礦山測量成果可靠性分析畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　　礦山測量成果可靠性分析</p><p>　　姓 名: </p><p><b>　　專 業(yè): </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師: </b></p><

2、;p><b>　　二○一一年五月</b></p><p>　　論文題目：礦山測量成果可靠性分析</p><p>　　姓名： 指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國家對煤礦資源的需求日益增加，而緊隨的礦

3、難頻頻發(fā)生無不給我們敲響了警鐘，同時(shí)對資源開采的安全性也越來越重視起來，論文主要從礦 山測量的角度，為保障礦山生產(chǎn)的安全，系統(tǒng)地研究、探討了測量成果的可靠性及其保 證措施。</p><p>　　通過對中央子午線及投影面的選擇與投影變形的關(guān)系，闡述了礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系如何 合理建立的問題以及在保證圖形資料的交換核查等要求下，礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系與國家坐標(biāo) 系的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　控制測量時(shí)，要

4、聯(lián)測一些國家或地方坐標(biāo)系下的點(diǎn)作為起算點(diǎn)，但聯(lián)測的這些起算 點(diǎn)兼容性不好將影響整個(gè)網(wǎng)的精度，因此我們在把聯(lián)測點(diǎn)加入控制網(wǎng)平差時(shí)應(yīng)該對其兼 容性進(jìn)行分析，剔除它們中兼容性不好的點(diǎn)，提高控制網(wǎng)精度。</p><p>　　開采沉陷的研究與應(yīng)用與測量成果的可靠與否有很大的關(guān)系，介紹了幾種可能造成 開采損害問接影響的情況與對策。</p><p>　　論文從實(shí)際工作出發(fā)，對控制網(wǎng)的可靠性與效率的評價(jià)及

5、陀螺經(jīng)緯儀在礦山貫通測 量中的應(yīng)用和方向?qū)Ь€網(wǎng)嚴(yán)密平差方法等進(jìn)行了詳細(xì)的探討。</p><p>　　關(guān)鍵字:獨(dú)立坐標(biāo)系:兼容性:可靠性:陀螺經(jīng)緯儀:嚴(yán)密平差 研究類型:應(yīng)用研究</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論6</b></p><p>　　&#

6、167;1.1 選題背景6</p><p>　　§1.2 礦山測量在煤礦開發(fā)中的作用7</p><p>　　第二章 礦區(qū)坐標(biāo)系的建立9</p><p>　　§2.1 高斯投影概述9</p><p>　　2.1.1 投影與變形9</p><p>　　2.1.2 高斯投影的基本概念9<

7、/p><p>　　§2.2投影帶和投影面的選擇11</p><p>　　§2.3不同坐標(biāo)系之間的變換11</p><p>　　§2.4 礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)向似國家坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換11</p><p>　　§2.5 實(shí)例12</p><p>　　第三章 控制網(wǎng)起算點(diǎn)的可靠性分析15<

8、;/p><p>　　§3.1 起算點(diǎn)少及分布不均勻?qū)刂凭W(wǎng)的影響15</p><p>　　第四章 開采沉陷可靠性分析18</p><p>　　§4.1 開采沉陷的概念18</p><p>　　§4.2 地下開采誘發(fā)滑坡的基本規(guī)律18</p><p>　　4.2.1 采動(dòng)滑坡的特點(diǎn)18

9、</p><p>　　4.2.2 采動(dòng)滑坡發(fā)生的地形地質(zhì)條件18</p><p>　　4.2.3采動(dòng)滑坡的成因分類19</p><p>　　§4.3地下開采引發(fā)裂縫分析19</p><p>　　§4.4斷層對開采沉陷的影晌20</p><p>　　§4.5 有限元數(shù)值分析21&l

10、t;/p><p><b>　　結(jié)束語23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>

11、;　　§1.1 選題背景</b></p><p>　　多年來我國媒體最為關(guān)注的問題之一就是"礦難"。根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局 的數(shù)據(jù)，2001 年到 2004 年，我國發(fā)生一次死亡 10 人以上的特大煤礦事故 188 起，平 均每 7.4天 1 起，而 2005 年發(fā)生 67 起，平均每 5.4天 1 起。而且最近幾年礦難也沒消 停，事故發(fā)生的時(shí)間間隔很短，礦山生產(chǎn)

12、安全引起了黨中央和國務(wù)院的高度重視，激起 了業(yè)內(nèi)人士和相關(guān)學(xué)者的深思。</p><p>　　礦難屢屢發(fā)生，屢禁不止，固然與煤礦不景氣期間安全投入不足、歷史欠帳太多、安 全規(guī)章制度不健全、不落實(shí)，現(xiàn)場安全管理不力等等有關(guān)，但是也與煤礦基礎(chǔ)性工作 薄弱有關(guān)，其中礦山測量就是其中之一。礦區(qū)沒有一個(gè)很好的測量工作體系，這就沒法 對礦區(qū)的建設(shè)、開采設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù):對可能發(fā)生的災(zāi)難進(jìn)行預(yù)報(bào):當(dāng)事故發(fā)生時(shí)對 疏散人群、指導(dǎo)救

13、援工作提供幫助。然而實(shí)際上許多礦的測量工作體系是非常不健全的 一一測量成果粗糙、資料不全、開采的不合理、對可能發(fā)生的事故沒有前瞻性研究建立 觀測站(如開采沉陷變形監(jiān)測)。因而當(dāng)?shù)V難發(fā)生時(shí)因開采紊亂，對地下巷道的不了解， 導(dǎo)致救援工作不能很好的鋪展開來，耽誤了救出被埋礦工的寶貴時(shí)間，而且還可能因施 救工作的不當(dāng)引起更大的事故。</p><p>　　例如 2005 年廣東梅州興寧煤礦 8.7 特大透水事故 123 遇

