第五章煤矿测量基础知识与专业技术

第五章煤矿测量基础知识与专业技术

第一节煤矿测量基础知识

一、内容和任务

煤矿测量指煤矿建设时期和生产时期的测量工作。其包括矿区地面控制测量；矿区地形图测绘；近井点、十字基桩的建立及井口标定；矿井联系测量；井下控制测量；设备安装测量；井上、下施工测量；地表及岩层移动的观测研究等内容。

其主要任务是：①建立矿区地面和井下测量控制系统，为煤矿各项测量工作提供起算数据；②依据设计文件，进行采掘、土建、管线和机电安装等工程测量工作，并在煤矿基本建设和生产各个阶段，对采掘工程是否按设计施工进行检查和监督；③利用测绘资料，解决煤矿生产、建设和改造中提出的各种测绘问题，并为煤矿灾害的预防、救护提供有关的测绘资料；④测绘各种煤矿测量图，满足煤矿生产、建设和规划各阶段的需要；⑤定期进行矿井“三量”的统计分析；正确反映煤矿采掘关系现状。按《生产矿井储量管理规程》的要求，对煤矿各级储量动态及损失量进行统计和管理工作，对煤炭资源的合理开采进行业务监督；

⑥建立地表、岩层和建（构）筑物变形观测站，开展矿区地表与岩层移动规律、采矿或非采矿沉陷综合治理以及环境保护工作的研究；⑦根据矿区地表与移动变形参数，设计和修改各类保护煤柱。参与“三下”采煤和塌陷区综合治理以及土地征用和村庄搬迁的方案设计和实施；⑧进行矿区范围的地籍测量；⑨参与本矿区（矿）月度、季度、年度生产长远计划和长远发展规划的编制工作。

因此煤矿测量工人的基本任务为：

(1)参与建立矿区地面和井下各种控制网；测绘矿区各种地形图及工业广场平面图等工作。(2)参与井下各种设计工程的标定工作，并测量绘制各种测量图纸；在矿山各种工程施工中及工程竣工后，按设计规定进行检查、验收测量等工作。(3)对采煤引起的地表及岩层移动建立观测站，并进行观测。(4)及时掌握测绘新技术、新设备（如GPS、全站仪等），并能熟练运用到工作中去。

思考题：煤矿测量的内容有那些？

二、坐标系统和高程系统

测量工作中常用的球面坐标系是大地坐标系，平面坐标系是高斯-克吕格平面直角坐标系，常用的高程系是正高系。

大地坐标系统是用来表述地面地

球点的位置的一种坐标系统，它采用

一个接近地球整体形状的椭球作为表

示点的位置及其相互关系的数学基

础，大地坐标系统的三个坐标是大地

经度L，大地纬度B和大地高程H。在

大地坐标系统中的一点P的大地经度

是P点所在的椭球子午面（NK’S）与

起始子午面之间的二面角L，由起始子

午面起算，向东（E）为正，向西（W）

为负；P点的大地纬度是P点的椭球法

线（PP’）与椭球赤道面的夹角B，由

赤道面起算，由北（N）为正，向南（S）

为负；P点的大地高是P点沿椭球法线图5-1 大地坐标系与空间大地直角坐标系

至椭球面的距离PP’=H。大地方位角的定义是过P点和另一地面点Q点的大地方位角A就是P点的子午面与过P点的法线及Q点的平面所成的角度，由子午面顺时针方向量起。

大地坐标系统由一系列高精度大地控制点的大地坐标来体现，它是以大地原点为起点，覆盖全国的大地网构成国家大地坐标系统框架。目前我国的大地坐标系统有2个：（1）1954年北京坐标系。实际上是前苏联1942年坐标系的延伸，其原点在前苏联的普尔科沃。大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准，高程异常则是以前苏联1955年大地水准面重新平差结果为依据传算过来的。参考椭球采用克拉索夫斯基椭球元素：长半径a=6378245，扁率ɑ=1/298.3。

（2）1980年国家大地坐标系。椭球短轴平行于地球质心指向JYD1968.0地极原点的方向。起始大地子午面平行于通过JYD1968.0平极和国际时间局（BIH）1968系统平均天文台赤道零点的子午面。国家大地坐标系统的原点建立在陕西泾阳县永乐镇。参考椭球采用第16界国际大地测量协会推荐的椭球元素：长半径a=6378140，ɑ=1/298.257。

平面坐标系统是指确定地面点的平面位置所采用的一种坐标系统。大地坐标系统是建立在椭球面上的，而绘制地图则是在平面上的，因此必须通过地图投影把椭球面上点的大地坐标科学地转换成展绘在平面上的平面坐标。平面坐标用两轴相交成直角的纵、横坐标表示。

中国的国家统一平面坐标系统是采用“高斯－克吕格平面直角坐标系”。它是利用高斯－克吕格投影将不可平展的地球椭球面转换成平面而建立的一种平面直角坐标系。由于椭球面上某一条中央子午线投影在平面上为直线，就将它作为此坐标系的纵轴（X），由赤道向北为正，椭球的赤道投影在平面上也为直线，它与中央子午线正交，就将它作为横轴（Y），由中央子午线向东为正。两坐标轴的交点为坐标原点（O）。

