第十一章 井下测量
11-1 近井点和井口水准基点
在全国范围内都布设了国家一, 二等三角网和水准网,
在矿区范围内也有国家一, 二等三角点和水准点 。 但是,
这些点的密度很小, 远远不能满足矿区测量的需要 。 通常
进行的矿区控制测量就是在国家一, 二等三角网和水准网
的基础上布设矿区三, 四等三角网或高精度的光电测距导
线作为 矿区的平面控制, 布设矿区三, 四等水准网作为 矿
区的高程控制 。
为了满足矿井建设和生产的需要, 建立矿井上, 下统
一坐标系统, 还需在矿井工业广场井筒附近布设平面控制
点和高程控制点, 即我们通常所说的 近井点和井口水准基
点 。
近井点可在矿区三, 四等三角网,测边网或边角
网的基础上, 用插网, 插点和敷设经纬仪导线等方
法测设 。 近井点的精度, 对于测设它的起算点来说,
其点位中误差不得超过 ± 7 cm, 后视边方位角
中误差不得超过 ± 10″ 。 井口水准基点应按四等水
准测量的精度要求测设 。 此外近井点和高程水准基
点的布设还要满足以下要求:
(1) 尽可能埋设在便于观测, 保存和不受开采
影响的地点;
(2) 近井点至井口的连测导线边数应不超过 3
条;
(3) 高程水准基点应不少于两个 (近井点可作为
高程水准基点 )。
11-2 矿井平面联系测量
一, 概述
把井上, 井下坐标系统统一起来所进行的测量
工作就称为矿井联系测量 。
矿井联系测量又分为矿井平面联系测量和矿井
高程联系测量 。 矿井平面联系测量是解决井上, 井
下平面坐标系统的统一问题;矿井高程联系测量是
解决井上, 井下高程系统的统一问题 。
矿井平面联系测量的任务是根据地面已知点的平面坐
标和已知边的方位角, 确定井下导线起算点的平面坐标和
起算边的方位角 。
矿井平面联系测量的方法主要分为几何定向和物理定
向两种,几何定向又分为一井定向和两井定向两种,物理
定向即陀螺定向。
二, 一井定向
一井定向是在一个井筒内悬挂
两根钢丝, 将地面点的坐标和边的
方位角传递到井下的测量工作 。
(一 ) 投点
投点是以井筒中悬挂的两根钢
丝形成的竖直面将井上的点位和方
位角传递到井下 。
1 投点误差
要尽可能采取以下措施减小
2 钢丝自由悬挂的检查
(1) 信号圈法;
(2) 比距法;
(3) 振幅法
(二 ) 连接
连接测量分为地面连接测量和井下连接测量两部分 。

1 连接三角形应满足的条件
(1) 点 C与 D及点 C′ 与 D′ 要彼此通视, 且 CD与 C′ D′
的边长要大于 20 m;
(2) 三角形的锐角 γ 和 γ ′ 要小于 2° ;
(3) a/c与 a′ /c′ 的值要尽量小一些, 一般应小于 1.5
m。
2 连接三角形法的外业
地面连接测量是在 C点安置经纬仪测量出 ψ, φ 和 γ 三
个角度, 并丈量 a,b,c三条边的边长 。 同样, 井下连接
测量是在 C′ 点安置仪器测量出 ψ ′, φ ′ 和 γ ′ 三个角
度, 并丈量 a′, b′ 和 c′ 三条边的边长 。
3 连接三角形的解算
(1) 运用正弦定理, 解算出 α, β, α ′, β ′
(2) 检查测量和计算成果
首先, 连接三角形的三个内角 α, β, γ 以及 α ′,
β ′, γ ′ 的和均应为 180° 。 若有少量残差可平均分配
到 α, β 或 α ′, β ′ 上 。
其次, 井上丈量所得的两钢丝间的距离 c丈与按余弦
定理计算出的距离 c计相差应不大于 2 mm;井下丈量所得
的两钢丝间的距离 c丈 ′ 与计算出的距离 c计 ′ 相差应不大
于 4 mm。 若符合上述要求可在丈量的 a,b,c以及 a′,
b′, c′ 中加入改正数 Va,Vb,Vc及 Va′, V b′, V c
(3) 将井上, 井下连接图形视为一条导线, 按照导线的
计算方法求出井下起始点 C′ 的坐标及井下起始边 C′ D′
的方位角 。
三, 两井定向
1 概述
两井定向是在两个井
筒内各用重球悬挂一根钢
丝, 通过地面和井下导线
将它们连接起来, 从而把
地面坐标系统中的平面坐
标和方向传递到井下 。 两
井定向的外业测量包括投