14、難，由于大興煤礦開采系統(tǒng) 混亂，礦井透水量巨大，透水后井下原有巷道和設(shè)備遭到破壞，隨著水位下降，追排水 到一定深度后，有關(guān)工作變得越來越困難。近兩天井下出現(xiàn)數(shù)次垮塌現(xiàn)象，直接威脅搶 險(xiǎn)人員的人身安全。專家指出，進(jìn)一步開展搶險(xiǎn)救援存在無法排除的安全隱患，如按現(xiàn) 有方案繼續(xù)強(qiáng)排水，會造成新的安全事故，風(fēng)險(xiǎn)很大且無實(shí)際意義。</p><p>　　2007 年從 7 月中旬到 8 月下旬，全國發(fā)生了多起因暴雨咫風(fēng)等嚴(yán)重自

15、然災(zāi)害引發(fā)的 煤礦淹井、礦山明塌冒頂、建筑施工工地遭洪水泥石流襲擊等事故災(zāi)難。特別是 8 月 17 日山東省新泰市華源礦業(yè)公司因柴汶河河岸決口，引發(fā)潰水淹井，172 人遇難，另一相 鄰礦 9 人遇難，造成慘重?fù)p失，教訓(xùn)深刻。說，此次造成潰水的主要原因:一是突降暴 雨:二是山洪暴發(fā):三是河水猛漲:四是河堤決口:五是決堤淹井。柴汶河決堤之后， 洪水進(jìn)入多年挖沙的沙場，沙場與廢棄的西都礦礦井相通，從而形成了洪水沖入西都礦 井直接淹井。除卻自然

16、災(zāi)害的因素，此次事故災(zāi)難也布"人禍"方面的教訓(xùn)。潰水井口離 潰口的河道距離不過 300 米，在河道超水位的情形之下，為什么沒有專人在河上監(jiān)視? 以至于兩點(diǎn)半左右河岸潰口，"砂井上方形成了一個(gè)巨大的報(bào)渦"時(shí)，才被發(fā)現(xiàn)。要是在 河口未決口之前發(fā)現(xiàn)危機(jī)，不是就能或者避免決口，或者能避免礦工被困的現(xiàn)狀嗎?其后果是不是會減輕許多?</p><p>　　§1.2 礦山測量在煤

17、礦開發(fā)中的作用</p><p>　　(1)建立礦區(qū)地面控制網(wǎng)和測繪 1: 500——1: 5000 的地形圖和礦圖: (2)進(jìn)行礦區(qū)地面與井下各種工程的施工測量和竣工驗(yàn)收測量: (3)測繪和編制各種采掘工程圖及礦體幾何圖: (4)進(jìn)行巖層與地表移動(dòng)的觀測及研究:為留設(shè)保護(hù)礦柱和安全開采提供資料: (5)參加采礦計(jì)劃的編制，并對資源利用及生產(chǎn)情況進(jìn)行檢查和監(jiān)督。 煤礦企業(yè)是由工業(yè)建筑物、地下井巷和采掘工作面所組成的

18、一個(gè)復(fù)雜而又緊密聯(lián)系的有機(jī)整體。為了確定和反映井下巷道之間、采區(qū)之間，以及井下開采場所與地面建筑 物之間的相互位置關(guān)系，確保礦井安全合理地生產(chǎn)，從礦區(qū)勘探、設(shè)計(jì)興建起，直至礦 井報(bào)廢止，在整個(gè)開發(fā)過程中，都必須經(jīng)常不斷地進(jìn)行測量工作。</p><p>　　根據(jù)由整體到局部，高級控制低級的原則，一個(gè)礦區(qū)或井回范圍內(nèi)的測量工作，主 要包括地面測量、井上下聯(lián)系測量。它們的相互聯(lián)系和工作順序見圖1.1。</p>

19、;<p>　　圖1.1礦rx:測量流程</p><p>　　由上表看出，地面測量是基礎(chǔ):聯(lián)系測量是橋梁:井下測量是反映采掘平衡關(guān)系的 主要依據(jù)，以其測量成果繪制的各種礦圖，及時(shí)反映著煤礦的生產(chǎn)建設(shè)面貌及其位置關(guān) 系。測量工作在大力開發(fā)煤炭資源中與地質(zhì)工作緊密配合起先導(dǎo)作用:在均衡生產(chǎn)方面 起保證作用:在工程質(zhì)量及合理利用資源方面起監(jiān)督作用:在安全生產(chǎn)方面起知指導(dǎo)作 用?？梢姡瑴y量工作是煤礦開采中不可

20、缺少的一項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)工作(1) 。</p><p>　　礦山測量是煤礦生產(chǎn)的"眼睛"，為生產(chǎn)計(jì)劃和開采決策提供井下采掘工程平面圖、井上下平面對照圖等，井下復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯埋藏情況、老窯水、老空水和斷層水等空間分布情況、井下通風(fēng)系統(tǒng)的布置等等都必須通過礦山測量顯示出來。這一系列基 礎(chǔ)資料是礦山安全生產(chǎn)的保證，也是礦山救護(hù)的重要參考依據(jù)。令人不安的是，近些年 不少企業(yè)，尤其是個(gè)體和地方煤礦，這

21、些基礎(chǔ)資料很不完整，給安全生產(chǎn)和安全救護(hù)留 下了嚴(yán)重隱患，煤礦安全呼喚礦山測量的回歸。</p><p>　　第二章 礦區(qū)坐標(biāo)系的建立</p><p>　　§2.1 高斯投影概述</p><p>　　2.1.1 投影與變形</p><p>　　所謂地球技影，簡略說來就是將橢球面各元素(包括坐標(biāo)、方向和長度)按一定的數(shù) 學(xué)法則投影到平面

