工作前,先在钢丝上挂一3—6kg的悬垂,使之经导轮逐渐放入井筒中,等抵达定向水平后再换上工作用之悬垂。
悬垂放下后要使其不与井壁和井筒内装备相接触,不然悬垂将不成为一铅垂线,其检查方式有两种:
1.用信号圈在井上用直径2—3cm的小铁丝骗局在钢丝上往下放,看它可否顺利滑下,要维持悬垂不摆动,并持续放好几个,即知悬垂是不是与井内装备有接触。
2.用比距法即用对比井上、井下两悬垂间距来检查。
如图6—6中边长c与c′之差规定不该大于士2mm,不然必需查明此差发生的原因。
在经上述检查后,确认悬垂线完全自由挂着,才能在井下求悬垂的稳固位置。
投点方式有下述两种:
1.稳固投点法当井筒不深,井内气流缓慢时用此法。
即将垂球放入盛有稳固液的桶内,以减少悬垂摆动,而使垂球静止下来。
2.摆动投点法如用稳固液仍不能使悬垂静止时,就借助用定点盘求出其静止位置,它是利用两根彼此垂直的标尺来进行的(如图6—7所示)。
把悬垂摆动的中点用对点器加以固定下来,即为悬垂处于静止时应有的位置。
投点进程完成后就进行连接。
二、连接
用连接三角形法亡见图6—8(a)
(一)地面连接
求出欲投下DC边的方位角和连接点C的坐标
(二)井下连接
肯定井下经纬仪导线启始边C1D1的方位角αC1D1的链接点C1的坐标xc1,yc1,
实际工作进行时,先利用地面已知的控制点引一条导线,求出DC边的方位角αdc和C点的坐标xc,yc。
由于在悬垂A、B的钢丝上不能安置仪器来测定C和C1角,所以使C和C1点别离形成以AB为公共边的地面ΔABC和井下ΔA1B1C1见图6-8(a),这两个三角形就称为链接三角形。
而图6-8(b)所示,为井上,井下链接三角形的平面投影图。
如此,当已知地面DC边的方位角αdc和C点的坐标xc,yc,再在C点按置经纬仪测出C角和连接角φ,同时量出ΔABC的三边a,b,c,即可用导线计算的方式计算出AB边的方位角αAB和A、B点的坐标xA,,xB,yA,yB。
一样,通过悬垂A、B的方位角和坐标,再在井下C1点安置经纬仪测出C1角的链接角φ1,量出ΔA1B1C1的三边a1,b1,c1。
便能计算出井下导线起始边C1D1在地面坐标系统中的方位角αc1d1和C1点的坐标xc1,yc1。
设立C和C1点的条件是:
点要与A、B、D点通视,C1要与A1,B1,D1点通视,且CD和C1D1边尽可能大于20cm。
和C1点尽可能选在AB的延长线上,使角A、C和角B1、C1边小于2°~3°,如此使连接三角形成为有利形状的延伸三角形。
进行连接测量时,需测量的数据如下:
地面要量ΔABC的三边a,b,c和角C、连接角φ。
井下要量ΔA1B1C1的三边a1,b1,c1和角C1、连接角φ1。
三、计算
(一)作量边的正确性的检查
即按照地面量得之a,b边与C角余弦定律计算边长。
以c计算值与实际值得之c测量值作比较,c计算值‐c测量值不〉±2mm,不然连接三角形要重测。
对井下连接三角形亦需作此检查,符合要求后在进行下述计算。
(二)解算连接三角形的A、B角和A1、B1角
按照正弦定律
地面:
当A<2°,B>178°时,公式(6-4)可简化为:
现在,还应检查算出之角A、角B和测出之角C三角之和是不是等于180°,如不等于180°,则用相反符号分派角闭合差。
井下:
用同法计算出A1和B1角。
(三)用导线计算方式计算井下起始边的方位角和起始点的坐标
求得以上角度后,即可将地面、井下看成一条导线D-C-A-B-C1-D1(见图6-9)按导线计算方式,第一推算各边之方位角。
现在可按照已知地面导线边DC的方位角oK推算各边方位角,由于在该导线中角尹、月、、辑为导线的左角。
角/1为右角。
则
αCA=αDC+180°+φ
αAB=+αCA+180°-A
αBC1=+αAB+180°+B1
ΑC1D1=+αBC1+180°+φ1
求出之αC1D1,即为所求井下导线起始边C1D1,在地面坐标系统中的方位角。
然后再按照已知地面点C的坐标xc,yc和各边方位角计算坐标增量和C1点的坐标。
最后取得井下连接点C1在地面坐标系统中的坐标xc1、yc1。
为了进行检核,一井定向应独立进行两次。
两次所得起始边方位角之差不该大于±2′,如在限差内,则取两次方位角的乎均值作为最后功效。
