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1工程测量与工程地质
一建矿业之工程测量与工程地质知识总结，包括工程测量控制网的布设要求、施工测量的工作内容和要求、常用测量仪器和使用方法等。
编辑于2022-06-15 11:46:58- 一建矿业…
- 工程测量与工程地质
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工程测量与工程地质
工程测量控制网的布设要求
功能与地位
概念和目的
施工测量是按设计图纸的要求，将建（构）筑物的大小、形状、位置、高程在实地进行放样、标定，为工程项目施工提供基本条件。
施工测量应达到一定的精度，满足设计要求，测量工作的结果也是检验和验收工程项目的施工质量的基本依据
地位
程序上“有整体到局部”，步骤上“先控制后细部”，精度上“由高级到低级”
施工测量控制网
概念和目的
在整个测区范围内建立的若干具有统一坐标、精度相当、有确定位置的控制点、测站点。
成为整个工程范围内的分区、分段的控制基础和起算基准，也是工程建（构）筑物的放样依据，还可以控制测量误差的传递和积累
一般原则
如果已有控制网，可利用已有的控制网。利用已有的控制网必须满足精度要求，如果不满足，可选用个别点作为新建控制网的起算依据
当无相应控制网，或控制网不满足测量技术要求时，则应另设施工控制网
施工平面控制网的坐标系统，应与工程设计所采用的坐标系统相同
控制网的测点，应根据总平面图和施工总布置图设计确定
整个控制网的精度并不均匀一致，局部控制网的精度由建筑物的建筑限差确定
建筑物的工程性质
结构形式
建筑材料
施工方法
矿区测量控制网（近井网）的布设要求
概念和目的
满足矿山建设和生产对空间位置的精确定向定位所需要的测量控制网。矿区测量控制网也称近井网
将矿区的整个测量系统纳入统一的平面坐标系统和高程系统之中，，它可以是国家等级控制网的一部分，也可以单独布设。
布设要求
矿区控制网的布设要求
采用国家3°带高斯平面直角坐标系统，在特殊数情况下，也可采用任意中央子午线或矿区平面高程面的矿区坐标系统。面积小于50km²且无发展可能时，可采用独立坐标系统
矿区高程应尽可能采用1985国家高程基准，当无此条件时，方可采用假定高程系统
矿区首级平面控制网一般在国家一、二等平面控制网基础上布设。布设范围和等级选择，应由矿区的长度确定，且宜布设成环形网。
近井网及其布设要求
概念
建立在井口附近的平面控制点和高程控制点称为近井点和井口高程基点。近井点和井口高程基点都是矿山测量的基准点。
布设要求
近井点可在矿区三、四等平面控制网的基础上测设：插网、插点、敷设经纬仪导线或GPS定位
井口高程基点的高程精度，应满足两相邻井口间进行主要巷道贯通的要求
近井点和高程基点应尽可能埋设在便于观测、保存和不受采动影响的地点
无冻土地区埋设深度不小于0.6m
冻土地区盘石顶面与冻结线之间的高度不小于0.3m
采取在点的周围设置保护桩、栅栏等安全措施
井下平面导线控制与高程控制测量
井下平面导线控制测量
井下平面控制测量主要采用导线测量的形式：以前井下导线多采用“经纬仪-钢尺导线”，现在有“光电测距导线”、“全站仪导线”和“陀螺定向-光电测距导线。
平面导线控制测量的特点和要求
井下平面控制分为基本控制和采区（煤矿）控制，都应敷设成闭（附）合导线或复测支导线
基本控制导线分为两级，测角精度为±7 "和±15 "
基本控制导线每隔1.5～2.0km加测一条陀螺定向边，以提供检核
煤矿采区控制导线的测角精度分为±15 "和±30 "
井下高程控制测量要求
主要水平运输巷道的高程控制测量，一般采用精度不低于DS10级的水准仪和普通水准尺进行
其他巷道，可根据巷道的坡度大小、工程要求等具体情况采用水准测量或三角高程测量测定
施工测量的工作内容和要求
联系测量工作与施工要求
概念：将矿区地面的平面坐标系统和高程系统传递到井下的测量
平面联系测量称为定向
高程联系测量称为导入高程
联系测量的方法
定向
几何定向
平硐或斜井定向
一井定向
两井定向
物理定向
采用精密仪器或陀螺经纬仪等
导入高程
立井导入高程
平硐导入高程
斜井导入高程
基本要求