22、上。研究這個(gè)問題的專門學(xué)科叫地圖投影學(xué)。這黑所說的數(shù)學(xué)法則可</p><p>　　用下面兩個(gè)方程式表示(2) :</p><p>　　x = F;(L，B)</p><p>　　y = F;(L，B) (2.1)</p><p>　　式中L，B 是橢球面上某點(diǎn)的大地坐標(biāo)，而 x，y 是該點(diǎn)投影后的平面(投影面)直角坐 標(biāo)。</p>

23、;<p>　　式(2.1)表示了橢球面上一點(diǎn)同投影面上對應(yīng)點(diǎn)之間坐標(biāo)的解析關(guān)系，也叫做坐標(biāo)投 影公式。投影問題也就是建立橢球面元素與投影面相對應(yīng)元素之間的解析關(guān)系式。技影 的方法很多，每種方法的本質(zhì)特征都是由坐標(biāo)投影公式 F 的具體形式體現(xiàn)的。 橢球面是一個(gè)凸起的、不可展平的曲面，若將這個(gè)曲面上的元素(比如一段距離、一個(gè) 角度、一個(gè)圖形)投影到平面上，就會和原來的距離、角度、圖形呈現(xiàn)差異，這一差異 稱作投影的變形。<

24、/p><p>　　地圖投影必然產(chǎn)生變形。投影變形一般分為角度變形、長度變形和面積變形三種。 在地圖投影時(shí)，我們可根據(jù)需要使某種變形為零，也可使其減小到某一適當(dāng)程度。因此， 地圖投影中產(chǎn)生了所謂的等角投影(投影前后角度相等，但長度和面積有變形)、等距投 影(投影前后長度相等，但角度和面積有變形)、等積投影(投影前后面積相等，但角度和 長度有變形)等。</p><p>　　2.1.2 高斯投影的基

25、本概念</p><p>　　高斯投影又稱橫軸橢圓柱等角投影，是德國測量學(xué)家高斯于 1825'-""" 1830 年首先提 出的。實(shí)際上，直到 1912 年，由德國另一位測量學(xué)家克呂格推導(dǎo)出實(shí)用的坐標(biāo)投影公 式后，這種投影才得到推廣，所以該投影又稱高斯·克呂格投影。想象有一橢圓柱面橫 套在地球橢球體外面，并與某一條子午線(稱中央子午線或軸子午線)相切，橢圓柱的中 心軸

26、通過橢球體中心，然后用一定的投影方法將中央子午線兩側(cè)各一定經(jīng)差范圍內(nèi)的 地區(qū)投影到橢圓柱面上，再將此柱面展開即成為投影面。</p><p>　　我國規(guī)定按經(jīng)差 6° 和3° 度進(jìn)行投影分帶，為大比例尺測圖和工程測量采用 3 ° 帶投影。特殊情況下工程測量控制網(wǎng)也可用1.5°帶或任意帶。</p><p>　　高斯投影 6° 帶自子午線起每隔經(jīng)

27、差6° 自西向東分帶，依次編號 1，2，3，...。我國6°中央子午線的經(jīng)度，由69° 起每隔6° 而至135° ，共計(jì) 12 帶，帶號用 n 表示，中央子午線 的經(jīng)度用Lo表示，Lo =6n-3 。</p><p>　　高斯技影3° 帶是在 6° 帶的基礎(chǔ)上分成的，它的中央子午線一部分同6° 帶中央子午線 重合，一部分同 6

28、76; 帶分界子午線重合，帶號用 d表示，3° 帶中央子午線用 L 表示，關(guān)系 是: L=3斤。</p><p>　　§2.2投影帶和投影面的選擇</p><p>　　獨(dú)立坐標(biāo)系的合理建立在于投影帶和投影面的合理選擇。 引起投影變形的兩個(gè)因素：</p><p>　　但是注意 ðS，為負(fù)的前提是 Hm 是正值，大地高有正有負(fù)，從參考橢球面

29、起量，向外 為正，向內(nèi)為負(fù)。 還有當(dāng)我們改變投影面時(shí)，比如說有這樣一種情況： 礦區(qū)井上與井下相差好幾百米，而我們希望井上與井下的坐標(biāo)都在同一坐標(biāo)系中，這時(shí)我們選擇的投影面可能是介于井上與井下之間，像這種情況 Hm 也會出現(xiàn)負(fù)值。因此導(dǎo)致 ð.S] 為JE ，這 時(shí)投影面與投影帶對邊長的變形不是相抵償而是相加的。當(dāng)測區(qū)國家坐標(biāo)系統(tǒng)下投影變形值不能滿足工程規(guī)范的要求時(shí)，需要重新選擇投影面或投影帶來建立獨(dú)立坐標(biāo)系。</p&

30、gt;<p>　　§2.3不同坐標(biāo)系之間的變換</p><p><b>　　二維坐標(biāo)系的變換</b></p><p>　　§2.4 礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)向似國家坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換</p><p>　　似國家坐標(biāo)系不是嚴(yán)格的國家坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，因?yàn)樗鼪]進(jìn)行縮放，只是對獨(dú)立坐 標(biāo)系相對于國家坐標(biāo)系進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)，使它們對應(yīng)重疊。礦

31、區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)與國家坐 標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換我們固然可以改變投影參數(shù)，通過坐標(biāo)換帶方法先把獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)中點(diǎn)的 平面坐標(biāo)反算出大地坐標(biāo)，再正算求解出該點(diǎn)在國家坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)，但是由于涉及 測量資料、成果的使用、交換、上交、存檔等一系列的問題，尤其是國土資源廳對礦山 開采范圍控制對井上下地形圖的要求，煤礦測量一般應(yīng)采用國家統(tǒng)一的北京 54、國家8°、最新 2°坐標(biāo)系統(tǒng)。對坐標(biāo)系的實(shí)際處理方法，可在建立獨(dú)立坐標(biāo)系后，將獨(dú)立坐標(biāo)系