§6—3两井定向
一、两井定向的特点
当矿区有两个相邻的竖井,且井下巷道彼此连通时,即可用两井定向。
在这种情形下,每一井筒中只需放下一个悬垂,然后在地面、井下,别离把两个悬垂用地面和判:
下导线连接起来,如此就可把地面的平面坐标和方向传递到井下。
由于两井定向时,两悬垂之间距离比一井定向时大得多,乃至达几十、几百米,所以投点误差对定向精度的影响就很小了。
如两井筒距离S为30m,投点误差е为lmm,则由投点所引发的定向误差θ为:
由此可见,两悬垂间距增大。
定向误差大为减小是两井定向的最大长处。
另外,由于井上、井下观测能够不同时进行,占用井筒时刻少,不影响生产,亦为其长处。
二、实际操作
与一井定向一样,也分投点、连接、计算三部份。
(一)投点
所需设备与利用方式均与一井定向相同,而且简单,由于在井筒内只挂——个悬垂,就有可能选择最好悬挂位置。
(二)连接
1.地面连接(见图6-10),在地面敷设导线A―Ⅰ―Ⅱ―Ⅲ―B,并和周围已知三角点K、R,进行联测。
2.井下连接,由悬垂A开始沿巷道敷设导线A―1―2―3―4―5―B,测量时,可先测1~5这一段,等悬垂放下后再侧连接角γ1和γ5。
量A1和B5边长。
(三)计算
1.按照地面导线测量的结果,可计算出两悬垂A、B的坐标xA,yA和xB,yB从而计算出AB边的方位角αAB和AB边长SAB。
则
2.对井下导线设一假定坐标系统,以A为原点,取起始边A1为x'轴。
因此在假定坐标x'1、y'1……x'5y'5及x'By'B,从而计算出AB之假定方位角α'AB和AB边长S'AB。
3.计算井下导线起始边A1在地面坐标系统内的方位角αA1。
为此必需先求出井下假定坐标系统对地面坐标系统之偏转角θ,由图6-10中可看出:
即
由此而知只要在假定方位角内加一个θ角即可取得地面坐标系统内的方位角。
因此,
θ的符号是:
当x'轴偏在x轴之右者为“+”号。
当x'轴偏在x轴之左者为“—”号。
现在按照αA1=α'A1+θ的规律可求得:
以上各式之θ取“+”号。
4.按照由悬垂A引下之地面坐标xA,yA和算出来的井下导线各边方位角与井下各导线边长,从头计算井下导线各点及悬垂B点的坐标。
5.将地面、井下测得B点坐标进行比较,如有不符值为fx,fy。
则其相对误差为f:
式中:
P——井下导线总长。
如在限差内,将f按边长成正比用反号分派之。
为了检核和提高定向精度,两井定向亦必需独立进行两次,所得方位角之差不大于±1′。
目前在矿上也有效陀罗经纬仪定向,这属于物理定向,即利用陀螺仪高速旋转时,其旋转轴能指示方向的特性,把陀罗仪与经纬仪组合起来即成陀罗经纬仪,其长处是:
定向时不占用井筒,仅在传递坐标时进行一次投点,而且定向精度较高。
§6—4高程联系测量
高程联系测量就是将地面已知水准点的高程HA导入井下,求出井下水准点6的高程,使井上,井下采用同一高程系统。
这种传递高程的工作也叫导入标高。
导入标高时,如通过平峒,可用几何水准测量。
通过斜井,可用三角高程测量。
通过竖井,则可用钢尺或钢丝来进行,下面详细介绍通过竖井导入标高。
一、钢尺导人标高
如图6一11所示,在地面井台上安一绞车,将长钢尺绕在其上,由地面挂至井下,钢尺零端在下,其上挂一垂球,其重等于钢尺鉴按时的拉力。
并在地面、井下各安置一台水准仪,在丑、月点上各立一水准尺。
按照规定之信号或电话,同时在地面、井下读取水准尺上的读数为a和b。
并在水准仪同一视线水平在钢尺上读数为m和n。
即可求出井下水准点月的高程HB。
设A、B两点之间的高差为hAB则:
式中:
(m—n)——两水准仪水平视线问之垂直距离;
∑Δl=Δlk+Δl1为钢尺比长更正数。
为钢尺温度更正数。
Δlk=k·l(6—12)
式中:
k——钢尺每米的比长更正数。
(6—13)
式中:
α0一钢尺膨胀系数,为0.0000115m/℃;
t0——钢尺鉴按时的标准温度;
t上——地面井口温度;
t下——井下温度;
——井筒平均温度,都可用温度计测出。
为了校核,导入标高应进行两次,其差不该大于
,l——以米为单位之井筒深度。
用长钢尺虽能保证导入标高的精度与工作效率,但长达数百米的长钢尺鉴定有困难,使历时亦要小心,价钱又贵,故各矿上目前均采用长钢丝导入标高。
