王家塔煤矿两井间贯通测量方案设计.docx
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王家塔煤矿两井间贯通测量方案设计
内蒙古科技大学
本科生毕业设计说明书（毕业论文）
题目：
王家塔煤矿两井间贯通测量方案设计
学生姓名：
123
学号：
107111111
专业：
测绘工程
班级：
2010-1班
指导教师：
张会战副教授
王家塔煤矿两井间贯通测量方案设计
摘要
本文综述了测绘学科在煤矿矿井巷道贯通前对将来贯通后的误差预计，以满足矿井的生产要求，避免巷道贯通成果对矿井生产造成不利影响。
本次设计给出了在贯通误差预计运用的测绘学的概念和特征，主要论述了测绘学科在贯通预计过程中由地面控制引起的地面误差、由地面向井下导入高程和平面坐标时引起的导入误差、井下导线延伸过程中产生的井下导线误差、在井下加测陀螺边对将来贯通点引起的定向误差，结合煤矿的实际状况，对巷道贯通设计三个合理方案，在综合上述几项误差，并对三个方案进行合理的规划，按照设计的要求和最终设计方案的具体情况，确定每个方案在贯通点将会产生的最大误差，分析评定各个方案的最终误差值大小来确定最优方案。
在文章的末尾确定了最优方案，并且对各个方案进行分析比较，整理总结在设计中学习到的关于贯通误差预计方面的理论知识，得出一些在巷道贯通过程中应该高度注意的事项，和在设计过程中总结的理论经验。
关键词：
巷道贯通误差预计陀螺定向
ThemeasuringdesignofWangJiatacoalminethroughconnection
Abstract
Thispaperreviewsthedisciplinesofsurveyingandmappingthefuturethroughtheexpectederrorincoalmineroadwaythroughthefronttomeettheproductionrequirementsofthemine,throughtheresultsoftheroadwaytoavoidanadverseimpactonmineproduction.ThisdesigngivestheerrorisexpectedthroughtheuseoftheconceptsandfeaturesofSurveyingandMapping,themainsubjectsdiscussedatthetimeofimportmappingerrorscausedbygroundpenetratingexpectedtocontroltheprocessfromtheground,fromthegroundfortheintroductionofdownholeinducedelevationandplanecoordinateserror,errorundergroundwiresundergroundwiresproducedduringtheextension,plusdownholedirectionalsurveythetopedgethroughpointcausedtheerrorinthefuture,combinedwiththeactualsituationofthemine,throughthedesignoftheroadwaythreereasonablesolution,severalerrorsintheconsolidatedabove,Threeprogramsandrationalplanning,designrequirementsinaccordancewiththespecificcircumstancesandthefinaldesigntodeterminethemaximumerrorineachprogramwillbegeneratedthroughthepoint,analysisandevaluationofthefinalerrorofthesizeofeachprogramtodeterminetheoptimalsolution.Attheendofthearticletodeterminetheoptimalsolution,andtheanalysisandcomparisonofthevariousoptions,finishingsummarizelearnedaboutthrougherrorsinthedesignaspectsofthetheoryofknowledgeisexpectedtodrawsomemattersintheroadwaythroughtheprocessshouldpayattentiontotheheightandInthedesignprocess,summarizetheoreticalexperience.