32、進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移等方法的處理，盡可能地與國家坐標(biāo)系統(tǒng)一致，從而滿足圖形資 料的交換核查等要求。</p><p><b>　　§2.5 實(shí)例</b></p><p>　　陜西中化益業(yè)能源有限公司波羅煤礦地處橫山縣波羅鎮(zhèn)，井陽范圍位于緯度</p><p>　　38°°1'54"--38° 12

33、吧"，經(jīng)度 1°9° 13'45"--1°9°32'°9"之間，地面高程從西向東大致在113°m--l°9°m 變化、井下高程由西向東大致從 75°m"""'99°m 變化。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，若采用 3°帶國家坐標(biāo)系統(tǒng)，36 帶最大變形量地面:

34、土4.9cmlkm，井下： 土8.8cm/km; 37 帶最大變形量地面:土12.2cmlkm，井下土16.1cm/km。其投影變形 都是大大超過允許范圍。因此，必須采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)以保證變形量不超限。</p><p>　　根據(jù)礦區(qū)范圍、地面和巷道工程的高程等數(shù)據(jù)的變化分析，可設(shè)計(jì)中央子午線的經(jīng) 度為: 1°9°22'; 投影面正常高取: 95°m。這樣設(shè)計(jì)，可以采

35、用一個(gè)坐標(biāo)系來最大限度 地保證將投影變形的大小控制在可行的范圍內(nèi)。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，采用這樣的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，地面投影至投影面的長度變形一般不大于 土2.4cm/km;井下測量成果投影至投影面的長度變形一般不大于士1.5cm/km。礦山工程以 井下測量為主，因此應(yīng)盡可能地保證井下測量成果的可靠性。</p><p>　　通過測量解算國家坐標(biāo)系中控制點(diǎn)坐標(biāo)和獨(dú)立坐標(biāo)系控制點(diǎn)坐標(biāo)為表

36、2.1，、經(jīng)計(jì)算獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到似國家坐標(biāo)系的參數(shù) Aα 為 1儼°∞°°丁'貝3 1.2"，平移參數(shù)(x為(1°°85.761 ， 36782531.473)。</p><p>　　表 2.1 國家坐標(biāo)系</p><p>　　國家坐標(biāo)系與似國家坐標(biāo)的比較見表 2.3°</p><p>

37、　　通過對表 2.3分析，似國家坐標(biāo)系與國家坐標(biāo)系的差值不大于 O.3m。獨(dú)立坐標(biāo)系下 確定的礦區(qū)范圍與國家坐標(biāo)系下確定的范圍重合差最大的地方相差 O.4m，在地形圖上的 誤差小于 0.2mm(l: 2000 地形圖)或 °.°8mm(1: 5000地形圖)，誤差很小，在煤礦測量 手冊上可知井上下繪、用圖的精度一般均為圖上的 0.8mm. 因此在出圖、確定礦區(qū)邊界 時(shí)可以忽略不計(jì)。同時(shí)說明這種方法是可行的。<

38、/p><p>　　第三章 控制網(wǎng)起算點(diǎn)的可靠性分析</p><p>　　GPS測量成果所于WGS．84坐標(biāo)系，最終要把它轉(zhuǎn)換到國家或地方的三維或二維坐標(biāo)系的相應(yīng)成果。轉(zhuǎn)換方法一般是GPS聯(lián)測幾個(gè)國家或地方坐標(biāo)系下的公共點(diǎn)作為起算點(diǎn)，把GPS網(wǎng)強(qiáng)制符合到該坐標(biāo)系中。GPS網(wǎng)的相對精度比地面網(wǎng)的精度要高，這可以從GPS無約束平差和約束平差結(jié)果的精度區(qū)別出來。特別是當(dāng)?shù)孛嬉阎c(diǎn)坐標(biāo)含有明顯的粗差時(shí)，

39、這將嚴(yán)重影響GPS網(wǎng)約束平差的精度。已知數(shù)據(jù)含有誤差是絕對的，關(guān)鍵是誤差的大小是否在其合理的范圍之內(nèi)。這就需要對起算點(diǎn)進(jìn)行必要的檢核，以便發(fā)現(xiàn)并剔除存在較大誤差的基準(zhǔn)點(diǎn)。</p><p>　　§3.1 起算點(diǎn)少及分布不均勻?qū)刂凭W(wǎng)的影響</p><p>　　有些時(shí)候起算點(diǎn)少，這時(shí)起算點(diǎn)本身的誤差及它們在測區(qū)的分布對控制網(wǎng)的影響是很難發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)樗钠讲畹臄?shù)據(jù)結(jié)果可能反應(yīng)不了其真實(shí)

40、的精度。</p><p>　　現(xiàn)在我們來探討下，仍以上文為例，我們假設(shè)只有兩個(gè)起算點(diǎn)，看看其分布、本身誤差還有可能存在的粗差對控制點(diǎn)平差結(jié)果的影響。</p><p>　　把方案4平差結(jié)果當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)值，只固定Z002，F(xiàn)001號點(diǎn)，則控制網(wǎng)的其它點(diǎn)平面坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)值的差值見表3．4。</p><p>　　Z002和FOl位于側(cè)區(qū)的兩端，從上面四個(gè)表格中我們可以看出，固定Z

