趙建建

【摘要】通過三線定向測(cè)量方法的介紹與精度分析，闡述了該方法的設(shè)計(jì)、計(jì)算要求與特殊性。新方法的應(yīng)用減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，增大了安全系數(shù)，拓寬了幾何定向的應(yīng)用范圍，優(yōu)化和改進(jìn)了定向測(cè)量技術(shù)，對(duì)于解決相關(guān)定向精度的實(shí)際問題有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】多中段 幾何定向 三線法

1三線定向法的意義

三線定向法，是在一個(gè)井筒內(nèi)下放三根垂球線，通過測(cè)量與計(jì)算，將地面或一個(gè)中段的平面坐標(biāo)及其方位角傳遞到井下（或另一個(gè)或另幾個(gè)中段）巷道中的經(jīng)緯儀導(dǎo)線起始邊上，使井上、下采用同一個(gè)平面坐標(biāo)系統(tǒng)的一種幾何定向方法。

2三線定向的方法

三線定向法的測(cè)量準(zhǔn)備工作、投點(diǎn)檢查方法以及通訊聯(lián)絡(luò)等事宜與常規(guī)幾何定向法基本相同。不同的是人員組織、投點(diǎn)設(shè)備、措施、測(cè)量元素與計(jì)算方法不同。

2.1投點(diǎn)

在實(shí)際工作中常常采用單重穩(wěn)定投點(diǎn)法。放線使用風(fēng)動(dòng)絞車。當(dāng)采用電動(dòng)絞車時(shí)，滾筒直徑應(yīng)采取加大措施。鋼絲要有備用長(zhǎng)度，型號(hào)和懸掛砝碼的重量視井筒深度而定，一般掛重不低于100kg，照明燈采用探照燈，每個(gè)中段一個(gè)。

絞車必須安裝牢固。井口鐵板需要割孔投線，井口各項(xiàng)安裝工作完畢并經(jīng)檢查無(wú)誤后，方可下放鋼絲。下放鋼絲要通知各定向水平人員離開井筒。鋼絲通過滑輪，定向板再掛上砝碼底盤，慢慢放入井筒內(nèi)。當(dāng)收到井底垂線到達(dá)定向水平信號(hào)后，即停止下放。下中段加砝碼到設(shè)計(jì)重量，通知地面提升絞車調(diào)整重砣至最佳高度為加快速度三根鋼絲可以同時(shí)下放，但事先必須測(cè)量滾筒直徑計(jì)算出每圈的長(zhǎng)度，在快要到達(dá)井底水平時(shí)再逐一下放，以免信號(hào)混亂。當(dāng)三根垂線均調(diào)整好高度并放入水桶后，閘住絞車。用信號(hào)圈法和比距法較容易地判定鋼絲的自由懸掛狀態(tài)。

2.2連接測(cè)量

三線法與定向了連接點(diǎn)所構(gòu)成的圖形是四邊形，圖形結(jié)構(gòu)見附圖。

三線法連接測(cè)量所用的儀器、鋼尺、一般技術(shù)要求與二線定向法相同，其主要不同的是：（1）地面觀測(cè)元素多，精度要求高。每組以鋼尺不同起點(diǎn)讀書六次，讀數(shù)至0.1mm，互差不超過1.5mm，往返觀測(cè)并計(jì)算至0.01mm。往返互差不超過1.0mm時(shí)取均值作為丈量結(jié)果。（2）井下測(cè)量元素少，32作簡(jiǎn)單。井下的連接圖形仍然是四邊形，但觀測(cè)的允素只是Ψ、ε1、ε2三個(gè)角。角度均觀測(cè)、計(jì)算至秒值。無(wú)需搭設(shè)平臺(tái)丈量邊長(zhǎng)。

3三線法的解算

3.1地面四邊形的解算

地面連接測(cè)量有3個(gè)多余觀測(cè)數(shù)，因而可以進(jìn)亍嚴(yán)密平差（可以考慮幾何定向中β角不參與誤差分配）。具體平差過程用計(jì)算機(jī)或表格計(jì)算，求出平差值后，用余弦定理計(jì)算出四邊形各內(nèi)角，再按導(dǎo)線逐一計(jì)算出B、c，A各點(diǎn)坐標(biāo)。

3.2井下四邊形的解算

中間水平及下中段的解算直接應(yīng)用后方交會(huì)法計(jì)算公式，同時(shí)再計(jì)算出定向邊的方位角。

3.3計(jì)算正確性的檢核

條件方程式的閉合差w，就是延伸三角形定向法的d值，即W=Si丈-Si計(jì)，w的限差按規(guī)程要求不超過2mm，當(dāng)符合要求時(shí)進(jìn)行平差計(jì)算。中間水平和下中段計(jì)算的d1，（或d3）邊長(zhǎng)與丈量值的較差不應(yīng)超過4mm?？梢宰C明，后方交會(huì)法計(jì)算出的邊長(zhǎng)中誤差為：±0.29mm。

4定向精度分析

4.1地面（或上中段）測(cè)量的精度計(jì)算

以AC邊為例，其坐標(biāo)方位角的最或是值αAC計(jì)算式為：

5結(jié)論

（1）地面由于增加了多余觀測(cè)，因而提高了測(cè)量精度和可靠性。

（2）對(duì)于多中段定向，其中間水平只要解決照明，而無(wú)需搭設(shè)堅(jiān)固的測(cè)量平臺(tái)，即避免了有關(guān)人員直接在井筒內(nèi)的作業(yè)，保證人員安全，減少井筒占用時(shí)間，減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也縮短了在井下惡劣環(huán)境下的整個(gè)作業(yè)時(shí)間。受益大效果顯著。

（3）下中段可以根據(jù)定向精度要求，控制在井筒內(nèi)的工作時(shí)間。增加多余觀測(cè)數(shù)，能夠提高測(cè)量精度。

（4）三線定向法畢竟是幾何定向法，它受到井筒斷面及布點(diǎn)的限制，不能替代陀螺儀定向。但它確實(shí)可以優(yōu)化建井期間及多中段的定向工作;解決上下中段馬頭門方向一致延伸三角形的選點(diǎn)困難;還使得那些無(wú)法架設(shè)平臺(tái)或根本不具備量邊條件的水平、中段，也同樣可以實(shí)施幾何定向。