Keywords:
RoadwayexpediteErrorforecastGyroorientation
引言
贯通测量，尤其是大型巷道贯通测量是矿山测量工作的一项重要任务，贯通工程质量的好坏，直接关系到整个矿井的建设、出产和经济效益，为了加速矿井的建造速度、缩小建井周期、确保日常的生产接替和提升矿井产量，常常选用多井口或多头掘进，如此就会出现两井间或井田的长距离巷道贯通测量，是以两井间贯通测量就成为了矿井出产中必不可少的一项任务。
近50年来，紧跟着电子技术、计算机技术、光机技术和通信技术的成长，测绘仪器建造也得到了长足进展，其高科技产物代表之一便是电子全站仪。
全站仪是而今比较盛行，也比较适用的测绘仪器。
利用全站仪与传统的技术措施和地质勘察技术理论相结合，在矿山勘察、策划、建设和生产运营的各个阶段，对矿区大地和地下的空间、资源和地质结构信息进行收集、保存、处理、显示、使用，将极大地提高资源勘探的利用率，降低成本，缩减人力物力，使矿区开采更为高效地进行。
国际上矿山测量仪器正向着多功能、小型化、数字化和全自动化倾向前进。
当前国内外两井贯通理论较为成熟，两井间贯通务必依照下列规定：
1.在核定测量计划和方法时，应保证贯通所务必得精度，太高和太低得精度要求都是不行的。
2.对实现得测量和计算任务均要有客观得检查，例如：
至少进行两次独立测量；计算需要由二人同时分别进行和采用不同得计算方法，且不是同一个计算工具等。
这里，我们完成了王家塔煤矿两井贯通测量。
矿井的顺利贯通保障了矿井的计划生产速度，解决了在生产过程中存在的安全隐患，保障了正常的生产交替而且提升了矿井的年产量。
第一章井田概况
1.1交通位置
王家塔井田处于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内，行政区划从属鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林陶亥镇统辖。
详细位置在东胜区城区东南部，距东胜城区最短间隔9.5km，它的地理坐标如下：
东经109º59＇24"～110º06＇40"
北纬39º34＇04"～39º41＇45"
109国道在井田北部通过，井田西部有包—神铁路南北向通过，沙沙圪台集装站位于井田西南部。
沿109国道向东273km能够到呼和浩特市，鄂尔多斯市东胜区位于该区北部9.5km处。
鄂尔多斯市东胜区是内蒙古自治区西部地区的政治、经济、文化发展的中心和交通要塞，东西方向的109国道，南北方向的210国道、213省道及包神铁路在东胜地区通过，交通支、主线七通八达，井田之间的交通条件便利。
1.2地形地貌及水系
1.2.1.地形地貌
井田处于鄂尔多斯高原东北部，地形整体而言为西低东高，南低北高，最低点在于井田西南部的东乌兰木伦河，其海拔高度达1229m，最高点在于井田北东部的850钻孔西部位置，其海拔高度达1447m，最大的海拔标高差将近于235m，一般海拔标高在1410～1350m范围之间，通常相对高差在65m左右。
井田内切割强裂沟谷纵横之间，是显著的侵蚀性丘陵地貌特征。
1.2.2.水系
井田北部和西部分别被铜匠川、昆都仑川所环绕，井田内的重要沟谷有呼雅克图沟和沙沙沟，都是昆都仑川和铜匠川的支流沟，这部分沟谷都是季节性流水的沟谷，没有一年四季地表径流，只有夏秋季节呈现地表径流，雨季的水流量增大，有时会有山洪的爆发，水流流入井田的南部乌兰木伦河，进而向东南部和勃牛川在陕西省境内合流成为窟野河，最终流入黄河。
1.3气象及地震
1.3.1气象
矿井井田属干旱沙漠温带高原大陆性气候，降水量不多、蒸发量较大，日光幅射强，日照富足，跟据鄂尔多斯市气象局提供的资料，年降水量在196.7～534.6mm，蒸发量在2292.4～2838.0mm。
冬天寒冷持久，通常10月份开始结冰，第二年4月份解冻，最深冻土厚度1.74m（1978年1、2月份），最低气温-26.9℃，最高气温37.6℃，平均年日照时间在2846.0～3256.2h。
井田里的风量较大，冬天春天的风力比较较大，每月的平均风速在2.3～5.4m/s，夏天秋天的风力比较小，每月平均风速在1.7～3.8m/s，最大风速13.3m/s。
1.3.2地震及地质灾害
依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），该地区的抗震设防的烈度处7度区，设计地震的分组是第三组，规划的基础地震加速度值为0.13g。
