馬永進(jìn) 靳寶 竇全亞

【摘要】 針對(duì)地下礦山的巷道貫通測量，對(duì)陀螺全站儀的測量原理和精度進(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量中的應(yīng)用。用加測陀螺邊的方法對(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；貫通測量

引言

巷道貫通測量是礦山測量中的一項(xiàng)重要工作。地下工程貫通測量成果的好壞，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，能有效控制測角誤差的傳遞，在長距離井下導(dǎo)線測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 陀螺全站儀測量原理及陀螺方位角計(jì)算

2.1 陀螺全站儀測量原理

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巷道貫通測量

3.1 貫通測量方案

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 貫通測量過程

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

此次定向測量使用的Gyro陀螺全站儀，定向精度為20″，因此要求同一邊任意兩測回測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，保證地面常數(shù)標(biāo)定測回總數(shù)不少于4個(gè)測回，井下各定向邊不少于2個(gè)測回。

3.3 數(shù)據(jù)計(jì)算處理

①儀器常數(shù)一次測定中誤差計(jì)算：

儀器常數(shù)△計(jì)算表

儀器號(hào)：SET3X 測線名稱：N2-1→N2-2

測線坐標(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)算一次測定中誤差，我們發(fā)現(xiàn)本次測量得到的數(shù)據(jù)符合該儀器精度的限差要求，測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 本次貫通測量結(jié)論

①本次陀螺定向測量選取了井上測線N2-1→N2-2進(jìn)行儀器常數(shù)的標(biāo)定；結(jié)果證明，此次陀螺定向測量的一次測定中誤差為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，所測定的方位角屬于完全獨(dú)立的觀測值，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陀螺方位角進(jìn)行定向檢核，來驗(yàn)證導(dǎo)線測角的精度，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、測量放線、地質(zhì)勘探及地測防治水的作業(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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