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井上下控制測(cè)量方法與精度研究
煤礦井下測(cè)量是礦山生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要一環(huán)，是一項(xiàng)重要而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)性工作，是煤礦搞好生產(chǎn)技術(shù)管理、實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的重要手段。
摘要：由于目前鐵礦建設(shè)地形地貌復(fù)雜、井下貫通導(dǎo)線(xiàn)距離長(zhǎng)、精度要求高，同時(shí)受地面及井下各種條件制約，如坡度大、測(cè)量邊較短、風(fēng)大影響對(duì)點(diǎn)精度、井下施工及運(yùn)輸機(jī)車(chē)等，施測(cè)時(shí)占用巷道時(shí)間長(zhǎng)，不僅影響生產(chǎn)，也增加了測(cè)量人員的工作量及難度，其施測(cè)精度也直接決定礦井大型貫通能否順利、準(zhǔn)確貫通。為解決該項(xiàng)技術(shù)難題，確保礦井大型貫通的順利、準(zhǔn)確完成，需要采用高精確度的測(cè)量方法，才有助于取得相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞：井上下;方法與精度;研究;控制測(cè)量
引言
隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)以及礦井建設(shè)的發(fā)展，礦井開(kāi)采地形、地貌及井下的地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，井下巷道貫通距離越來(lái)越長(zhǎng)，施工速度越來(lái)越快，給予測(cè)量的時(shí)間沒(méi)有增加，而工程本身需要的貫通精度越來(lái)越高。在這種生產(chǎn)與技術(shù)要求的矛盾下，改變傳統(tǒng)的測(cè)量方法，切實(shí)提高關(guān)于復(fù)雜地形地貌條件下井上下聯(lián)系精確測(cè)量的實(shí)用技術(shù)，確保大型貫通的精度。
一、井上下精確測(cè)量實(shí)用技術(shù)工藝原理
復(fù)雜地形地貌條件下地面控制測(cè)量采用GPS網(wǎng)觀(guān)測(cè)技術(shù)，代替了傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)控制測(cè)量技術(shù)
1、傳統(tǒng)導(dǎo)線(xiàn)控制網(wǎng)
一般情況下導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)是目前工測(cè)控制網(wǎng)較常用的一種布設(shè)形式，它包括單一導(dǎo)線(xiàn)和具有一個(gè)或多個(gè)結(jié)點(diǎn)的導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)。也就是說(shuō)，在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)好測(cè)量點(diǎn)，構(gòu)成一定的幾何圖形，觀(guān)測(cè)幾何圖中的角度(或方向)和邊長(zhǎng)。但導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)的缺點(diǎn)主要是：導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)中的多余觀(guān)測(cè)數(shù)較同樣規(guī)模的三角網(wǎng)要少，有時(shí)不易發(fā)現(xiàn)觀(guān)測(cè)值中的粗差，垂線(xiàn)偏差對(duì)高程的影響在山區(qū)和大山區(qū)是很大的，因此，在這些地區(qū)測(cè)量時(shí)，視線(xiàn)的長(zhǎng)度受到限制。因而可靠性不高。又因觀(guān)測(cè)工作是在野外復(fù)雜條件下進(jìn)行的，由于觀(guān)測(cè)人員和儀器的局限性以及外界因素的影響，誤差主要為：一是觀(guān)測(cè)過(guò)程中引起的人差;二是外界條件(大氣的溫度、濕度、密度、太陽(yáng)照射方位及地形、地物等因素)引起的誤差;三是儀器(儀器本身和操作過(guò)程中)誤差。