陕西彬县大佛寺三井贯通测量误差预计设计书.docx
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陕西彬县大佛寺三井贯通测量误差预计设计书
陕西彬长矿区大佛寺煤矿
主斜井、副斜井及风井贯通误差预计设计书
西安科技大学
测绘科学与技术学院
目录
一、井巷贯通工程概况4
二、贯通测量方案设计4
方案一：
5
平面控制网部分5
高程控制网部分5
方案二：
5
平面控制网部分5
高程控制网部分5
三、贯通测量方法6
方案一6
平面控制网部分：
D级GPS网观测方法6
平面控制网部分：
联系测量------钢丝法一井定向7
平面控制网部分：
井下控制测量----7秒支导线法7
高程控制网部分：
地面高程控制部分---布设四等水准10
高程控制网部分：
导入高程----钢丝法11
高程控制网部分：
井下高程控制部分---三角高程法11
方案二11
平面控制网部分：
地面控制部分----D级GPS网观测方法11
平面控制网部分：
联系测量部分----采用陀螺法一井定向11
平面控制网部分：
井下控制测量----7秒支导线法12
高程控制网部分12
四、贯通测量误差预计12
测量误差参数的确定12
地面测量误差12
联系测量误差12
井下测量误差12
针对方案一进行贯通误差预计13
主斜井与副斜井贯通点M１处在x＇轴方向上的误差预计13
主斜井与副斜井贯通点M１处在ｙ＇轴方向上的误差预计15
主斜井与风井贯通点M2处在x＇轴方向上的误差预计15
主斜井与风井贯通点M2处在ｙ＇轴方向上的误差预计18
针对方案二进行贯通误差预计18
主斜井与副斜井贯通点M１处在x＇轴方向上的误差预计18
主斜井与副斜井贯通点M１处在y＇轴方向上的误差预计18
主斜井与风井贯通点M2处在x＇轴方向上的误差预计19
主斜井与风井贯通点M2处在ｙ＇轴方向上的误差预计20
五、贯通测量方案选定21
六、贯通测量成本预计
21
七、附图22
1、井巷贯通工程概况
本次贯通测量误差预计设计是以陕西彬长公司大佛寺煤矿主副井三井贯通项目为背景进行的。
该煤矿位于彬县，临界长武。
主副井工业广场有312国道左右穿过，有一条大道自312国道起盘山而上可到达位于彬县水帘乡菜子塬上村处的风井。
测区基本为塬，南部为平地，北部有沟豁，且南北地势落差较大，给高程控制带来了一定的难度
为了保证三井贯通工作的顺利完成，特此进行本次贯通测量误差预计的设计工作。
本次设计主要有三方面的任务：
地面控制网误差预计设计、联系测量误差预计设计和井下贯通测量控制网误差预计设计，最后将三部分的误差进行综合后得到该项目贯通测量控制网的总误差。
本次三井贯通点的位置都设计在主井上M1和M2两点处，具体位置见附图1：
（1:
2000主斜井、副斜井和风井贯通平面图）。
由于工程要求主井采用皮带运输，副井采用轨道运输，所以根据《煤炭测量规范》确定主井在水平方向上的容许偏差不得超过0.3m，在竖直方向上的容许偏差不得超过0.2m。
为了提高精度，对于副斜井贯通在水平方向和竖直方向上的容许偏差取相同限差。
2、贯通测量方案设计
根据实际情况，贯通要求主井在水平方向上的容许偏差不得超过0.5m，在竖直方向上的容许偏差不得超过0.2m。
由于年代久远，国家等级控制点多有破坏，从测绘局收集来的已有平面控制点成果如下表1，均为1954年北京坐标3。
带坐标，中央子午线108度。
表1已有平面控制点坐标
点号
点名
等级
X（m）
Y（m）
H（m）
ZTY1
咀头源
Ⅳ
*******
********
*****
YHW1
鸭河湾
Ⅳ
*******
********
*****
TJP1
田家坡
Ⅱ
*******
********
*****
根据实地踏勘对已有资料进行分析，因本地面控制测量是为了满足贯通的要求而布设近井点，所以咀头源、鸭河湾、田家坡均能满足起算点的要求，但因田家坡点实地踏勘时发现高标已有明显晃动，因而未采用点。
仅用咀头源、鸭河湾作为平面控制的起算数据。
由于贯通距离较短，为此采用咀头源的四等三角高程作为水准基点的起算数据（其值见表1），用四等水准观测近井水准基点的高程。
所以拟定两套贯通方案：
方案一：
平面控制网部分：
在地面布设D级GPS网。
在风井处采用钢丝法一井定向的方法进行联系测量，在井下采用导线测量。
在主副斜井口直接敷设平均边长为40m，的7秒导线，一直延伸至井下。
