豎井平面聯(lián)系測量方案探討

閆 星 ，張明媚

(中國神華神東煤炭集團地測公司)(太原理工大學(xué))

·問題探討·

豎井平面聯(lián)系測量方案探討

閆 星 ，張明媚

(中國神華神東煤炭集團地測公司)(太原理工大學(xué))

目前，豎井平面聯(lián)系測量的方法有很多。本文針對陀螺定向法，首先給出了陀螺全站儀+鉛垂儀聯(lián)合定向的方法，接著設(shè)計了一套陀螺定向的實施方案，最后給出了陀螺定向的誤差分析、精度要求及注意事項，對提高礦山豎井平面聯(lián)系測量的精度和豐富礦山聯(lián)系測量方法具有重要的實踐意義。

豎井；平面聯(lián)系測量；方案設(shè)計

在礦山測量中，為了保證井上、下坐標(biāo)系統(tǒng)的一致，需將地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)傳遞到井下，這也就是通常所說的聯(lián)系測量。將地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到井下的測量為平面聯(lián)系測量，簡稱定向。平面聯(lián)系測量常用的方法有：聯(lián)系三角形法、鉆孔投點法、直傳法、陀螺全站儀及鉛垂儀聯(lián)合定向法等。每種方法均包括趨近導(dǎo)線測量、豎井定向、地下聯(lián)測等幾部分內(nèi)容，其中趨近導(dǎo)線和地下導(dǎo)線聯(lián)測的方法和要求同精密導(dǎo)線，豎井定向部分將視現(xiàn)場不同的情況使用不同的方法。針對豎井聯(lián)系測量，礦井定向概括說來可分為兩大類：一類是從幾何原理出發(fā)的幾何定向，包括一井定向和兩井定向；另一類則是以物理特性為基礎(chǔ)的物理定向，包括用精密磁性儀器定向，用投向儀定向和用陀螺全站儀定向。

1 陀螺全站儀+鉛垂儀聯(lián)合定向

陀螺全站儀+鉛垂儀聯(lián)合定向法是通過鉛垂儀向井下傳遞平面坐標(biāo)，再在井下采用陀螺全站儀測定定向邊方位角的測量方法。由于陀螺全站儀是一種全天候的、不依賴其它條件就能夠測定定向邊的正北方位的定向儀器，所以利用它可以測定井下導(dǎo)線任意導(dǎo)線邊的正方位角，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到該邊的坐標(biāo)方位角，從而達到定向的目的。

1) 鉛垂儀投點。投點時需要搭設(shè)投點平臺，平臺分為兩層，供操作人員站立和儀器安置，以免互相影響。安置好儀器后，用鉛垂儀按0°、90°、180°、270°4個盤位各投一點，取4個盤位投點的重心位置作為一測回投點位置。每投點觀測4個測回，并取4個測回的4點位所構(gòu)成圖形的重心位置作為井下投點位置。再將井下的點位順著視線方向引至井上，定出相應(yīng)的點位，從而使井上、井下各投有一點。所投點位的平面坐標(biāo)可采用全站儀通過定向邊測得，而井下定向邊的坐標(biāo)方位角可以通過解算投點處的空間角推得，并由此推得井下各點坐標(biāo)。

2) 陀螺全站儀定向。在豎井的井上和井下各選一條定向邊，定向邊選擇時注意選在穩(wěn)定可靠、通視良好、尤其附近沒有電磁場干擾的地方，最好是選擇已知邊，如精密導(dǎo)線點或GPS點。見圖1，井上選擇DX433-GPS315為定向邊，井下選擇巷道的D11-D13為定向邊，首先，每條定向邊均采用陀螺全站儀獨立觀測3個測回。每測回觀測時均先進行測前零位測量。然后，采用逆轉(zhuǎn)點法測定5個逆轉(zhuǎn)點讀數(shù)，逆轉(zhuǎn)點讀數(shù)達到有關(guān)要求后，進行測后零位測量。最后，將陀螺全站儀搬至高等級已知邊的另一端，按照上述方法進行陀螺定向，在陀螺定向滿足有關(guān)規(guī)范要求后，取兩端定向的平均值作為陀螺定向成果。井上、井下定向邊的定向方法相同。采用陀螺全站儀+鉛垂儀聯(lián)合定向的方法幾乎適用于所有的豎井平面聯(lián)系測量，但對于每個豎井，由于其所處的位置和環(huán)境不同，測量方案也會有所不同。在作業(yè)時，要注意導(dǎo)線的邊長及點位之間的通視情況，在條件允許的情況下盡量增大導(dǎo)線邊長以陀螺定向邊在井下導(dǎo)線測量中有如下兩方面作用：一是對豎井而言，陀螺定向邊是井下導(dǎo)線的方位起算邊。二是對井下貫通測量而言，貫通前的井下導(dǎo)線為無天然檢核條件的支導(dǎo)線，角度測量誤差會隨著導(dǎo)線設(shè)站數(shù)的不斷增加而累積。為了限制井下導(dǎo)線方位誤差的累積，保證貫通巷道按生產(chǎn)要求貫通，必須在適當(dāng)位置增測適當(dāng)數(shù)量的陀螺邊。

圖1 陀螺全站儀及鉛垂儀聯(lián)合定向法示意圖

2 陀螺定向方案設(shè)計

經(jīng)過一個豎井利用陀螺全站儀定向時的聯(lián)系測量由三部分組成：

1) 經(jīng)立井由地面向定向水平投點。2) 井上、下與垂球線的連接測量。3) 井下基本控制導(dǎo)線起始邊的陀螺全站儀定向。

2.1陀螺定向方案

1) 陀螺定向作業(yè)依據(jù)。a) 煤礦測量規(guī)程:原中華人民共和國能源部制定,1989。b) 工程測量規(guī)范:GB50026-93,中華人民共和國國家技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布，1993。

