矿区控制测量

矿区控制网是建立在国家控制网基础上的，是地区性的控制网。矿区控制网的布设方法虽有其自身的特点，但它的平面坐标系统和高程系统与国家控制网应保持一致。矿区控制测量包括矿区地面控制测量和矿区井下控制测量两部分，而每一部分又包括平面控制测量和高程控制测量两项。

一、矿区地面控制测量

（一）平面控制网

矿区平面控制网的主要任务是为矿区开发和生产各个阶段的地形测图和各项采矿工程提供已知点。因此，它的布设应该适应于采矿生产的需要和采矿生产的特定条件。

矿区首级控制网应从实际需要出发，根据测区面积、测图比例尺及矿区发展远景，因地制宜地选择布网方案。矿区平面控制网的布网形式分为三角网、导线网、GPS网。

1.三角网

矿区三角网一般分为三等、四等、一级、二级四个等级。矿区首级三角网的等级一般是根据矿区范围和测图比例尺而定。例如，为了测绘1∶2000比例尺的地形图，当矿区面积在

200～1500km2时，可选择三等三角网为矿区首级控制网；当矿区面积在200km2以下时，可

选择四等三角网为矿区首级控制网。矿区各等级三角网的主要技术要求见表14-1。

表14-1 各等级三角网主要技术指标

三角网中三角形每个内角一般不应小于30°，如受地形限制，或为了避免建设高标，允许小至25°。

2.导线网

随着电磁波测距的发展，导线测量作为矿区平面控制的一种形式得到广泛的应用，特别是在已经建成的矿区、村镇稠密的平原地区。矿区导线网可以采用国家三、四等导线测量的方法来建立。对于四等以下的导线，《城市测量规范》中又分为一、二、三级。在实际工作中，主要是根据矿区的地形特点和建筑物密集程度，选择其中一两个级别的导线作为首级和加密平面控制。表14-2为各等级电磁波测距导线的主要技术要求。

表14-2 电磁波测距导线主要技术要求

另外，随着GPS定位技术的发展，由于其有着精度高、自动化程度高、点间无须通视等优点，已逐渐成为矿区地面控制测量的一个主要手段。相关技术要求请参考相关资料。

（二）近井网（点）的设置

为了把地面坐标系统中的平面坐标及方向传递到井下去，在定向之前，必须在地面井口附近设立作为竖井定向时与垂球线连测的点，叫做“连接点”。由于井口建筑物很多，连接点不能直接与矿区地面控制点通视，因而不能直接通过控制点求得其坐标及连接方向。为此，还必须在定向井筒附近设置一“近井点”。为传递高程，还需设置井口高程基点（一般近井点也可作为高程基点）。

1.对近井点及高程基点的有关要求

在建立近井点和井口水准点时，应满足下列要求：①尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点。当近井点必须设置于井口附近工业厂房顶上时，应保证观测时不受机械震动的影响和便于向井口敷设导线。②每个井口附近应设置一个近井点和两个水准点。③近井点至井口的连测导线边数不超过三条。④多井口矿井的近井点应统一布置，尽可能使相邻井口的近井点构成控制网中的一个边，或力求间隔的边数最少。

2.近井网的布设方案和要求

由于要求两相邻近井点的点位精度与矿区各级三角网的最弱边和导线网最弱点的点位精度基本一致，所以近井网的布设方案可参照矿区平面控制网的布设规格和精度要求设计。

（三）矿区高程控制测量

高程控制网是进行矿区大比例尺测图和矿山工程测量的高程控制基础，建立高程控制网的常用方法是水准测量和电磁波测距三角高程测量。由于水准网的精度较高，所以矿区基本高程控制（也称为首级高程控制）多用水准测量方法建立。为了满足矿区生产和建设的需要，无论大小矿区，都应在国家等级水准点的基础上，建立矿区基本高程控制，作为矿区各种高程测量的依据。一般来说，大型矿区可利用三等水准建立基本高程控制，中等矿区应布设四等水准，小矿区可用等外水准。矿区各等级水准测量的技术要求见表14-3。

矿区三、四等水准路线一般布设成闭合环线，或在已知点间连成结点系统，或布设成附合路线，具体方案可根据测区的实际情况决定。结点与高级点、结点与结点间的水准路线的长度，三等不超过16km，四等不超过6km，等外不超过3km。根据矿区测量工作的特点，高程控制点应有较大的密度，因此矿区内相邻两水准点间的距离一般为2～4km。在建筑物密集区和工业广场范围内，可缩短至1～2km。有时也可用三角点和导线点兼作水准点。