二、钢丝导人标高
用钢丝导入标高,其精度不低于用钢尺导入标高,且只需一根钢丝,既经济又方便,故被普遍应用。
但因为钢丝本身不像钢尺一样有刻度,不能直接量出长度l,所以必需在井口设一临时比长台,台上固定一根鉴定过的钢尺,在零端挂一垂球,其重等于钢尺受鉴按时之重量。
利用比长台上的钢尺来丈量钢丝的长度,以间接求得l之值。
如图6—12所示:
将钢丝绕在绞车上,另一端通过滑轮从地面挂至井底后即可开始工作。
现在地面近井点A的高程已知为HA,需求井下水准点B的高程HB。
先在井下做三步工作:
1.在井下安置水准仪,使之同时能看见钢丝和立于月点的水准尺,得读数b;
2.在水准仪同一视线水平上,把标线夹套在钢丝上标出一点M;
3.在比长台上对着钢尺结尾的钢丝上套一标线夹标出N点,得读数l1。
这三步工作应按照规定信号在同一时刻内完成。
然后,开动绞车卷起钢丝,现在M点随着钢丝上升,而N点则在比长台上,自钢尺结尾移至钢尺零端有厘米分划的那一部份时,就停止提升,并在钢尺上读数l2,把N夹子退回到
钢尺结尾整分划上读数l′1,再提升钢丝得读数l′2,如此重复进行,直到M标线夹出井口为止。
现在又需进行下面四步工作:
1,在比长台上对着N标线夹最后停留的位置,在钢尺上读最终读数;
2.在地面上安置水准仪,同时能看到钢丝和A点的水准尺,得读数a;
3.在水准仪同一视线水平上,用另一标线夹标出一点K;
4.用厘米刻划的尺子量出MK的距离λ,M在K点之下λ为正,M在尺点之上λ为负。
上述前三步亦应在同一时刻内完成,但事实上做不到,故应尽可能做得快。
如此导入标高的测量工作就算完成,则所求B点高程为:
式中
在此处因为M在K之下,故λ取“正”号,
目前,有些矿井为减少占用井筒时刻,只是在井上、井下水准仪观测后,在同一视线水平上与钢丝的交点作上记号,然后把钢丝拿到地面干坦地方用钢尺丈量出长度。
用长钢丝导入标高也至少进行两次,两次之差一样不得大于
。
思考题
1.联系测量的意义是什么?
它分几种?
2.一井定向是如何进行坐标和方向传递的?
3.在进行连接三角形定向联系测量时,地面、井下各应测哪些数据?
4.高程联系测量有哪些方式?
写出其高程计算公式。
第七章井下经纬仪导线测量
§7—1概述
在矿区地面可用三角测量成立矿区的平面、高程控制。
但在井下由于条件差,成立井下控制网不能像地面那样用三角测量方式,而只能在巷道内进行经纬仪导线测量以成立井下测量控制网,再在此基础上进行碎部测量,绘制巷道乎面图,以解决有关巷道掘进、地质勘探等问题。
井下经纬仪导线测量按测角量边的精度分为两级:
1.一级井下导线精度较高,敷设在主要井巷内。
它的作用是保证主要巷道平面图的精度和检查二级导线测量,并作为二级导线的控制点。
2.二级井下导线精度比一级导线低,用于主要巷道内的填图测量,和次要巷道内的独立测量。
井下经纬仪导线测量的进程是:
在井下主要巷道内,二级导线和一级导线测量是交替进行的。
如图7一l所示:
由井底车场开始掘进运输巷道AB,由于巷道掘进是慢慢进行的,因此巷道测量也是不断进行的。
开始时,由井底车场已知点C1和起始边C1D1随着掘进需要给定巷道的方向,所以先布设一条二级导线(如图7一l中虚线),同时测绘出巷道轮廓,填到矿山测量总图上,故亦称填图测量。
当巷道掘进至300—800m左右时,再从C1D1边开始,沿着二级导线点或另选新点至巷道最后工作面敷设一条一级导线(如图7一l中实线),它应与二级导线的最后三点H、I、X相重合,以检查二级导线测量的正确性,同时也为了成立井下测量控制网,故其精度要比二级导线高。
一级、二级导线的测站可用临时标志设立,但在结尾的公共点H、I、K,则用永久标志设立。
目的是未来再利用这条导线时,即用这三点作为导线起始点,就可重测三点间之角度来检查这三点位置是不是移动,如三点中任何一点移动了,均会引发之∠HIK的转变而与原有观测值不同,若是点没有移动,或新旧两值之差不>±2t(一级)或4t(二级)时,就可用三点中之一点作为导线继续前进的起始点。
上述是在主要巷道内进行的测量,在次要巷道内仅用二级导线,但需用闭合或附合导线的方式作检查。
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