高程控制网部分：
地面高程控制部分采用布设四等水准进行往返观测的方法进行。
在风井处采用钢丝法导入高程。
在主副斜井口乃至井下采用三角高程法进行高程控制。
方案二：
平面控制网部分：
在地面布设D级GPS网。
在风井处采用陀螺法一井定向的方法进行联系测量。
在井下布设平均边长为40m，的7秒导线。
高程控制网部分：
在地面布设四等水准，在主副斜井处直接用四等水准导入高程，在风井处采用钢丝法导入高程，在井下布设四等水准。
3、贯通测量方法
方案一：
平面控制网部分：
D级GPS网观测方法
在地面布设D级GPS网。
在主斜井、副斜井及风井周围选点，使得同一井口附近的点之间应相互通视，由于主斜井和副斜井之间相距仅55m，考虑到D级GPS平均边长为2.5~10KM，因此在主斜井和副斜井附近布设三个相互通视的GPS点，点号分别为D1、D2和D3。
在风井附近也不设3个相互通视的GPS点，点号分别为D4、D5和D6。
将所选的6个点与已知的3个国家点进行联测。
GPS接收机采用南方GPS接收机进行观测，仪器的标称精度为5+5ppm，用Solutions软件包进行基线解算。
平面控制按D级GPS网的要求进行施测，以ZTY1和YHW1作为起算点，布设6个近井点构成贯通测量平面控制网。
用4台GPS接收机进行同步观测，外业施测遵守建设部1997年发布的“全球定位系统城市测量技术规程”。
其主要技术要求为：
（1）基线边长相对中误差优于
；
（式中
为基线长，单位
）
（2）闭合环中最多包含8条边；
（3）有效观测卫星数
；
（4）观测卫星总数
；
（5）观测卫星截止高度角
；
（6）数据采样间隔15秒；
（7）同步图形的观测时间，对于基线长度小于3公里的图形不少于30分钟；基线长大于3公里的同步图形不少于60分钟；
（8）同步环坐标分量闭合差和全长闭合差分别优于
及
；
（9）复测基线长度较差优于
；
（10）异步环坐标分量闭合差和全长闭合差应优于
及
。
主副井及风井附近共布设6个GPS未知点，加上原有3个国家点，共9个GPS点。
设计采用4台GPS接收机进行施测，网图采用边连式，共设计观测时段数5个。
总基线数30
必要基线数8
独立基线数15
多余基线数15
GPS数据处理：
采用GPS平差处理软件先作基线解算和无约束平差，得到各点的WGS-84坐标。
再根据表1中的已知点平面坐标与高程作三维约束平差，获得近井点的平面坐标。
基线向量的改正数及基线边相对误差应小于规范要求。
方案一：
平面控制网部分：
联系测量------钢丝法一井定向
在风井处采用一井定向的方法进行联系测量。
主、副斜井处可以直接用7秒导线直接将平面坐标导入到井下，而不必进行井下定向。
在风井处采用一井定向，三角形法连接导入平面坐标，两钢丝之间距离为10.1734m，井深为370m。
投点采用两次投点，两次互查不应超过2cm。
由于风井深度370m,深度较大，所以采用摆动投点的方法确定钢丝的稳定位置。
风井进行独立三次定向，最终取其均值作为方向值。
方案一：
平面控制网部分：
井下控制测量----7秒支导线法
本次贯通测量的任务主要是主斜井与副斜井的贯通、主斜井与风井之间的贯通。
针对本次贯通任务，贯通测量井下控制初步设计布设24个导线点，导线等级采用7秒导线。
在井下控制测量部分共布设四条导线：
第一条是从主斜井口开始，以首级GPS网数据为已知点，从井口一直延伸到第一个贯通点M1，具体位置见附图：
三井井贯通平面图。
依次导线点分别是：
15-14-13-12-11-10-9（M1）。
第二条是从副斜井口开始，以首级GPS网数据为已知点，从井口一直延伸到第一个贯通点M1，具体位置见附图：
三井井贯通平面图。
依次导线点分别是：
1-2-3-4-5-6-7-8-9（M1）。
第三条是从主斜井口开始，以首级GPS网数据为已知点，从井口一直延伸到第一个贯通点M2，具体位置见附图：
三井井贯通平面图。
依次导线点分别是：
15-14-13-12-11-10-16-17-18（M2）。
第四条是从风井口开始，以联系测量成果数据T1、T2为已知点，从井口一直延伸到第一个贯通点M2，具体位置见附图：
三井井贯通平面图。
依次导线点分别是：
35-34-33-32-31-30-29-28-27-26-25-24-23-22-21-20-19-18（M2）。
导线点应选择在稳定的位置，尽可能加大导线长度边。
