李雁鵬

【摘 要】 礦井巷道正在向大型化超大型化發(fā)展，但巷道貫通本身所允許的誤差并沒(méi)有得到相應(yīng)的減小。本文通過(guò)對(duì)礦區(qū)巷道傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量方法的分析，詳細(xì)地分析了水平角的誤差直方圖，給出了導(dǎo)線測(cè)量方法下避免儀器以及人工因素帶來(lái)的試驗(yàn)粗差方法，同時(shí)，對(duì)陀螺定向的導(dǎo)向測(cè)量方法下誤差的分析進(jìn)行了公式推導(dǎo)，得到該測(cè)量方法下誤差的計(jì)算公式，對(duì)于后期數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行討論，為礦區(qū)進(jìn)行巷道的測(cè)量以及數(shù)據(jù)的處理提供了參考。

【關(guān)鍵詞】 煤礦巷道;導(dǎo)線測(cè)量;粗差;陀螺定向

礦區(qū)巷道的測(cè)量可以實(shí)時(shí)了解巷道的變形情況，對(duì)于煤礦地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有一定的預(yù)防作用。本文通過(guò)對(duì)導(dǎo)線測(cè)量方法下誤差進(jìn)行了公式推導(dǎo)，從而定量地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。

1導(dǎo)線測(cè)量方法分析

目前，導(dǎo)線測(cè)量方法是礦區(qū)用于土地測(cè)量最普遍的測(cè)試手段之一，導(dǎo)線測(cè)量是通過(guò)在地面設(shè)置一系列的點(diǎn)，這些點(diǎn)連接成不規(guī)則的折線，利用測(cè)點(diǎn)之前的距離以及角度確定測(cè)量區(qū)域面積的測(cè)量方法。導(dǎo)線測(cè)量的基點(diǎn)的選擇至關(guān)重要，不同基點(diǎn)下不同位置的高度不同，對(duì)于后期數(shù)據(jù)的處理的難易也不同，在測(cè)量中，測(cè)點(diǎn)的基點(diǎn)應(yīng)該與礦區(qū)坐標(biāo)保持一致，這是導(dǎo)線測(cè)量方法坐標(biāo)選擇的原則。在實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中，大多數(shù)礦井采用與本礦井的坐標(biāo)一致的原則進(jìn)行測(cè)量，部分礦井根據(jù)國(guó)家坐標(biāo)系進(jìn)行測(cè)量的工作，不論以何種原則選擇坐標(biāo)系，礦區(qū)應(yīng)該以本區(qū)域的情況選擇適用于測(cè)量的坐標(biāo)系。

從圖中可以看出，測(cè)試點(diǎn)共有A、B、1、2、3、4六個(gè)，每?jī)蓚€(gè)相鄰的測(cè)試點(diǎn)之間都存在一個(gè)角度，且相鄰測(cè)試點(diǎn)之間的距離是已知的。在測(cè)量的過(guò)程中，如果出現(xiàn)粗差，測(cè)量結(jié)果就失去了真實(shí)性、準(zhǔn)確性，測(cè)量粗差即觀測(cè)到的數(shù)值和真實(shí)數(shù)值誤差較大的情況，對(duì)于測(cè)量是否出現(xiàn)粗差，檢驗(yàn)方法較為簡(jiǎn)單，工作人員可以在相同的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次獨(dú)立的測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)都應(yīng)該測(cè)兩個(gè)回合，在多次測(cè)量后，對(duì)比測(cè)量之間夾角的差值、測(cè)距的差值以及兩測(cè)差值和多次測(cè)量的互差等數(shù)據(jù)的對(duì)比，從而得到準(zhǔn)確的位置信息以及角度信息。

在井下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，帶來(lái)誤差的原因往往是多樣的，主要有以下幾個(gè)方面：

儀器誤差。儀器的誤差主要是儀器本身的精度并不準(zhǔn)確，在加工的過(guò)程中，并不能完全保證儀器的精度與設(shè)定值一樣，而在測(cè)量的過(guò)程中，三軸誤差也會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)很大的影響，視準(zhǔn)軸應(yīng)該通過(guò)儀器的盤左、盤右的調(diào)整消除，橫軸誤差與視準(zhǔn)軸誤差一樣可以通過(guò)盤左、盤右調(diào)整，對(duì)于豎軸誤差，應(yīng)該通過(guò)改正豎軸傾斜的方法減小誤差。

人工誤差。人工誤差一直伴隨著測(cè)量的始終，在初期儀器的定位上，應(yīng)該在合適的坐標(biāo)系中使得儀器平穩(wěn)地放置，通過(guò)矯正三軸線后，進(jìn)行儀器的對(duì)中工作，減小中心線與巷道頂板鉛垂線之間水平角的誤差，調(diào)整好儀器后，進(jìn)行測(cè)量工作，在測(cè)量時(shí)，工作人員應(yīng)該嚴(yán)格地按照讀數(shù)規(guī)定讀數(shù)，避免因?yàn)樽x數(shù)引起的誤差。

在井下的測(cè)量中，因?yàn)閷?duì)于每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的距離、角度等都有一定的精度要求，在眾多測(cè)點(diǎn)工作中，因?yàn)檎`差的原因，最后也很難達(dá)到預(yù)期要求的精度，這里，我們研究水平角的誤差分析，如圖2所示。