跟据调查显示，该范围内没有滑坡和泥石流等地质灾害出现。
1.4区域经济
鄂尔多斯市位于内蒙古自治区西南部，位居鄂尔多斯高原要地。
西、东、南、与宁、晋、陕相邻，北和东北地区和包头市以及自治区的首府呼和浩特市隔河相望。
辖东胜区、准格尔旗、达拉特旗、伊金霍洛旗、鄂托克前旗、乌审旗、鄂托克旗、杭锦旗总共1区7旗，总面积86753km2，2004年后半年全鄂尔多斯市常住人口达146.76万人。
本区内土地沙化经十几年的管理，沙化水准有所缓和，住户较少，区内的居民大多数是汉族，也有少部分的蒙古族牧民，市民重要从事养殖业、农业、蔬菜业，部分农民兼营采煤及运输业。
跟着伊克昭盟撤盟建市的扩建，东胜区经济的迅速发展及周边中大型煤矿接踵建成投产，村镇剩余劳力，大部分转向煤炭出产及运输业等。
1.5矿区总体规划及煤炭生产现状
王家塔矿井从属于神东基地的万利矿区，万利矿区总体规划依具国家规划和改革委员会以发改能源[2007]37号文批准。
王家塔矿井位于万利矿区西南部，是矿区规划的重点矿井之一，规划建设规模5.00Mt/a。
万利矿区位于神府东胜煤田的东北部边缘地带，地跨准格尔旗、达拉特旗、伊金霍洛旗和东胜区，南北长约45km，东西宽约19～29km，面积1084km2。
地质储量18590Mt。
经过十多年的建设发展，矿区内现有生产矿井163座，2003年生产原煤4.61Mt。
其中国有煤矿5座，生产原煤2.03Mt，占矿区原煤产量的44%。
其余为地方乡镇煤矿，生产原煤2.58Mt，占整个矿区煤炭产量的56%。
王家塔矿井井田北部与李家壕煤矿相邻、东部与高家梁矿井相邻，二矿井均为在建矿井，规划生产能力均为7.00Mt/a，因为本区煤层埋藏相对而言较深，目前井田内及外缘附近均无小煤矿开采。
1.6运输条件
井田西部边界包（头）-神（木）铁路和规划包（头）-西（安）铁路自北向南通过；除铁路外，本区还有多条公路通过，其中G109高速公路从井田北部自东向西穿过，在井田北侧的李家壕矿井北部有109国道、包府公路从井田东北角通过，在建的鄂尔多斯市的环城公路也从井田西北部穿过，因此矿井周边铁路和公路运输条件极为便利。
规划新建的万利矿区铜匠川铁路专用线（与包西铁路相连接通往高家梁矿井），从井田北部东西向穿过，在井田北部设有王家塔矿井铁路装车站，煤矿产出的煤能够运煤栈桥直接装车外运。
矿井工业场地对外联络道路北起李家壕矿井工业场地进场道路，然后沿昆都伦川东侧靠近既有包神铁路的山坡南下，直至矿井工业场地，以满足矿井公路需要。
受新奥集团煤化工工业园铁路专用线建设进程的影响，本矿生产初期煤炭采用汽车外运，在矿井铁路专用线北侧设有汽车装车场地及汽车装车点，能够满足矿井煤炭外运的需要。
1.7电源条件
现在的东胜北郊220kV变电站七座。
根据鄂尔多斯电业局客户服务中心文件鄂电客服[2008]10号“关于对内蒙古新奥集团股份有限公司王家塔煤矿意向性供电方案的答复”，矿井两回电源均引自高家梁110kV变电所，供电的电压为35kV，输电间隔为7.27km。
1.8水源条件
井田北部的铜匠川和西部有昆都仑川均为东胜区的水源地，有丰富的水资源，但已作为东胜区的水源地，矿井不能取水。
根据内蒙古自治区水利厅文件，内水资[2008]28号对于新奥集团股份有限公司王家塔煤矿项目5Mt/a煤炭工程的水资源论证报告书的相关批复，位于工业场地东南约6km的卡卡沟流域截伏流工程地下水为矿井生活供水水源和生产补充水源。
矿井地下排水是非常宝贵的水资源，考虑本区缺水的现状，本着充分利用矿井地下排水的规划，优先利用处理后的井下排水作为水源。
1.9通信条件
鄂尔多斯市已经完成了区内电话的程控化，并全数投入国外、海内自动传输网，乡镇之间通讯光缆网已经实现。
王家塔矿井通讯体系与本地光缆接通，便可与世界各地进行直接通话、通信，拉近与世界各地的间隔，因而通讯设备完善。
1.10地质特征
矿井井田位于东胜煤田外郊的东北部，新生代地质应力的功能在区内体现的较为强烈。
区内地层由老至新发育有：
三叠系上统延长组（T3y）、侏罗系中下统延安组（J1-2y）、侏罗系中统（J2）、白垩系下统志丹群（K1zh）、第三系上新统（N2）和第四系（Q）。
煤层顶底板岩石的工程地质特征王家塔井田煤层顶底板岩石主要为砂质泥岩、细粒砂岩、粉砂岩，次为粗粒砂岩。
第二章贯通工程概况