41、002與FOOl時(shí)，控制點(diǎn)的平差成果與標(biāo)準(zhǔn)值相差非常小，幾乎可以忽略。當(dāng)FOOl的X坐標(biāo)增加．2em的粗差時(shí)，對其他控制點(diǎn)的影響也不是特別的明顯，說明這種點(diǎn)位對整個(gè)網(wǎng)型的抗粗差能力很強(qiáng)。</p><p>　　FOOl、F002都位于測區(qū)的東面，距離也比較近，固定FOOl、F002時(shí)，平差值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值變化明顯，整個(gè)控制網(wǎng)向東偏移。當(dāng)給FOOl增加．2em的粗差時(shí)，這種變化更加的突出，偏移大的地方都達(dá)到幾十公分，

42、說明起算點(diǎn)在控制網(wǎng)中所在位置的不合理使得控制網(wǎng)抗粗差能力很差?？偟膩碚f，起算點(diǎn)應(yīng)盡量在測區(qū)的外圍，覆蓋范圍包含測區(qū)。這樣控制網(wǎng)精度高、分布均勻且抗粗差能力也強(qiáng)。</p><p>　　但在我們重新建立坐標(biāo)系，發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題時(shí)，我們又如何把原先的成果糾正過來呢?我們仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)這些變化還是有規(guī)律可尋的，在離起算點(diǎn)距離大概相同的點(diǎn)，它們X、Y的變化是趨于一致的。</p><p>　　這對我們新舊控

43、制網(wǎng)坐標(biāo)的改正很有幫助，如兩次所用起算點(diǎn)不一樣或同樣的起算點(diǎn)，但有得起算點(diǎn)被破壞而不知道，所導(dǎo)致同一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值偏離太大。</p><p>　　還有因?yàn)槠鹚泓c(diǎn)有問題，但舊的控制網(wǎng)因起算算據(jù)太少而不能發(fā)現(xiàn)，在新的控制網(wǎng)沒建立起來之前所有測量都是用的舊控制網(wǎng)的成果，這就需要對這些測量產(chǎn)品進(jìn)行糾正。糾正的方法是根據(jù)新舊控制網(wǎng)坐標(biāo)差值，根據(jù)控制點(diǎn)的分布，按一定距離區(qū)域進(jìn)行分塊改正。</p><p>

44、;　　第四章 開采沉陷可靠性分析</p><p>　　§4.1 開采沉陷的概念</p><p>　　有用礦物被采出來以后，開采區(qū)域周圍的巖體的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)收到破壞，應(yīng)力 重新分布，達(dá)到新的平衡。在此過程中，使巖層和地表產(chǎn)生連續(xù)的移動(dòng)、變形和非連續(xù) 的破壞(開裂、冒落等)，這種現(xiàn)象稱為"開采沉陷"。</p><p>　　§4

45、.2 地下開采誘發(fā)滑坡的基本規(guī)律</p><p>　　4.2.1 采動(dòng)滑坡的特點(diǎn)</p><p>　　采動(dòng)滑坡是指地下開采的影響下，由于上極巖土體變形破壞而引起的山體滑坡，它 是采動(dòng)山體沿滑裂面向較低水準(zhǔn)面的整體位移，采動(dòng)滑坡具有突發(fā)性，涉及范圍大且不 易預(yù)計(jì)等特點(diǎn)，它在時(shí)間和空間上與地下開采有一定的關(guān)系，但主要取決于地質(zhì)環(huán)境及 其它誘發(fā)因素的綜合影響。</p><p&

46、gt;　　4.2.2 采動(dòng)滑坡發(fā)生的地形地質(zhì)條件</p><p>　　采動(dòng)滑坡的發(fā)生必須具備 3 個(gè)條件地表臨空、地下采空及上覆巖層中存在軟弱層面， 對開采影響敏感的地形地質(zhì)條件主要有:</p><p>　　高山陡坡地形，在高山陡坡下來礦時(shí)，開采影響主要表現(xiàn)為地下采空使陡坡失去下 臥支撐及地下開采引起的覆巖拉伸變形使地表產(chǎn)生裂縫，破壞了陡巖的連續(xù)性，同時(shí)， 由于坡度陡，巖土體自重產(chǎn)生的水平

47、分力大，在其它因素作用下很容易失穩(wěn)。失穩(wěn)形式 為切層型滑坡和崩滑。失穩(wěn)模式可歸結(jié)為"顛倒一拉裂·沿層剪切滑動(dòng)"。</p><p>　　松散物坡積地形，此類地形包括沖積土坡和人工堆積坡，開采移動(dòng)變形坡壞了土層 的力學(xué)性質(zhì)，減小了其內(nèi)聚力，加上地表水的滲透作用，致使坡體失穩(wěn)，失穩(wěn)形式為沿 平面滑動(dòng)面的直線型滑坡，此類滑坡多在內(nèi)聚力很小的人工堆積坡中，在大雨的作用下， 可能轉(zhuǎn)化為泥石流。沿

48、圓弧形滑動(dòng)面的滑坡，此類滑坡多發(fā)生在黃土層內(nèi)。</p><p>　　存在軟弱層面的地層，軟弱層面包括粘土層、泥巖、軟質(zhì)砂巖、巖層面、斷層破碎 帶、基巖風(fēng)化面等，開采影響主要表現(xiàn)為強(qiáng)度較低的軟弱導(dǎo)首先產(chǎn)生破壞而導(dǎo)致滑坡， 滑坡形式為沿軟弱層面緩慢蠕滑的坐落平推式滑坡。此類滑坡多發(fā)生在軟弱層面埋藏較 深且傾角較小的地質(zhì)環(huán)境中。l'頂層滑坡，如韓城象山沿坡。沿基巖接觸面的表土層滑坡， 此類滑坡多由于地表開采裂縫

