陀螺定向技術(shù)在煤礦巷道貫通控制測(cè)量中的應(yīng)用

王宏軍

(陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)氟硅化工有限公司,陜西商洛 726006)

陀螺定向技術(shù)在煤礦巷道貫通控制測(cè)量中的應(yīng)用

王宏軍

(陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)氟硅化工有限公司,陜西商洛 726006)

采用井下陀螺定向技術(shù),強(qiáng)制附和方位角,保證巷道貫通精度,值得推廣使用。

陀螺定向 貫通 測(cè)量

某礦山地處山區(qū)，主井與風(fēng)井同時(shí)開(kāi)工建設(shè)，兩井口直線(xiàn)距離5公里，地面便道里程約15km，為實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的盡快形成，需進(jìn)行井下大型貫通測(cè)量，采用陀螺定向技術(shù)，很好地保證了貫通精度。

1 陀螺定向作業(yè)

井下加設(shè)2條陀螺方位邊HJ01—HJ02和D1—陀2，對(duì)方位角進(jìn)行強(qiáng)制附和。

1.1 作業(yè)方法與要求

采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，其過(guò)程為：(1)在合適的已知邊上測(cè)定儀器常數(shù);(2)依次在各待定邊上測(cè)定陀螺方位角;(3)同一已知邊上再次測(cè)定儀器常數(shù);(4)計(jì)算儀器常數(shù)平均值;(5)計(jì)算各邊的子午線(xiàn)收斂角;(6)最后計(jì)算各待定邊的坐標(biāo)方位角。

觀測(cè)精度執(zhí)行《煤礦測(cè)量規(guī)程》中陀螺定向一級(jí)要求，基本精度要求見(jiàn)表1。

表1 陀螺經(jīng)緯儀定向精度指標(biāo)

一次定向中誤差指：待定邊陀螺定向所測(cè)坐標(biāo)方位角平均值的中誤差。

1.2 子午線(xiàn)收斂角的計(jì)算

理論上陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的方位角是地理方位角，而工程建設(shè)中使用的是坐標(biāo)方位角，因此需要求得各觀測(cè)點(diǎn)的子午線(xiàn)收斂角以根據(jù)地理方位角來(lái)計(jì)算出坐標(biāo)方位角。各測(cè)站點(diǎn)子午線(xiàn)收斂角的計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 各測(cè)站點(diǎn)子午線(xiàn)收斂角計(jì)算表

子午線(xiàn)收斂角的計(jì)算公式：

式中：—以分為單位的子午線(xiàn)收斂角;—系數(shù)，以縱坐標(biāo)(以km計(jì))為引數(shù)計(jì)算;—測(cè)站點(diǎn)的橫坐標(biāo)自然值，以km計(jì)。

1.3 儀器常數(shù)的測(cè)定

由于儀器本身的誤差，陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的方位角不等于理論上的地理方位角，其實(shí)測(cè)值稱(chēng)為陀螺方位角，與地理方位角相差一個(gè)常數(shù)，即儀器常數(shù)。為了求得陀螺經(jīng)緯儀的儀器常數(shù)，按規(guī)范要求，必須在已知邊上進(jìn)行觀測(cè)，以根據(jù)已知邊的成果計(jì)算出儀器常數(shù)。

在風(fēng)井地面已知邊JX05—06上進(jìn)行了測(cè)前3測(cè)回、測(cè)后2測(cè)回共5測(cè)回的儀器常數(shù)的測(cè)定，5測(cè)回所測(cè)陀螺方位角值分別為215°03′01″、215°03′07″、215°03′07″、215°03′27″、215°03′24″。測(cè)回之間的互差最大為26″，滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)15″級(jí)儀器不得超過(guò)±40″的規(guī)定。

已知邊的坐標(biāo)方位角為α近=214°38′44″，根據(jù)儀器常數(shù)的計(jì)算公式：公式(1)中，Δ——儀器常數(shù);γ——已知點(diǎn)子午線(xiàn)收斂角，本次觀測(cè)為30′33″;αT——已知點(diǎn)陀螺方位角。