联系测量前，必须在井口附近建立近井点、高程基点和连测导线点，同时在井底车场稳固的岩石中或碹体上埋设不少于4个永久导线点和3个高程基点（也可用永久导线点作为高程基点）
联系测量应至少独立进行两次，在误差不超过限差时，采用加权平均值或算数平均值作为测量结果
尽量采用陀螺经纬仪定向，只有不具备条件时才采用几何定向
立井采用长钢尺（丝）导入高程和光电测距仪导入高程。两次导入高程的误差不得超过井深的1/8000。
平硐导入高程可以用井下水准测量；斜井导入高程一般用三角高程测量
贯通测量工作和施工要求
贯通测量几何要素
概念
井下两个或多个相向或同向掘进工作面掘进同一井巷，使其贯通的测量方式
分类
一井贯通
由井下一条起算边开始
两井贯通
不能由井下一条起算边开始，要求两井通过各自的联系测量，使其贯通
立井贯通
从地面及井下相向开凿的贯通
立井向深部延深的贯通
几何要素
井巷中心线坐标方位角
腰线倾角（坡度）
贯通距离
工作内容和要求
贯通测量导线最后（不少于3个）测站必须牢固。最后一次标定贯通时，两个相向工作面的距离不得小于50m
贯通测量应在贯通巷道两工作面在岩巷中剩下15～20m（煤巷中20～30m）（快速巷道贯通前2d），测量负责人应书面报告技术负责人，并通知安全检查和施工区、队等
贯通后应立即测量出实际的贯通偏差值，连接两端导线，计算各项闭合差，并对最后一段巷道的中腰线进行调整
巷道贯通偏差值
水平面内垂直于巷道中线的左右偏差
竖直面内垂直于巷道腰线的上下偏差
立井贯通的平面差是指在水平面内上下两段贯通井筒中心线之间的偏差
井巷施工测量工作
井筒和井口相关测量和标定
井筒中心
井筒十字中线
井筒十字中线的设置应在两个不受破坏的地点埋设两组（每组不少于四个）大型的钢筋混凝土基点，并作为全工业广场的基本控制点
井筒十字中线的设置应在建井初期完成
对于有提升设备的立井井筒十字中线的设置，井筒每侧均不得少于3个，点间距不小于20m，离井口边缘最近的十字中线点距井筒不小于15m（用沉井、冻结法施工时不小于30m）
立井施工的测量工作和要求
圆形井筒施工应以悬挂井筒中心垂线为掘砌的依据。
为检查井壁竖直程度及控制预留梁窝位置，还需悬挂边垂线
井筒砌壁时，至少每个15m要用中心垂线检查依稀边垂线或井壁的竖直程度
煤矿井筒施工采用激光指向时，检查仪器设备，每隔100m用悬挂垂线对光束进行一次检查和校正
井筒每掘进20～30m采用井筒中心线校核，偏差不得大于15mm
井筒砌壁每隔10～20m进行校核，偏差不得大于5mm
井筒掘进到井底车场、装载硐室或其他连接硐室，应重新测量井深，并做好测量定位、定向工作；马头门或装载硐室上方至少设立两个高程点
井筒内两垂线方向掘进的井底车场巷道超过15m时，进行初次定向。车场巷道掘进到40～50m时，应按联系测量的规定进行定向测量
巷道掘砌测量相关要求
应标设中线和腰线，最前面中腰线点至掘进工作面的距离不超30～40m。同一矿井的腰线距巷道底板（轨面）的高度宜为定值
主要巷道中线应用经纬仪标定，主要运输巷道腰线用经纬仪、水准仪或连通管水准器。新开口的巷道中线和腰线，掘进至4～8m时，应检查或重新标定中腰线
采用激光指示巷道方向和高程时，指向仪距离工作面不宜小于70m；每组中腰线点不少于3个，点之间的距离不应小于3m
常用测量仪器和使用方法
经纬仪：测量水平角和垂直角的仪器
水准仪：测量两点之间高差的仪器
钢尺和光电测距仪：两点之间距离
全站仪：测量水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差
激光扫平仪：利用激光束绕轴旋转扫出平面
激光垂线仪：进行竖向准直
陀螺经纬仪：测定地理方位角
工程地质和水文地质
矿山地址与工程地质条件分析与评价
土体工程性质
砂土和粘性土
砂土
砂土是土的颗粒组成中砂粒含量较高的土体
按颗粒继配可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂
砂土一般不具备黏性
黏土
含水量是影响黏性土性质的决定性因素
根据含水量多少，可分为：固态、半固态、可塑态和流动态
黏性土的状态指标
塑性指数
塑性指数大，表示在塑性状态下含水量范围大
按塑性指数分为：黏土和粉质黏土
液性指数
液性指数大，表示天然含水量高、土质更软