用嚴(yán)密的計(jì)算方法將控制點(diǎn)的空間位置計(jì)算出來(lái)。計(jì)算步驟包括歸算(將地面觀(guān)測(cè)結(jié)果歸算至橢球面上);投影(將橢球面上的歸算結(jié)果投影到高斯平面上);平差(在高斯平面上按最小二乘法進(jìn)行嚴(yán)密平差)。這種導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)控制測(cè)量在復(fù)雜地形地貌條件下，因各種條件的制約，不但消耗大量的勞力、物力和工期，而且測(cè)量精度會(huì)大大降低，增加了井下準(zhǔn)確貫通的難度。
二、井上下控制測(cè)量的兩種方法
1、采用GPS控制網(wǎng)測(cè)量方法
GPS是一種定時(shí)和測(cè)距的空間交會(huì)定點(diǎn)的測(cè)量系統(tǒng)，它是以GPS衛(wèi)星和用戶(hù)接收機(jī)天線(xiàn)之間距離(或距離差)的觀(guān)測(cè)量為基礎(chǔ)，并根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬間坐標(biāo)來(lái)確定用戶(hù)接收機(jī)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)(x，y，z)oGPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)(平面+大地高)，目前通過(guò)局部大地水準(zhǔn)面精化，GPS水準(zhǔn)可滿(mǎn)足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。以GPS網(wǎng)布設(shè)非常靈活。其主要特點(diǎn)是定位精度高、觀(guān)測(cè)時(shí)間短、測(cè)站間無(wú)須通視、操作簡(jiǎn)便、全天候作業(yè)。
2、井下巷道控制導(dǎo)線(xiàn)采用等高四架法結(jié)合陀螺定向邊測(cè)量工藝
等高四架法施測(cè)井下貫通導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，作業(yè)人員一般應(yīng)配備8人，觀(guān)測(cè)1人，記錄1人，后視1人，前視1人，對(duì)點(diǎn)3人，送腳架1人。如圖1所示：
若B點(diǎn)為井下貫通導(dǎo)線(xiàn)的平面起算點(diǎn)及高程起算點(diǎn)，B點(diǎn)至A點(diǎn)的方位為起算方位，則第一站時(shí)在B點(diǎn)安置全站儀，在A，C兩點(diǎn)安置棱鏡，A，B，C點(diǎn)均對(duì)中整平后，即可開(kāi)始觀(guān)測(cè)，同時(shí)對(duì)點(diǎn)人員用第四個(gè)腳架、基座在D點(diǎn)對(duì)中整平。B點(diǎn)觀(guān)測(cè)結(jié)束后，全站儀從B點(diǎn)基座拔出后快速、安全的移至C點(diǎn)基座上，后視作業(yè)人員將A點(diǎn)棱鏡移至B點(diǎn)基座上，前視作業(yè)人員將C點(diǎn)棱鏡移至D點(diǎn)基座上，B，C，D點(diǎn)均精確整平后即開(kāi)始第二站的觀(guān)測(cè)。同時(shí)送腳架人員迅速將A點(diǎn)腳架和基座送給對(duì)點(diǎn)人員，以供對(duì)點(diǎn)人員在A點(diǎn)對(duì)中整平。如此循環(huán)，直至該段支導(dǎo)線(xiàn)施測(cè)完畢。等高是指所采用的全站儀與前、后視棱鏡，在同一個(gè)已經(jīng)對(duì)中整平的固定基座上安置時(shí)，它們的中心高度是一致的。等高的目的就是為了施測(cè)三角高程過(guò)程中，每一站只量取儀器高(僅起、始站需量取棱鏡高)，第一站所量取B點(diǎn)儀器高即為第二站的后視棱鏡高，第二站C點(diǎn)的儀器高即為第一站的前視棱鏡高，依此類(lèi)推。
三、井上下控制測(cè)量精度提高的對(duì)策及原則
1、選擇科學(xué)、合理、有效的測(cè)量方案
