陀螺全站儀在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

游 晉

1 概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)建設(shè)的快速發(fā)展,在國(guó)土資源的合理利用以及礦山信息化和數(shù)字化管理中對(duì)測(cè)繪精度要求越來(lái)越高。隨著測(cè)繪儀器的不斷更新和改進(jìn),陀螺全站儀的出現(xiàn),數(shù)字化測(cè)圖以其測(cè)圖精度高、數(shù)據(jù)采集快,產(chǎn)品的使用與維護(hù)方便、快捷、直觀、利用率高,廣泛用于測(cè)繪生產(chǎn)和礦山企事業(yè)等部門,并為廣大用戶所接受。由于數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)便于圖件的更新,并可作為GIS的信息源,所以陀螺全站儀的出現(xiàn)代替了陀螺經(jīng)緯儀量距的不足,能夠更好的及時(shí)準(zhǔn)確地提供各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新GIS的數(shù)據(jù)庫(kù),保證地理信息的可靠性和現(xiàn)勢(shì)性,為GIS的輔助決策和空間分析發(fā)揮作用,促進(jìn)了測(cè)繪行業(yè)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化、智能化,為礦山信息化和數(shù)字化管理產(chǎn)生積極的影響。

為了能夠更好更準(zhǔn)確對(duì)企業(yè)進(jìn)行管理和維護(hù)煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn),王村煤礦組織一次測(cè)量。

2 地貌及構(gòu)造

王村煤礦地處黃土高原東緣,屬山西北部山地。境內(nèi)地貌以山地為主。從整體看,西高東低,最高點(diǎn)海拔為873.6 m,最低點(diǎn)海拔僅為782 m。區(qū)內(nèi)中川水系呈樹(shù)枝狀分布,切割較淺,河谷開(kāi)闊,坡降在8%～10%間,屬黃河水系;屬暖溫半干旱大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,春季干旱多風(fēng),夏季炎熱多雨,秋季涼爽少雨,冬季寒冷少雪,降水集中在7月～9月,占全年降水量的60%以上。

王村煤礦基本構(gòu)造形態(tài)為一走向北北東、傾向北東的單斜構(gòu)造。在此基礎(chǔ)上發(fā)育了一系列近南北—南南東向的寬緩褶曲帶,在山地構(gòu)造層波狀起伏,構(gòu)造層傾角一般不超過(guò)10°,個(gè)別地段受構(gòu)造影響巖層傾角變大,斷層較多,無(wú)巖漿活動(dòng)。主要是由地表及三維地震勘探產(chǎn)生,隧道掘進(jìn)中未見(jiàn)。該礦地表地層主要為二疊系下統(tǒng)山西組)、石系上統(tǒng)太原組(),平均總厚度136.02 m,頂板一般為粉砂巖,局部見(jiàn)泥巖,頂為泥質(zhì)灰?guī)r。底板多為泥巖或粉砂巖,局部為中粒、細(xì)粒砂巖,9號(hào),10號(hào)合并地段底板為石灰?guī)r。

3 測(cè)量的組織措施

本次礦山測(cè)量分兩組:第一組負(fù)責(zé)組織聯(lián)系測(cè)量工作及導(dǎo)線的施測(cè);第二組負(fù)責(zé)定期檢查測(cè)量原始記錄及計(jì)算資料;負(fù)責(zé)對(duì)該調(diào)查測(cè)量成果進(jìn)行精度分析,編寫技術(shù)總結(jié)。

4 測(cè)量

4.1 控制測(cè)量

本次采用單頻GPS接收機(jī) 4臺(tái)(套)觀測(cè)兩個(gè)時(shí)段,對(duì)測(cè)區(qū)預(yù)先埋設(shè)的E級(jí)GPS控制點(diǎn)進(jìn)行了以邊連式為主,點(diǎn)邊混連式為輔的布網(wǎng)方式布網(wǎng),聯(lián)測(cè)于預(yù)先踏勘好的國(guó)家等級(jí)三角點(diǎn)。在GPS數(shù)據(jù)采集時(shí)使用4臺(tái)(套)同步觀測(cè)。內(nèi)業(yè)將GPS接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)下傳至計(jì)算機(jī),并使用GPS數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)基線進(jìn)行解算處理,從而獲得控制網(wǎng)的成果。

4.2 聯(lián)系測(cè)量

通過(guò)在井筒中懸掛的一根鋼絲形成的豎直面將井上的點(diǎn)位傳遞到井下。待鋼絲完全穩(wěn)定后井上、下同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)2測(cè)回～3測(cè)回,取其平均值作為有效觀測(cè)值。再用陀螺全站儀進(jìn)行定向測(cè)量,確定井下導(dǎo)線起始點(diǎn)的坐標(biāo)與起始邊的方位角。最后采用鋼絲法導(dǎo)入高程。