2) 陀螺定向儀器常數(shù)測定邊。按《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定原則，選定地面一條已知邊作為陀螺儀器常數(shù)測定邊。

3) 陀螺定向作業(yè)方法：跟蹤逆轉(zhuǎn)點法。

4) 作業(yè)程序：定向邊采用3-2-2的定向程序。

5) 作業(yè)限差：按照《煤礦測量規(guī)程》的規(guī)定執(zhí)行。

6) 檢核邊可在上述作業(yè)程序基礎(chǔ)上適當(dāng)簡化。

2.2作業(yè)方法與精度要求

1) 作業(yè)方法。陀螺定向的作業(yè)方法采用現(xiàn)場作業(yè)的常用方法：跟蹤逆轉(zhuǎn)點法。其基本過程為：a) 在已知邊上測定儀器常數(shù)3次。b)依次在各待定邊上用2測回測定陀螺方位角。c)在同一已知邊上再次測定儀器常數(shù)2次。d)計算儀器常數(shù)平均值。e)計算各邊的子午線收斂角。f)最后計算各待定邊的坐標(biāo)方位角。

2) 陀螺定向的觀測精度及要求。陀螺全站儀的測量精度，以陀螺方位角一次測定中誤差表示。不同的定向方法，其誤差來源也有差異。按跟蹤逆轉(zhuǎn)點法進行陀螺定向時，主要誤差來源有：① 全站儀測定方向的誤差(mH)；②懸掛帶零位變動誤差(ma)；③靈敏部擺動平衡位置的變動誤差(mb)；④外界條件，如風(fēng)流、氣溫及震動等因素的影響(m外)。因此，測線陀螺方位角一次測定中誤差為：

陀螺定向的觀測精度按照《煤礦測量規(guī)程》陀螺定向的一級要求執(zhí)行，其基本要求為：

a) 一次測定中誤差≤±15″。

b) 一次定向中誤差≤±10″。

c) 同一邊任意兩測回測量陀螺方位角的互差，對15″級≤±40″。

d) 測線方向值上、下半測回互差≤±24″。

e) 同一邊測前測后方向值互差≤±10″。

2.3注意事項

1) 陀螺定向結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)基本控制導(dǎo)線的精度，如有些礦井井下導(dǎo)線與陀螺定向結(jié)果偏差較大，且方向基本一致，說明其井下控制系統(tǒng)與地面控制系統(tǒng)存在一定偏差，在地面與井下進行聯(lián)系測量時，將造成系統(tǒng)誤差，影響下一步采區(qū)和工作面布置，建議對井下基本控制導(dǎo)線進行必要的改算，以保證今后采礦設(shè)計的精確性。

2) 陀螺全站儀定向可以及時發(fā)現(xiàn)測量的粗差和誤差，確保井下巷道控制導(dǎo)線的精度，從而提高回采質(zhì)量。建議在大型綜采工作面開掘前在順槽口附近選用一條長150 m左右的導(dǎo)線邊做為起算邊加測陀螺方位，以確保平面聯(lián)系測量的精度。

3) 實測發(fā)現(xiàn)近井點如果存在各種問題則容易引入偶然誤差，為提高觀測精度，建議平面聯(lián)系測量前在地面穩(wěn)固的地方做一條陀螺基線，距離和俯仰角均保持適中，并保持該基線與井上系統(tǒng)的一致性。

3 結(jié)束語

豎井平面聯(lián)系測量的方法有很多，有常規(guī)的幾何定向法，也有陀螺全站儀定向法。幾何定向原理比較簡單、操作時所需設(shè)備成本較低、作業(yè)時占用井口面積小、不需中斷施工，是一種簡單可行的辦法，在我國已有較長歷史，至今還有很多單位在用。但該法精度較低，隨著測量技術(shù)的發(fā)展，逐漸被陀螺定向所替代，在礦山定向測量中不斷得到推廣應(yīng)用。本文針對陀螺全站儀定向法，闡述了陀螺全站儀+鉛垂儀聯(lián)合定向的原理，并設(shè)計了一套陀螺定向的方案，給出了陀螺定向的誤差分析、精度要求及注意事項，對礦山豎井平面聯(lián)系測量具有重要的實踐意義。但該方法成本較高，因為陀螺定向需要一個相對平靜的環(huán)境，不能有振動等干擾，會對施工進度造成一定的影響，所以關(guān)于豎井平面聯(lián)系測量的方法仍有待于做更多的實踐和研究。

[1] 張正祿.工程測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005:70-71.

[2] 張國良.礦山測量學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006:51-53.

ShaftSurfaceContactMeasuringProject

YanXing，ZhangMing-mei

At present, the shaft contact surface there are many ways measurements. This orientation method for the gyro, the first given Gyro Station + vertical co-directional instrument approach, and then design a directional gyroscope implementation plan, given the directional gyro error analysis, precision and attention to issues mine shaft plane to improve the measurement accuracy and rich contact mine contact measurement methods have important practical significance. ainage and gas and so on. Although these are based on the working practice analysis of Jincheng coal group in recent years, but must undergo the practices examination unceasingly.

Shaft;Plane link measurement; Design

閆 星 男 1982年出生 2007年畢業(yè)于太原理工大學(xué) 助理工程師 鄂爾多斯 017209

TD175.3

A

1672-0652(2010)10-0034-03

2010-08-15