为了限制远距离中央子午线的地区投影变形过大，采用了按子午线分带方法各自进行投影，即由两条边子午线所围成的范围为一带。各带坐标成独立系统，带宽一般分为60、30、1.50三种。为解决横坐标不出现负值，将纵轴西移500千米作为起始轴，该带内的横坐标值均增加500千米。在地形图上为了区别坐标所属哪一带，在靠近图廊东西两边的第一条坐标网纵线的坐标值之前加注图幅所在的带号。而且所有大地点的平面坐标也加注带号以示区别。因而高斯投影的特征可归纳为：

①椭球面上的角度，投影后保持不变；②中央投影线投影后为一直线，且其长度保持不变；③赤道投影后是一条与中央子午线正交的直线；④椭球面上除中央子午线外，其余子午线投影后均向中央子午线弯曲，并向两极收敛；⑤椭球面上对称于赤道的平行圈，投影后成为对称的曲线，它与子午线的投影垂直，并凹向两极；⑥距中央子午线越远，长度变形越大。

如果知道了某地的3°带、6°带的带号，那我们就可以计算该地中央子午线的经度：设6°带的带号为N，3°带的带号为n，中央子午线的经度L0，则6°带的中央子午线经度L0=6°N-3°，3°带的中央子午线经度L0=3°n。

相反，如果已知某点的Y坐标为26428368，其相对于中央子午线的横坐标值、所在地中央子午线经度也可以推算：

该点位于我国最东部6°带的23带，3°带的26带。其相对于中央子午线的横坐标值为428368-500000=-71632，所在地中央子午线经度为3°×26=78°。

用以传算全国高程控制网中各点高程所采用的统一系统称为高程系统。高程系统按照不同的定义有正高、力高和大地高程等系统。我国《大地测量法式》规定采用正常高程系统，起算依据是国家高程基准，传算途径是全国四等以上各级高程控制网。高程基准是推算全国统一的高程控制网中所有水准点高程的起算数据，它包括一个水准基面和一个永久性水准点。水准基面在理论上通常采用大地水准面，它是一个延伸到全球的静止海水面，也是一个地球重力等位面；在实际上确定水准基面则是取验潮站长期观测计算出来的平均海平面。中

国以青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海平面作为中国的水准基面，即零高程面。中国水准原点建立在青岛验潮站附近，并构成原点网。用精密水准测量测定该水准原点相对于黄海平均海面的高差，即水准原点的高程，定位全国高程控制网的起算高程。通过国家等级水准测量构成的全国基本高程控制网称为国家水准网，是各项测量活动的高程基础。

思考题:我国的平面坐标系是什么投影系统？其特征是什么？

三、矿区控制测量和误差基础知识

矿区控制测量就是在矿区范围内的地面上，通过建立平面控制网和高程控制网，精确地测定地面控制点的空间位置（平面坐标和高程）。矿区控制网在矿区测量中发挥着控制全局，限制测量误差的传递和积累，供作各项测量工作的基础等作用。平面控制网是各种测量工作的平面控制基础，用以确定控制点的平面位置；高程控制网是各种测量工作的高程控制基础，用以确定控制点的高程。

（一）矿区平面控制网按布设方式

（1）测角网。（2）测边网。（3）边角同测网。（4）导线网。（5）GPS网。目前随着技术发展，普遍采用GPS网。矿区高程控制网按建立方法分为：（1）几何水准测量法。（2）三角高程测量法。（3）GPS高程拟合法。

（二）测定控制点水平位置的方法

（1）天文测量方法：利用宇宙间天体的相关位置和运行的规律，在选定的地面点上，观测某天体（主要是恒星）的高度和方向，并记录观测瞬间的时刻，从而确定该地面点的地理位置---天文经、纬度及由该点至另一地面点的天文方位角。

（2）大地测量方法：根据大地基准点的起始数据（坐标方位角），借助于地面测得的水平距离和水平角，来推算控制点坐标的一种方法。

（3）GPS卫星定位：全球卫星定位系统（GPS）是以人造卫星组网为基础的无线电导航定位系统。由三个部分组成，即：空间的卫星、地面控制系统、用户的接收处理装置。在地面通过GPS接收机，接收从卫星上发来的无线电信号，在地球的表面进行单点定位或联测定位，获得测站点的三维WGS-84地心坐标。

目前测定控制点普遍应用后两种方法。

（三）误差理论知识

1.误差基础知识

任何测量成果都存在测量误差。测量误差按性质可分为系统误差和偶然误差：

（1）系统误差：在相同的条件下作一系列观测，如果观测误差在符号、大小上表现出一致的倾向（系统性），如按一定的规律变化，或者保持为常数，这种误差称为系统误差。

（2）偶然误差：在相同观测条件下作一系列观测，如果误差在大小和符号上都表现出偶然性，既从表面现象看，该列误差的符号和大小没有规律性，那么，这种误差就称为偶然误差。

偶然误差有以下特性：

（1）在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值，不会超过一定的限值；

（2）绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；

（3）绝对值相等的正负误差出现的机会相等；

（4）当观测次数无限增多时，偶然误差的算术平均值趋近于零。

在测量上，以误差分布的密集或离散程度来表明测量成果的准确性，称其为精度。在相同的观测条件下所进行的一组观测，由于它是对应着同一种误差分布，因此，对于这一组中的每一个观测值，都称为是同精度观测值。