4.3 導(dǎo)線測(cè)量

井下巷道測(cè)量是在聯(lián)系測(cè)量中對(duì)已確定井下導(dǎo)線起始點(diǎn)的坐標(biāo)與起始邊的方位角,采用陀螺全站儀在起始邊一點(diǎn)上設(shè)站,另一點(diǎn)為后視運(yùn)用三架法進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量,水平角觀測(cè)1測(cè)回,距離觀測(cè)2測(cè)回,高程測(cè)量采用三角高程導(dǎo)線測(cè)量法直返覘觀測(cè)偽高差,測(cè)量時(shí)用鋼尺丈量了導(dǎo)線點(diǎn)至巷道頂、底板及左、右?guī)偷木嚯x,求取其斷面和采出量。對(duì)于精度要求高的導(dǎo)線邊加測(cè)陀螺邊,一則為提高精度,二則為進(jìn)行檢查,這樣能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,隨時(shí)進(jìn)行檢查,以確保導(dǎo)線質(zhì)量和精度。在定向測(cè)量中主要采用陀螺全站儀的跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法進(jìn)行定向測(cè)量。

本次對(duì)王村煤礦礦井定向采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法測(cè)定井下未知邊方位角的全過(guò)程:

1)在地面已知邊上采用2個(gè)～3個(gè)測(cè)回測(cè)定儀器常數(shù)Δ前。

測(cè)定 TGPS1-GPS2的方法是:

a.在GPS1點(diǎn)安置陀螺經(jīng)緯儀,嚴(yán)格整平對(duì)中,并以兩個(gè)鏡位觀測(cè)測(cè)線方向GPS1-GPS2的方向值——測(cè)前方向值 M1。

b.將經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)軸大致對(duì)準(zhǔn)北方向(對(duì)于逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法要求偏離陀螺子午方向不大于60′)。

c.測(cè)量懸掛帶零拉值——測(cè)前零位,同時(shí)用秒表測(cè)定陀螺擺動(dòng)周期。

測(cè)定零位的方法是:下放陀螺靈敏部,從讀數(shù)目鏡中觀測(cè)靈敏部的擺動(dòng),在分劃板上續(xù)讀三個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀為:A1,A2,A3,并計(jì)算零位

d.用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法精確測(cè)定陀螺北方向值N。啟動(dòng)陀螺馬達(dá),緩慢下放靈敏部,使擺幅在1°～3°范圍內(nèi)。

e.進(jìn)行測(cè)后零位觀測(cè),方法同測(cè)前零位觀測(cè)。

f.再以兩個(gè)鏡位測(cè)定GPS1-GPS2邊的方向值——測(cè)后方向值M2。

2)地井下定向邊上采用2測(cè)回測(cè)定陀螺方位角 TGPS1-GPS2陀。

3)返回地面后,及時(shí)在已知邊GPS1-GPS2上測(cè)定儀器常數(shù) Δ。

4)計(jì)算井下未知邊的坐標(biāo)方位角αGPS1-GPS2。

其中,γα為α點(diǎn)的子午線收斂角。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用陀螺全站儀對(duì)王村煤礦井下導(dǎo)線的測(cè)量,發(fā)現(xiàn)陀螺全站儀不僅能夠準(zhǔn)確地測(cè)算出兩條邊的夾角和各邊距離,而且還能夠測(cè)定其每條邊的準(zhǔn)確方位。這樣既省時(shí)省力還經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,是以前電子經(jīng)緯儀、普通全站儀及陀螺經(jīng)緯儀單獨(dú)無(wú)法完成的,而今一臺(tái)普通的陀螺全站儀就完成了。對(duì)本次測(cè)量工作的技術(shù)情況和人員組織、時(shí)間的安排作綜合評(píng)述,均已繪出全部測(cè)量資料的明細(xì)表及時(shí)間,并提出類似測(cè)量工作的意見(jiàn)和建議,為以后工作積累了經(jīng)驗(yàn),為測(cè)量工作能夠更好更廣泛地服務(wù)于礦山企業(yè)發(fā)揮重要作用,為礦山企業(yè)信息化和數(shù)字化提供準(zhǔn)確可靠的信息源。

[2]武漢測(cè)繪科技大學(xué).測(cè)量學(xué)[M].北京:測(cè)繪出版社,1996.

[3]李海珍,焦希穎.測(cè)量學(xué)[M].太原:山西人民出版社,2000.

[4]張慶賀,朱合華.土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)指南隧道及地下工程分冊(cè)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001.

[5]孔昭璧,楊世清.生產(chǎn)礦井測(cè)量[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.

[6]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2002.

[7]胡伍生,潘慶林,黃 騰.土木工程施工測(cè)量手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2005.

[8]中國(guó)統(tǒng)配煤礦總公司生產(chǎn)局.煤礦測(cè)量手冊(cè)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1990.

[9]GB 50026-93,工程測(cè)量規(guī)范[S].