按液性指数分为：坚硬黏土、硬塑黏土、可塑黏土、软黏土和流塑黏土
土的可松性
最初可松性系数Kp=V₂/V₁
最终可松性系数Kp＇=V₃/V₁
Kp＞Kp＇＞1
土的压缩性和地基变形
当地基荷载较小时，地基沉降与荷载呈线性关系，荷载增加到一定程度后，沉降速率将变大，继续增大荷载将出现整体性破坏
土的休止角：在自然堆积状态下的坡脚，也即土体可以自稳的坡度
土的抗剪强度
评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标
包括黏聚力和摩擦力
一般砂土的黏聚力为零，黏性土的摩擦力主要源于黏土颗粒表面存在有吸附水膜的作用
影响无黏性土体抗剪强度的因素
土体颗粒性质（粒径级配、颗粒形状、颗粒性质）
粒间紧密程度（孔隙比）
黏性土的抗剪强度主要受颗粒间的物理化学作用（黏性颗粒成分性质、密度、离子浓度等带电性质等
土压力：静止土压力、主动土压力、被动土压力
土的工程分类
分为8类16个级别
从五类土（五级以上）及以上部分使用爆破方法；七类土（十级）及以上只能用爆破方法
岩石的类别及其特性
沉积岩
分为砾岩、砂岩及黏土岩、各种碳酸盐（石灰岩、灰岩）
粗颗粒沉积岩性质主要取决于胶结成分；细颗粒沉积岩的性质与颗粒的矿物成分有很大关系
岩浆岩
根据成因分为火山岩和侵入岩
深成岩——浅成岩——喷出岩的强度和抗风化能力形成成高到低排列
变质岩
随变质环境（母岩种类、温度、压力）的不同，石英岩、片麻岩、板岩、大理岩等
变质程度越深岩性越好
岩石工程分类
Ⅳ稳定性较差岩层，围岩的稳定时间仅有几天：页岩、泥岩、胶结不好的砂岩、硬煤
Ⅴ不稳定岩层，围岩很容易产生冒顶片帮
地质构造及其对矿山工程的影响
地层单位与地层年代
地质年代：代、纪、世
地层年代：界、系、统
地层赋存特点与地质构造对矿山工程的影响
地层产状与地质构造形式
地层产状主要参数：走向、倾向和倾角
地质构造形式
断裂构造
指岩层有断裂、失去连续性和完整性的构造形态
断裂构造三种形式
裂隙：没有完全断裂，岩层部分仍有联系
节理：岩层已经完全断裂但是没有出现移动
断层：完全断裂且两侧岩层有明显移动
单斜构造：在一定范围内岩层大致向一个方向倾斜的构造形态
褶皱构造：褶皱构造指岩层受挤压后弯曲，仍保持连续性的构造形态
基本形式褶曲，分为背斜和向斜
背斜是岩层层面凸起的弯曲构造；向斜是岩层层面凹下的弯曲构造
断层及其对矿山工程的影响
重要的断层要素
断层面和断层线
断盘
端距和落差
断层的走向、倾向和倾角
断层的分类
正断层：上盘相对下降，下盘相对上升
逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降
平推断层：两盘沿近直立的断层面作水平移动
断层对矿山工程的影响
断层给矿井掘进、运输、巷道维护及开采带来困难，造成支护困难，也可能造成井下突水
对于有与含水层相联系的断层，则要求预先探水
原岩应力概念及其地位
原岩应力的地位
原岩应力组成部分：自重应力和构造应力
围岩压力既作用于围岩，也会因为支护限制围岩的变形而承受围岩压力，称为：围岩-支护共同作用
构造应力特点：构造应力的分布是局域性的；构造应力一般以水平应力为主
矿山工程水文地质条件分析与应用
矿井充水来源
大气降水
地表水
含水层（带）水
老窑水
因水中含有硫酸根离子，对井下设备具有一定的腐蚀
矿井充水通道
岩石的孔隙与岩层的裂隙
断裂构造带
导水陷落柱
岩溶塌陷及天窗
人为因素产生的通道
未封闭或封闭不良的钻孔
矿井长期排水导致形成的通道
采掘活动导致形成的通道
矿井水文地质观测
钻孔水位观测
矿井涌水量的观测
浮标法
堰测法
容积法
观测水仓水位法
矿井涌水量的预测方法
地下水动力学法（大井法）
水文地质比拟法
涌水量与水位降深曲线法
矿井水文地质类型划分
分为：简单、中等、复杂、极复杂
矿井水文地质类型每三年修订1次
水文地质条件复杂、极复杂矿井每月至少开展一次水害隐患排查
其他矿井应当每季度至少开展一次
矿井水的综合防治
基本原则：预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采
基本方法：探、防、堵、疏、排、截、监
地面防水
地面排水工程：挖沟排（截）洪、河流改道、整铺河床、堵塞通道等