实际布点时可根据井下情况作适当调整，不稳定地段可设置成临时点，稳定地段设置永久导线点，上述调整不会影响导线测量精度和贯通误差预计。
井下控制采用全站仪导线形式，按《煤矿测量规程》中井下平面控制测量基本控制中的7″级导线要求施测。
全站仪测角精度为2秒，测距精度为（5+5ppm）mm。
采用2″级全站仪每次独立观测每测站两个测回，边长采用光电测距法，每边往返观测两测回。
为保证贯通测量的可靠度，提高井下控制导线的测量精度，井下控制导线须进行一次独立复测，当两次测量的成果符合精度要求时，取其平均值作为最终观测成果，若两次观测的互差超过限差要求时，则应重新独立观测。
根据《煤矿测量规程》确定井下导线测量的主要技术要求如表4。
表4井下控制导线的主要技术指标
导线类别
仪器等级
观测方法
测回数（按导线边长分）
15m以下
15m以上
7″
2″级
测回法
3
2
同一测回中半测回互差
两测回间互差
一般边长（m）
复测支导线全长相对闭合差
复测支导线坐标方位角闭合差（″）
20″
12″
6～100m
1/6000
14
在边长测量中，测定气压读至100Pa，气温读至1oC。
每条边长往返2测回。
其限差为：
一测回读数较差不大于10mm，往返观测同一边长时，化算为水平距离（经气象和倾斜改正）后的互差，不得大于1/6000。
对于巷道中边长小于30m的导线点及不稳定地段的临时导线点，可采用“三架法”观测，以减少对中误差和提高观测速度。
用全站仪测定的边长观测值应加入温度和气压改正，以保证观测成果的精度。
测区距高斯投影带中央子午线较近，但测区平均高程超过910米，井上下高差超过200米。
按《工程测量规范》要求，实测边在经过温度和气象改正后，还应根据测距边的平均高程及平均横坐标进行高程归化改正及高斯投影改正，改正方法如下：
式中：
D′---测距边在高斯投影面上的长度；
D----测距边实测长度；
---测距边两端点横坐标的平均值；
--地球曲率半径；
--测距边两端点的高程平均值。
为保证观测成果的可靠性，有效地提高观测精度，贯通控制导线复测工作独立进行两次，当两次观测的成果符合精度要求时，取其平均值作为最终观测成果，若两次观测的互差超过限差要求时，则应重新独立观测，以保证成果的可靠性。
方案一：
高程控制网部分：
地面高程控制部分---布设四等水准
在地面部分，为了保证精度，采用四等水准进行往返观测。
将井口的6个GPS点与咀头源的四等三角高程控制点进行联测,形成闭合水准。
地面四等闭合水准路线长度从图上量得约为3km。
四等水准测量技术要求如表3。
表3四等水准测量技术要求
等级
仪器级别
视线长度（m）
前后视距差（m）
四等
DS3
100
5
黑红面读数差（mm）
黑红面高差之差（mm）
每公里高差中误
差（mm）
环路或附合线路
长度（km）
3
5
±10
15
水准标尺
观测次数
往返互差或闭合差（mm）
平地（L：
公里）
山地（n：
测站数）
木质双面
往返各一次
±20
±6
方案一：
高程控制网部分：
导入高程----钢丝法
采用钢丝法导入高程，在定向投点工作结束后，在钢丝上下做好标志，提升到地面后在进行丈量。
导入高程独立进行两次进行，互差不得超过井深的1/8000。
方案一：
高程控制网部分：
井下高程控制部分---三角高程法
井下高程控制测量采用三角高程法。
斜井中三角高程测量同导线测量同时进行，每条导线边两端点往返测高差的互差不得大于
。
主副斜井贯通测量时井下三角高程路线长度为523.5m。
主斜井与风井贯通测量时三角高程路线长度为664.32m。
方案二：
平面控制网部分：
地面控制部分----D级GPS网观测方法
具体方法同方案一中类似。
方案二：
平面控制网部分：
联系测量部分----采用陀螺法一井定向
在风井处采用陀螺经纬仪进行一井定向。
主、副斜井处可以直接用30秒导线直接将平面坐标导入到井下，而不必进行井下定向。
采用7秒级国产陀螺全站仪，进行井下起始边的方位定向。
实际精度相当于15秒级陀螺全站仪，所以在计算中按一次测定中误差15秒进行计算。
陀螺定向一次测量陀螺方位角的中误差为15″。
采用地面井口附近的GPS基线边作为测定仪器常数的地面已知边，其方位角误差要求小于21″。
井下定向边长度一般不小于50m，采用“地面3测回—井下2测回—地面3测回”的作业模式，用陀螺全站仪进行方位角测量。