選擇科學(xué)、合理、有效的測(cè)量方案是提高大型貫通精度的前提。在工程施工施測(cè)前應(yīng)根據(jù)具體情況和要求，制定貫通測(cè)量方案和測(cè)量方法，并進(jìn)行井巷貫通點(diǎn)的誤差預(yù)計(jì)，選用“技術(shù)上可行，精度上允許，經(jīng)濟(jì)上合理”的測(cè)量方案和施測(cè)方法，做到對(duì)貫通工程心中有數(shù)，從而正確指導(dǎo)貫通測(cè)量工作的實(shí)施。在實(shí)際工作中根據(jù)貫通工程的要求確定合理的測(cè)量方案和方法，以使貫通測(cè)量達(dá)到的精度與采礦工程的要求相適應(yīng)，過(guò)高或過(guò)低的精度要求都是不適宜的。在滿(mǎn)足貫通工程所需精度的前提下應(yīng)盡量采用已有的測(cè)量成果，以減少不必要的工作量，節(jié)省人力物力。要想提高大型貫通工程的貫通精度，就要求掌握各個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)對(duì)貫通精度的影響程度，選擇合理的測(cè)量方案。第一，測(cè)量方案和各個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)量方法應(yīng)保證巷道貫通所要求的精度;第二，所有測(cè)量工序和計(jì)算工作應(yīng)有相應(yīng)的檢核條件。
2、提高地面近井控制測(cè)量成果的可靠性
這是提高大型貫通工程貫通精度的基礎(chǔ)。凡埋石符合要求的二等至四等三角點(diǎn)或同等級(jí)導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)，均可作為近井點(diǎn)，也可在礦區(qū)三等、四等各類(lèi)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上采用插網(wǎng)、插點(diǎn)或敷設(shè)經(jīng)緯儀導(dǎo)線(xiàn)方法測(cè)設(shè);井口高程基點(diǎn)的高程測(cè)量應(yīng)按四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求測(cè)設(shè)。為了保證測(cè)量成果的可靠性，要對(duì)起算資料的可靠性按規(guī)程進(jìn)行檢測(cè)。
2.1要充分考慮礦區(qū)大面積采空區(qū)對(duì)起算點(diǎn)的影響，事先要查閱起算點(diǎn)(包括后視點(diǎn))所在井田的井上下對(duì)照?qǐng)D，了解采空時(shí)間與建網(wǎng)時(shí)間的關(guān)系以及周邊小煤窯開(kāi)采，對(duì)起算點(diǎn)是否有影響。外業(yè)觀(guān)測(cè)時(shí)要按照規(guī)范要求，進(jìn)行固定角測(cè)量。
2.2導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)布設(shè)成閉合或附合導(dǎo)線(xiàn)，使之有必要的檢核條件。
2.3導(dǎo)線(xiàn)最好布設(shè)成近似等邊直伸形，測(cè)線(xiàn)避開(kāi)各種障礙物一定距離，而且還要考慮高壓輸電線(xiàn)輻射磁場(chǎng)對(duì)測(cè)距的影響。嚴(yán)格把握井上下聯(lián)系測(cè)量和井下控制測(cè)量的各個(gè)環(huán)節(jié)是提高大型貫通工程貫通精度的鍵。聯(lián)系測(cè)量的目的是為了測(cè)定井下導(dǎo)線(xiàn)起始點(diǎn)的平面坐標(biāo)、起始邊的方位角和井下高程基點(diǎn)的高程。井下導(dǎo)線(xiàn)起始邊(亦稱(chēng)定向邊)方位角誤差對(duì)貫通偏差的影響與井下導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度成正比。因此，提高井下定向邊的定向精度是提高貫通精度的主要環(huán)節(jié)之一。
四、結(jié)束語(yǔ)
鐵銅礦測(cè)量中地面控制網(wǎng)的布設(shè)是貫通工程測(cè)量的重要工作，要優(yōu)化選擇測(cè)量方案，采用先進(jìn)技術(shù)和儀器，嚴(yán)密組織，科學(xué)管理，杜絕粗差，減少誤差的影響，編制貫通測(cè)量方案，進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)，做到對(duì)貫通工程心中有數(shù)，從而正確指導(dǎo)貫通測(cè)量工作的實(shí)施。
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