衡量精度的标准有：

（1）中误差：取一组误差平方和的平均数的平方根来评定这一组误差观测值的精度，

称为中误差。[]n m /??±=

（2）相对中误差：中误差与观测值的比值 称为相对中误差。

（3）允许误差：在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限值，测量

上通常取两倍中误差为误差的限值，即允许误差。

2.测量平差

为了较精确地确定某一个未知量的大小,往往对未知量进行多余观测.有了多余观测，

观测值之间就存在差值，需要按最小二乘原理进行平差计算。井下导线测量分为支导线、附

合导线和闭合导线，单一附合导线与闭合导线的近似平差方法如下：

（1）角度平差

角度平差的目的是消除转角观测误差引起的方位角闭合差，求得各转角的平差值。方

法是先计算方位角闭合差βf ，当限ββf f ≤时，将βf 反号平均分配给各转角，即：

i i i v +=∧ββ n i ，，，

21= 式中：n 为转角个数；i v 为转角改正数；∧i β为转角平差值。

（2）坐标平差

坐标平差的目的是消除因转角和边长观测误差引起的坐标闭合差x f 和y f ，求得各点的

坐标平差值。方法是用平差值∧i β和观测边长D 先推算各点间坐标增量近似值，进而求得坐

标闭合差x f 、y f 和导线全长闭合差s f 及导线全长相对闭合差K 。当K ≤K 限时，将坐标闭合

差按边长成比例反号分配给各坐标增量，求得坐标增量的平差值和各点坐标平差值，即：

各边方位角： ∧+?+=βαα180后前

各点间坐标增量： ???=?=?i i i

i i i D y D x ααsin cos 坐标闭合差： ?????--?=--?=∑

∑)()

(B C y B C x y y y f x x x f 导线全长闭合差和导线全长相对闭合差为：

22y x s f f f +=

限K f D K s

≤=∑/1 n

f v i β-

=

坐标增量改正数为：???

?????-=?-=∑∑??D D f v D D f v y y i x x i i 坐标增量平差值： ??

