貫通測量方案的選擇與誤差預(yù)計(jì)
貫通測量方案的選擇與誤差預(yù)計(jì)
第一節(jié) 概 述
一、 貫通測量設(shè)計(jì)書的編制
貫通工程，尤其是重要的貫通工程，關(guān)系到整個(gè)礦井的設(shè)計(jì)、建設(shè)與生產(chǎn)，所以必須認(rèn)真對待。礦山測量人員應(yīng)在重要貫通工程施測之前，編制好貫通測量設(shè)計(jì)書。特別重要的貫通測量設(shè)計(jì)書要報(bào)礦務(wù)局審批。
編制貫通測量設(shè)計(jì)書的主要任務(wù)是選擇合理的測量方案和測量方法，以保證巷道正確貫通。：
(1) 井巷貫通工程概況。
(2) 貫通測量方案的選定。地面控制測量，礦井聯(lián)系 測量及井下控制測量。包括所用測量起始數(shù)據(jù)情況。
(3) 貫通測量方法。包括采用的儀器、測量方法及其限差。
(4) 貫通測量誤差預(yù)計(jì)。
(5) 貫通測量成本預(yù)計(jì)。
(6) 貫通測量中存在的問題和采取的措施。
貫通測量誤差預(yù)計(jì)，就是按照所選擇的測量方案與測量方法，應(yīng)用最小二乘準(zhǔn)則及誤差傳播律，對貫通精度的一種估算。它是預(yù)計(jì)貫通實(shí)際偏差最大可能出現(xiàn)的限度，而不是預(yù)計(jì)貫通實(shí)際偏差的大小，因此，誤差預(yù)計(jì)只有概率上的意義。其目的是優(yōu)化測量方案與選擇適當(dāng)?shù)臏y量方法，做到對貫通心中有數(shù)。
在滿足采礦生產(chǎn)要求的前提下，既不由于精度太低而造成工程的損失，影響正常安全生產(chǎn)，也不因盲目追求高精度而增加測量工作量。
貫通誤差預(yù)計(jì)分為一井內(nèi)巷道貫通測量誤差預(yù)計(jì)，兩井間巷道貫通測量誤差預(yù)計(jì)，立井貫通測量誤差預(yù)計(jì)，以及井下導(dǎo)線加測堅(jiān)強(qiáng)陀螺定向邊后的巷道貫通測量誤差預(yù)計(jì)。
二、 選擇貫通測量方案及誤差預(yù)計(jì)的一般方法
(一) 了解情況，收集資料，初步確定貫通測量方案
首先應(yīng)向貫通工程的設(shè)計(jì)和施工部門了解有關(guān)貫通工程的設(shè)計(jì)、部署、工程限差要求和貫通相遇點(diǎn)的位置等 情況，并檢核設(shè)計(jì)部門提供的圖紙資料。還要收集與貫通測量有關(guān)的測量資料，抄錄必要的測量起始數(shù)據(jù)，并確認(rèn)其可靠性和精度。繪制巷道貫通測量設(shè)計(jì)平面圖，然后就可以根據(jù)實(shí)際情況擬定出可供選擇的測量方案。
(二) 選擇合適的測量方法
測量方案初步確定后，選用什么儀器和哪種測量方法，規(guī)定多大的限差，采取哪些檢核措施，都要一一確定下來。這個(gè)選擇是和誤差預(yù)計(jì)相配合進(jìn)行的，常常是有反復(fù)的過程。
(三) 進(jìn)行貫通誤差預(yù)計(jì)
根據(jù)所選擇的測量儀器和方法，確定各種誤差參數(shù)。
依據(jù)初步選定的貫通測量方案和各項(xiàng)誤差參數(shù)，就可估算出各項(xiàng)測量誤差引起的貫通相遇點(diǎn)在貫通重要方向上的誤差。
(四) 貫通測量方案和測量方法的最終確定
