加测陀螺方位 提高深部巷道控制测量精度方案的研究

【摘要】为提高大红山铜矿深部找探矿工作的控制测量精度并控制后续长距离巷道贯通的误差，必须对现有涉及深部找探矿工作的无轨斜坡道导线进行清理，拟定其测量实施方案，指导后期测量工作的顺利实施，而该方案成功与否的关键是由原有导线资料及陀螺仪测量的精度情况来决定。所以本文重点也是对原有导线资料的分析、提高深部巷道控制测量精度方案及陀螺仪测量数据精度的分析及控制。

【关键词】积分式陀螺仪；导线测量；深部找探矿；子午线收敛角

中图分类号：O353.5文献标识码：A

1大红山铜矿深部找探矿概况

根据大红山铜矿深部找探矿工作的规划，本次深部找探矿高程范围为385标高至330标高段， Cu金属设计矿石量10252218吨，品位为0.6%，金属量为61683吨；TFe矿石量1796655t，品位21.69%，TFe金属量389608.83t。并根据铁铜含量的情况将整个片区分为三个部分，东翼部分（B12线至B22线）为铜铁合采，中翼部分（B22线至B48线）考虑分采，西翼部分（B48线至B54线）考虑铜铁合采，整个片区开采方式为无轨开采有轨运输，找探矿工程布置在400、410水平，运输中段在330中段，中段高50米，中段长度大于1.5KM，后期将有多条巷道长距离贯通。为保证深部找探矿工程的控制测量精度、长距离巷道贯通精度及该工程的控制点基础资料的精度，及时、准确、有效的服务于该工作，必须对涉及该工程的相关导线资料进行归纳、总结、分析，并拟定相应的提高其控制测量精度的实施方案。

2大红山铜矿导线资料情况

2.1导线资料存在的问题

大红山铜矿深部找探矿工程施工测量的控制基点来自于东西两边斜坡道的主干导线。该主干导线资料存在如下问题：（1）以近井点为起始，均以支导线的方式引入井下，且后期并没有相应的条件进行导线闭合或附和并平差；（2） “U”形弯较多及导线布置不合理导致部分边长比超限，如部分导线的边长比大于1:3，有的甚至达到了1:8；（3）东翼较新巷道的开拓使用的控制点与西翼老巷道使用的控制点虽是同一坐标系统，但测量的时间段不同、使用的仪器不同、测量方式不同、不在同一控制网进行平差等，导致控制统一巷道贯通总存在一定差值。

2.2东西斜坡道导线资料分析

西斜坡道于1997年以前二期工程基建时进行建设，该斜坡道有3条支导线，分别是：井口至485中段、485中段至435中段、435中段至385中段，各段导线精度情况如表一：

表一 西部无轨斜坡道各段导线精度情况

导线名称 导线精度 最大相对闭合差 往返站数 最大允许闭合差 闭合差 相对闭合差

井口至485中段 7″

级支导线 1/6000 72 119″ 68″ 1/8800

485中段至435中段 26 71″ 45″ 1/8200

435中段至385中段 18 59″ 50″ 1/6200

东部斜坡道于2006年开口建设，开始时使用控制点资料来自于2003年的界桩测量的四等控制网，后于2007年改用GPS四等控制网的控制点作为起始资料并重新平差计算；该斜坡道导线分为5段，分别是井口至680中段，680中段至600中段， 600中段至550中段，550中段至485中段，485中段至385中段，各段导线精度情况如表二：

表二 东部无轨斜坡道各段导线精度情况

导线名称 导线精度 最大相对闭合差 往返站数 最大允许闭合差 闭合差 相对闭合差

井口至680中段 7″

级支导线 1/6000 28 74″ 32″ 1/8100

680中段至600中段 22 66″ 56″ 1/6800

600中段至550中段 38 86″ 68″ 1/7200

550中段至485中段 该段导线最为复杂，须经此方案实施过程中进行重测

485中段至385中段 46 95″ 82″ 1/6200

从以上导线的情况来看，各条支导线均符合7″级控制网的相关规定。

3施测方案

根据现场的实际条件、现有导线资料的情况，本次施测方案的重点从以下几个方面进行：

3.1导线资料重新平差

统一起算资料：将使用2007年矿区GPS控制网的控制点资料作为东西两边控制导线的起算资料对原导线进行重新计算；

检测、加测：将对东西部分段导线进行加测，使其分别形成两条主干支导线；对部分因岩石情况或其它原因致使控制点不能使用的地方进行布点并加测；对原有导线进行部分进行抽查测量，确定其变化情况；

