三線定向法的改進與應用

趙建建

【摘要】通過三線定向測量方法的介紹與精度分析，闡述了該方法的設計、計算要求與特殊性。新方法的應用減輕了勞動強度，增大了安全系數，拓寬了幾何定向的應用范圍，優化和改進了定向測量技術，對于解決相關定向精度的實際問題有一定的參考價值。

【關鍵詞】多中段 幾何定向 三線法

1三線定向法的意義

三線定向法，是在一個井筒內下放三根垂球線，通過測量與計算，將地面或一個中段的平面坐標及其方位角傳遞到井下（或另一個或另幾個中段）巷道中的經緯儀導線起始邊上，使井上、下采用同一個平面坐標系統的一種幾何定向方法。

2三線定向的方法

三線定向法的測量準備工作、投點檢查方法以及通訊聯絡等事宜與常規幾何定向法基本相同。不同的是人員組織、投點設備、措施、測量元素與計算方法不同。

2.1投點

在實際工作中常常采用單重穩定投點法。放線使用風動絞車。當采用電動絞車時，滾筒直徑應采取加大措施。鋼絲要有備用長度，型號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，每個中段一個。

絞車必須安裝牢固。井口鐵板需要割孔投線，井口各項安裝工作完畢并經檢查無誤后，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。當收到井底垂線到達定向水平信號后，即停止下放。下中段加砝碼到設計重量，通知地面提升絞車調整重砣至最佳高度為加快速度三根鋼絲可以同時下放，但事先必須測量滾筒直徑計算出每圈的長度，在快要到達井底水平時再逐一下放，以免信號混亂。當三根垂線均調整好高度并放入水桶后，閘住絞車。用信號圈法和比距法較容易地判定鋼絲的自由懸掛狀態。

2.2連接測量

三線法與定向了連接點所構成的圖形是四邊形，圖形結構見附圖。

三線法連接測量所用的儀器、鋼尺、一般技術要求與二線定向法相同，其主要不同的是：（1）地面觀測元素多，精度要求高。每組以鋼尺不同起點讀書六次，讀數至0.1mm，互差不超過1.5mm，往返觀測并計算至0.01mm。往返互差不超過1.0mm時取均值作為丈量結果。（2）井下測量元素少，32作簡單。井下的連接圖形仍然是四邊形，但觀測的允素只是Ψ、ε1、ε2三個角。角度均觀測、計算至秒值。無需搭設平臺丈量邊長。

3三線法的解算

3.1地面四邊形的解算

地面連接測量有3個多余觀測數，因而可以進亍嚴密平差（可以考慮幾何定向中β角不參與誤差分配）。具體平差過程用計算機或表格計算，求出平差值后，用余弦定理計算出四邊形各內角，再按導線逐一計算出B、c，A各點坐標。

3.2井下四邊形的解算

中間水平及下中段的解算直接應用后方交會法計算公式，同時再計算出定向邊的方位角。

3.3計算正確性的檢核

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，w的限差按規程要求不超過2mm，當符合要求時進行平差計算。中間水平和下中段計算的d1，（或d3）邊長與丈量值的較差不應超過4mm?？梢宰C明，后方交會法計算出的邊長中誤差為：±0.29mm。

4定向精度分析

4.1地面（或上中段）測量的精度計算

以AC邊為例，其坐標方位角的最或是值αAC計算式為：

5結論

（1）地面由于增加了多余觀測，因而提高了測量精度和可靠性。

（2）對于多中段定向，其中間水平只要解決照明，而無需搭設堅固的測量平臺，即避免了有關人員直接在井筒內的作業，保證人員安全，減少井筒占用時間，減少了工作人員的勞動強度，也縮短了在井下惡劣環境下的整個作業時間。受益大效果顯著。

（3）下中段可以根據定向精度要求，控制在井筒內的工作時間。增加多余觀測數，能夠提高測量精度。

（4）三線定向法畢竟是幾何定向法，它受到井筒斷面及布點的限制，不能替代陀螺儀定向。但它確實可以優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困難;還使得那些無法架設平臺或根本不具備量邊條件的水平、中段，也同樣可以實施幾何定向。