可得儀器常數(shù)分別為6′16″、6′10″、6′10″、5′50″、5′53″，平均值為6′04″。

1.4 定向邊坐標(biāo)方位角的計(jì)算

定向邊按規(guī)范規(guī)定各測(cè)兩個(gè)測(cè)回，共測(cè)2條邊，其陀螺方位角的觀測(cè)值及其差值、平均值見(jiàn)表3。

表3 待定邊陀螺方位角的觀測(cè)值及其差值、平均值

表5中，測(cè)回之間的互差最大為22″，滿(mǎn)足規(guī)范中對(duì)15″級(jí)儀器不得超過(guò)±40″的規(guī)定。

表4 待定邊坐標(biāo)方位角

根據(jù)待定邊坐標(biāo)方位角的計(jì)算公式：公式(2)中， α定——待定邊的坐標(biāo)方位角;

α′定——待定邊陀螺方位角平均值;Δ平——儀器常數(shù)平均值;

γ定——待定邊的子午線(xiàn)收斂角。可得，待定邊的坐標(biāo)方位角值見(jiàn)表4。

1.5 精度評(píng)定

(1)儀器常數(shù)平均值的中誤差。

在已知邊上測(cè)定的儀器常數(shù)共5測(cè)回，可按白塞爾公式計(jì)算儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差。

改正數(shù)：-12″、-6″、-6″、14″、11″

儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差為：小于規(guī)范規(guī)定的限差(±15″)要求。

儀器常數(shù)平均值的中誤差為：

(2)井下一測(cè)回測(cè)定陀螺方位角中誤差。

由于陀螺定向多采用待定邊兩個(gè)測(cè)回的雙次觀測(cè)法，本次觀測(cè)待定邊共2條，按等精度原則，由此可計(jì)算得

井下一測(cè)回測(cè)定陀螺方位角中誤差為：

小于規(guī)范規(guī)定的限差(±15″)要求。

井下兩測(cè)回陀螺方位角平均值的中誤差為：

(3)陀螺方位角一次定向中誤差。由于每條待定邊的測(cè)回?cái)?shù)有限，根據(jù)每個(gè)具體邊的觀測(cè)值計(jì)算一次定向中誤差是不準(zhǔn)確的。因?yàn)槭堑染扔^測(cè)，根據(jù)上述公式的計(jì)算方法，根據(jù)兩測(cè)回陀螺方位角平均值的中誤差，再考慮儀器常數(shù)的中誤差，由此可計(jì)算出待定邊坐標(biāo)方位角的中誤差。

陀螺方位角一次定向中誤差：即根據(jù)陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的坐標(biāo)方位角中誤差(陀螺方位角一次定向中誤差)小于規(guī)范要求的±10″的精度。

2 井下起始點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算

井下起始點(diǎn)坐標(biāo)由風(fēng)井鋼絲繩導(dǎo)入，鋼絲繩加重錘放置在井下油桶中，鋼絲繩坐標(biāo)由地面已知邊采取前方交會(huì)的方法取得，由于井下起始方位是由陀螺定向確定的，投點(diǎn)誤差對(duì)貫通的影響僅僅是單點(diǎn)坐標(biāo)的誤差影響，因此對(duì)投點(diǎn)工作的精度要求不高，實(shí)際工作由全站儀測(cè)定井上鋼絲繩的位置和井下鋼絲繩的擺動(dòng)平均位置，作為將地面坐標(biāo)傳遞到井下的方法。由此得井下起始點(diǎn)：HJ01的坐標(biāo)：x=3918235.773m，y=36579839.776m;HJ02的坐標(biāo)：x=3918167.707m，y=36579839.055m。

3 貫通測(cè)量精度及分析

主副斜井與立風(fēng)井已按計(jì)劃準(zhǔn)確貫通，其貫通精度為角度閉合差34″(限差71.4″)、坐標(biāo)閉合差為0.16cm(限差0.200cm)、導(dǎo)線(xiàn)全長(zhǎng)相對(duì)中誤差1/21792(限差1/8000)，各項(xiàng)精度均小于允許的貫通偏差值，完全達(dá)到了《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定的7″導(dǎo)線(xiàn)1/8000的精度要求。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于煤礦或其他礦山大型長(zhǎng)距離的井下貫通測(cè)量工作，除做好正常的井下控制及誤差預(yù)計(jì)外，布設(shè)數(shù)條陀螺加強(qiáng)邊，對(duì)方位角進(jìn)行強(qiáng)制符合，可達(dá)到精度較高的貫通，引證了陀螺定向技術(shù)在礦井巷道貫通控制測(cè)量的應(yīng)用是完全可行的，應(yīng)大力推廣使用。