馬永進(jìn) 靳寶 竇全亞

【摘要】 針對(duì)地下礦山的巷道貫通測(cè)量，對(duì)陀螺全站儀的測(cè)量原理和精度進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上給出了陀螺全站儀在巷道貫通測(cè)量中的應(yīng)用。用加測(cè)陀螺邊的方法對(duì)精密導(dǎo)線進(jìn)行了檢核和平差，順利指導(dǎo)了的巷道的掘進(jìn)和貫通。

【關(guān)鍵詞】陀螺全站儀；井下巷道；陀螺定向；貫通測(cè)量

引言

巷道貫通測(cè)量是礦山測(cè)量中的一項(xiàng)重要工作。地下工程貫通測(cè)量成果的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)礦井的建設(shè)、生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。運(yùn)用陀螺全站儀進(jìn)行井下方位定向，能有效控制測(cè)角誤差的傳遞，在長距離井下導(dǎo)線測(cè)量中極大地提高了導(dǎo)線的精度和可靠性，防止了誤差累積。

1 工程概況

司家營田興鐵礦位于河北省灤縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)年開采礦石量達(dá)1500萬噸，地理緯度為北緯。此次要面臨巷道貫通的兩條井為東北回風(fēng)井和北進(jìn)風(fēng)井，其中東北回風(fēng)井已經(jīng)掘進(jìn)巷道1739米，北進(jìn)風(fēng)井掘進(jìn)巷道164米。

2 陀螺全站儀測(cè)量原理及陀螺方位角計(jì)算

2.1 陀螺全站儀測(cè)量原理

自由陀螺儀有兩個(gè)特性：

①陀螺軸在不受外力作用時(shí)，它的方向始終指向初始恒定方位，所謂定軸性。

②陀螺軸在受外力作用時(shí)，將產(chǎn)生非常重要效應(yīng)―“進(jìn)動(dòng)”，所謂進(jìn)動(dòng)性。

2.2 陀螺方位角計(jì)算

①儀器常數(shù)的計(jì)算：陀螺儀軸與望遠(yuǎn)鏡光軸及觀測(cè)目鏡分化板零分化線所代表的光軸通常不在同一豎直面中，所以假想的陀螺儀軸的穩(wěn)定位置通常不與地理子午線重合，二者的夾角稱為儀器常數(shù)，一般用△表示。儀器常數(shù)△可以在已知方位角的精密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊上直接測(cè)出來，如圖a所示精密導(dǎo)線邊 CD之地理方位角為Ao.若在 C 點(diǎn)安置陀螺全站儀，通過陀螺運(yùn)轉(zhuǎn)和觀測(cè)可求出 CD 邊的陀螺方位角αt，可按下式求出儀器常數(shù)： △=Ao-αt。

②井下定向邊上測(cè)定陀螺方位角

井下定向邊的長度應(yīng)大于30m，上圖所示，儀器安置在 C點(diǎn)上，可測(cè)出CD邊的陀螺方位角αt，則定向邊的地理方位角A為：A=αt +△

③子午線收斂角

如上圖所示地理方位角和坐標(biāo)方位角的關(guān)系為：Ao=αo+γ。其中αo為已知量，γ可以通過查表計(jì)算出來（根據(jù)安置儀器點(diǎn)的高斯平面坐標(biāo)）。其實(shí)如果井上井下兩條定向邊的距離不是太遠(yuǎn)，其定向點(diǎn)經(jīng)緯度差異可以忽略不計(jì)的情況下，那么γo值的差異也是可以忽略不計(jì)的。本文所涉及的陀螺定向工作就可以忽略γ值的差異，所以其具體的查表計(jì)算過程我們就不再贅述。