???+?=?+?=??∧?∧

ij ij

y ij ij x ij ij v y y v x x

各点坐标平差值： ??????+=?+=∧∧

ij i j ij i j y y y x x x

思考题：如何进行导线测量角度与坐标的近似平差？

四、矿井联系测量

矿井联系测量包括平面联系测量和高程联系测量。

（一）平面联系测量

平面联系测量的任务，是根据地面已知点的坐标和已知边的坐标方位角，求出井下起始

点的坐标和起始边的坐标方位角，使井上下采用统一的平面坐标系统。

平面联系测量可以采用几何的方法：即通过一个立井或两个立井用测角和量边的方法进

行，还可以采用物理的方法：即采用陀螺经纬仪进行。

由近井点向井口定向连接点连测时，应敷设测角中误差不超过5″或10″（用于二级小

三角网作为首级控制的小矿区）的闭合导线或复测支导线。连测导线点应埋设标石，并尽可

能与矿区控制网连测方向。

应用陀螺经纬仪进行平面联系测量的步骤为：地面测定仪器常数---井口下放钢丝---

地面连接导线测量---井下连接导线测量---井下陀螺方位角测定。

1.陀螺经纬仪定向测量

陀螺经纬仪定向测量有两种方法：中天法和逆转点法。以逆转点法为例介绍：定向前，

应在地面选好测定仪器常数的已知边，在井下选好测定方位角的定向边。定向边的边长应大

于30m ，端点的埋设要牢固。通常用近井点的后视边作为已知边。定向测量的步骤如下：

（1）在地面已知边上测定仪器常数

陀螺轴摆动的平衡位置（即陀螺子午线的位置）和测站的真子午线的位置理论上是一致

的。但由于仪器结构本身的误差，致使陀螺经纬仪测定的陀螺子午线和真子午线之间存在着

一个差值，此差值称为仪器常数△。在井下定向测量前和测量后，应在地面已知边上测量三

次仪器常数△。

在A 点上安置陀螺经纬仪，整平、对中后，

以经纬仪的两个镜位观测B 点，得方向值为M1（即

瞄准B 点时在水平度盘上的读数），用逆转点法测

定陀螺子午线的方向值NT ，再以经纬仪两镜位观

测B 点，得方向值为M2，取M1 和M2的平均值M

为AB 线的最终方向值。于是：

T ab N M T -=陀

陀陀AB A AB AB AB T a T T -+=-=?γ

式中T AB 陀——AB 边一次测定的陀螺方位角；

T AB ——AB 边的大地方位角； 图5-2 各方位角和仪器常数关系图

a AB ——AB 边的坐标方位角；

γA ——A 点的子午线收敛角。

由上可见，测定仪器常数，实质上就是测定已知边的陀螺方位角，根据测出的已知边陀

螺方位角，便可求出仪器常数Δ。

（2）井下定向边陀螺方位角的测定及坐标方位角的计算

在井下测定定向边陀螺方位角的方法，和在地面上测定仪器常数的方法完全相同。当测

得了ab 边的陀螺方位角T ab 陀后，便可用下式求出边的坐标方位角：

a a

b ab T γα-?+=平陀

式中T b —ab 边的陀螺方位角，T ab N M T -=陀；

γa —a 点的子午线收敛角；

△平—六次所测得的仪器常数的平均值。

利用陀螺经纬仪进行定向，不仅可以克服几何定向法的缺点，而且在井田走向较长的矿

井中，井下导线中间加测陀螺边，可以提高导线精度。对于大型贯通，也可以用陀螺经纬仪

检查贯通的方向，以保证精确贯通。

陀螺经纬仪一次定向应按下列程序进行：

（1）在地面已知边上采用两测回（或三测回）测量陀螺方位角，求得两个（或三个）仪

器常数；

（2）在井下定向边上用两测回测量陀螺方位角；

（3）返回地面后，要尽快在原已知边上再用两测回（或三测回）测量陀螺方位角，再求

得两个（或三个）仪器常数。

2.陀螺经纬仪定向的限差要求：

(1)同一边任意两测回测量陀螺方位角的互差，对15″级和25″级仪器分别不得超过

40″和70″；

(2)井下同一定向边两次独立陀螺经纬仪定

向平均值的中误差，对15″级和25″级仪器分

别为±10″和±15″，其互差分别不超过40″

和60″。

（二）高程联系测量

高程联系测量又称导入标高，是解决井上、

下高程统一的问题。其具体任务是：根据地面上

已知水准点A

的高程，求井下水准点B 的高程,如图(5-3)。

导入标高可用钢尺法或钢丝法进行。如用钢尺法

时，在井筒中，由地面悬挂一根钢尺到井底车场，

并在钢尺下端悬一重锤。井上、下各安置一架水

准仪，分别在立于A 、B 水准点的水准尺上读取

读数a 和b ，设井上、下同时在钢尺上读取的读

数为m 和n 。井下水准点B 的高程H B 为：

H B=H A－h=H A－（m－n）－（b－a）

为了校核，导入标高应进行两次，两次之差不得超过筒中深度的1/8000。

用钢尺法导入高程测量的内业计算，应加温度、钢尺比长和钢尺（钢丝）自重伸长改正。图5-3 高程联系测量图示

思考题：

1．地面连接导线的精度有什么要求?导入高程的精度要求如何？

2．简述长钢尺导入高程的具体过程。

3．陀螺经纬仪一次定向的过程。

五、井下控制导线、贯通测量、工程放样

（一）井下控制测量

井下平面控制分为基本控制和采区控制两类。两类控制导线都应敷设成闭(附)合导线或复测支导线。

根据《煤矿测量规程》的规定，基本控制导线按测角精度分为±7″、±15″两级，采区控制导线按测角精度分为±15″、±30″两级。各矿井可根据采掘工程的实际需要，依矿井和采区开采范围的大小选定。

基本控制导线应沿矿井主要巷道（包括：斜井，暗斜井、平硐、井底车场、水平（阶段）运输巷道，总回风道，集中上、下山，集中运输石门等）敷设。

基本控制导线技术指标如下：

表5.1 基本控制导线的主要技术指标参照表

采区控制导线的主要技术指标参照如下：

采区控制导线的主要技术指标参照

表5.2

井下经纬仪导线水平角观测，所采用的仪器、观测方法、导线级别和作业要求应符合表5.3规定

表5.3 经纬仪导线水平角观测限差要求

注：1.如不用表三所列的仪器,可根据仪器级别和测角精度要求适当增减测回数；

2.由一个测回转到下一个测回观测前,应将度盘位置变换180°/n(n为测回数)；

3.多次对中时,每次对中测一个测回,若用固定在基座上的光学对中器进行点上对

中,每次对中应将其基座旋转360°/n。

在倾角小于30°的井巷中，经纬仪导线水平角的观测限差应符合表5.4规定。

表5.4 倾角小于30°的井巷中，经纬仪导线水平角的观测限差

在倾角大于30°的井巷中，各项限差可为表5.4中规定的1.5倍。

基本控制导线一般应每隔300～500m延长一次。采区控制导线应随巷道掘进每30～100m 延长一次。

在延长经纬仪导线之前，必须对上次所测量的最后一个水平角按相应的测角精度进行检查，两次观测水平角的不符值不得超过下列规定：

7 ″导线 20″

15″导线 40″

30″导线 80″

基本控制导线的边长小于15m时，两次观测水平角的不符值可适当放宽，但不得超过上列限差的1.5倍。

如不符合上述要求，应继续向后检查，直至符合后，方可由此向前延长导线。为避免用错测点，边长也应检查。

井下高程控制测量，有两种形式。在倾角小于8°的巷道中用水准测量，在巷道大于8°的巷道中用三角高程测量。三角高程测量，通常是和经纬仪导线测量同时进行。

井下水准测量分为两级。Ⅰ级水准路线由井底车场的已知水准点开始，沿着水平运输大巷向井田边界敷设。Ⅱ级水准测量精度较低，在Ⅰ级水准导线基础上敷设，主要是为了满足矿井的日常生产需要。如：检查巷道掘进和运输线路的坡度，测绘巷道底板和运输线路的纵断面图，以及测定临时水准点的高程。Ⅱ级水准点敷设在采区次要巷道内，一般均在两个Ⅰ级水准点成附合导线形式。此外，Ⅱ级水准点也可以作为小型矿井的首级控制。