2.1巷道贯通目的
巷道贯通目标：
要使巷道的各个掘进工作面都要按照规划位置与偏向施工使得在贯通相遇点的实际偏差不超过规范中规定的偏差限度，能够满足矿井生产所需要的生产精度要求，并对采矿生产不造成严重影响。
2.2贯通测量工作中应当遵循的原则
贯通测量工作中应当遵循的原则：
（1）目前规划测量计划和方法时，为了保障满足矿井建设要求，不能因为精度太低从而使得巷道不能够顺利完工，不能过高的要求精度而增添测量的施工任务和增加经济负担。
（2）对于所实现的都必需单独检查和校准每一步的测量任务，一定要阻绝粗差的出现。
2.3贯通允许偏差值的确定
井巷贯通通常可分为一井内巷道贯通、两井之间的巷道贯通和立井贯通3种类别。
一井内的巷道贯通指的是，从一条导线起算边开始起算的，能够敷设井下导线并到达贯通巷道两端。
巷道贯通以前不能单独依据一条起算边向巷道贯通方向延伸井下控制导线，却必须从矿井的两个井口，运用地面联测、联系测量等方法，布设井下起始点到最终贯通点的控制导线，这是两井间的巷道贯通。
贯通工程贯通点的偏差值，会出现在三个方向上：
水平面内沿巷道中线方向上的长度偏差。
水平面内垂直于巷道中线的左、右偏差
。
竖直面内垂直于巷道腰线的上、下偏差
。
上面的三个方向上的偏差，第一种偏差唯独影响巷道贯通的距离，对巷道质量没有影响；垂直巷道中线偏差值
和竖直面内垂直巷道腰线偏差
对巷道贯通任务完成情况会有非常大的影响，这也叫做贯通重要方向的偏差。
巷道贯通的容许偏差值，依据工程的任务要求，依照井巷的种类、用途、施工方法及测量工作所能达到的精度确定。
在一般情况下可以采用如下数值：
按照特殊采矿工程的生产限差确定测量的允许误差。
特别采矿工程（如井巷贯通工程）的生产限差，应由测量负责人和矿井技术负责人根据工程情况研究确定。
部分参考数值如下：
①平巷或斜巷贯通时，中线间的容许偏差值可采用0.3－0.5m腰线间的允许偏差值可采用0.2m。
②立井贯通时，全断面开凿井同时砌永久井壁，井筒中心间的容许偏差值可采用0.1m小断面开采时，可采用0.5m。
③立井贯通全断面掘砌，并在破坏保护岩柱之前应当预安灌梁灌道，井筒中心间的容许偏差值可采用0.015－0.03m。
④轨道巷贯通时，对于平巷，腰线间的容许偏差应稍微严一些，可采用0.2m；对于斜巷，中线间的偏差应该要求严一些，亦可采用0.2m。
⑤胶带运输机巷贯通时，中心间的偏差要求严一些，可采用0.3m。
（以上规则摘自煤炭测量手册）。
第三章贯通方案的选定
3.1概述
矿井的地面测量和地下的贯通测量的导线全长超过10km的贯通工程通常认为是大型贯通工程。
按照实际生产经验，关于这一类型的煤炭矿井贯通测量工程，最佳采取下面施测方案进行测量：
（1）平面控制测量施测方法：
采用GPS进行平面控制。
（2）采用陀螺经纬仪进行。
为了保证定向精度，使陀螺定向边能够作为井下控制导线初测边运用通常运用单测回测量中误差不大于±15″的仪器。
（3）矿井地下测量贯通导线应当通过加测合理的陀螺边，并进行平差。
3.2地面采用GPS布网引起的贯通误差
3.2.1GPS控制网测量精度
GPS网是由GPS基线向量所形成的一种网络。
GPS控制网依照测量精度分为二、三、四、一级、二级，两个相邻点间的基线长度精度计算公式：
（3-1）
其中：
σ—相邻点间距离中误差
—固定误差（mm）
b—比例误差（ppm）
d—相邻点间的距离（km）
表3.1独立观测环（异步环）各级别GPS网应布设边数
独立观测环（异步环）各等级GPS网应布设边数
级别
A
B
C
D
E
独立环或附和路线的边数
≤5
≤6
≤6
≤8
≤10
表3.3GPS各级控制网精度指标
GPS各级控制网精度指标
级别
平均距离
固定误差a（mm）
比例误差b（1×1010-6）D
最弱边相对中误差
二
9
≤3
≤0.01
1/12万
三
5
≤5
≤0.1
1/8万
四
2
≤8
≤1
1/4.5万
一级
1
≤10
≤5
1/2万
二级
＜1
≤10
≤10
1/1万
表3.2GPS控制网各级控制网用途
GPS各级控制网用途
级别
用途
固定误差a（mm）
比例误差b（1×10-6）D
二
全球性的地球动力学研究、地壳形变测量、精密定轨
≤3
≤0.01
三
区域性的地球动力学研究、地壳变形测量
≤5
≤0.1
四
局部变形监测、各种精密工程测量
≤8
≤1
一级
大中城市及工程测量的基本控制网
≤10