49、使地表水滲透至風(fēng)化界面處停滯下來，滯水處的粘土吸水 膨脹軟化而造成。</p><p>　　古滑坡地區(qū)在古滑坡體下采礦，由于破壞了覆巖物理力學(xué)性質(zhì)，很容易使己經(jīng)穩(wěn)定的古滑坡體復(fù)活，形成各種新的滑坡，如陽泉二礦的大型古滑坡體。由于下方采礦的影 響，使該滑坡體系近幾年急劇復(fù)活，后緣產(chǎn)生寬大的裂縫，錯(cuò)臺高大以上，滑動(dòng)體推動(dòng) 前緣臺坡發(fā)生蠕動(dòng)，使鐵道床鼓起，破壞了鐵路和地下管道IMJ71°</p>

50、<p>　　4.2.3采動(dòng)滑坡的成因分類</p><p>　　§4.3地下開采引發(fā)裂縫分析</p><p>　　地下礦層采礦遺留的老窿(采空)區(qū)，礦層上部失去支撐，平衡條件被破壞，采空區(qū) 上方巖體隨之將產(chǎn)生較為復(fù)雜的移動(dòng)和變形。采空區(qū)上方巖體的變形，總的過程是自下 而上逐漸發(fā)展的盆狀沉落。按巖體的破壞、移動(dòng)程度，自下而上劃分為 3 個(gè)不同的影響 帶，即冒落帶，裂隙帶，彎

51、曲變形帶。</p><p>　　a.冒落帶： 在自重及上覆巖層作用下，變形、破碎、胡落至采空區(qū)的那部分頂板巖 層叫冒落帶。冒落帶高度和破壞程度與礦層開采方法、頂板管理方法、巖層產(chǎn)狀、巖性 及地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，冒落帶的高度一般為采空厚度的3""'5倍，本次設(shè)計(jì)按5倍考慮。</p><p>　　b.裂隙帶： 當(dāng)冒落帶上部的巖層在重力作用下產(chǎn)生的彎曲變形超過抗彎強(qiáng)度時(shí)，因

52、 離層和斷裂而產(chǎn)生的模形連通裂隙(有時(shí)為層狀裂隙)帶，叫裂隙帶。裂隙帶的高度→般 為采空厚度的12""'18倍，本次設(shè)計(jì)按18倍考慮。</p><p>　　c.彎曲帶:裂隙帶上方，在自重作用下，只產(chǎn)生彎曲沉落變形的那部分巖層叫彎曲 帶。此帶內(nèi)的巖層變形較輕，裂隙密閉，不連通，導(dǎo)水性弱。</p><p>　　冒落帶和裂隙帶又合稱為兩帶，兩帶之間沒有明顯的分界線，均

53、屬于破壞性影響區(qū)。 故本次采礦遺留的老窿(采空)區(qū)處理以處理采空區(qū)、冒落帶和裂隙帶為主。 </p><p>　　開采產(chǎn)生的地表裂縫與煤層的開采條件、覆巖性質(zhì)、覆巖產(chǎn)狀、地表地形和地貌包 括地層傾角、傾向、微地貌特征和松散層結(jié)構(gòu)特性、采動(dòng)程度、坡體形態(tài)、地表巖土性 質(zhì)、開采方法、深厚比、采空區(qū)尺寸、工作面推進(jìn)速度、淺層構(gòu)造和軟弱面狀態(tài)等因素有關(guān)。</p><p>　　§4.4斷層

54、對開采沉陷的影晌</p><p>　　(1)在垂直斷層走向的剖面上 根據(jù)斷層面傾角和一作面基巖移動(dòng)角之間的相對關(guān)系分三種情況</p><p>　　1.斷層面傾向和作面基巖移動(dòng)角傾向一致，斷層面傾角小于基巖移動(dòng)角，當(dāng)開采影 響波及到斷層時(shí)，地表移動(dòng)范圍增大。</p><p>　　2.斷層面傾向與基巖移動(dòng)角傾向一致，斷層面傾角大于基巖移動(dòng)角，當(dāng)開采影響波 及到斷層時(shí)，地

55、表移動(dòng)范圍減小，但破壞情況相對前者較為嚴(yán)重。</p><p>　　3.斷層面傾向于卡作面移動(dòng)角傾向相反，即斷層面于移動(dòng)角的影響線相交，斷層露 頭處往往產(chǎn)生寬度較人的臺階狀裂縫，地表移動(dòng)范圍縮小。</p><p>　　(2)在沿?cái)鄬幼呦虻钠拭嫔?根據(jù)實(shí)際觀測資料，在沿?cái)鄬幼呦虻钠拭嫔希瑪鄬勇额^處的臺階是以主斷面為中心</p><p>　　向兩側(cè)逐漸變小，斷層的破壞作用

56、逐漸衰減。其影響范圍按下式計(jì)算：</p><p>　　1= Hoctgðo式中: 1一一影響范圍; Ho一一平均來深;ðo一一走向邊界角。</p><p>　　斷層對地表移動(dòng)與變形產(chǎn)生影響的原因在于斷層帶處巖層的力學(xué)強(qiáng)度大于地低于周圍巖層的力學(xué)強(qiáng)度。由于應(yīng)力的集中作用，故使該處成為巖層變形集中的有利位置， 地下煤層開采后，在上覆巖層發(fā)生移動(dòng)與變形的同時(shí)，巖層還沿著斷層面

57、發(fā)生滑動(dòng)，于 是在斷層露頭處的地表就出現(xiàn)臺階狀的破壞，盆地內(nèi)移動(dòng)與變形的止常分布發(fā)生改變， 在斷層露頭處的地表變形加劇，大大地超過了正常值。</p><p>　　斷層影響最初反映到地表的是裂縫，逐漸增大并形成臺階。一般情況下臺階下錯(cuò)總 是朝向采空區(qū)方向，當(dāng)作面鄰近老采空區(qū)時(shí)，臺階下錯(cuò)也有可能朝向老采區(qū)的方向。臺 階大小與斷層、工作面回采等情況有關(guān)。</p><p>　　在開采影響范圍內(nèi)遇有