（二）贯通测量

由一个巷道按设计要求掘进到一定地点与另一巷道相通叫做巷道的贯通。按巷道性质与特点分，有平巷贯通、斜巷贯通和竖直贯通三种；按掘进方向又分为相向贯通和同向贯通二种。贯通测量工作步骤，大致可分为：

（1）根据贯通测量的允许偏差，选择合理的测量方案。对重要贯通需编制贯通测量设计书，进行误差预计，说明采用的测量仪器和方法。

（2）依所选定的测量方案进行实测和计算。每一环节均须有可靠的检核。在实测过程中应评定实测精度，若发现低于设计时的要求，应根据具体情况采取相应措施；

（3）贯通前巷道几何要素的计算和标定；

（4）进行经常性的巷道掘进检查。在重要贯通工程施工过程中，应有不小于1：2000比例尺的贯通工程进度图，及时填绘工程进度。当两工作面在岩巷中相距20－30米，煤巷

中剩30－40米（快速掘进应于贯通前2天）时，测量人员应以书面通知矿井技术负责人、安监和施工等有关部门。

贯通后应立即实测贯通偏差值，并连测两端导线，计算各项闭合差，进行总结分析。 贯通测量工作中还应当遵循下列原则：

（1）要在确定测量方案和测量方法时，保证贯通所必需的精度，既不能因精度过低而使巷道不能正确贯通，也不能因盲目追求过高精度而增加测量工作的工作量和成本。

（2）对所完成的每一步测量工作都应当有客观独立的检查校核，尤其是要杜绝粗差。 贯通测量中不同类型巷道贯通的允许偏差值如下：

表5.5 不同类型巷道贯通的允许偏差值

（1）导线通过倾斜巷道时，经纬仪竖轴的倾斜改正问题；

（2）导线边长归化到投影水准面的改正和投影到高斯－克吕格平面的改正问题。

（三）工程放样

工程施工放样测量是将设计图纸上的各种设计建筑物，根据测量控制点，标设于实地，供作业人员按设计意图施工。井下施工测量的任务就是根据设计图纸的要求，正确地标设和测绘巷道间的相互位置关系，随时进行检查和纠正：

（1）标设巷道开切地点、平面方向和坡度，俗称中腰线；

（2）在掘进过程中随时进行测量检查，发现错误和不符合设计要求应及时纠正，并定期填绘于图上；

（3）定期检查巷道掘进质量和验收进度及回采工作面的位置，以便计算产量和掌握储量变动情况。

工程放样步骤如下：

（1）在施工前，应对设计图纸进行全面了解和核对建筑的几何关系，验算各种尺寸和数据，了解设计建筑物位置与现场情况是否符号，若有疑问应及时向有关部门联系解决；

（2）对设计建筑物的现场范围内，了解原有测量控制点和成果的检查，对所有仪器工具，进行检查和校正；

（3）根据实地情况，选用适宜的仪器和工具，按照设计要求，将建筑物标设下来。对井巷工程就是将巷道的开切位置、方向和坡度标设出来；

（4）在井下施工中，随时延设中腰线，并负责检查巷道施工质量和进度；

（5）施工完毕后，进行

竣工验收测量。

1.标定巷道中线：为了

指示巷道在水平面内的方

向，在一般巷道中给巷道中

线，在主要运输巷道中给轨

道中线。

巷道开切时，主要标定开切点的位置，并初步给出掘进方向。

巷道开切后，最初标定的中线点容易被破坏。当巷 图5-4 平巷中线标定示意图

道掘进6～9m 后，应用经仪重新标出一组中线点。每组点均不得少于三个，点间距不应小于2m 。

标定前，应首先检查开切点A 是否因放炮而发生位移。如发现点A 的位置有所变动时，应重新标定。

（1）平巷中线标定

检查点A 位置无移动后，将经纬仪安置在点A ，用正、倒镜两个镜位给出水平角。由于测量误差的影响，正镜时给出的2′和倒镜时给出的点2″往往不重合。此时应取2′的中点2″作为中线点。为了避免发生错误，还

应测量水平角作为检查。经检查无误后，用

望远镜瞄准点2，在此方向上再标出一点1，

A 、1、2三点就组成了一组中线点。中线点

固定在顶板上，挂下线绳指示巷道掘进的方

向。如图5-4

（2）曲线巷道中线标定

曲线巷道中线标定的方法弦线法、切线

支距法、和短弦线法三种，我们介绍弦线法

进行弯曲巷道标定。

弦线法可用全站仪或经纬仪配合钢尺

放样。弦线法的原理是将中线的曲线等分成

若干份，也可非等分，如图5-5所示。这样

曲线就被弦线代替，计算每段曲线对应的弦

长和弦线间转角，然后测设弦线于实地。因 图5-5 弦线法测设示意图

弦线非中线，所以在施工时应绘制大样图，大样图表示弦线两侧巷道开掘的尺寸。大样图的比例尺一般为1:100或1:50。

1）计算测设要素

根据曲线半径R 和巷道上宽之半S ，估算合理弦线长222S RS l -≤，也可在大样图上确定合理的

弦线长度。

在确定合理的弦线长度基础上，计算测设要素。据上图，曲线位于A 、B 点，半径为R ，中心角为α，采用等分中心角弦线法计算测设要素。若将中心角α分成n 等分，测设方向为由A 向B ，以左角测设各弦，测设要素包括各弦线长和各点处转角。各弦线长为

