陀螺定向技術在煤礦巷道貫通控制測量中的應用

王宏軍

(陜西延長石油集團氟硅化工有限公司,陜西商洛 726006)

陀螺定向技術在煤礦巷道貫通控制測量中的應用

王宏軍

(陜西延長石油集團氟硅化工有限公司,陜西商洛 726006)

采用井下陀螺定向技術,強制附和方位角,保證巷道貫通精度,值得推廣使用。

陀螺定向 貫通 測量

某礦山地處山區(qū)，主井與風井同時開工建設，兩井口直線距離5公里，地面便道里程約15km，為實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)的盡快形成，需進行井下大型貫通測量，采用陀螺定向技術，很好地保證了貫通精度。

1 陀螺定向作業(yè)

井下加設2條陀螺方位邊HJ01—HJ02和D1—陀2，對方位角進行強制附和。

1.1 作業(yè)方法與要求

采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點法，其過程為：(1)在合適的已知邊上測定儀器常數(shù);(2)依次在各待定邊上測定陀螺方位角;(3)同一已知邊上再次測定儀器常數(shù);(4)計算儀器常數(shù)平均值;(5)計算各邊的子午線收斂角;(6)最后計算各待定邊的坐標方位角。

觀測精度執(zhí)行《煤礦測量規(guī)程》中陀螺定向一級要求，基本精度要求見表1。

表1 陀螺經(jīng)緯儀定向精度指標

一次定向中誤差指：待定邊陀螺定向所測坐標方位角平均值的中誤差。

1.2 子午線收斂角的計算

理論上陀螺經(jīng)緯儀測定的方位角是地理方位角，而工程建設中使用的是坐標方位角，因此需要求得各觀測點的子午線收斂角以根據(jù)地理方位角來計算出坐標方位角。各測站點子午線收斂角的計算見表2。

表2 各測站點子午線收斂角計算表

子午線收斂角的計算公式：

式中：—以分為單位的子午線收斂角;—系數(shù)，以縱坐標(以km計)為引數(shù)計算;—測站點的橫坐標自然值，以km計。

1.3 儀器常數(shù)的測定

由于儀器本身的誤差，陀螺經(jīng)緯儀測定的方位角不等于理論上的地理方位角，其實測值稱為陀螺方位角，與地理方位角相差一個常數(shù)，即儀器常數(shù)。為了求得陀螺經(jīng)緯儀的儀器常數(shù)，按規(guī)范要求，必須在已知邊上進行觀測，以根據(jù)已知邊的成果計算出儀器常數(shù)。

在風井地面已知邊JX05—06上進行了測前3測回、測后2測回共5測回的儀器常數(shù)的測定，5測回所測陀螺方位角值分別為215°03′01″、215°03′07″、215°03′07″、215°03′27″、215°03′24″。測回之間的互差最大為26″，滿足規(guī)范對15″級儀器不得超過±40″的規(guī)定。

已知邊的坐標方位角為α近=214°38′44″，根據(jù)儀器常數(shù)的計算公式：公式(1)中，Δ——儀器常數(shù);γ——已知點子午線收斂角，本次觀測為30′33″;αT——已知點陀螺方位角。

可得儀器常數(shù)分別為6′16″、6′10″、6′10″、5′50″、5′53″，平均值為6′04″。

1.4 定向邊坐標方位角的計算

定向邊按規(guī)范規(guī)定各測兩個測回，共測2條邊，其陀螺方位角的觀測值及其差值、平均值見表3。

表3 待定邊陀螺方位角的觀測值及其差值、平均值

表5中，測回之間的互差最大為22″，滿足規(guī)范中對15″級儀器不得超過±40″的規(guī)定。

表4 待定邊坐標方位角

根據(jù)待定邊坐標方位角的計算公式：公式(2)中， α定——待定邊的坐標方位角;

α′定——待定邊陀螺方位角平均值;Δ平——儀器常數(shù)平均值;

γ定——待定邊的子午線收斂角?？傻?，待定邊的坐標方位角值見表4。

1.5 精度評定

(1)儀器常數(shù)平均值的中誤差。

在已知邊上測定的儀器常數(shù)共5測回，可按白塞爾公式計算儀器常數(shù)一次測定中誤差。

改正數(shù)：-12″、-6″、-6″、14″、11″

儀器常數(shù)一次測定中誤差為：小于規(guī)范規(guī)定的限差(±15″)要求。

儀器常數(shù)平均值的中誤差為：

(2)井下一測回測定陀螺方位角中誤差。

由于陀螺定向多采用待定邊兩個測回的雙次觀測法，本次觀測待定邊共2條，按等精度原則，由此可計算得

井下一測回測定陀螺方位角中誤差為：

小于規(guī)范規(guī)定的限差(±15″)要求。

井下兩測回陀螺方位角平均值的中誤差為：

(3)陀螺方位角一次定向中誤差。由于每條待定邊的測回數(shù)有限，根據(jù)每個具體邊的觀測值計算一次定向中誤差是不準確的。因為是等精度觀測，根據(jù)上述公式的計算方法，根據(jù)兩測回陀螺方位角平均值的中誤差，再考慮儀器常數(shù)的中誤差，由此可計算出待定邊坐標方位角的中誤差。

陀螺方位角一次定向中誤差：即根據(jù)陀螺經(jīng)緯儀測定的坐標方位角中誤差(陀螺方位角一次定向中誤差)小于規(guī)范要求的±10″的精度。

2 井下起始點的坐標計算

井下起始點坐標由風井鋼絲繩導入，鋼絲繩加重錘放置在井下油桶中，鋼絲繩坐標由地面已知邊采取前方交會的方法取得，由于井下起始方位是由陀螺定向確定的，投點誤差對貫通的影響僅僅是單點坐標的誤差影響，因此對投點工作的精度要求不高，實際工作由全站儀測定井上鋼絲繩的位置和井下鋼絲繩的擺動平均位置，作為將地面坐標傳遞到井下的方法。由此得井下起始點：HJ01的坐標：x=3918235.773m，y=36579839.776m;HJ02的坐標：x=3918167.707m，y=36579839.055m。

3 貫通測量精度及分析

主副斜井與立風井已按計劃準確貫通，其貫通精度為角度閉合差34″(限差71.4″)、坐標閉合差為0.16cm(限差0.200cm)、導線全長相對中誤差1/21792(限差1/8000)，各項精度均小于允許的貫通偏差值，完全達到了《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定的7″導線1/8000的精度要求。

4 結語

對于煤礦或其他礦山大型長距離的井下貫通測量工作，除做好正常的井下控制及誤差預計外，布設數(shù)條陀螺加強邊，對方位角進行強制符合，可達到精度較高的貫通，引證了陀螺定向技術在礦井巷道貫通控制測量的應用是完全可行的，應大力推廣使用。