58、斷層存在時(shí)，首先應(yīng)確實(shí)查明斷層的位置、產(chǎn)狀及斷層的擺 動(dòng)情況，正確推斷出其在地面的露頭位置，分析斷層露頭位置附近的地面設(shè)施情況及其 承受移動(dòng)變形的能力，再以科學(xué)、合理的參數(shù)，留設(shè)斷層及保護(hù)對象的保護(hù)煤柱。實(shí)際操 作時(shí)，應(yīng)選用具體地質(zhì)采礦技術(shù)條件下開采引起的地表移動(dòng)變形邊界角條件允許時(shí)，也 可選用邊界角與移動(dòng)角的平均值作為留設(shè)保護(hù)煤柱的主要參數(shù) 。</p><p>　　§4.5 有限元數(shù)值分析</p

59、><p>　　有限元數(shù)值計(jì)算模型與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗤?，?jì)算程序采用地下工程二維彈塑性有限元分析程序，該程序既能有效地模擬地下開采效應(yīng)，又適用于邊坡工程，已在采礦和巖石力學(xué) 領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。以韓城象山煤礦為例，對其分析如下：</p><p>　　1.應(yīng)力分析 采動(dòng)前斜坡的應(yīng)力狀態(tài)主要取決于地表形態(tài)，軟弱央層對應(yīng)力分布沒有明顯影響，斜坡的最大主應(yīng)力。最小主應(yīng)力幾及最大剪切應(yīng)力瑞等值線大致與地形相同，總的

60、應(yīng)力狀態(tài) 與穩(wěn)定的自然斜坡相一致。地下開采后，斜坡主應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，當(dāng)采空區(qū)位于斜坡后 緣地表為平地時(shí)，采空區(qū)上方垂直應(yīng)力減小，水平應(yīng)力增大，而煤柱上方垂直應(yīng)力增大，水 平應(yīng)力減小，使應(yīng)力等值線呈現(xiàn)‘波浪'形狀，但是，斷層附近巖體的應(yīng)力分布為非連續(xù)性，產(chǎn) 生應(yīng)力下降槽乃致拉應(yīng)力區(qū)。當(dāng)采動(dòng)范圍達(dá)到軟弱夾層及斜坡時(shí)，引起應(yīng)力重新分布，隨 著工作面的推進(jìn)最大主應(yīng)力。在夾層之間產(chǎn)生應(yīng)力集中，在煤柱上方和靠近斜坡后緣更 甚，最小主應(yīng)力。

61、沿夾層產(chǎn)生局部拉應(yīng)力區(qū)最大剪應(yīng)力在夾層之間產(chǎn)生應(yīng)力集中，而夾層 本身編較周圍巖體小這表明該處的剪應(yīng)力被部分轉(zhuǎn)化為位移或變形。電廠區(qū)表土層口應(yīng) 力變化非常復(fù)雜，拉壓應(yīng)力交替出現(xiàn)，這表明該處可能成為斜坡滑移的剪切出口。</p><p>　　2.塑性分析 采動(dòng)前的斜坡僅在斷層及斜坡坡角處產(chǎn)生小范圍的塑性屈服區(qū)，地下開采后，斷層帶及斜坡后緣巖體的塑性區(qū)迅速擴(kuò)大，隨著采空區(qū)向斜坡前緣發(fā)展，塑性帶基本上分布于 整個(gè)軟弱夾層和

62、后緣巖體中。</p><p>　　3.位移分析 當(dāng)采空區(qū)位于斜坡后緣地表為平地時(shí)，移動(dòng)變形符合巖層移動(dòng)的一般規(guī)律，當(dāng)采動(dòng)區(qū)達(dá)到斜坡及軟弱夾層范圍后軟弱夾層上下巖體產(chǎn)生相對移動(dòng)電廠區(qū)地表產(chǎn)生位移和抬 升，其規(guī)律性與象山滑坡實(shí)際情況及模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。</p><p>　　4.滑坡機(jī)制分析 綜合分析表明，象山采動(dòng)滑坡發(fā)生的機(jī)制為斜坡在開采影響下，后緣巖體首先引起應(yīng)力變化。產(chǎn)生塑性屈服乃致拉

63、裂隨著采空區(qū)向前發(fā)展塑性區(qū)沿軟弱夾層不斷向下坡方 向沿伸，在斜坡巖體產(chǎn)生開采移動(dòng)變形的同時(shí)，后緣巖體在重力作用下開始沿著己屈服的 軟弱夾層剪切蠕動(dòng)并推動(dòng)前緣坡體產(chǎn)生順層剪切滑移，電廠區(qū)的移動(dòng)即是斜坡體沿軟弱 夾層向下坡方向蠕動(dòng)并擠壓推動(dòng)表土巖體所致。斜坡失穩(wěn)的模式可歸結(jié)為"地下采空一 后緣坡壞一剪切蠕動(dòng)"的推動(dòng)式順層滑坡破壞模式。</p><p><b>　　結(jié)束語</b>

64、;</p><p>　　1.分析國內(nèi)礦難頻頻發(fā)生的原因所在，提出對礦山測量成果可靠性分析必要性。</p><p>　　2. 礦區(qū)坐標(biāo)系的建立及它所涉及的中央子午線、投影面的合理選擇，不同坐標(biāo)系 之問的相互轉(zhuǎn)換。介紹了三種求解長半軸改正量的方法和它們之間的差異。地方坐標(biāo)系 回歸國家坐標(biāo)系的方法研究。</p><p>　　3. 介紹了邊長觀測法、平差結(jié)果直觀法、F 檢驗(yàn)