陀螺定向独立进行两次，取其平均值作为定向边的方位角结果，井下起始边方位角均值中误差为10″。
方案二：
平面控制网部分：
井下控制测量----7秒支导线法
具体方法同方案一中类似。
方案二：
高程控制网部分：
在地面布设四等水准，在主副斜井处直接用四等水准导入高程，在风井处采用钢丝法导入高程，在井下布设四等水准。
具体方法同方案一中类似。
4、贯通测量误差预计
测量误差参数的确定
地面测量误差：
由于已知国家点距矿区较远，所以两个方案在地面平面控制部分均采用D级GPS网作为测区的首级控制网。
因此在地面部分仅有GPS机产生的测距误差。
根据本次所采用的GPS接收机的校检证书可知，其测距精度为5+5*Dppm，而D级GPS网的平均边长约为3公里，所以测距精度约为5mm。
地面高程部分采用四等水准观测的方法，按照规程计算得到四等水准测量路线每公里高程中误差为7mm。
联系测量误差：
由于该煤矿为新矿山，缺乏足够的实测资料，因此参考《煤矿测量规程》，根据我国二十多个矿务局提供的大量实测资料经综合分析后求得一下参数：
采用钢丝法进行一井定向时一次测量中误差为35秒。
陀螺定向一次测量中误差为15秒。
导入高程一次测量中误差为h/22000，在该项目中h为风井深度（370m），所以导入高程一次测量中误差为1.6mm。
井下测量误差：
两个方案在井下部分共涉及到了测角、测距和测高差三个刚面的误差。
井下采用全站仪导线法观测，平均边长为40m，全站仪测角精度为2秒，测距精度为5.2mm。
根据《煤矿测量规程》，参考我国二十多个矿务局提供的大量实测资料经综合分析后求得利用测回法观测两测回测角中误差为6秒。
根据《煤矿测量规程》，参考我国二十多个矿务局提供的大量实测资料经综合分析后求得井下水准测量每公里高差中误差为15mm。
根据《煤矿测量规程》，参考我国二十多个矿务局提供的大量实测资料经综合分析后求得井下三角高程测量每公里高差中误差为32mm。
针对方案一进行贯通误差预计
主斜井与副斜井贯通点M１处在x＇轴方向上的误差预计
Ry/M
Rx/M
Ry2/M
Rx2/M
114.5854
163.3637
13129.81389
26687.69848
85.8727
135.5144
7374.120605
18364.15261
57.1601
107.6651
3267.277032
11591.77376
28.4474
79.8158
809.2545668
6370.56193
0.5464
51.9672
0.29855296
2700.589876
27.807
24.1172
773.229249
581.6393358
53.8429
0
2899.05788
0
33.8429
0
1145.34188
0
0
0
0
0
26.1519
21.8797
683.9218736
478.7212721
54.8299
49.729
3006.317934
2472.973441
80.6033
77.5783
6496.891971
6018.392631
112.2908
105.4276
12609.22376
11114.97884
141.0025
133.2769
19881.70501
17762.73207
169.7173
161.1262
28803.96192
25961.65233
100880.4161
130105.8666
0.009239089
边
边长/m
固定误差/a
比例误差/b
1-2
40
5
5
5.20
27.040
0.484740435
13.10738137
2-3
40
5
5
5.20
27.040
0.484740435
13.10738137
3-4
40
5
5
5.20
27.040
0.484740435
13.10738137
4-5
40
5
5
5.20
27.040
0.484740435
13.10738137
5-6
40
5
5
5.20
27.040
0.484740435
13.10738137
6-7
34.64
5
5
5.17
26.762
0.484740435
12.97261515
7-8
20.00
5
5
5.10
26.010
0.484740435
12.60809872
8-9
20.00
5
5
5.10
26.010
0.484740435
12.60809872
9-10
34.10