n RS l 2sin 2α=

曲线起、止点A 、B 处的转向角为

n B A 2180αββ+?==

中间各弦交点处的转向角为

n B A αββ+?==180

当测设方向为由B 向A ，此时弦长仍为上弦线长公式，各点出转角均小于180°。曲线起点、终点和中间各个点转向角为：

n B A 2180αββ-?==

n B A αββ-?==180

2）实地测设

计算完测设要素后，实地测设采用反向延长线法测设，由于巷道未开掘，巷道的指示方向可用反向延长线标定，各点转向角为上述计算所得。

2.标定巷道腰线：为了控制掘进巷道的坡度，需要标设腰线。腰线点标设在巷道的两帮，通常高于底板或轨面1米。腰线点要成组设置，每组2～3个点，每隔30～40m 设置一组。

（1）平巷腰线的标定

在平巷中，需要用水准仪标设腰线点。如图5-6所示，设点A 为已知腰线点，点B 为将要标设的腰线点。A 、B 点间的高差为：

i L h tan ?=?

式中 L ——A 、B 之间的水平距离，可用皮尺量得；

i ——巷道的设计坡度。

实地标设时，首先，在A 、B

点的中间安置水准仪，丈量A 、B

间的平距，按上式计算出 然后，

后视点A 处的水准尺（或小钢尺），

读取读数为a ，在前视点B 处，用

小钢尺由水准仪视线向下或向上

量取垂距b 。 图5-6 平巷中腰线标定

上式中的a 的正、负号和水准测量时相同，即当水准视线在点的上面时，取正号，反之，取负号。按上式算出的b 值，若为负值时，由视线向下量取；若为正值时由视线向上量取。

在平巷中，除可用水准仪给腰线外，还可以用半圆仪或连通管给腰线。两者也都是先给出一条水平线，然后，巷道的坡度给出腰线。半圆仪只能用于次要巷道中。

（2）斜巷腰线的标定

在倾角大于5°的主要巷道

中，应用经纬仪标定腰线。用经纬

仪给出腰线的方法很多，下面介绍

比较常用的伪倾角标定腰线的方

法。

用伪倾角法标定腰线的情况，

如图5-7，其步骤如下：

将经纬仪安在中线点3的下

面，后视前一组中线点6，使水平

度盘为零，转动照准部瞄准前一组

腰线点4，测得水平角β。

1）根据所测之水平角β和巷

道设计倾角，算出伪倾角i ；

2）将竖直度盘读数对准伪倾

角i，望远镜瞄准6点处，在帮上图5-7 伪倾角法测设腰线

作出一记号，用小钢尺丈量记号到腰线点v垂距b；

3）转动望远镜，瞄准欲标设腰线点处的中线点C，读水度盘读数，再瞄准欲标设的腰线点处这样可测得角；

4）根据角和巷道设计倾角，可算出伪倾角i；

5）将竖盘对准2后，用望远镜瞄准点2处的帮上，并作出记号，由此记号起，量取b 值，即可得到腰线点2，同法，可标设出其他腰线点。

用伪倾角法标设腰线点，可和标设中线点同时进行。此法操作简单，精度可靠，是常用的一种方法。由于临时计算伪倾角较麻烦，可根据巷道的设计倾角，事先制作求伪倾角的数表。标定时，以所测水平角为引数，从表中直接查出伪倾角。

思考题：

1.基本控制导线应沿矿井哪些巷道敷设？采区控制导线应哪些巷道敷设？

2.7″级导线测量中边长分别为15米以下、15—30米、30米以上时仪器对中、测回数如何规定的？

3.如何进行倾斜巷道腰线标定？

六、地形测量、地表移动观测

（一）地形测量

地形测量就是应用测量技术，将各种地面建筑、地物（房屋、公路、河流、耕地等）和地貌（地面高低起伏、倾斜弯曲等形态）采集成坐标数据，按照规定的符号将上述内容绘制成平面图，称为地形图。

测绘地形图需注意遵循的原则：从整体到局部、由高级到低级、先控制后碎部。工作程序：第一步建立控制网，称为控制测量（包括平面控制和高程控制）；第二步以控制网为基础的碎部测量，即测定特征点的位置，称为地形测绘。

在采集地形地物点坐标上应注意考虑等高线的特性，以合理采集点位：①同一等高线上的各点，地面高程必相等。②等高线是闭和曲线，不能中断。③任何等高线不能分为两根，不同高程的两根等高线不能相交或者合并成一根。④等高线通过山脊和山谷时，应与山脊线和山谷线成正交。表示山谷的等高线应凸向高处，表示山脊的等高线应凸向低处。⑤等高线通过河流时不能一穿而过，而应在将近河岸时逐渐转向上游，交于河岸线上中断，然后从彼岸起转向下游，并保持与河岸成正交。⑥等高线越密表示地面坡度越陡，等高线越稀表示地面坡度越缓，等高线间的平距相等表示地面为等坡度。