550中段至485中段的这条导线因采掘条件的限制，中间分段较多，加测、重测部分较多，因此应加强该段导线的测量工作。

3.2仪器的选定

本次施测方案将选用Leica1202+R400型号的全站仪，其精度为2″，（2+2*pp*D）mm；该全站仪在使用前进行鉴定；1001工厂生产的Y/JTD-1自动积分式陀螺仪，其精度为5″，全站仪测角精度为3″。

3.3井下陀螺边的选定

为保证此次支导线施测达到要求，在东边的520、385标高处及西边的680、385标高处加测四条陀螺边，如图1中的黑方框处，东边520标高及西边680标高加测的陀螺方位边作为导线方位的检测条件，而东西边385标高处的陀螺方位作为导线方位附合及改正的条件。

图1东西边斜坡道及陀螺位置选定

3.4相关精度要求及规范规定：

导线测量的方式为复测支导线，达到7″级导线的要求，测回差小于等于7″，边长40-140米，顺序推进的短长边边长比不得大于1:3，方位闭合差为14 ，相对精度为1/6000；

由于受巷道倾斜的影响，高程采用三角高程测量，相邻两点往返测量高程差互差小于10+0.3dmm（d以百米为单位），高程闭合差小等于±30 mm；

陀螺全站仪定向的地面已知边坐标方位中误差小于等于10″，定向边长度大于30米，同一边任意两次独立测量陀螺方位角的互差不应大于10″（5″级仪器）。

4陀螺定向方位作为附和方位的论证及注意事项

根据此次方案的特点，在以后实施的过程中，由于全自动积分式陀螺仪测量的方位将作为整个导线的附和方位，所以，其精度的高低直接影响了整个导线的方位精度，因此，有必要对陀螺仪进行充分测试与数据分析。

4.1陀螺仪测量相关数据：在该陀螺仪投入使用之前，对其进行了多次试验，选用地表三条已知边及井下两条较高精度已知边进行测试，均进行了对向观测，获得相关测量数据，如下表三及表四：

表三地表测量数据

时间 边名 已知方位 正向测量 对向测量 对向差（″） 对向均值（′″）

上午 Z02-182 211-05-41.3 210-56-23 30-56-20 3 211-56-22

Z02-358 255-19-32.3 255-10-00 75-10-11 11 255-10-06

Z02-DS5 269-11-19.4 269-02-00 89-02-03 3 269-02-02

下午 Z02-182 211-05-41.3 210-56-21 30-56-25 4 211-56-23

Z02-358 255-19-32.3 255-10-04 75-10-12 8 255-10-08

Z02-DS5 269-11-19.4 269-02-01 89-02-06 5 269-02-04

表四井下测量数据

边名 已知方位 正向测量 对向测量 对向差（″） 对向均值（′″）

I15-I14 29-56-27 29-47-55 209-47-57 2 29-47-56

I15-I12 29-58-11.8 29-49-25 209-49-27 2 29-49-26

4.2子午线收敛角计算公式选择：根据工程应用上使用的子午线收敛角计算公式有两种：一种是利用经差与维度进行，即γ=λ*sinψ；第二种是利用平面直角坐标结合“子午线收敛角系数Ｋ表”进行计算，两种方法计算结果对比如表五：

