Y/JTD-2陀螺全站儀在礦山定向測量中的應用

張媛媛ZHANG Yuan-yuan；宋磊SONG-lei；袁興明YUAN Xing-ming

（①山東能源棗礦集團中興建安工程有限公司，棗莊277000；②山東工業(yè)職業(yè)學院建筑與信息工程系，淄博256414）

0 引言

陀螺全站儀是一種自主定向儀器，利用陀螺全站儀的定軸性和進動性敏感地球自轉(zhuǎn)，從而計算出地球自轉(zhuǎn)的法線方向，即真北方向。作業(yè)過程中不受天氣、其他條件影響能夠快速測定真北方向的物理定向儀器，在作業(yè)過程中儀器常數(shù)的穩(wěn)定性直接影響到定向結(jié)果的可靠性，所以需要多次測量求取平均值。近幾年陀螺全站儀在軍事、礦山、航天、森林、鐵道、建筑、海洋和測繪等部門日益得到廣泛應用[1,2,3]。Y/JTD-2陀螺全站儀是中國人民解放軍1001工廠全自動阻尼式陀螺全站儀，該儀器采用阻尼跟蹤法測量原理，自動跟蹤、自動鎖放，整個測量過程中吊帶不受扭，能夠在較大偏北角條件下自動完成粗尋北及精尋北過程。它可快速為遠程武器發(fā)射提供精確的基準方位，廣泛用于火炮、雷達和需要標定方位的軍事設施，以及大地測量、工程測量和礦山測量等工程的精確定向[2]。

隨著我國經(jīng)濟的大力發(fā)展以及城市建設的需要，近幾年加大了對礦產(chǎn)資源的開采，為了保證開采人員以及周圍居民的安全需要對礦井進行聯(lián)系測量，保證井上和井下坐標系統(tǒng)一致。聯(lián)系測量以往常用方法是幾何定向中的一井定向和兩井定向，這種定向方法的精度較低，《煤礦測量規(guī)程》要求兩次獨立定向結(jié)果互差分別不超過±2′和±1′，這種定向精度對于大范圍礦區(qū)的井上下位置會產(chǎn)生較大誤差[4,5,6]。文章主要是利用Y/JTD-2陀螺全站儀對礦井進行定向測量和貫通測量，定向結(jié)果表明定向精度較高，時間較短，在礦山測量中應用比較廣泛。

1 陀螺全站儀的結(jié)構(gòu)和定向原理

1.1 Y/JTD-2陀螺全站儀結(jié)構(gòu) 陀螺定向是運用陀螺全站儀直接測定井下未知邊的方位角，它克服了運用幾何定向方法進行聯(lián)系測量時占用井筒時間長、工作組織復雜等缺點，目前，已廣泛應用于礦井聯(lián)系測量和控制井下導線方向誤差的積累。陀螺全站儀是根據(jù)自由陀螺儀（在不受外力作用時，具有三個自由度的陀螺儀）的原理而制成的[2,7]。圖1為Y/JTD-2陀螺全站儀。

1.2 Y/JTD-2陀螺全站儀尋北 Y/JTD-2陀螺全站儀是基于擺式陀螺的尋北原理，主要包括陀螺敏感部和懸絲等，采用阻尼跟蹤的工作方式進行全自動尋北測量的。阻尼跟蹤法的顯著特點就是坐標方位角的輸出采用的是全站儀直接讀取的方式，根據(jù)陀螺方位角確定出目標的真北方向。儀器工作主要由一個主電路驅(qū)動回轉(zhuǎn)平臺尋北，并且配以反饋電路進行連續(xù)控制校正[2]。