將估算所得的貫通預(yù)計(jì)誤差與設(shè)計(jì)要求的容許偏差值進(jìn)行比較，若前者小于后者，則初步確定的測量方案與測量方法是可行的。當(dāng)然前者過小也是不合適的。若預(yù)計(jì)誤差超過了容許偏差，則應(yīng)調(diào)整測量方案或修改測量方法，增加觀測次數(shù)，再重新進(jìn)行估算。通過逐漸趨近的方法，直到符合要求為止。
最后，根據(jù)測量方案最優(yōu)、測量方法合理、預(yù)計(jì)誤差小于容許偏差的原則，把測量方案與方法最終確定下來，編寫出完整詳細(xì)的貫通測量設(shè)計(jì)書，作為施測的依據(jù)。
第二節(jié) 一井內(nèi)巷道貫通測量的誤差預(yù)計(jì)
這類貫通只需進(jìn)行井下導(dǎo)線測量和高程測量，而不需進(jìn)行地面連測和礦井聯(lián)系測量，因此誤差預(yù)計(jì)也只是估算井下導(dǎo)線測量和高程測量的誤差。
一、 水平重要方向(x′)上的誤差預(yù)計(jì)
貫通測量誤差就是從k點(diǎn)開始，沿下山和平巷敷設(shè)導(dǎo)線，并測回到k點(diǎn)所引起的誤差。從形式上看似乎是一條閉合導(dǎo)線k-1-2……15-16-k，但在貫通之前實(shí)際上是一條支導(dǎo)線。所以預(yù)計(jì)在水平重要方向上的貫通誤差，實(shí)質(zhì)上就是預(yù)計(jì)支導(dǎo)線終點(diǎn)k在x′方向上的誤差Mx′k。
二、 豎直方向上的誤差預(yù)計(jì)
貫通相遇點(diǎn)k在豎直方向上的誤差是由上、下平巷中的水準(zhǔn)測量誤差和兩個(gè)下山中的三角高程測量誤差引起的，可按水準(zhǔn)測量和三角高程測量的誤差公式分別計(jì)算，然后求其累積總和。
(一) 上、下平巷中水準(zhǔn)測量誤差引起k點(diǎn)在高程上的誤差
井下水準(zhǔn)測量誤差MH水可按下列方法之一來估算。
(二) 井下三角高程測量的誤差
(三) k點(diǎn)在高程上的預(yù)計(jì)中誤差
第三節(jié) 兩井間巷道貫通測量的誤差預(yù)計(jì)
兩井間的巷道貫通時(shí)，除進(jìn)行井下導(dǎo)線測量和井下高程測量之外，還必須進(jìn)行地面測量和礦井聯(lián)系測量。所以在進(jìn)行貫通測量誤差預(yù)計(jì)時(shí)，要考慮地面測量誤差、礦井聯(lián)系測量誤差及井下測量誤差的綜合影響。
一、 貫通相遇點(diǎn)k在水平重要方向上的誤差預(yù)計(jì)貫通相遇點(diǎn)k在水平重要方向上的誤差來源包括：地面平面控制測量誤差、定向測量誤差和井下平面控制測量誤差。
(一) 地面平面控制測量誤差引起k點(diǎn)在x′方向上的誤差
兩井間地面連測的平面控制測量的可能方案有：GPS，導(dǎo)線，三角測量，三邊測量，邊角網(wǎng)等方法。
1 地面采用GPS(全球定位系統(tǒng))時(shí)的誤差預(yù)計(jì)
在將GPS用于兩井間巷道貫通測量時(shí)，可按照表2-15的規(guī)定，選用E級或D級精度來測設(shè)兩井井口附近的近井點(diǎn)，而且兩近井點(diǎn)Ⅰ與Ⅱ之間應(yīng)盡量通視。這時(shí)由于地面GPS測量誤差所引起的k點(diǎn)在x′軸方向上的貫通誤差按下式估算：
在進(jìn)行兩井之間的巷道貫通測量時(shí)，地面平面控制測量采用GPS建立近井點(diǎn)是值得提倡的一種方案，施測簡便，精度又高。
