山西煤运兰煜矿回风立井陀螺定向联系测量

[摘要]本文以山西煤运兰煜矿风井陀螺定向联系测量为例，阐述了矿井联系测量中用陀螺经纬仪定向来确定井下起始边的坐标方位角的测量过程及其精度分析。

[关键词]联系测量 陀螺经纬仪 方位角 中误差

[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-223-1

为了使山西煤炭运销集团兰煜矿新建回风立井井上下采用统一的平面坐标系（1980西安坐标系，中央子午线采用111度，3度带），需进行井上下平面联系测量，按照《煤矿测量规程》“各矿井应该尽量使用陀螺经纬仪定向，只有在确实不具备此条件时，才允许采用几何定向”的要求，本矿平面联系测量采用陀螺经纬仪定向。陀螺经纬仪是一种将陀螺仪和经纬仪结合在一起的仪器，利用陀螺仪本身的物理特性定轴性（陀螺仪自转轴在无外力矩作用时，始终指向其初始恒定方向）、进动性（陀螺仪自转轴受到外力矩作用时，将按一定的规律产生进动）及地球自转的影响，实现自动寻找真北方向，从而测定地面和地下工程中任意测站的大地方位角。在地理南北纬度不大于75°的范围内，它可以不受时间和环境等条件限制，实现快速定向。陀螺定向能客服运用几何定向方法联系测量占用井筒时间长、工作组织复杂等缺点，目前已广泛应用于矿井联系测量及控制井下导线方向误差的积累。本矿井上下连接导线测量采用日产拓普康GTS―332N型全站仪，井下导线边陀螺定向采用瑞士GAK1-41084陀螺经纬仪。

1地面控制测量

矿井地面近井控制网由W001、W002、W003、W004、W005五个近井点共同组成，其精度符合《煤矿测量规程》规定要求。本次风井联系测量选定W001（坐标X：3953545.092，Y： 672207.223，Z： 875.892）、W003（坐标X： 3953766.469，Y： 672077.836，Z： 845.337）近井点做为地面已知起算边进行测量。

2连接导线

地面导线：从近井点“W001”、“W003”起测量，布设7″级支导线至回风立井井筒下线点（井口），导线全长约150m。

投点：从回风立井井筒导入，采用钢丝法进行，井上连接测量后随即完成井下连接。

井下导线：从回风立井井底钢丝连接至井底车场导线边“HF1―HF2”，导线长约50m。地面及井下连接测量导线均为三架法支导线施测，各项限差及其精度均符合《煤矿测量规程》要求。其连接导线示意图如图1-1。

3陀螺定向

本次井下导线边“HF1―HF2”加测陀螺定向，采用瑞士GAK1-41084陀螺经纬仪。在地面已知边上测定仪器常数及井下待定边上测定陀螺方位角具体步骤为：①在测站上整平对中陀螺经纬仪，以一个测回测定待定边的方向值，然后将仪器大致对正北方。②粗略定向（测定近似北方向）。锁紧灵敏部，启动陀螺马达，待达到额定转速后，下放陀螺灵敏部，用粗略定向的方法测定近似北方向。完毕后制动陀螺并托起锁紧，将望远镜视准轴转到近似北方向位置，固定照准部。③测前悬带零位观测。打开陀螺照明，下放陀螺灵敏部，进行测前悬带零位观测，同时用秒表记录自摆周期T。零位观测完毕，托起并锁紧灵敏部。④精密定向（精密测定陀螺北）。采用中天法精密测定待定边的陀螺方位角。⑤测后悬带零位观测。⑥以一个测回测定待定边的方向值，取测前测后观测值的平均值作为测线方向值。本次陀螺定向，观测程序“3-2-3”（在地面已知边上测定仪器常数独立进行3次，然后在井下待测边上测定陀螺方位角独立进行2次，最后在地面已知边重新测定仪器常数独立进行3次）。

3.1测定仪器常数

由于陀螺仪轴与望远镜光轴及观测目镜分划板零线所代表的光轴因安装或调整不完善，使上述三轴不在同一竖直面中，所以陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合。两者的夹角称为仪器常数（用表示）。具体求算过程见表1。

通过井上下6次独立测定的仪器常数平均值为-20″。

3.2计算井下陀螺定向边坐标方位角

井下陀螺定向边坐标方位角计算如表2：

通过表2计算可知井下定向边HF1-HF2坐标方位角为268°12′ 55″。

3.3精度评定

陀螺经纬仪的定向精度主要以陀螺方位角一次测定中误差mT和一次定向中误差mα表示。

（1）陀螺方位角一次测定中误差mT

通过在地面已知坐标方位角边W001-W003上测定的仪器常数来求算陀螺方位角一次测定中误差mT=m=±■=12.3″。

（2）一次定向中误差mα

因确定子午线收敛角的误差很小，可忽略不计，故mα=■， m′2T平为井下定向边陀螺方位角平均值的中误差。由于地面井下都采用同一台测量仪器，使用同一种观测方法，由同一人观测操作，故可认为井上下一次测定陀螺方位角的条件大致相同，所以取m′T=mT，此时，一次定向中误差为mα=■=■=10″

4总结

矿井联系测量中通过陀螺定向测定的起始边坐标方位角精度高，效率高，同几何定向相比，省时、省力、省物、减少了对矿井建设的影响，能满足矿井高精度定向要求，该方法能被广泛地应用于矿井联系测量中。