（二）岩移观测

煤层开采后，其上覆岩层与底板岩层的应力平衡状态遭到破坏，从而发生移动、变形和破坏。这一过程和现象称为岩层移动。随着采空区面积扩大，岩层移动的范围也相应地增大。当采空区面积扩大到一定范围时，岩层移动发展到地表，使地表产生移动和变形。这一过程和现象称为地表移动。地表移动观测的基本内容是：在采动过程中，定期地、重复地、测定观测线上各观测点在不同时期内空间位置的变化，用以求取反映地表移动与变形的特征和程度的系数--移动参数，为各类保护煤柱留设、采区工作面布局提供必要的科学依据。

地表移动观测站的观测工作可分为：观测站的连接测量、全面测量、单独进行的水准测量，地表破坏的测定和编录。

思考题：地形测量的任务是什么？

七、矿图

为了解决采矿工程中地面与井下、巷道与巷道、煤层与巷道之间的空间几何问题，根据测量成果绘制地形图、采掘工程图、井上、下对照图等一系列的图纸，这些图纸统称为矿图。

（一）一个生产矿井必须具备的主要矿图

（1）井田区域地形图，比例尺为1：2000或1：5000。

（2）工业广场平面图，比例尺为1：500或1：1000。

（3）井底车场平面图，比例尺为1：200或1：500。

（4）采掘工程平面图，比例尺为1：1000或1：2000。

（5）主要巷道平面图，比例尺为1：1000或1：2000。

（6）井上下对照图，比例尺为1：1000或1：2000。

（7）井筒断面图，比例尺为1：200或1：500。

（8）主要保护煤柱图，比例尺为1：1000或1：2000。

（二）采掘工程平面绘制的主要内容

（1）井田技术边界，保安煤柱及其它边界线，注明名称和批准文号；

（2）本煤层以及与开采本煤层有关的巷道（主要巷道应注明名称和月末工作面位置，斜巷应注记倾向和倾角，巷道交叉口、变坡以及平巷特征点，在图上每隔50－100mm应注记轨面或底板高程）；

（3）回采工作面及采空区，注记工作面月末位置、平均采厚、煤层倾角、开采方法、开采年度和煤层小柱状；丢煤区应注明丢煤原因和煤量；注销区应注明批准文号和煤量；

（4）永久导线点和水准点，注明点号和高程；临时点根据需要注记；

（5）钻孔、勘探线、煤层露头线、风化带、煤层变薄区、尖灭区、陷落柱和火成岩侵入区、煤厚点、煤样点以及实测的主要地质构造；

（6）发火区、积水区、煤及瓦斯突出区、冒流砂区等，应注明发生时间等有关情况；

（7）井田边界外100mm以内的邻矿采掘工程和地质情况，井田范围内的小煤窑及其开采范围；

（8）根据图面允许和实际要求，还可加绘煤层底板等高线、地面重要工业建筑、居民区、铁路、重要公路、大的河流、湖泊等。

（三）采掘工程平面图绘制的步骤

（1）根据井下导线测量成果，展绘导线点；

（2）根据巷道碎部测量资料，绘出各种巷道和硐室的轮廓；

（3）根据采区测量资料，绘出采区各巷道和回采工作面的位置，并注明回采时间、煤层倾角和厚度；

（4）根据地质资料在图上填上各种地质要素；

（5）注记巷道名称、导线点号和高程。

思考题：采掘工程平面图上对高程注记有何要求？

第二节矿用测量仪器设备的结构、性能及工作原理

随着测量技术的发展，矿山测量仪器由传统的光学仪器转向电子仪器，如电子经纬仪（全站仪）、电子水准仪、GPS等现代化设备。矿山常用测量仪器的构造及性能介绍如下：

一、水准仪的构造、性能及工作原理

（一）水准仪的构造及性能

水准仪的代号为Ds i，为“大地”、“水准仪”的汉语拼音的缩写，下标i代表每千米水准测量的全中误差，按精度水准仪可分为DS05、DS1、DS3、DS10等几个等级。矿用水准仪一般为DS3级水准仪。

下面介绍DS3水准仪的结构:

（1）基座基座上有三个脚螺旋，其作用是整平仪器，粗略整平以基座上的圆水准器气泡居中为标志，整平后水准气泡应居中；基座底板中心有连接螺旋孔，用于仪器安置时与

三脚架上的连接螺丝配合固紧仪器。

（2）照准部 照准部由望远镜、水准器和控制螺旋等组成，能绕水准仪的竖轴在水平面内作全园旋转。

（3）望远镜：作用是照准和提供一条水平线（视准轴）在水准尺上读数，构造与前述经纬仪上的望远镜基本相同。

（4）水准器：照准部上有两个水准器。一个是圆水准器，其水准管轴与竖轴平行，水准器的格值为8′，精度较低，用于粗略整平。另一个是管水准器（又称水准管），其轴与视准轴平行，管水准器的精度高，格值为20″/2mm ，用于视准轴精密置平，为了提高目估水准管气泡居中的精度，在水准管的上方有符合棱镜，其作用是将气泡两端的影响转到望远镜旁的水准管气泡观察镜中，当气泡两端的像符合成一个圆弧时，表示气泡居中。这种配置有棱镜的系统的水准器通常称为符合水准器，