≤5
二级
中小城市、城镇及测图、地籍、及土地信息、房产、物探、勘察、建筑施工等的控制测量
≤10
≤10～20
3.2.2GPS控制网测量布设
3.2.2.1GPS控制网的基准设计
（1）GPS测量获得WGS84坐标系统下的基线向量，然而一般运用的是国家坐标系或独立坐标系，应当最初确定GPS结果所采用的坐标系统和起算数据，既GPS基准计划。
（2）GPS控制网的网形设计
GPS控制网采用边连式异步环（独立观测环）三角形网;
3.2.3GPS控制网测量
（1）选点要求：
①点位周边+15°范围的空中没有障碍物。
②防止周边有猛烈的反射无线电信号的事物比如，如大型建筑、水面、玻璃幕墙等。
③隔离电台、发射塔这些功率比较大的无线电的发射源头，间隔应当大于200m以上，远离高压线、变电所等，间隔应当大于50m以上。
④交通方便，有利于其他测量和联测。
⑤地面基础条件稳定，便于点的保存。
（2）GPS观测的技术规定（见表3.4）
3.3地下控制测量方案
（1）地下导线测量具备如下的特征：
①因为受到巷道条件的制约，它的外形一般构成延伸状。
而地下导线则不能通过一次的布设来实现，只能伴随巷道的开挖过程而向前方延长。
②导线点偶尔会设在巷道的顶板，这就需要运用点下对中的方式进行。
③首先应当布设边长不长和精度不高的施工导线，指引巷道掘进的方向，然后布设精度较高的导线再对精度较低的导线进一步的处理。
④地下工作条件比较恶劣，这对于导线的测量过程的干扰性很强。
施测方法:
在巷道掘进过程中建立井下控制导线充当井下平面测量控制。
是以井下的平面控制测量实质上便是导线测量。
3.4矿井联系测量、高程测量、陀螺定向及其精度
联系测量的任务
（1）平面联系测量的首要工作是核定井下经纬仪导线的起算边坐标方位角和起算边的平面坐标。
因为起算边的坐标方位角误差相对而言对井下导线的意义较之起算点坐标误差的意义更加严重。
表3.4GPS观测的技术鉴定
GPS观测的技术鉴定
级别项目
AA
A
B
C
D
E
卫星截至高度角
10°
10°
10°
10°
10°
10°
同时观测有效卫星数
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
有效观测卫星总数
≥20
≥20
≥9
≥6
≥4
≥4
观测时段数
≥10
≥6
≥4
≥2
≥1.6
≥1.6
时段长度
静态
≥720
≥540
≥240
≥60
≥45
≥40
快速静态
双频+P码
≥10
≥5
≥2
双频全波
≥15
≥10
≥10
单频
≥30
≥20
≥15
采样间隔
静态
30
30
30
10～30
10～30
10～30
快速静态
5～15
5～15
5～15
时段中任一时刻卫星的有效观测时间
静态
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
快速静态
双频+P码
≥1
≥1
≥1
双频全波
≥3
≥3
≥3
单频
≥5
≥5
≥5
各级GPS测量作业的基本技术要求
项目
等级方法
二
三
四
一级
二级
卫星高度（°）
相对快速
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
有效观测卫星数
相对快速
≥4
≥4≥5
≥4≥5
≥4≥5
≥4≥5
观测时段数
相对
≥2
≥2
≥2
≥2
≥1
重复设站数
快速
—
≥2
≥2
≥2
≥2
时段长度（min）
相对快速
≥90—
≥60≥20
≥45≥15
≥45≥15
≥45≥15
数据采样间隔（s）
相对快速
10～60
10～60
10～60
10～60
10～60
PDOP
相对快速
＜6
＜6
＜8
＜8
＜8
（2）矿井联系测量计划：
为达到将地面坐标导入井下的目的，我们在主副两风井之间运用了两井间定向方法，详细的方法是：
地面设置连接点和近井点,井口水准点的高程测量,依照四等水准测量的精度要求来测设。
（3）联系测量的具体做法如下图所示：
（见图3.1）
在矿井井口吊挂两个锤球
，将平面坐标导入井下，得
的坐标值，内业计算的过程中，求出两个点
的坐标值，
，并计算出A和B连线的坐标方位角值
和长度值
（3-2）
（3-3）
（3-4）
图3.1两井定向的示例图
（3-
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