(1) 兩近井點(diǎn)Ⅰ與Ⅱ之間應(yīng)盡量互相通視，這樣在由近井點(diǎn)Ⅰ向風(fēng)井井口施測連接導(dǎo)線時(shí)，便可以近井點(diǎn)Ⅱ?yàn)楹笠朁c(diǎn)，同樣，由近井點(diǎn)Ⅱ向立井施測連接導(dǎo)線時(shí)，也可以近井點(diǎn)Ⅰ為后視點(diǎn)，從而消除了起始邊(Ⅰ—Ⅱ)的坐標(biāo)方位角中誤差對于貫通的影響。
(2) 如果受地形、地物條件的限制，近井點(diǎn)Ⅰ與Ⅱ之間無法通視，則可在Ⅰ、Ⅱ之間敷設(shè)地面連接導(dǎo)線(如圖103所示)，由于Ⅰ點(diǎn)及Ⅱ點(diǎn)的坐標(biāo)已知，便可采用“無定向?qū)Ь€”的解算方法，即類似于兩井幾何定向時(shí)解算井下連接導(dǎo)線的方法，求出Ⅰ與Ⅱ之間各導(dǎo)線點(diǎn)1，2，……的坐標(biāo)及各導(dǎo)線邊坐標(biāo)方位角。
2. 地面采用導(dǎo)線方案時(shí)的誤差預(yù)計(jì)
地面導(dǎo)線測量誤差引起的k點(diǎn)在x′方向上的誤差預(yù)計(jì)方法與井下導(dǎo)線測量的誤差預(yù)計(jì)方法基本相同。通常應(yīng)當(dāng)在地面兩井口近井點(diǎn)之間布設(shè)閉合導(dǎo)線(或者是附合導(dǎo)線中的一部分)，這時(shí)，在進(jìn)行地面閉合導(dǎo)線(或附合導(dǎo)線)的嚴(yán)密平差時(shí)，應(yīng)當(dāng)同時(shí)評定出近井點(diǎn)1與近井點(diǎn)j兩點(diǎn)之間在x′方向上的相對點(diǎn)位誤差Mx′1-j以及(1-n)邊的坐標(biāo)方位角α1與(j-(j-1))邊的坐標(biāo)方位角αj之間的相對中誤差MΔα=Mα1-αj，并計(jì)算出地面導(dǎo)線測量誤差對于貫通的影響為：
3. 地面采用三角網(wǎng)(鎖)時(shí)的誤差預(yù)計(jì)
在某些特殊情況下，由于圖形簡單，估算方法也就相應(yīng)簡單，但更有實(shí)際意義。例如：
(1) 兩近井點(diǎn)能直接通視而構(gòu)成三角網(wǎng)中的一條邊(也可是光電測距導(dǎo)線的一條邊，或測邊網(wǎng)中的一條邊)時(shí)，此時(shí)由近井點(diǎn)的誤差引起的k點(diǎn)在x′方向上的誤差預(yù)計(jì)公式為(參閱圖10)
(2) 近井點(diǎn)A和B不構(gòu)成一條邊，但能同時(shí)后視同一個(gè)三角點(diǎn)C時(shí)(見圖10-7)，Mx′上的預(yù)計(jì)公式為：
(3) 兩近井點(diǎn)A、B互不通視，又不能后視同一個(gè)三角點(diǎn)時(shí)(見圖10-8)，則Mx′上的預(yù)計(jì)公式為：
以上三種情況，除上述誤差外，還應(yīng)再將從近井點(diǎn)到井口所敷設(shè)的連接導(dǎo)線的測量誤差所引起的k點(diǎn)在x′方向上的誤差考慮進(jìn)去，就可以預(yù)計(jì)出整個(gè)地面平面測量誤差所引起的k點(diǎn)在x′方向上的誤差。
(二) 定向測量引起k點(diǎn)在x′方向上的誤差
不論采用幾何定向或陀螺定向，定向測量的誤差都集中反映在井下導(dǎo)線起始邊的坐標(biāo)方位角誤差上。所以定向測量誤差引起的k點(diǎn)在x′方向上的誤差為：
(三) 井下導(dǎo)線測量引起k點(diǎn)在x′方向上的誤差
