陀螺全站儀定向技術在煤礦測量中的應用

楊濱銘

（山東省濟寧礦業集團有限公司，山東 濟寧 272000）

1 陀螺全站儀在煤礦測量中的意義

與常規測量方法相比，陀螺定向能夠省時省力節省資金，并且能夠獲得較高精度，更為今后貫通測量打下堅實的基礎。全站儀陀螺定位測繪技術的提升，有利于對煤礦開采中出現的危險源、不良地質結構及時掌握，滿足了礦井生產測量的需要，并取得了很好的經濟效益與社會效益，具有一定的推廣意義。

2 煤礦測量中陀螺全站儀的應用

2.1 陀螺定向技術在貫通工程中的應用

全站儀陀螺定向技術應用日趨廣泛，鑒于安居煤礦井筒深、地壓大、地質條件復雜等現狀，導線的精度對日后的貫通測量起著至關重要的作用。陀螺定向確保了導線坐標的精度，在貫通工程中得到了充分的運用。陀螺全站儀是一種高精度全站儀，即借助內置的高速回轉體的陀螺進行真北方向的準確定位（如圖1所示）。

圖1 陀螺全站儀

2.2 安居煤礦的項目概況

安居煤礦為千米深井，地壓大，彎道多，地質條件復雜，導線點位置的選取和埋設是重中之重，結合陀螺邊各項參數，對待定方位角進行定向。陀螺定向中的要點內容是外業觀測，它與陀螺定向的精度關系密切。觀測過程中靈敏部的下放穩定性，對精度的影響甚大，下放靈敏部不穩定，指標擺動幅度大，將會使跟蹤指標變得困難。為確保精度，本次旨在對靈敏部下放方式和手法做出新的嘗試，并同時研究跟蹤擺動指標困難時的跟蹤方法。

該礦在貫通工程的二采區南翼軌道巷的施工中，在全站儀上添加了陀螺定向技術，并對貫通巷道重要方向進行了陀螺實測，具體情況如下：

2.2.1 陀螺定向方法

（1）在地面已知邊上測定儀器常數Δ：

式中：

A0-已知邊的大地方位角；

αT-已知邊一次測定的陀螺方位角；

α-已知邊的坐標方位角；

γ-子午線收斂角。

（2）在井下定向邊上測量陀螺方位角。

（3）返回地面后在原已知邊上測量陀螺方位角，求儀器常數及平均值。

（4）計算井下定向邊的坐標方位角。

2.2.2 已知數據（坐標及方位角）

（1）TL7點 坐標：

x=3912390m，y=459357m；

（2）TL9點 坐標：

x=3912313m，y=459502m；

（3）副井北點 坐標：

x=3913423.025m，y=457767.995m；

（4）副井東北點 坐標：

x=3913423.044m，y=457812.011m；

（5）副井北-副井東北坐標方位角：89°58′31″。

2.2.3 各項限差的具體要求

測量使用的陀螺儀為瑞士生產的儀器，型號是GAK-1，20″的標稱精度。性能穩定，精度可靠為此儀器在各種井下工程使用中的主要體現。與《煤礦測量規程》相參照，各項限差如表1。

2.3 子午線收斂角γ的計算方式

坐標方位角跟地理方位角關系即：A=α+γ

安置儀器站的子午線收斂角為γ，γ的符號值可用安置儀器點來確定，并借助安置儀器點的高斯平面坐標來求得，按下式計算：

式中：

y-儀器安置點去掉帶號再減去500km的橫坐標，km。

k-系數，以公里計縱坐標x為引數查表即可。由此可得：

（1）TL7點收斂角：γ=-0°15′31″

（2）TL9點收斂角：γ=-0°15′28″

（3）副井北點收斂角：γ=-0°16′08″

表1 陀螺定向的限差要求

2.4 在地面已知邊上進行儀器常數的測定

選用安居煤礦的已知邊“副井北-副井東北”進行儀器常數的測定，儀器常數一次測定的計算數據如表2。

表2 儀器常數測定數據

儀器常數一次測定中誤差為：

2.5 于井下定向邊上進行的陀螺方位角的測定

測定的是井下“TL7- TL8”、“TL9- TL10”的陀螺方位角，并且于2014年11月02日已完成了測定，且各項限差也都符合要求。

2.5.1 坐標方位角的計算

井下定向邊的坐標方位角即：

2.5.2 定向測定取得的成果

表3 定向測定坐標方位角數據

2.5.3 定向精度的評定

陀螺定向邊一次測定中誤差：

由誤差傳播定律得：

mΔ平、mT平、mγ的計算

（1）由公式（3）得知：

（2）井下陀螺方位角一次測定誤差：

式中：

d-同一邊兩次定向方位角之差；

n-差值的個數。

（3）子午線的收斂角誤差 比較微小，在此可以忽略。

因此陀螺定向邊一次測定中誤差：

對于TL7-TL8：

對于TL9-TL10：

可靠、準確、高精度可謂是此次的定向成果收益，且在對TL7-TL8的定向測定中誤差僅有±1.62″，在對TL9-TL10的定向測定中誤差也僅有±1.73″，即使是用以充當井下7″級首級控制的起始方向也是完全可以的。與常規測量方法相比，陀螺定向能夠省時省力節省資金，并且能夠獲得較高精度，更為貫通測量提供了精度保障，為該礦生產節省了大量資金。

3 結語

當前信息技術不斷發展，各項測繪新技術的結合運用更為便利，將現代的最前沿的測繪技術，應用于陀螺定向技術，制定出適合礦井實際地質情況的一系列測繪方法，使測量工作更科學，更精準，更實用，進而為礦山測繪的發展提供更為廣闊的空間。