從圖2可以看出，誤差呈現(xiàn)近正態(tài)分布的現(xiàn)象，坐標(biāo)軸橫坐標(biāo)表示誤差的正負(fù)，縱坐標(biāo)為誤差的大小，從圖中可以看出，誤差值主要集中于-4到4的區(qū)間內(nèi)，在多段巷道的測(cè)量時(shí)，最后測(cè)量的數(shù)據(jù)偏差就會(huì)不斷累積增大，所以對(duì)于水平角的觀測(cè)，應(yīng)該在測(cè)量時(shí)正確的放置測(cè)量?jī)x器，在儀器平穩(wěn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)中矯正工作，在井下巷道的測(cè)量時(shí)，對(duì)某區(qū)段內(nèi)的巷道應(yīng)該進(jìn)行多次測(cè)量避免粗差的影響，同時(shí)，應(yīng)該提高測(cè)量工作人員的專業(yè)性，在測(cè)量時(shí)以端正的態(tài)度進(jìn)行規(guī)范性的測(cè)量以及讀數(shù)，才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，為后續(xù)礦井工作的布置提供便利。

2陀螺定向的導(dǎo)向測(cè)量方法

隨著測(cè)量方法的改進(jìn)，導(dǎo)線測(cè)量方法也有了突破，在巷道掘進(jìn)初期，因?yàn)榈貏?shì)起伏以及地層走向的不同，對(duì)于巷道的測(cè)量有一定的難度，利用陀螺定向的導(dǎo)線測(cè)量方法可以更精確地測(cè)量邊長(zhǎng)以及測(cè)點(diǎn)間的方位角，但是因?yàn)橥勇萁?jīng)緯儀儀器本身的原因，需要根據(jù)測(cè)量的條件進(jìn)行誤差的分析，如圖3所示。

如圖3所示為方向附和導(dǎo)線的誤差分析，其中只有測(cè)點(diǎn)1的坐標(biāo)為已知的，之后測(cè)點(diǎn)的位置為未知的，其中，ξ為測(cè)點(diǎn)到坐標(biāo)中心的水平距離，η為測(cè)點(diǎn)到坐標(biāo)中心的垂直距離，R為測(cè)點(diǎn)到坐標(biāo)中心的距離，β為測(cè)量點(diǎn)的角度值，根據(jù)起始測(cè)點(diǎn)的位置已知，我們計(jì)算得到終點(diǎn)K處的誤差公式：

因?yàn)闇y(cè)量誤差的無(wú)法避免性，隨著測(cè)量的推進(jìn)，測(cè)量的誤差會(huì)越來(lái)越大，所以我們選擇了點(diǎn)K進(jìn)行了誤差的分析，其他點(diǎn)的誤差也可以參考此點(diǎn)。

測(cè)量工作完成后，再對(duì)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析是首要的步驟，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理是關(guān)鍵，只有把測(cè)得的導(dǎo)線數(shù)據(jù)完整地分析出來(lái)，才可以得到礦井巷道的相關(guān)尺寸信息，對(duì)于傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量方法，其分析較為簡(jiǎn)單，對(duì)多次測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比求差值，并對(duì)需要投影的線段進(jìn)行投影計(jì)算，最后統(tǒng)計(jì)得到測(cè)量數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量方法，外加陀螺定向邊的導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法就較為復(fù)雜，在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，需要利用赫爾默特進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差計(jì)算，通過(guò)不斷的迭代運(yùn)算獲得適合于礦井的導(dǎo)向網(wǎng)，然后通過(guò)對(duì)測(cè)點(diǎn)的角度、距離結(jié)合陀螺本身的測(cè)量特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到最后的礦區(qū)巷道測(cè)量數(shù)據(jù)。在實(shí)際的工程中，每一個(gè)礦井的地質(zhì)條件以及測(cè)量坐標(biāo)系的選擇都有所不同，處于對(duì)測(cè)量精度的要求，每一處的測(cè)量都至少進(jìn)行兩次，對(duì)于復(fù)雜地形，測(cè)量的次數(shù)以及數(shù)據(jù)都會(huì)增加，對(duì)于數(shù)據(jù)的后期處理也會(huì)更加復(fù)雜，所以對(duì)于實(shí)際測(cè)量工作，應(yīng)該選擇合適的測(cè)量模型以及測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量工作。

綜合上述的分析，傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量方法在不斷的改進(jìn)，在不斷改進(jìn)的過(guò)程中，對(duì)于測(cè)量誤差的分析是至關(guān)重要的，本文對(duì)陀螺定向的導(dǎo)向測(cè)量方法下誤差的分析進(jìn)行了公式推導(dǎo)，得到可參考的誤差公式，同時(shí)，對(duì)于數(shù)據(jù)的后期處理進(jìn)行了分析討論，在具體的煤礦巷道測(cè)量中，應(yīng)該根據(jù)本礦井的地勢(shì)情況選擇合適的坐標(biāo)系以及測(cè)量方法，并進(jìn)行誤差的分析討論，利用適合的數(shù)據(jù)處理方法處理數(shù)據(jù)，可以極大地減小誤差，直接利用測(cè)量結(jié)果。

3結(jié)論

文章分析了井下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，帶來(lái)誤差的原因，主要是儀器誤差和人工誤差。

基于導(dǎo)線測(cè)量的誤差分析，建立了陀螺定向?qū)Ь€測(cè)量方法的終點(diǎn)誤差計(jì)算公式。

對(duì)于實(shí)際測(cè)量工作，選擇合適的測(cè)量模型以及測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量工作，可以極大地減小誤差，直接利用測(cè)量結(jié)果。

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