井下防水
探放水
探水起点的确定
探水钻孔的参数
超前距：一般采用20m，在薄煤层中可缩短，但不得小于8m
允许掘进距离：经探水证实无水害威胁，可安全掘进的距离
钻孔密度：其值一般不超过3m，以免漏掉积水区
帮距：其值应与超前距相同
探放水的布置原则
薄煤层孔少，厚煤层孔多
探水钻孔布置一般平巷不少于3组、上山巷道不少于5组，每组1～3孔
探放水注意事项
制定好安全技术措施
安装好放水孔孔口管、闸阀、防喷装置
井下探放水采用专用钻机，由专业人员和专职探放水队伍施工
留设防隔水煤（岩）柱
一经确定，不得随意变动
严禁在各类防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动
设置防水闸门和防水闸墙
疏干降压
考虑疏干降压的条件
矿层及其顶板含水层的涌水
矿层赋存于隔水或弱含水层中，但矿层顶底板岩层中存在含水丰富或水头很高的含水层，或含水不丰富但属流沙层，有突然涌水涌砂的危险
露天开采时，由于地下水的作用，导致边坡滑落
按疏干时间阶段划分，疏干降压分为：预先疏干、平行疏干
按疏干主体工程所在地点，分为：地面疏干、地下疏干、联合疏干
矿井排水
矿井排水方式
直接排水
分段排水
混合排水
排水系统构成
排水沟
水仓
泵房
排水管路
排水设备
工作水泵：20h内排出矿井24h的正常涌水量
备用水泵：不应小于工作水泵能力锝70%
工作水泵和备用水泵总能力：在20h内排出矿井24h的最大涌水量
检修水泵：能力不应小于工作水泵能力的25%
对于采用平硐泄水的矿井，总过水能力应当不小于历年最大渗入矿井水量的1.2倍
注浆堵水
下述条件可采用此法
当老空水或被淹井巷水与强大水源有密切联系，单纯排水不可能或不经济时
当井巷必须穿过含水丰富的含水层或充水断层，不隔离水源无法掘进时
大涌水量的矿井为减少矿井的涌水量，降低常年排水费用的情况下
种类
静水注浆
动水注浆
矿山地质图及其应用
矿图的概念及绘制
概念：表示矿区地面自然状态的地形、地物、地貌等要素和经济现状，反应矿井地址条件和采掘活动情况
矿图的绘制
绘制采用正投影和标高投影方法
框图坐标和坐标网格
坐标：X轴与地球子午线方向一直，表南北方向，指北为正，Y轴表东西方向，指东为正
坐标网格间距一般为10cm
矿图比例：1:10000,1:5000,1:2000,1:50
矿图的种类及用途
矿图的分类
基本矿图、专门矿图、日常生产用图和生产交换图四类
基本矿图及其用途
井田地形地质图
反应井田范围内地物、地貌及地表等地质特征
工业场地平面图
作为工业场地规划设计、改扩建和保护矿柱设计的依据
井底车场平面图
为矿井生产和进行改扩建设计服务
采掘工程平面图
反映采掘工程活动和 地址特征的综合性图纸，是矿井最重要最基本的图纸，主要用于指挥生产、掌握采掘进度、了解与临近矿层的空间关系、修改地质图纸等，作为编绘其他生产用图的基础
主要巷道平面图
反映矿井某一开采水平内的主要巷道布置和地质特征的综合性图纸，为安全生产、掌握巷道进度等提供基础材料
井上下对照图
反映地面的地形、地貌、地物和井下的采掘工程之间的空间位置关系的综合性图纸
井筒断面图
为矿井井筒设备安装和井筒维修等提供资料
主要保护矿柱图
反映井筒和各种重要建（构）筑物面授采动影响所划定的矿层开采边界综合性图纸，为矿井改扩建设计、确定开采边界和指挥生产提供资料依据
常用地质图
钻孔柱状图
地质剖面图
底板等高线图
矿图的读法
主要依靠地物的颜色、符号、说明和注记以及图中标记
地层结构和地质构造的表示方法
岩（矿）层产状表示
岩（矿）层的走向
岩（矿）层底板等高线的延伸方向
岩（矿）层的倾向
垂直于岩（矿）层底板等高线由高指向低的方向
岩（矿）层的倾角
通过计算岩（矿）层底板等高线的等高距和等高线平距之比的反正切来求取
等高线发生弯曲表示矿体走向发生变化；等高线密集程度发生变化，表示矿体倾角发生变化
巷道与巷道间的关系
水平巷道和倾斜巷道主要是通过巷道内导线点的标高来辨别
区分巷道相交和相错主要是通过两条巷道内导线点标高间的关系
部分地质构造的表示
岩层底板等高线出现弯曲，一般说明有褶皱构造
岩层底板等高线出现中断或错开，则有可能是由于陷落柱、断层等地质构造引起的
正断层表现为等高线的缺失，逆断层表现为等高线的重叠