圖1 Y/JTD-2陀螺全站儀

2 Y/JTD-2陀螺全站儀工作過程

2.1 測定儀器參數(shù) 陀螺儀軸的穩(wěn)定位置通常不與地理子午線重合，二者之間的夾角稱為儀器常數(shù)，一般用△表示。陀螺儀子午線位于地理子午線的東邊△為正；反之為負[4,5,6,7]。由下圖可以得出△=A+γ-Am。測定陀螺儀的儀器常數(shù)應在已知坐標方位角的邊上進行如12邊，在已知邊12上測量n次已知邊的陀螺方位角，通過測出陀螺方位角和已知的坐標方位角就可以求儀器常數(shù)。

圖2 陀螺全站儀定向示意圖

2.2 在未知邊上進行定向測量 ①在測站上整平對中好儀器，測前先測定待定測線方向值，啟動陀螺馬達，輸入測站點的緯度值，9min后自動測量出陀螺尋北方向與陀螺馬達軸方向的夾角，測后再測定待定測線方向值，一測回定向測量完成。②根據(jù)步驟①繼續(xù)觀測兩到三個測回定向測量。③輸入測站點的坐標、測線的陀螺方位角和儀器常數(shù)，儀器系統(tǒng)內(nèi)部自動計算出定向邊的坐標方位角。④根據(jù)測量規(guī)程要求，測前和測后都要測定一次儀器常數(shù)。

3 陀螺全站儀在礦井的應用

Y/JTD-2陀螺全站儀在在礦井的定向測量和貫通測量中應用廣泛，完成多條豎井多段的定向測量，與以往的常規(guī)測量相比減少了定向測量的勞動強度、提高了工作效率、減少了開采停工的時間、為企業(yè)節(jié)省了大量成本、加快了巷道貫通的速度。

3.1 陀螺儀器常數(shù)的計算 陀螺全站儀井下的待測邊的定向，其實質(zhì)就是測量出待測點的陀螺方位角和近似坐標推算出子午線收斂角，根據(jù)計算的儀器常數(shù)，計算出定向邊的坐標方位角。表1儀器常數(shù)△計算表。

表1 儀器常數(shù)△計算表

3.2 礦井貫通測量應用 為了保證井下工程正確貫通而進行的測量與計算工作稱為貫通測量，是井下測量工作的重要內(nèi)容[6,7]。具體的貫通誤差見表2。

表2 貫通誤差

通過分析表2貫通誤差可以得出，利用此陀螺儀對礦井的貫通質(zhì)量較好。貫通后的點位誤差范圍在80～130mn，平均點位誤差107.5mm最大點位誤差為130mm，最小點位誤差為80mm；最大方位角閉合差為28″，最小方位角閉合差為 16″，平均閉合差 21″。

4 結(jié)論

①Y/JTD-2陀螺全站儀將陀螺和全站儀成功聯(lián)系在一起，在礦山定向測量中精度比高、速度快、性能穩(wěn)定、成果可靠、操作簡便等能夠節(jié)約大量的成本。②儀器常數(shù)穩(wěn)定，受測量環(huán)境響小。儀器能夠在一定振動環(huán)境下工作，可以大大減少停工時間。③利用Y/JTD-2陀螺全站儀對礦井多條邊進行貫通測量，通過分析得出貫通精度較高。

[1]張國良,朱家鈺,顧和和.礦山測量學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2008:75-79.

[2]煤礦測量規(guī)程[S].北京:中華人民共和國能源部，1989.

[3]李忠金.GAT磁懸浮陀螺全站儀在馬坑鐵礦豎井定向測量中的應用[J].礦山測量,2012(1):37-39.

[4]張高興.陀螺全站儀在井下測量中的應用研究[J].龍巖學院學報,2012(2):32-35.

[5]徐金城.礦井聯(lián)系測量的實踐運用[J].采礦技術(shù),2010(1):89-91.

[6]劉紹堂,蔣瑞波,蘇軒.陀螺全站儀在礦井聯(lián)系測量中的應用[J].測繪科學,2011(2):94-96.

[7]靳朝陽,王潤平,秦臻.陀螺全站儀在井下導線測量中的應用[J].礦山測量,2010(6):57-60.