表14-3 矿区各等级水准测量技术规格

注：表中R为测段长度，L为附合路线或环线长度，K为已测测段长度，单位均为km。

二、井下平面控制测量

为了确定井下巷道、硐室、采掘工作面及各特征点等的空间位置及相互关系，需进行井下测量工作，这些测量工作都需要以井下控制测量为基础。井下平面控制测量是按照高级控制低级、每项测量有检查、测量精度应满足工程需要这三个原则进行的。由于受井下条件限制，井下平面控制测量主要是沿巷道进行导线测量。

井下导线分为基本控制导线和采区控制导线两类。井下基本控制导线是矿井的首级控制，是由井底车场开始，沿矿井主要巷道敷设，其起始边的方位角和起始点的平面坐标由矿井联系测量获得。采区控制导线是矿井测量的次级控制导线，主要沿着采区上山、下山、中间平巷及片盘运输巷道等次要巷道敷设。两类控制导线都可敷设成闭合（附合）导线或复测支导线。基本控制导线可分为7″和15″两级，采区控制导线又分为15″和30″两级，30″导线也可作为小矿井的基本控制，其技术要求见表14-4和表14-5。

表14-4 基本控制导线主要技术指标

表14-5 采区控制导线主要技术指标

表列每类导线均有两种规格，可根据矿井的具体条件，选定矿井的基本控制导线和采区控制导线。在主要巷道中，为配合巷道施工，一般先敷设15″或30″导线，用以指示巷道的挖掘方向（即测设中线），当巷道掘进一定长度后，再敷设基本控制导线。如应用激光指向仪给向，而不需要测设15″或30″导线时，则巷道每掘进300～800m即应测设基本控制导线，以检查并校正指向仪所指方向。主要巷道中基本控制导线和15″或30″导线的关系如图14-1所示。图中实线表示控制导线，虚线表示15″或30″导线或激光指向仪的光束。

图14-1 导线布设图

井下平面控制的布设形式有闭合导线、附合导线和支导线三种。当布设支导线时，应进行往、返测量，亦称复测支导线。井下经纬仪导线测量与地面导线测量基本相同，这里仅就与地面导线测量不同之处加以叙述。

（一）导线测量外业

井下经纬仪导线测量外业主要包括：选点、埋点、测角和量距，除此之外还要进行导线的延长及检查工作。

1.选点和埋点

导线点位置选择的好坏，直接影响施测工作，为此应该认真进行，并注意以下几点：①两相邻导线点间须通视良好，点间距离应尽可能大些，一般为30～140m 。②导线点处应便于安置仪器，并尽可能不影响运输，一般在双轨大巷中，不应将点选在两股道的中间。③导线点应选在坚固可靠的棚梁上或岩石的顶板上，避开淋水或积水的地方。④在巷道连接处应设点。上述要求是相互联系的，选点时应全面考虑。

导线点一般分为永久点和临时点两种。永久导线点应设在井底车场、主要石门和采区石门、集中石门运输大巷、岩石大巷、以及主要上山和下山等主要巷道内的顶底板岩石内，以便长期保存。基本控制导线应每隔300～800m选、埋一组边长为30～140m的三个相邻的固定点，作为永久性基点。临时导线点是为满足日常采掘工程需要而设置的，一般由测量工人于导线施测前在巷道顶板岩石中或牢固的棚梁上进行选定。

2.经纬仪的安置

在井下，测点一般设于顶板或棚梁上，而仪器设于点下，测量角度时需要进行点下对中。具体做法：先在测点上挂下垂球，同时将望远镜视准轴置于水平位置。调节水平脚螺旋，使仪器竖轴竖直，在脚架头上前后左右平行移动仪器，使垂球尖准确地对准望远镜的镜上中心。然后将仪器照准部绕竖轴旋转，如垂球尖与望远镜镜上中心的偏移量在允许范围内，即可将中心连接螺旋拧紧；否则，须反复进行对准整平。在风速较大的巷道内，应采用具有上对中光学对点器的经纬仪进行对中，以提高对中精度。

根据《煤矿测量规程》规定，井下经纬仪导线水平角观测采用垂球对中的方法时，应根据不同的导线边长和导线等级按表14-6要求进行。

表14-6 井下经纬仪导线不同等级作业要求

注：如不用列表中的仪器，可根据仪器级别和测角精度要求适当增减。

3.经纬仪镜上中心的检验与校正

在进行角度测量工作之前，需定期对经纬仪进行各项检验与校正，这里仅就镜上中心的检验与校正加以叙述。

图14-2 镜上中心检验图

①检验：在室内或室外避风处挂一垂球，在其下安置并整平经纬仪。然后将望远镜水平放置，精确地将镜上中心A（图14-2）和垂球尖对准。徐徐转动照准部，观察镜上中心是否偏离垂球尖端，若始终不偏离，表示镜上中心位置正确，否则须校正。