（5）控制螺旋：控制螺旋有制动螺旋，使照准部固定；有水平微动螺旋，用于精确瞄准；有微倾螺旋，使水准器和望远镜作微量仰俯，用于精确整平。

水准测量仪器除水准仪外，还配有水准尺和尺垫。

水准尺按精度高低可分为精密水准尺和普通水准尺。精密水准尺用镍铁合金做成带状，长3m ，固定在木质尺身槽内。在尺带上有左右两排线状分划，分别为基本分划和辅助分划，格值为1cm 。这种水准尺配合精密水准仪使用。普通水准尺用木料、铝材和玻璃制成，尺长多为3m ，且为双面刻划的直尺，分划形态为格值1cm 的带色区格，也称为格式水准尺。尺面每隔1cm 印刷有黑白或红白的相间的分划，每分米处注有数字，数字有正写的和倒写的两种，分别与水准仪的正向望远镜或倒像望远镜相配合。双面水准尺的一面为黑白分划，称为“黑面尺”，黑面尺为主尺；另一面为红白分划，称为“白面尺”，红面为辅助尺。黑面尺的尺端从零开始注记读数，对一对水准尺而言，两尺的红面尺底端分别从常数4687mm 和4787mm 开始，两尺底端的注记基数为0.1m 。

水准测量中有许多地方需要设置转点（中间点），为防止观测过程中尺子下沉而影响读数的准确性，应在转点处放一尺垫。尺垫一般由平面分为三角形的铸铁制成，下面有三个尖角，便于踩入土中，使之稳定。上面有一突起的半球形小包，立水准尺于球顶，尺底部仅接触球顶最高的一点，当水准尺转动方向时，尺底的高程不会改变。

（二）水准仪的工作原理

水准仪可以根据其提供的一条水平视线与其配合使用的水准尺，通过观测水平线在水准尺上的读数值来测定两点间的高程之差—高差，在测定了两点的高差后，若其中的一点的高程是已知的，则另一点的高程可由已知点的高

程加上两点间的高差求得。

图中A 点的高程H A 已知，求待定点B 的高

程H B ，在A 、B 两点中间安置一台水准仪，A 、

B 两点上分别竖立水准尺，若水准仪望远镜的

水平视线在A 点的水准尺上读数a ，在B 点水

准尺上的读数为b ，则A 、B 两点的高差为：

b a h AB -=

而B 点的高程为：

图5-10 水准测量示意图

这里高差用h AB 表示，其含义是由A 到B 的高差，若写成h BA 则指从B 到A 的高差，理论上两高差绝对值相等符号相反。若水准测量是从A 点到B 点进行的，则称A 点为后视点，

其水准AB A B h H H +=

尺读数为后视读数，称B点前视点。而两点间的高差为：后视读数-前视读数。如果后视读数大于前视读数则高差为正，表示B点比A点高；反之，高差为负，表示B点比A点低。

二、经纬仪（全站仪）的构造、性能及工作原理

（一）经纬仪（全站仪）的构造及性能

1. DJ6光学经纬仪

DJ6光学经纬仪组成部分主要有基座、照准部、度盘部分及水准器组成。

图5-8 J6光学经纬仪构造

1、望远镜制动螺旋；

2、望远镜微动螺旋；

3、物镜；

4、物镜调焦螺旋；

5、目镜；

6、目镜调焦螺旋；

7、光学瞄准器；

8、度盘读数显微镜；9、度盘读数显微镜调焦螺旋；10、照准部管水准器；11、光学对中器；12、度盘照明反光镜；13、竖盘指标管水准器；14、竖盘指标管水准器观察反射镜；15、竖盘指标管水准器微动螺旋；16、水平方向制动螺旋；17、水平方向微动螺旋；18、水平度盘变换螺旋与保护卡；19、基座圆水准器；20、基座；21、轴套固定螺旋；22、脚螺旋（1）基座部分

基座上有三个脚螺旋，其作用是整平仪器，粗略整平以基座上的圆水准器气泡居中为标志，精确整平用照准部上的水准管进行，精确整平后水准管气泡应居中；基座底板中心有连接螺旋孔，用于仪器安置时与三脚架上的连接螺丝配合固紧仪器。

（2）照准部

照准部部分的部件有水准管、光学对点器、支架、横轴、竖直度盘、望远镜、度盘读数系统观测窗等。照准部绕纵轴水平旋转，瞄准目标时的制动、微动由水平制动螺旋和水平微动螺旋来控制。望远镜绕横轴旋转，瞄准目标时，由竖直制动和微动螺旋控制。

（3）度盘部分

DJ6光学经纬仪的度盘有水平度盘和垂直度盘，均由光学玻璃制成。水平度盘安装在纵轴轴套外围，未与纵轴固连，故不随照准部转动，但是可通过水平度盘位置变换轮使其转动。垂直度盘与横轴固连，以横轴为中心随着望远镜一起在竖直平面内转动。

（4）水准器

光学经纬仪上有2～3个水准器（当采用自动归零补偿代替竖盘指标水准器时有两个），其作用是使处于工作状态的经纬仪垂直度盘的指标线位于正确的位置，光学经纬仪使用的水准器从物理结构分为管水准器和圆水准器两种。

2.全站仪

全站仪是一种集激光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪器可完成该测站上