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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p> 礦山測(cè)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(cè)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,國(guó)家對(duì)煤礦資源的需求日益增加,而緊隨的礦
3、難頻頻發(fā)生無(wú)不給我們敲響了警鐘,同時(shí)對(duì)資源開采的安全性也越來(lái)越重視起來(lái),論文主要從礦 山測(cè)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(cè)量成果的可靠性及其保 證措施。</p><p> 通過(guò)對(duì)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(wèn)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(guó)家坐標(biāo) 系的轉(zhuǎn)換。</p><p> 控制測(cè)量時(shí),要
4、聯(lián)測(cè)一些國(guó)家或地方坐標(biāo)系下的點(diǎn)作為起算點(diǎn),但聯(lián)測(cè)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?cè)诎崖?lián)測(cè)點(diǎn)加入控制網(wǎng)平差時(shí)應(yīng)該對(duì)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(cè)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(wèn)接影響的情況與對(duì)策。</p><p> 論文從實(shí)際工作出發(fā),對(duì)控制網(wǎng)的可靠性與效率的評(píng)價(jià)及
5、陀螺經(jīng)緯儀在礦山貫通測(cè) 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(cè)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(guó)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(duì)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(yǔ)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(lái)我國(guó)媒體最為關(guān)注的問(wèn)題之一就是"礦難"。根據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局 的數(shù)據(jù),2001 年到 2004 年,我國(guó)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(méi)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(guó)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(chǎng)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(cè)量就是其中之一。礦區(qū)沒(méi)有一個(gè)很好的測(cè)量工作體系,這就沒(méi)法 對(duì)礦區(qū)的建設(shè)、開采設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù):對(duì)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(duì) 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(cè)量工作體系是非常不健全的 一一測(cè)量成果粗糙、資料不全、開采的不合理、對(duì)可能發(fā)生的事故沒(méi)有前瞻性研究建立 觀測(cè)站(如開采沉陷變形監(jiān)測(cè))。因而當(dāng)?shù)V難發(fā)生時(shí)因開采紊亂,對(duì)地下巷道的不了解, 導(dǎo)致救援工作不能很好的鋪展開來(lái),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(lái)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(wú)法排除的安全隱患,如按現(xiàn) 有方案繼續(xù)強(qiáng)排水,會(huì)造成新的安全事故,風(fēng)險(xiǎn)很大且無(wú)實(shí)際意義。</p><p> 2007 年從 7 月中旬到 8 月下旬,全國(guó)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(shuō),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(chǎng),沙場(chǎng)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(guò) 300 米,在河道超水位的情形之下,為什么沒(méi)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(huì)減輕許多?</p><p> §1.2 礦山測(cè)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(cè)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(cè)量和竣工驗(yàn)收測(cè)量: (3)測(cè)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(cè)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(duì)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(chǎng)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(guò)程中,都必須經(jīng)常不斷地進(jìn)行測(cè)量工作。</p><p> 根據(jù)由整體到局部,高級(jí)控制低級(jí)的原則,一個(gè)礦區(qū)或井回范圍內(nèi)的測(cè)量工作,主 要包括地面測(cè)量、井上下聯(lián)系測(cè)量。它們的相互聯(lián)系和工作順序見(jiàn)圖1.1。</p>
19、;<p> 圖1.1礦rx:測(cè)量流程</p><p> 由上表看出,地面測(cè)量是基礎(chǔ):聯(lián)系測(cè)量是橋梁:井下測(cè)量是反映采掘平衡關(guān)系的 主要依據(jù),以其測(cè)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(cè)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?jiàn),測(cè)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(cè)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(duì)照?qǐng)D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(guò)礦山測(cè)量顯示出來(lái)。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(cè)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(jiǎn)略說(shuō)來(lái)就是將橢球面各元素(包括坐標(biāo)、方向和長(zhǎng)度)按一定的數(shù) 學(xué)法則投影到平面
22、上。研究這個(gè)問(wèn)題的專門學(xué)科叫地圖投影學(xué)。這黑所說(shuō)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(duì)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(wèn)題也就是建立橢球面元素與投影面相對(duì)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(huì)和原來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)度和面積有變形)、等距投 影(投影前后長(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)測(cè)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(guó)另一位測(cè)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(guò)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(guó)規(guī)定按經(jīng)差 6° 和3° 度進(jìn)行投影分帶,為大比例尺測(cè)圖和工程測(cè)量采用 3 ° 帶投影。特殊情況下工程測(cè)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(hào) 1,2,3,...。我國(guó)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(hào)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(hào)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(shuō)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(huì)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(duì)邊長(zhǎng)的變形不是相抵償而是相加的。當(dāng)測(cè)區(qū)國(guó)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(lái)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(guó)家坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換</p><p> 似國(guó)家坐標(biāo)系不是嚴(yán)格的國(guó)家坐標(biāo)系下的坐標(biāo),因?yàn)樗鼪](méi)進(jìn)行縮放,只是對(duì)獨(dú)立坐 標(biāo)系相對(duì)于國(guó)家坐標(biāo)系進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn),使它們對(duì)應(yīng)重疊。礦