②校正：将镜上中心A对准球尖，转动照准部180°，此时垂球尖位在A′点，标出AA′连线的中点C（图14-2）。重新对中使C点对准球尖，徐徐转动照准部，若C点始终不偏离垂球尖端，即可在C点作出标志，作为新的镜上中心。对可调的镜上中心标志，可旋松其固定螺丝，移动标志而完成校正。

4.水平角观测

井下水平角观测时，除了进行经纬仪点下对中外，还要在前、后视测点上悬挂垂球线作为觇标，并用矿灯进行照明。水平角测量通常采用测回法，为提高测角精度而采用两个以上测回进行观测时，各测回间应变换度盘的起始读数，以消除度盘的分划误差。

在风速较大的巷道中施测基本控制导线时，仪器宜采用光学对点，或用挡风筒挡风。前后视垂球线应悬挂较重的垂球，并置于水桶内稳定。对于重要贯通工程，可把受风流影响较大的某些测点牢固地设在巷道底板上。

5.边长丈量

井下各级控制导线通常使用全站仪进行观测，因此，边长测量与角度测量同时进行，但是需要输入温度、气压等必要的参数。一般采用两个测回、往返观测。

经纬仪导线测量在测角之后进行边长丈量。井下基本控制导线的边长，应采用经过检定的钢尺以标准拉力悬空丈量，并测定温度。每尺段应读数三次，每读一次数后，移动钢尺2～3cm，各次量得的长度互差应小于3mm，丈量后应加入钢尺比长、温度、垂曲和拉力改正数，倾斜边长还应加入倾斜改正数。为提高量边精度和便于检核，每边必须往返测量，往返测量的互差不得大于边长的1/6000。丈量采区控制导线边长时，可凭经验拉力，往返丈量，也可以错动钢尺1m以上丈量两次，其互差不得大于边长的1/2000。量边时可不测温度，高差较大时应加入倾斜改正。符合上述要求时，则取其往返丈量结果的平均值。

6.导线的延长

随着采掘工程的进展，基本控制导线每掘进300～800m，采区控制导线每掘进30～200m应延长一次。当掘进工作面接近各种采矿安全边界（水、火、瓦斯、采空区及重要采矿技术边界）时，更应及时延长导线。

延长导线之前，为了避免用错测点和检查点有无移动，应对上次导线的最后一个转角进行检查测量，与原测水平角的不符值不应超过《煤矿测量规程》规定7″级导线不应超过20″； 15″级导线不应超过40″； 30″级导线不应超过80″。基本控制导线的边长小于15m时，两次测量水平角的限差可适当放宽，但不得超过上述限差的1.5倍。如不符合上述要求时，应继续退后一站检查，直至符合要求，方可由此向前延长导线。

（二）导线测量内业

井下闭合导线、附合导线、复测支导线的内业计算过程与地面导线基本相同，但需要注意以下几点：

1. 《煤矿测量规程》中规定“在重要贯通测量工作中应将导线边长化算到大地水准面或矿区某一高程面和高斯—克吕格平面上”。化算方法参见第二章第三节相关内容。

2.当用陀螺经纬仪测定了起始边、最终边或中间边的方位角时，这种导线就称为方向附合导线。其角度闭合差的计算、分配方法与附合导线相同。对于方向附合导线，考虑陀螺经纬仪的定向误差mα0，则允许的角度闭合差应为：

式中，n为参与计算闭合差的角度的个数，mβ为相应级别导线的测角中误差。

三、井下高程控制测量

（一）井下高程测量的目的和任务

井下高程测量的目的，就是确定各种采掘巷道、硐室在竖直方向上的位置及其相互关系，以解决各种采掘工程在竖直方向的几何关系问题。其具体任务有下面几项：①确定主要巷道内各水准点与永久导线点的高程，建立井下高程基本控制。②给定巷道在竖直面内的方向，即腰线。③确定巷道底板的高程。④检查主要巷道及其运输线路的坡度和测绘主要运输线路纵剖面图。

（二）井下高程测量的方法及精度

井下高程控制网，可采用水准测量和三角高程测量的方法建立。在主要水平运输巷道中，一般应采用水准测量方法；在其他巷道中，可根据巷道坡度的大小、采矿工程的要求等具体情况，采用水准测量和三角高程测量方法。井下水准测量一般由井底车场水准点开始，沿着主要水平运输巷道向井田边界测量；井下水准测量主要是为了进行井下高程控制和满足矿井日常生产的需要、检查巷道掘进和运输线路的坡度、测绘巷道底板和运输轨面的纵断面图，以及确定临时水准点和其他水准点的高程，因此，水准路线均敷设在井下主要巷道和采区的次要巷道内。此外，对于井田一翼走向长度小于500m的小矿井，电磁波测距三角高程测量也可以作为首级高程控制测量。