井下導(dǎo)線測角和量邊誤差引起的k點(diǎn)在x′方向上的誤差Mx′β下和Mx′l下的預(yù)計(jì)公式與一井內(nèi)巷道貫通誤差公式相同，不過此時(shí)要把井下量邊系統(tǒng)誤差對貫通的影響b下Lx′下考慮在內(nèi)，Lx′下為井下導(dǎo)線兩個(gè)起始點(diǎn)連線在x′軸上的投影長(參閱圖10-9)。如果井上、下使用同一根鋼尺丈量邊長，量邊系統(tǒng)誤差相同，或者井上、下采用同一臺測距儀測量邊長，則井上、下導(dǎo)線可以不考慮量邊系統(tǒng)誤差的影響。
應(yīng)當(dāng)指出，通過平硐或斜井定向的礦井，其定向誤差對貫通的影響可不必單獨(dú)計(jì)算，而把平硐或斜井中導(dǎo)線與井下導(dǎo)線看做是一個(gè)整體來進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。
(四) 各項(xiàng)誤差引起的k點(diǎn)在x′方向上的總誤差
由地面測量誤差、定向測量誤差和井下導(dǎo)線測量誤差所引起的k點(diǎn)在x′方向上的總的中誤差為：
二、 貫通相遇點(diǎn)k在高程上的誤差預(yù)計(jì)
兩井間巷道貫通相遇點(diǎn)k在高程上的誤差來源包括：地面水準(zhǔn)測量誤差，導(dǎo)入高程誤差，井下水準(zhǔn)測量和三角高程測量誤差。
(一) 地面水準(zhǔn)測量誤差
地面水準(zhǔn)測量引起的高程誤差MH上的估算公式為：
(二) 導(dǎo)入高程誤差
當(dāng)缺乏根據(jù)大量實(shí)測資料所求得的導(dǎo)入高程中誤差時(shí)，可以按《煤礦測量規(guī)程》中規(guī)定的兩次獨(dú)立導(dǎo)入高程的容許互差來反算求得一次導(dǎo)入高程的中誤差。規(guī)程中要求兩次獨(dú)立導(dǎo)入高程的互差不得超過井筒深度h的1/8000，則一次導(dǎo)入高程的中誤差為：
兩個(gè)立井的導(dǎo)入高程中誤差MH01和MH02應(yīng)分別計(jì)算。
當(dāng)?shù)V井用平硐或斜井開拓時(shí)，導(dǎo)入高程中誤差可不必單獨(dú)計(jì)算，而將平硐中的水準(zhǔn)測量或斜井中的三角高程測量與井下水準(zhǔn)測量或三角高程測量看做一個(gè)整體來進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。
(三) 井下水準(zhǔn)測量和三角高程測量的誤差
兩井間進(jìn)行巷道貫通時(shí)，井下水準(zhǔn)測量和三角高程測量的誤差引起k點(diǎn)在高程上的誤差MH下，其估算方法與一井內(nèi)巷道貫通時(shí)相同，這里不再重述。
(四) 各項(xiàng)誤差引起k點(diǎn)在高程上的總誤差
由地面水準(zhǔn)測量誤差、導(dǎo)入高程誤差和井下高程測量誤差所引起的k點(diǎn)在高程上的總中誤差為：
第四節(jié) 立井貫通的誤差預(yù)計(jì)
立井貫通時(shí)，測量工作的主要任務(wù)是保證井筒上、下兩個(gè)掘進(jìn)工作面上所標(biāo)定出的井筒中心位于一條鉛垂線上，貫通的偏差為該兩工作面上井筒中心的相對偏差，而豎直方向在立井貫通中屬于次要方向，無須進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。
實(shí)際工作中，一般是分別預(yù)計(jì)井筒中心在提升中心線方向(作為假定的y′方向)和與它垂直的方向(作為假定的x′方向)上的誤差，然后再求出井筒中心的平面位置誤差。當(dāng)然，也可以直接預(yù)計(jì)井筒中心的平面位置誤差。