65、法、同名基線法對控制網(wǎng)起算點(diǎn) 兼容性分析和它們分別適合的場合。起算點(diǎn)少和分布對測量結(jié)果及抗和差性的影響。</p><p>　　4.控制網(wǎng)的可靠性與效率，分別對 GPS控制網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)進(jìn)行介紹并比較其差異性。</p><p>　　5. 從地下開采對誘發(fā)山體滑坡、產(chǎn)生地表裂縫的規(guī)律和斷層對開采的影響來分析 開采沉陷的可靠性。</p><p>　　6. 介紹陀螺經(jīng)緯儀的應(yīng)用

66、和導(dǎo)線網(wǎng)角度平差計(jì)算的方法，比較了它與簡易平差的 差異，得出嚴(yán)密平差更為可靠的結(jié)論。</p><p>　　隨著全球定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，地面測量自動(dòng)化程度已有大幅度提高。但是，面向礦 井內(nèi)部的快速定位與自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，除傳統(tǒng)的陀螺定向與初露端倪的影像匹配定位技術(shù) 之外，尚沒有滿足礦山工程精度與作業(yè)速度要求的地下快速定位與自動(dòng)導(dǎo)航的理論、技 術(shù)與儀器。礦山測量自動(dòng)化是解決井下實(shí)時(shí)定位、礦山及時(shí)救護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)手段。如果

67、礦工配備這樣的系統(tǒng)，那么井下施工時(shí)不但能及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的危險(xiǎn)，而且隨時(shí)給予地面 的位置信息，可有效實(shí)施井下?lián)尵群吞岣吖と俗晕曳雷o(hù)能力，因此應(yīng)如何保證其測量成 果的可靠性應(yīng)作為礦山測量重要的科研方向和攻關(guān)目標(biāo)。開采沉陷這塊應(yīng)該根據(jù)礦區(qū)的 實(shí)際地質(zhì)情況建立具有前瞻性的觀測站，分析開采損害可能的實(shí)際影響。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是

68、在 老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到研究、撰寫、從資 料的準(zhǔn)備到論文的審閱和修改，導(dǎo)師在百忙之中傾注了大量心血。入學(xué)以來，老師在學(xué)習(xí)和生活上給予了無微不至的關(guān)懷和鼓勵(lì)，是本論文順利完成的支柱。老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué) 的態(tài)度、一絲不茍的求實(shí)精神和對事業(yè)孜孜不倦的追求與奉獻(xiàn)深深影響著我，令我終身受益。在我的論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x和誠摯的敬意。</p><p>　　最后，感謝我的父母、兄長、及親朋好友

69、，無論境遇如何，他們始終陪伴著我，分享著我的快樂，分擔(dān)著我的痛苦。在平時(shí)的生活學(xué)習(xí)中，他們始終給予我充分的理解和支持，使我能夠?qū)Ｗ⒂趯W(xué)業(yè)和工作，不斷的向人生目標(biāo)邁進(jìn)。對他們表示深深的感謝!</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]關(guān)桂良，礦山測量.煤炭工業(yè)出版社.1995.</p><p>　　[2] 孔樣元，

70、梅是義.控制測量學(xué).武漢大學(xué)出版社.2°°1.</p><p>　　[3] 洪立波.關(guān)于城市測量投影面和投影帶選擇問題商討測繪通報(bào)，1983(2).</p><p>　　[4]何佳，韓燕等，國家坐標(biāo)系與基于工程投影面的地方坐標(biāo)系坐標(biāo)變換通用計(jì)算模型 研究.城市勘測.2°°7.</p><p>　　[5] 施坤，陳云波等，參

71、考橢球大小可變的高斯大地解算方法研究.昆明理工大學(xué)學(xué) 報(bào).2°°4(29).</p><p>　　[6] 管大禹，位于不同參考橢球下投影面坐標(biāo)的確定.城市勘測.2°°8.</p><p>　　[7] 余代俊，試論選擇地方參考橢球體長半徑的合理公式.測繪科學(xué).2°°5(3°).</p><p>

72、　　[8] Gui Q，Guo J，Yang Y and Sui L (2°°1a).Biased estimation in Gauss-Markov model not offull raJ業(yè).AVN 11-12: 39°-393.</p><p>　　[9] Gui Q，Yang Y and Guo J (2°°1b).Biased e

73、stimation in Gauss-Markov model withconstraints. AVN 1: 28-3°.</p><p>　　[1°] 陳麗華，汪孔政，關(guān)于參考橢球平均半徑的探討測繪通報(bào).2°°°(1°). [11] 張述清，李永云.地方獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的建立及實(shí)現(xiàn).測給工程.2°°7(4).</p>

74、;<p>　　[12] 罩輝.某城市獨(dú)立坐標(biāo)系與 1954 北京坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方案測繪學(xué)院學(xué)報(bào).2°°2(4). </p><p>　　[13] 王巖，岳建平，等，工程控制網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性分析方法的研究測繪通報(bào).2°°4(8). </p><p>　　[14] 陳義，劉大杰，GPS 起算點(diǎn)的穩(wěn)健選擇.解放軍測給學(xué)報(bào).1995，12(3).&l

75、t;/p><p>　　[15] 吳向陽，GPS 網(wǎng)中己知點(diǎn)坐標(biāo)正確性的檢核.測繪通報(bào).1997(1). </p><p>　　[16] 紀(jì)奕君，起算數(shù)據(jù)對 GPS 測量成果的影響分析.礦山測量.2°°3(2).</p><p>　　[17] 陶本藻，測量數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)計(jì)理論和方法測繪出版社.2°°7.</p>&