31、區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)與國(guó)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(guò)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(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo),但是由于涉及 測(cè)量資料、成果的使用、交換、上交、存檔等一系列的問(wèn)題,尤其是國(guó)土資源廳對(duì)礦山 開采范圍控制對(duì)井上下地形圖的要求,煤礦測(cè)量一般應(yīng)采用國(guó)家統(tǒng)一的北京 54、國(guó)家8°、最新 2°坐標(biāo)系統(tǒng)。對(duì)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(guó)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(yáng)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(guó)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(guò)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(lái)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(zhǎng)度變形一般不大于 土2.4cm/km;井下測(cè)量成果投影至投影面的長(zhǎng)度變形一般不大于士1.5cm/km。礦山工程以 井下測(cè)量為主,因此應(yīng)盡可能地保證井下測(cè)量成果的可靠性。</p><p> 通過(guò)測(cè)量解算國(guó)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(guó)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(guó)家坐標(biāo)系</p><p> 國(guó)家坐標(biāo)系與似國(guó)家坐標(biāo)的比較見(jiàn)表 2.3°</p><p>
37、 通過(guò)對(duì)表 2.3分析,似國(guó)家坐標(biāo)系與國(guó)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(guó)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(cè)量 手冊(cè)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(shuō)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(cè)量成果所于WGS.84坐標(biāo)系,最終要把它轉(zhuǎn)換到國(guó)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(cè)幾個(gè)國(guó)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(duì)精度比地面網(wǎng)的精度要高,這可以從GPS無(wú)約束平差和約束平差結(jié)果的精度區(qū)別出來(lái)。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(duì)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(duì)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?cè)跍y(cè)區(qū)的分布對(duì)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(lái)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(duì)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(hào)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(jiàn)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(duì)其他控制點(diǎn)的影響也不是特別的明顯,說(shuō)明這種點(diǎn)位對(duì)整個(gè)網(wǎng)型的抗粗差能力很強(qiáng)。</p><p> FOOl、F002都位于測(cè)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(shuō)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。總的來(lái)說(shuō),起算點(diǎn)應(yīng)盡量在測(cè)區(qū)的外圍,覆蓋范圍包含測(cè)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(wèn)題時(shí),我們又如何把原先的成果糾正過(guò)來(lái)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(duì)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(wèn)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(méi)建立起來(lái)之前所有測(cè)量都是用的舊控制網(wǎng)的成果,這就需要對(duì)這些測(cè)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(lái)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(guò)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(duì)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(lái)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(lái),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(yáng)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(tái)高大以上,滑動(dòng)體推動(dòng) 前緣臺(tái)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(guò)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(guò)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(méi)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(duì)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(duì)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(duì)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(tái)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(cè)資料,在沿?cái)鄬幼呦虻钠拭嫔?,斷層露頭處的臺(tái)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(lái)深;ðo一一走向邊界角。</p><p> 斷層對(duì)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(tái)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(guò)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(tái)階。一般情況下臺(tái)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(tái)階下錯(cuò)也有可能朝向老采區(qū)的方向。臺(tái) 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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)力分布沒(méi)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(duì)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(yǔ)</b>
64、;</p><p> 1.分析國(guó)內(nèi)礦難頻頻發(fā)生的原因所在,提出對(duì)礦山測(cè)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(wèn)的相互轉(zhuǎn)換。介紹了三種求解長(zhǎng)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(guó)家坐標(biāo)系的方法研究。</p><p> 3. 介紹了邊長(zhǎng)觀測(cè)法、平差結(jié)果直觀法、F 檢驗(yàn)
65、法、同名基線法對(duì)控制網(wǎng)起算點(diǎn) 兼容性分析和它們分別適合的場(chǎng)合。起算點(diǎn)少和分布對(duì)測(cè)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(duì) 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(duì)誘發(fā)山體滑坡、產(chǎn)生地表裂縫的規(guī)律和斷層對(duì)開采的影響來(lái)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(jiǎn)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(cè)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(méi)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(cè)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(cè)量成 果的可靠性應(yīng)作為礦山測(cè)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(cè)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(lái),老師在學(xué)習(xí)和生活上給予了無(wú)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(duì)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(chéng)摯的敬意。</p><p> 最后,感謝我的父母、兄長(zhǎng)、及親朋好友
69、,無(wú)論境遇如何,他們始終陪伴著我,分享著我的快樂(lè),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(duì)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(cè)量.煤炭工業(yè)出版社.1995.</p><p> [2] 孔樣元,
70、梅是義.控制測(cè)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(cè)量投影面和投影帶選擇問(wèn)題商討測(cè)繪通報(bào),1983(2).</p><p> [4]何佳,韓燕等,國(guó)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(cè).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(cè).2°°8.</p><p> [7] 余代俊,試論選擇地方參考橢球體長(zhǎng)半徑的合理公式.測(cè)繪科學(xué).2°°5(3°).</p><p>
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