④求算井下定向邊的坐標(biāo)方位角

通過以上論述，我們知道：井上△=Ao-αt=αo+γo-αt。 公式1

井下△=A-αt =α+γ-αt。 公式2

而△也就是儀器常數(shù)是固定不變的，那么α=αo+γo-αt-γ+αt 。

在認(rèn)為γo和γ相等的情況下，α=αo-αt+αt 。 公式3

3巷道貫通測(cè)量

3.1 貫通測(cè)量方案

在北進(jìn)風(fēng)井井上選取兩個(gè)已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)N2-1和N2-2，用來測(cè)定儀器常數(shù)。井下陀螺邊選擇了4條，分別是H4→jcd、CD3→CD4、BJ2→BJ3、BJ9→BJ10。（如下圖）

3.2 貫通測(cè)量過程

依據(jù)陀螺全站定向測(cè)量的有關(guān)規(guī)定，在地面已知邊上采用兩測(cè)回測(cè)量陀螺方位角，求得兩個(gè)儀器常數(shù)；在井下各定向邊上用兩測(cè)回測(cè)量陀螺方位角；返回地面后，在原已知邊上再用兩測(cè)回測(cè)量陀螺方位角，再求得兩個(gè)儀器常數(shù)。

此次定向測(cè)量使用的Gyro陀螺全站儀，定向精度為20″，因此要求同一邊任意兩測(cè)回測(cè)量陀螺方位角的互差，不得超過40″；對(duì)于超限數(shù)據(jù)應(yīng)在現(xiàn)場予以補(bǔ)測(cè)，保證地面常數(shù)標(biāo)定測(cè)回總數(shù)不少于4個(gè)測(cè)回，井下各定向邊不少于2個(gè)測(cè)回。

3.3 數(shù)據(jù)計(jì)算處理

①儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差計(jì)算：

儀器常數(shù)△計(jì)算表

儀器號(hào)：SET3X 測(cè)線名稱：N2-1→N2-2

測(cè)線坐標(biāo)方位角：N2-1→N2-2=97°35′25″子午線收斂角：γ=-0°47′31″

上表中V表示真誤差，VV表示真誤差的平方。通過計(jì)算一次測(cè)定中誤差，我們發(fā)現(xiàn)本次測(cè)量得到的數(shù)據(jù)符合該儀器精度的限差要求，測(cè)量精度能夠滿足施工需要。

②井下各定向邊坐標(biāo)方位角的計(jì)算

根據(jù)公式3計(jì)算定向邊坐標(biāo)方位角

3.4 本次貫通測(cè)量結(jié)論

①本次陀螺定向測(cè)量選取了井上測(cè)線N2-1→N2-2進(jìn)行儀器常數(shù)的標(biāo)定；結(jié)果證明，此次陀螺定向測(cè)量的一次測(cè)定中誤差為11"，定向成果的精度較高，具有一定的可靠性。

②本次陀螺定向，所測(cè)定的方位角屬于完全獨(dú)立的觀測(cè)值，不受任何系統(tǒng)誤差的傳遞影響，其定向精度優(yōu)于20″。

③本次陀螺定向之后對(duì)巷道導(dǎo)線進(jìn)行了平差計(jì)算，其中坐標(biāo)方位角最大改正數(shù)為7.84″，控制點(diǎn)平面點(diǎn)位最大改正數(shù)為7.54cm，提高了導(dǎo)線精度。不僅為即將面臨的巷道貫通提供數(shù)據(jù)支持，而且為以后的生產(chǎn)也打下了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

在巷道掘進(jìn)過程中，視條件與實(shí)際需要，可以對(duì)控制導(dǎo)線采用增加此類型陀螺全站儀加測(cè)陀螺方位角進(jìn)行定向檢核，來驗(yàn)證導(dǎo)線測(cè)角的精度，提高導(dǎo)線的準(zhǔn)確性。這不僅為地下工程安全生產(chǎn)提供了高精度的平面基準(zhǔn)，而且提高了井下巷道貫通、測(cè)量放線、地質(zhì)勘探及地測(cè)防治水的作業(yè)質(zhì)量，確保地下空間開拓布局持續(xù)正常進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

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