立井貫通的幾種典型情況和它們所需進(jìn)行的測量工作，已在前面第五章第四節(jié)介紹過了。對于從地面和井下相向開鑿的立井貫通(見圖5-19)，需要進(jìn)行地面測量、定向測量和井下測量。這些測量誤差所引起的貫通相遇點(diǎn)(井筒中心)的誤差，其預(yù)計(jì)方法與前一節(jié)討論的預(yù)計(jì)方法基本相同，只是必須同時(shí)預(yù)計(jì)x′和y′兩個(gè)方向上的誤差，并按下式求出平面位置中誤差：
立井延深貫通(見圖5-20)時(shí)，貫通點(diǎn)的平面位置誤差只受井下導(dǎo)線測量誤差的影響，所以可按下式直接預(yù)計(jì)相遇點(diǎn)的平面位置中誤差：
當(dāng)采用通過輔助下山和輔助平巷在原井筒下部的保護(hù)巖柱(或人造保護(hù)蓋)下進(jìn)行井筒延深時(shí)，由于這時(shí)多為井筒全斷石掘進(jìn)，甚至要求將下部新延深的井筒中的罐梁罐道全部安裝好后再打開保護(hù)巖柱。所以對井中標(biāo)設(shè)精度要求很高，盡管這時(shí)的導(dǎo)線距離不長，一般也需要進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。
第五節(jié) 井下導(dǎo)線加測堅(jiān)強(qiáng)陀螺定向邊后巷道貫通測量的誤差預(yù)計(jì)
在某些長距離的大型重要貫通工程中，通常要測設(shè)很長距離的井下經(jīng)緯儀導(dǎo)線，導(dǎo)線在巷道轉(zhuǎn)彎處往往又有一些短邊，由于井下測角誤差積累的結(jié)果，往往難以保證較高精度的貫通要求，而在井下要大幅度提高測角精度是比較困難的，所以在實(shí)際工作中經(jīng)常采用在導(dǎo)線中加測一些高精度的陀螺定向邊的方法來建立井下平面控制，尤其是用于大型重要貫通的平面控制，它可以在不增加測角工作量以提高測角精度的前提下，顯著減小測角誤差對于經(jīng)緯儀導(dǎo)線點(diǎn)位誤差的影響，從而保證了巷道的正確貫通。
一、 導(dǎo)線中加測陀螺定向邊后導(dǎo)線終點(diǎn)的誤差估算公式
如圖10-13所示，由起始點(diǎn)A和起始定向邊AA1(坐標(biāo)方位角為α0)測設(shè)導(dǎo)線至終點(diǎn)k，并加測陀螺定向邊αⅠ，αⅡ，…，αN共N條，將導(dǎo)線分為N段，各段的重心為OⅠ，OⅡ，…，ON，其坐標(biāo)
(一) 由導(dǎo)線量邊誤差引起的終點(diǎn)k的貫通誤差
(二) 由導(dǎo)線測角誤差引起k點(diǎn)貫通誤差
(三) 由陀螺定向邊的定向誤差引起k點(diǎn)貫通誤差
二、 一井內(nèi)巷道貫通時(shí)，相遇點(diǎn)k在水平重要方向x′上的貫通誤差預(yù)計(jì)
如圖10-14所示，在貫通導(dǎo)線k-E-A-B-C-D-F-k中加測了三條陀螺定向邊α1、α2和α3，將導(dǎo)線分成四段，其中A-B和C-D兩段是兩端附合在陀螺定向邊上的方向附合導(dǎo)線，其重心分別為O1和O2，而E-k和F-k兩段是支導(dǎo)線，導(dǎo)線獨(dú)立施測兩次。這時(shí)k點(diǎn)在水平重要方向x′上的貫通誤差估算公式為：
三、 兩井間巷道貫通時(shí)，相遇點(diǎn)k在水平重要方向x′上的誤差預(yù)計(jì)