在进行高程测量之前，应在井底车场内，以及沿主要巷道顶、底板或两帮的稳定岩石中、井下永久固定设备基础上，预先设置好水准基点。一般每隔300～800m设置一组水准点，每组水准点至少应由两个点组成，其间距离以30～80m为宜。井下永久导线点也可以作为水准点而不再埋设新点。

井下水准路线应随巷道掘进不断向前测设，一般用水准测量指示巷道掘进坡度，每掘进30～50m时，应设置临时水准点，测量掘进工作面的高程；每掘进300～800m时，则应建立一组永久水准点，用以检查巷道坡度，同时作为继续进行高程测量的基础，如此逐段向前测量，直到井田边界为止，形成井下高程控制网。

图14-3 点在不同位置的水准测量

井下高程控制测量所确定的各测点的高程应与矿区地面高程系统统一。

（三）井下水准测量

1.井下水准测量的方法

井下水准测量所用的仪器、工具、测量路线的布设形式、施测方法与地面水准测量基本相同。由于巷道中的水准点设置位置不同，有时设置在顶板上，有时设置在底板上，测量中可能出现如图14-3所示的四种情况。不论立尺点位于顶板或底板，测站高差都等于后视读数减前视读数，只是在水准尺倒立时，其读数之前应冠以负号。例如图14-3中各测站高差：h1=a1-b1， h2=a2-（-b2）=a2+b2， h3=（-a3）-（-b3）=- a3+b3， h4=（-a4）-b4=a-4-b4。井下水准测量在每一个测站上均应用双仪器高法或双面尺法进行观测，变动两次仪器高或红黑面尺所测得的两次高程之差不应超过4mm。《煤矿测量规程》规定，闭合、附合及支水准路线的高程闭合差不应超过（式中R为水准路线单程长度，以km为单位）。

为了绘制主要巷道轨面的剖面图，检查运输线路坡度的正确性，需要进行剖面测量。这一工作是由水准测量来完成的。沿轨道先用皮尺每隔10～20m标出一个测点，并编号。施测时先用两次不同的仪器高测转点间的高差，符合要求后，再利用第二次仪器高，依次取中间各测点的读数。再通过内业计算，求得各测点的高程。

2.巷道纵断面图的绘制

为了检查平巷的铺轨质量或为平巷改造提供设计依据，应根据各测点的高程绘制巷道纵剖面图。绘制巷道纵剖面图时，水平比例尺一般为1∶2000、 1∶1000或1∶500，对应的竖直比例尺一般为1∶200、 1∶100或1∶50。其绘制方法如下：

①按水平比例尺画一表格，表中填写测点编号、测点之间的距离、测点的实测高程和设计高程、轨面的实际坡度。

②图绘在表的上方。先依竖直比例尺，按一定高差间隔绘一组平行的等高线，等高线高程注在左端。水平方向表示距离，按测点距起始点的水平距离，先绘出各测点的水平投影位置，再按各测点的实测高程画出各测点在竖直面上的位置，连接各测点，即为巷道的纵断面线。最后画出轨面的设计坡度线和与该巷道相交的其他巷道的位置。

③在表格的下方绘出该巷道的平面图，并在图上绘出水准点或导线点的位置。图14-4是某矿运输大巷的剖面图。

（四）井下三角高程测量

井下三角高程测量，通常是在倾角大于8°的倾斜巷道或斜井中与经纬仪导线测量同时进行的。如图14-5所示，安置经纬仪于A点，瞄准B点垂球线上的标志，测出倾角δ，并丈量斜距L，量取仪器高i与觇标高v，则A、 B两点间的高差为：

图14-4 巷道纵剖面图

由于井下测点可设在顶板或底板上，因此在应用上式计算高差时，应注意在i和v的数值之前冠以相应正负号。

图14-5 巷道内三角高程测量

根据《煤矿测量规程》规定，三角高程测量的倾角观测用一测回。通过斜井导入高程时，应测两测回，测回间的互差，对于J6经纬仪应不大于40″，对于J2经纬仪应不大于20″。仪器高和觇标高应用小钢尺在观测开始前和结束后各量一次，两次丈量的互差不得大于4mm，取两次丈量的平均值为测量结果。基本控制导线相邻两点间的高差测量应往返进行。往返测量的高差互差和三角高程闭合差应满足表14-7的限差要求。

表14-7 三角高程的限差要求

表中l为导线水平边长，m； L为导线周长（复测支导线为两次测导线的总长度）， km。