豎井平面聯(lián)系測(cè)量方案探討

閆 星 ，張明媚

(中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)地測(cè)公司)(太原理工大學(xué))

·問(wèn)題探討·

豎井平面聯(lián)系測(cè)量方案探討

閆 星 ，張明媚

(中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)地測(cè)公司)(太原理工大學(xué))

目前，豎井平面聯(lián)系測(cè)量的方法有很多。本文針對(duì)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(jì)了一套陀螺定向的實(shí)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(xiàng)，對(duì)提高礦山豎井平面聯(lián)系測(cè)量的精度和豐富礦山聯(lián)系測(cè)量方法具有重要的實(shí)踐意義。

豎井；平面聯(lián)系測(cè)量；方案設(shè)計(jì)

在礦山測(cè)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(shuō)的聯(lián)系測(cè)量。將地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到井下的測(cè)量為平面聯(lián)系測(cè)量，簡(jiǎn)稱定向。平面聯(lián)系測(cè)量常用的方法有：聯(lián)系三角形法、鉆孔投點(diǎn)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(cè)量、豎井定向、地下聯(lián)測(cè)等幾部分內(nèi)容，其中趨近導(dǎo)線和地下導(dǎo)線聯(lián)測(cè)的方法和要求同精密導(dǎo)線，豎井定向部分將視現(xiàn)場(chǎng)不同的情況使用不同的方法。針對(duì)豎井聯(lián)系測(cè)量，礦井定向概括說(shuō)來(lái)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(guò)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(cè)定定向邊方位角的測(cè)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(cè)定定向邊的正北方位的定向儀器，所以利用它可以測(cè)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(dá)到定向的目的。

1) 鉛垂儀投點(diǎn)。投點(diǎn)時(shí)需要搭設(shè)投點(diǎn)平臺(tái)，平臺(tái)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(gè)盤(pán)位各投一點(diǎn)，取4個(gè)盤(pán)位投點(diǎn)的重心位置作為一測(cè)回投點(diǎn)位置。每投點(diǎn)觀測(cè)4個(gè)測(cè)回，并取4個(gè)測(cè)回的4點(diǎn)位所構(gòu)成圖形的重心位置作為井下投點(diǎn)位置。再將井下的點(diǎn)位順著視線方向引至井上，定出相應(yīng)的點(diǎn)位，從而使井上、井下各投有一點(diǎn)。所投點(diǎn)位的平面坐標(biāo)可采用全站儀通過(guò)定向邊測(cè)得，而井下定向邊的坐標(biāo)方位角可以通過(guò)解算投點(diǎn)處的空間角推得，并由此推得井下各點(diǎn)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(shí)注意選在穩(wěn)定可靠、通視良好、尤其附近沒(méi)有電磁場(chǎng)干擾的地方，最好是選擇已知邊，如精密導(dǎo)線點(diǎn)或GPS點(diǎn)。見(jiàn)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(dú)立觀測(cè)3個(gè)測(cè)回。每測(cè)回觀測(cè)時(shí)均先進(jìn)行測(cè)前零位測(cè)量。然后，采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法測(cè)定5個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)，逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)達(dá)到有關(guān)要求后，進(jìn)行測(cè)后零位測(cè)量。最后，將陀螺全站儀搬至高等級(jí)已知邊的另一端，按照上述方法進(jìn)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(cè)量，但對(duì)于每個(gè)豎井，由于其所處的位置和環(huán)境不同，測(cè)量方案也會(huì)有所不同。在作業(yè)時(shí)，要注意導(dǎo)線的邊長(zhǎng)及點(diǎn)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(zhǎng)以陀螺定向邊在井下導(dǎo)線測(cè)量中有如下兩方面作用：一是對(duì)豎井而言，陀螺定向邊是井下導(dǎo)線的方位起算邊。二是對(duì)井下貫通測(cè)量而言，貫通前的井下導(dǎo)線為無(wú)天然檢核條件的支導(dǎo)線，角度測(cè)量誤差會(huì)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(cè)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(jì)

經(jīng)過(guò)一個(gè)豎井利用陀螺全站儀定向時(shí)的聯(lián)系測(cè)量由三部分組成：

1) 經(jīng)立井由地面向定向水平投點(diǎn)。2) 井上、下與垂球線的連接測(cè)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(cè)量規(guī)程:原中華人民共和國(guó)能源部制定,1989。b) 工程測(cè)量規(guī)范:GB50026-93,中華人民共和國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國(guó)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布，1993。

2) 陀螺定向儀器常數(shù)測(cè)定邊。按《煤礦測(cè)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(cè)定邊。

3) 陀螺定向作業(yè)方法：跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)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(cè)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(jiǎn)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(chǎng)作業(yè)的常用方法：跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法。其基本過(guò)程為：a) 在已知邊上測(cè)定儀器常數(shù)3次。b)依次在各待定邊上用2測(cè)回測(cè)定陀螺方位角。c)在同一已知邊上再次測(cè)定儀器常數(shù)2次。d)計(jì)算儀器常數(shù)平均值。e)計(jì)算各邊的子午線收斂角。f)最后計(jì)算各待定邊的坐標(biāo)方位角。

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

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

a) 一次測(cè)定中誤差≤±15″。

b) 一次定向中誤差≤±10″。

c) 同一邊任意兩測(cè)回測(cè)量陀螺方位角的互差，對(duì)15″級(jí)≤±40″。

d) 測(cè)線方向值上、下半測(cè)回互差≤±24″。

e) 同一邊測(cè)前測(cè)后方向值互差≤±10″。

2.3注意事項(xiàng)

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(shuō)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(jìn)行聯(lián)系測(cè)量時(shí)，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(duì)井下基本控制導(dǎo)線進(jìn)行必要的改算，以保證今后采礦設(shè)計(jì)的精確性。

2) 陀螺全站儀定向可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)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(kāi)掘前在順槽口附近選用一條長(zhǎng)150 m左右的導(dǎo)線邊做為起算邊加測(cè)陀螺方位，以確保平面聯(lián)系測(cè)量的精度。

3) 實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)近井點(diǎn)如果存在各種問(wèn)題則容易引入偶然誤差，為提高觀測(cè)精度，建議平面聯(lián)系測(cè)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(yǔ)

豎井平面聯(lián)系測(cè)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(jiǎn)單、操作時(shí)所需設(shè)備成本較低、作業(yè)時(shí)占用井口面積小、不需中斷施工，是一種簡(jiǎn)單可行的辦法，在我國(guó)已有較長(zhǎng)歷史，至今還有很多單位在用。但該法精度較低，隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，逐漸被陀螺定向所替代，在礦山定向測(cè)量中不斷得到推廣應(yīng)用。本文針對(duì)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(jì)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(xiàng)，對(duì)礦山豎井平面聯(lián)系測(cè)量具有重要的實(shí)踐意義。但該方法成本較高，因?yàn)橥勇荻ㄏ蛐枰粋€(gè)相對(duì)平靜的環(huán)境，不能有振動(dòng)等干擾，會(huì)對(duì)施工進(jìn)度造成一定的影響，所以關(guān)于豎井平面聯(lián)系測(cè)量的方法仍有待于做更多的實(shí)踐和研究。

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

[2] 張國(guó)良.礦山測(cè)量學(xué)[M].徐州：中國(guó)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