表五不同计算公式子午线收敛角对比

控制点名称 第一种计算方式 第二种计算方式 差值

Z02 -0°9′1.29″ -0°9′1.28″ 0.01″

182 -0°9′8″ -0°9′7.94″ 0.06″

358 -0°9′24.04″ -0°9′23.88″ 0.06″

I14 -0°9′4.11″ -0°9′4.12″ 0.01″

I15 -0°9′4.38″ -0°9′4.4″ 0.02″

I12 -0°9′3.64″ -0°9′3.63″ 0.01″

由表三可知，两种计算方法的差值相当小，在实际生产应用中可以忽略不计，由此可知，以上两种方法可以任意使用。

4.3子午线收敛角差值改正：由于地表及井下控制点不在同一铅垂线上，因此，它们的子午线收敛角总存在一定的差值，根据陀螺方位与真北方位间的转换关系，γ=γ地表-γ井下，将井下陀螺方位计算的真北方位减去γ即可，通过这项改正之后，表一中的α陀-α实的差值如表六。

表六 加入子午线收敛角差值改正后的陀螺方位与实际方位差

上午 下午

Z02-182 Z02-358 Z02-DS5 Z02-182 Z02-358 Z02-DS5

α陀-α实 -2.3 -3.3 -0.4 -2.3 -2.3 0.6

（4）井下陀螺方向边坐标方位角平均值中误差的确定：根据m=± 及mａ=±m 可计算出此次陀螺仪测试的井下陀螺方向边坐标方位角平均值中误差，如表七。

表七仪器常数及精度测定

边名 时间 已知方位 测回值（′″） 仪器常数 常数均值 V VV

Z02-182 上午 211-05-41.3 211-56-22 0-9-19.3 0-9-19.7 -0.4 0.16

Z02-358 255-19-32.3 255-10-06 0-9-26.3 6.6 43.56

Z02-DS5 269-11-19.4 269-02-02 0-9-14.4 -5.3 28.09

Z02-182 下午 211-05-41.3 211-56-23 0-9-18.3 -1.4 1.96

Z02-358 255-19-32.3 255-10-08 0-9-24.3 4.6 21.16

Z02-DS5 269-11-19.4 269-02-04 0-9-15.4 -4.3 18.49

113.42

所以，仪器常数一次测定中误差为：

m=± =± =4.8″

井下陀螺方向边坐标方位角平均值中误差为：

mａ=±m =±4.8″* =4.0″

其中

―仪器常数观测次数；

―井下定向边陀螺方向角观测次数；

V―仪器常数观测值与平均值之差。

综合以上表格相关数据及GPS测量D级控制网的高精度坐标数据可以看出，陀螺仪井下定向精度达到4″，其精度远远高于7″级控制网的精度，因此，完全可以使用陀螺仪定向的方位来作为井下7″级导线的附和方位。

陀螺测量需注意的事项：下井前地表需进行陀螺边独立测量三次，井下定向独立测量三次陀螺方位角，上井后再在已知边上独立测量三次陀螺方位角，这三步工作必须在同两天内完成。

5整个方案实施过程的注意事项

5.1由于东西斜坡道均是二期工程的主要运输巷道，因此，导线的加测、抽测必须考虑到巷道的交通运输问题，应选择在交通流量较小的时间段迅速完成测量作业；

5.2由于东西斜坡道也是矿山主要的通风巷道，其风速较大，所以，设站时应使用激光上对点器进行激光对中；

5.3全站仪在使用前必须对仪器进行组合校正，保证仪器的左右盘读数的差值达到相关规定及要求；

5.4为防止因人员差异而引起的误差，此次测量工作的陀螺测量及加测、抽测均应有同一人进行；

5.5该最新导线成果只能运用在深部找探矿工程或新开工程，不能用以改变各个中段已有的导线成果。

总结

由于深部找探矿工作涉及到运输中段的轨道安装、后期长距离巷道施工及贯通的精确度，因此，其基准控制点精度的高低直接影响到这些工程施工及控制测量的精度，而控制基点的高精度保障主要来自于原始导线精度情况及陀螺方位的测量，因此陀螺方位测量将关系到此次“加测陀螺方位，提高深部巷道控制测量精度方案”的成功实施与否。

参考文献

[1]吴澜晶.平水铜矿生产竖井三期延深掘砌安精密贯通测量[J].现代矿业，2010,6（6）.

[2]秦洪奎.陀螺经纬仪定向精度的研究[J].测绘信息与工程，2009,34（3）.

[3]韩志勇.关于子午线收敛角校正问题[J].石油钻探技术，2006,34（4）.