5
5
5.17
26.734
0.484740435
12.95901717
10-7
40
5
5
5.20
27.040
0.484740435
13.10738137
11-12
41
5
5
5.21
27.092
0.484740435
13.13259999
12-13
42
5
5
5.21
27.144
0.484740435
13.15784285
13-14
43
5
5
5.22
27.196
0.484740435
13.18310994
14-15
44
5
5
5.22
27.248
0.484740435
13.20840127
13.50829641
在地面部分采用D级GPS网而引起贯通点M1在x’轴方向上产生的误差为：
在井下采用导线引起的测角误差为：
在井下采用导线引起的测距误差为：
由于导线测量引起贯通点M1在x'轴方向上产生的误差为：
所以主斜井与副斜井在贯通点M1处在x’轴方向上产生的综合预计误差为：
若各项测量独立施测两次，并取二倍中误差作为预计误差则M1点在x’轴方向上产生的综合预计误差为：
主斜井与副斜井贯通点M１处在ｙ＇轴方向上的误差预计
地面四等水准贯通点M１处在ｙ＇轴方向上的误差为：
井下三角高程测量引起贯通点M１处在ｙ＇轴方向上的误差为：
贯通点M１处在ｙ＇轴方向上的预计误差为：
若高程测量每次独立进行两次，并取二倍中误差作为预计误差则M1点在ｙ＇轴方向上产生的综合预计误差为：
主斜井与风井贯通点M2处在x＇轴方向上的误差预计
Ry/M
Rx/M
Ry2/M
Rx2/M
Ry/M
15
336.7524
0
113402.1789
0
14
296.7524
0
88061.98691
0
13
256.7524
0
65921.79491
0
12
216.7524
0
46981.60291
0
11
176.7524
0
31241.41091
0
10
136.7524
0
18701.21891
0
16
96.7524
0
9361.026906
0
17
56.7524
0
3220.834906
0
18
16.7524
0
280.6429058
0
M2
0
0
0
0
19
40
0
1600
0
20
80
0
6400
0
21
120
0
14400
0
22
160
0
25600
0
23
200
0
40000
0
24
240
0
57600
0
25
280
0
78400
0
26
320
0
102400
0
27
360
0
129600
0
28
400
0
160000
0
29
440
0
193600
0
30
480
0
230400
0
31
520
0
270400
0
32
554.9276
0
307944.6412
0
33
566.928
9.4972
321407.3572
90.19680784
34
566.928
27.9951
321407.3572
783.725624
35
578.928
39.9951
335157.6292
1599.608024
2973489.683
2473.530456
0.050160162
边
边长/m
固定误差/a
比例误差/b
15-14
40
5
5
5.20
27.040
0
0
14-13
40
5
5
5.20
27.040
0
0
12-13
40
5
5
5.20
27.040
0
0
12-11
40
5
5
5.20
27.040
0
0
11-10
40
5
5
5.20
27.040
0
0
10-16
40
5
5
5.20
27.040
0
0
16-17
40
5
5
5.20
27.040
0
0
17-18
40
5
5
5.20
27.040
0
0
18-M2
16.80
5
5
5.08
25.847
0
0
M2-19
40
5
5
5.20
27.040
0
0
19-20
40
5
5
5.20
27.040
0
0
20-21
40
5
5
5.20
27.040
0
0
21-22
40
5
5
5.20
27.040
0
0
22-23
40
5
5
5.20
27.040
0
0
23-24
40
5
5
5.20
27.040
0
0
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