点, 地面和井下连接测量 。
在连接测量时必须测出井
上, 井下导线各边的边长
及其连接水平角;同时在
内业计算时必须采用假定
坐标系 。
2 两井定向的内业计算
(1)按导线计算方法, 计算出地面两钢丝点 A,B的坐标 (x
A, yA ), ( xB, yB ) ;
(2) 计算两钢丝点 A,B的连线在地面坐标系统中的方位角
α AB;
(3) 以井下导线起始边 A1 ′ 1为 x′ 轴, A点为坐标原点建
立假定坐标系, 计算井下导线各连接点在此假定坐标系中
的平面坐标, 设 B点的假定坐标为 (xB ′, yB ′ ) ;
(4) 计算 A,B连线在假定坐标系中的方位角 α AB ′
(5) 计算井下起始边在地面坐标系统中的方位角 α A
1,α A1= α AB- α AB ′
(6) 根据 A点的坐标 (xA, yA ) 和计算出的 A1边的方位角
α A1, 计算出井下导线各点在地面坐标系统中的坐标和
方位角 。
四, 陀螺定向
1 陀螺经纬仪的基本原理
自由陀螺仪具有以下两个基本特性:
(1) 定轴性,陀螺轴在不受外力作用时, 它的方向始终指
向初始恒定方向;
(2) 进动性,陀螺轴在受到外力作用时, 将产生非常重要
的效应, 进动, 。
常用的陀螺仪是采用两个完全自由度和一个不完全自
由度的钟摆式陀螺仪 。 它是根据上述的陀螺仪的定轴性和
进动性两个基本特性, 并考虑到陀螺仪对地球自转的相对
运动, 使陀螺轴在测站子午线附近作简谐摆动的原理而制
成的 。
2 矿用陀螺经纬仪的基本结构
陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪组合而成的定向仪器 。
根据其连接形式不同主要可分为上架式陀螺经纬仪和下架
式陀螺经纬仪两大类 。 上架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在
经纬仪之上, 下架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪之
下 。
3 陀螺经纬仪定向的方法
运用陀螺经纬仪进行矿井定向的常用方法主要有逆
转点法和中天法 。 它们间的主要差别是在测定陀螺北方向
时, 逆转点法的仪器照准部处于跟踪状态, 而中天法的仪
器照准部是固定不动的 。
11-3 矿井高程联系测量
矿井高程联系测量又称导入标高,
其目的是建立井上, 井下统一的高程
系统 。 采用平硐或斜井开拓的矿井,
高程联系测量可采用水准测量或三角
高程测量, 将地面水准点的高程传递
到井下 。 采用竖井开拓的矿井则需采
用专门的方法来传递高程,
一, 钢丝法导入标高
采用钢丝法导入标高时, 首先应在井筒中部悬挂一
钢丝, 在井下端悬以重锤, 使其处于自由悬挂状态;然
后, 在井上, 井下同时用水准仪测得 A,B处水准尺上
的读数 a和 b,并用水准仪瞄准钢丝, 在钢丝上作上标记;
变换仪器高再测一次, 若两次测得的井上, 井下高程基
点与钢丝上相应标志间的高差互差不超过 4 mm,则可
取其平均值作为最终结果 。 最后, 可通过在地面建立的
比长台用钢尺往返分段测量出钢丝上两标记间的长度,
且往返测量的长度互差不得超过 L/8000(L为钢丝上两标
志间的长度 )。
二, 光电测距仪导入标高
光电测距仪导入标高不仅精度高, 而且缩短了井筒占
用时间 。
基本方法,在井口附近的地面上安置光电测距仪, 在
井口和井底的中部, 分别安置反射镜;井上的反射镜与水
平面成 45° 夹角, 井下的反射镜处于水平状态;通过光电
测距仪分别测量出仪器中心至井上和井下反射镜的距离 l、
S,从而计算出井上与井下反射镜中高差,H=S-l+Δ l
式中, Δ l为光电测距仪的总改正数 。
然后, 分别在井上, 井下安置水准仪 。 测量出井上反
射镜中心与地面水准基点间的高差 hAE和井下反射镜中心
与井下水准基点间的高差 hFB,则可按下式计算出井下水
准基点 B的高程 HB:
H B=H A+ hAE+ hFB-H
hAE= a-e hFB= f-b
式中, a,b,e,f分别为井上, 井下水准基点和井上, 井