如圖10-15所示，地面從近井點(diǎn)P向一號井和二號井分別敷設(shè)支導(dǎo)線P—Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ和P—Ⅳ—Ⅴ—Ⅵ，測角中誤差為mβ上，量邊中誤差為ml上，導(dǎo)線獨(dú)立施測兩次，井下用陀螺經(jīng)緯儀測定5條導(dǎo)線邊的坐標(biāo)方位角α1，α2，……，α5，其定向中誤差分別為mα1，mα2，……，mα5
在一號井和二號井中各掛一根垂球線(長鋼絲下懸重)，與井下定向邊A—1和C—23連測，以傳遞平面坐標(biāo)。井下導(dǎo)線被分成A—E，E—M，M—k，B—C，C—N，N—k六段，其中M—k，B—C，N—k三段為支導(dǎo)線，A—E，E—M，C—N三段為方向附合導(dǎo)線，井下導(dǎo)線獨(dú)立測量兩次，測角中誤差為mβ下，量邊中誤差為ml下。
貫通相遇點(diǎn)k在水平重要方向x′上的誤差預(yù)計(jì)方法如下：
(一) 由地面導(dǎo)線測量引起的k點(diǎn)在x′方向上的誤差
(二) 由陀螺定向誤差引起的k點(diǎn)在重要方向x′上的誤差
(三) 由井下導(dǎo)線測角誤差引起k點(diǎn)在x′方向上的誤差
(六) 貫通相遇點(diǎn)k在水平重要方向x′上的預(yù)計(jì)誤差
(五) k點(diǎn)在x′方向上的總中誤差
(四) 由井下量邊誤差引起的k點(diǎn)在x′方向上的誤差
第六節(jié) 貫通實(shí)測資料的精度分析評定與技術(shù)總結(jié)
一、 貫通實(shí)測資料的精度分析
貫通測量工作，尤其是一些大型重要貫通的測量工作，通常都獨(dú)立進(jìn)行兩次、三次甚至更多次，這樣便積累了相當(dāng)多的實(shí)測資料，使我們有可能對這些資料進(jìn)行精度分析，以評定實(shí)測成果的精度，并為以后再進(jìn)行類似貫通測量工作提供可靠的參考和依據(jù)。
二、 貫通測量技術(shù)總結(jié)編寫提要
重大貫通工程結(jié)束后，除了測量實(shí)際貫通偏差，進(jìn)行精度評定外，還應(yīng)編寫貫通測量技術(shù)總結(jié)，連同貫通測量設(shè)計(jì)書和全部內(nèi)業(yè)資料一起保存。
下面列出貫通測量技術(shù)總結(jié)的編寫提要。
(1) 貫通工程概況。
(2) 貫通測量工作情況。參加測量的單位、人員；完成的測量工作量及完成日期；測量所依據(jù)的技術(shù)設(shè)計(jì)和有關(guān)規(guī)范。測量工作的實(shí)際支出決算，包括人員工時(shí)數(shù)、儀器折舊費(fèi)和材料消費(fèi)等。
(3) 地面控制測量，包括平面控制測量和高程控制測量。
(4) 礦井聯(lián)系測量。定向及導(dǎo)入高程的方法；所采用的儀器，定向及導(dǎo)入高程的實(shí)際精度。
(5) 井下控制測量。貫通導(dǎo)線施測情況及實(shí)測精度的評定；導(dǎo)線中加測陀螺定向邊的條數(shù)、位置及實(shí)測精度；井下高程控制測量情況及其精度；原設(shè)計(jì)的測量方案的實(shí)施情況及對其可行性的評價(jià)，曾做了哪些變動及變動的原因。
(6) 貫通精度。貫通工程的容許偏差值；貫通的預(yù)計(jì)誤差，貫通的實(shí)際偏差值及其對貫通井巷正常使用的影響程度。
(7) 對本次貫通測量工作的綜合評述。
(8) 全部貫通測量工作明細(xì)表及附圖。
