陀螺经纬仪和全站仪在思山岭铁矿联合定向的应用

陶正君

在矿山前期平巷中段开拓联系测量之中尤为重要，为矿山早日建设投产提供便利

关键词：陀螺仪定向原理投点定向误差精度

1工程概况

龙新矿业公司思山岭铁矿SJ3（1#回风井）井筒净径7.5m，地面井口标高+265m，井筒全深1272.7m。目前该井拟施工-900m、-960m两中段。利用现有井筒内三层吊盘合理安排联系测量顺序和测量方法。

2陀螺经纬仪的定向原理

用吊丝悬吊且重心下移的陀螺灵敏部敏感地球自转角速度的水平分量，在重力作用下，产生一个向北进动的力矩，使陀螺灵敏部主轴（即H向量）围绕子午面往复摆动，通过光电传感器将陀螺灵敏部往复摆动的光信号，转换为电信号传送给控制器。控制系统自动跟踪陀螺灵敏部的方向摆动，并对灵敏进行加矩控制，通过复合式寻北解算出被测目标的北向方位角，控制器显示的角度N为陀螺罗盘零位相对于真北方向的夹角。

陀螺定向前测量准备工作，在地表已知边上用三测回独立测量陀螺方位置角，求得仪器常数。

3-900m中段和-960m中段联系测量

受井筒条件的限制，-900m中段和-960m中段联系测量分开分时独立进行。先进行-900m中段联系测量，等条件具备后再进行-960m中段联系测量。

3.1-900m中段联系测量

-900m中段定向点由φ2.0mm铜焊条加工成的“U”测钉用水泥埋设，共埋设4个定向点。-900m中段联系测量分平面定向测量和导入高程测量，分开进行，即先进行平面定向测量，平面定向测量结束后，从安全门主提升孔下放长钢尺再进行导入高程测量。

3.1.1平面定向测量

平面定向测量，拟采用单根钢丝投点联合陀螺经纬仪定向的方法进行，见图1。

（1）投点

采用φ2.0mm细钢丝单重投点法。

单重投点安装系统见图1。缠绕钢丝的2t风动绞车固定在地面井口适当位置，钢丝从地面井口下放过程中，其下端配以适当重量的小重陀，钢丝下放至-900m时，在已塔设好的测量平台上（三层吊盘的上层盘提升喇叭孔处）放上盛满稳定液（水）的大桶，钢丝下端通过一定的方式挂上砝码式的重陀（不小于100kg），并将重陀浸入盛满稳定液的大桶，用信号圈法和主提升大桶检查钢丝以确保钢丝自由悬挂，并在钢丝适当位置通过一定方式在地面井口和-900m或-960m各固定一张反射片。

（2）投点定向测量

地面井口C点和-900m中段90F点分别架设全站仪，等钢丝摆动趋于稳定后，井上井下用全站仪同时观测，二次对中各两个测回测定水平角，水平角采用跟踪观测法正倒镜位各8个读数，仪器对中整平及测回较差均应符合规范要求。

利用全站仪的免棱镜功能，对设站点与钢丝间的水平距离正倒镜各10个读数，其均值较差不超过2mm。井下近井边的水平距离利用全站仪免棱镜功能正倒镜位各测3个读数。

通过井下井上对钢丝的联测，将地面平面坐标传递至-900m中段定向点90D。

（3）陀螺经纬仪定向测量

在利用全站仪投点定向测量的同时，将陀螺经纬仪架设于近井边的另一个定向点90F，以测定近井边的陀螺方位角。

陀螺经纬仪定向测量要求为：①在地面已知边上用三测回独立测量陀螺方位角,求得仪器常数；②在井下定向边上用三测回独立测量陀螺方位角；③返回至地面，在原已知边上再用三测回独立测量陀螺方位角，求得仪器常数。陀螺定向时，测回间较差必须满足规范要求。

通过陀螺经纬仪的定向，以测出-900m中段90F～90E边的陀螺方位角。

这样利用90F～90E边的陀螺方位角和各定向点间角度、距离就测出了-900m中段定向点的平面坐标，根据已测出的平面坐标和方位角及施工设计图，可指导-900m中段各项工程的施工。

3.1.2导入高程测量

导入高程利用8把100m钢尺绑结成的800m长钢尺（缠绕在手摇绞车上）将地面连接点C的高程导至-900m中段各定向点上。本次导入高程利用8把100m钢尺绑结成的800m长钢尺（缠绕在手摇绞车上），分两步进行：第一步，由地面井口至-473.5m转水站；第二步，由-473.5m转水站至-900m或-960m。

（1）由地面井口至-473.5m转水站

将地面井口连接点C的高程用全站仪导至地面井口下放钢尺处的固定位置。当钢尺下放至-473.5m时，井上井下通过信号联系，同时读取钢尺尺面读数，第一次读数结束后，变动钢尺位置再进行一次；导入高程至少进行2次，其互差不超过井筒深度的1/8000。通过全站仪将高程导至-473.5m转水站井口钢梁面上。

（2）由-473.5m转水站至-900m

从-473.5m转水站下放钢尺至-900m，采用地面井口至-473.5m转水站同样方法，将-473.5m转水站井口钢梁面上的高程导至-900m井筒马头门帮壁上已埋设的水泥钉上，高程至少导入2次，其互差不超过井筒深度的1/8000。

（3）由-473.5m转水站至-960m

因-960m井口未安装过桥，利用提升大桶人员无法进入-960m中段，这样等三层吊盘下放至-960m时，将钢尺下放至-960m，采用-473.5m转水站至-900m同样方法，将-473.5m转水站井口钢梁面上的高程导至-960m井筒帮马头门壁上已埋设的水泥钉上，高程至少导入2次，其互差不超过井筒深度的1/8000。

3.2-900m水准测量

利用全站仪，将-900m井筒马头门帮壁上的水泥钉的高程，通过施测Ⅰ级水准，导至各定向点上。

3.3-960m水准测量

利用全站仪，将-960m井筒马头门帮壁上的水泥钉的高程，通过施测Ⅰ级水准，导至各定向点上。

4-960m中段联系测量

平面定向时，从地面下放钢丝至-960m。所采用的技术措施与测量方法和-900m中段平面定向方法相同。

5结论与建议

在矿山前期中段平面开拓中，陀螺经纬仪与全站仪在矿山联系测量中和传统的一井定向联系测量比以下优点：

（1）在平面联系测量当中，井筒内只需投放一根钢丝和一个稳定液的大桶，井筒空间利用大便于操作、安全可靠。

（2）中段平面选点埋点时无需考虑r角问题和有利三角形，埋点只需便于利用和保护。

（3）在平面联系测量中，作业时间占用井筒少，提高了工作效率。

（4）跟以往的一井定向传统联系测量相比较，陀螺经纬仪与全站仪在矿山联系测量中点位误差精度高。

（5）陀螺经纬仪与全站仪在矿山联系测量中也有它的缺点，陀螺定向边只有20m~30m长，定向边长很短。建议等中段巷道平面施工150m~200m时，重新埋设2个控制点（边长100m以上）再进行一次陀螺定向，测出控制边的方位角，以修正因短边测量带来的误差。

参考文献

[1]陀螺经纬仪在地理空间定向中的应用研究——以西安地铁工程为例[J].姜雁飞,胡荣明,杨联安.西北大学学报(自然科学版).2011(01)

[2]陀螺经纬仪在煤矿贯通测量中的应用分析[J].庞庆刚.矿山测量.2011(04)

[3]陀螺全站仪在矿山测量中的应用[J].游晋.山西建筑.2010(10)