下反光镜处水准尺的读数 。
运用光电测距仪导入标高也要测量两次, 其互差也不
应超过 H/8000。
11-4 井下平面测量
井下平面测量主要包括井下平面控制测量和采区测量 。
一, 井下平面控制测量
1 概述
井下平面控制测量只能以矿井联系测量测得的井底车
场内的已知点和已知边作为导线的起始点和起始边, 逐步
敷设导线来完成标定巷道掘进方向和测绘矿图等任务 。
井下导线分为基本控制导线和采区控制导线 。 基本控制导
线精度较高, 是井下的首级平面控制 。 采区控制导线的精
度较低, 是矿井的加密控制, 它是以基本控制导线点为基
础 。 井下基本控制导线可分为 7″ 级和 15″ 级两种 。 采区
控制导线也包括 15″ 级和 30″ 级两种 。
2 导线点的选设
井下导线点分为永久点和临时点两种 。 永久点应设在
碹顶上或巷道顶 (底 )板的稳定岩石中 。 临时点可选设在顶
板岩石中或牢固的棚梁上 。
3 水平角的观测
经纬仪需标有镜上中心, 以便于点下对中 。
常用的方法主要有测回法和复测法两种 。
4 边长的丈量
井下导线边长的丈量可采用光电测距仪或钢尺丈量 。
5 导线的延长
随着巷道的不断掘进, 井下导线也要及时延长 。 采区
控制导线一般应每隔 30 100m延长一次, 基本控制导线
应每隔 300 500m延长一次 。
6 复测支导线的内业计算
井下观测工作完成后, 应及时整理和检查外业手簿,
确认各观测成果符合, 规程, 的规定后, 方可进行内业计
算 。
(1) 分别按往, 返测成果计算导线最末边的方位角 α Ⅰ 和
α Ⅱ 。
(2) 计算并检核角度闭合差 fβ fβ =α Ⅰ - α Ⅱ
(3) 分配角度闭合差, 若往测和返测的中间导线点不完全
重合, 则角度闭合差应分别分配, 即往测和返测各分配
fβ / 2
(4) 按分配闭合差后的水平角推算往, 返测各边的方位角 。
(5) 计算坐标增量和往, 返测坐标增量闭合差:
(6) 计算并检核坐标相对闭合差 K:
(7) 分配坐标闭合差:
(8) 分别计算往测和返测各导线点的坐标:
二, 采区测量
1 采区联系测量
通过竖直或急倾斜巷道向采区内传递方向, 坐标和高
程的测量工作 。
(1) 通过两个竖直巷道进行联系测量
(2) 通过一个竖直巷道进行联系测量
(3) 通过急倾斜巷道进行联系测量
2 采区次要巷道测量
采区次要巷道测量是为了填绘矿图, 以采区控制导线
为基础而敷设的碎部导线测量 。
采区次要巷道测量的主要任务是为填绘矿图提供资料 。
其主要测绘内容包括:测绘大比例尺巷道图;丈量巷道的
长度和断面大小;测定断层, 煤厚变化等地质特征点和瓦
斯突出点, 涌水点的位置等 。
3 回采工作面测量
回采工作面测量是按旬或按局, 矿规定的日期进行的
验收填图测量 。 回采工作面每月测量的次数, 应以能满足
生产和回采率计算的要求为目的, 但至少须测出工作面的
月末位置 。
回采工作面测量应以导线点为基础, 采用低精度经纬
仪, 测角仪, 皮尺等进行测量 。 测量的内容主要有:回采
工作面的长度, 进度;充填区和煤柱的位置和尺寸;煤层
厚度和采高等 。
11-5 井下高程测量
方法主要有水准测量和三角高程测量两种 。
一, 井下高程点的选设
井下高程点应布设在巷道顶, 底板或两帮的稳
定岩石中, 碹体上或井下永久固定设备的基础上,
也可选用井下永久导线点作为高程点 。
二, 井下水准测量
应选用精度不低于 DS10的水准仪和普通水准尺, 采用
变更仪器高 (两次仪器高互差应大于 10 cm)的方法进行观
测 。 两次测得的相邻点间的高差互差不大于 5 mm时, 取其
平均值作为观测成果 。 由于井下高程点有的设在顶板上,
有的设在底板上, 高差 hi的计算公式都是 hi= ai- bi(即
后视读数 -前视读数 )。 只是当高程点在顶板上时, 应在读
数前加, -”号后, 再进行运算 。
三, 三角高程测量
三角高程测量是利用经纬仪观测出两点间的竖
直角 δ, 用钢尺丈量出两点间的倾斜长度 l′, 从
而由下式计算出两点间高差
hAB,h= l′ ·sinδ + i-v