陀螺定向在矿山测量中的重要性及精度分析

摘要：本文简要介绍了陀螺仪的优势和在矿山测量过程中的适用性，通过一系列对陀螺定向技术的应用和对精度进行的分析，说明了陀螺定向技术在矿山测量中的重要性。

关键词：矿山测量 陀螺定向 精度分析

Abstract：This article briefly describes and analyzes the advantages and applicability of gyro scopes in mine surveying process，through a series of directional gyro technology applications and for precision， indicating the importance of the directional gyro technology in Mine Surveying.

Keywords： Directional Gyro Mine Surveying Accuracy Analysis

引言

陀螺经纬仪是一种定向仪器，依据陀螺的力学原理制成，能应用于地下矿山、隧道、军事、森林和其他测区的测量，无时间、地点和环境条件的限制。广泛应用在矿山测量中，陀螺经纬仪不需要传统的几何定位就能进行地上地下坐标之间的联测，不需要井筒就能进行定向，并且能极大地提高地下导线的精度，是节省时间，节省劳动力的先进定向仪器。陀螺仪的简单工作原理是，陀螺绕其质量对称轴高速旋转。陀螺经纬仪有两个基本特征：即定轴性和进动性。陀螺仪就是根据这两个基本特性和在地球自转的作用下，根据陀螺绕测站点的子午线作简谐摆动的原理制成的。

陀螺仪在20世80年代开始应用于矿山井下以来，以其不受时空限制、定向精度高、施测时间短的优点，越来越多地应用于矿山测量，尤其我国浅部矿产资源日益枯竭，矿山深井开采数量越来越多，陀螺仪定向的优点更加显现，由此带来的经济效益也更加明显。

一、通过对陀螺仪的实际应用，我们有如下体会：

（一）陀螺仪定向精度较高，能符合实际生产的需求，陀螺仪定向误差主要有仪器误差，测量方法误差，经纬仪测角误差，虽然陀螺仪定向误差多样，但是只要陀螺仪的性能符合一定的标准，操作时小心仔细，就能满足定向的精度要求，在蓬莱黑岚沟金矿蓬仙人脚分矿及仙人脚二分矿+20m水平中段的贯通工程中，使用陀螺仪定向，精度达到了±7.2秒，中误差和方位角误差达到了±3.6秒，符合精度要求，相比较陀螺经纬仪，传统的几何定向精度不仅受仪器自身的影响，外界环境和人的影响因素同样十分巨大，综合考虑，还是陀螺仪定向更加优越。

（二）陀螺经纬仪定向不仅节省了大量时间，更避免了人力的浪费，能够极大地提高生产效率，在蓬莱黑岚沟金矿实际生产过程中，在一个半小时的时间内，仅仅用了三个人就完成了定向过程，而仪器改正数是在室内的测站完成的。矿井定向测量在室内进行，只有陀螺仪问世的现在才能实现，由此看来，陀螺仪提高生产效率并且省时省力的巨大优势是传统定向方法所不能比拟的。

（三）陀螺仪定向过程节省了大量劳力，而且在这一过程中很少占用矿井，这使得生产时间得到保障，比传统几何定向能更加提高经济效益。

（四）陀螺经纬仪在井下的控制测量中可以加测方位角，从而控制导线测角误差的传递，从而使得测量精度得到提高。

二、陀螺仪在矿山测量过程中的应用

（一）陀螺仪应用于井下平面控制。

一般情况下在井下掘进的过程中，是用导线来完成巷道掘进的任务，但是由于在施工后期，由于巷道是形成一个环形，因此在这种时候只能采用支导线来对掘进方向进行控制，支导线的误差累积很快，因此在巷道较长时很难保证精度要求，因此在掘进过程中我们可以采用加测陀螺方位角的方法，这种方法也在实际生产过程中取得了很好的效果。加测陀螺边一般有三种方法：1、在支导线最末边加测一条陀螺边，形成附合导线；2、每条边上都加测陀螺方位角，这种形式也叫陀螺导线；3、在支导线上等间隔二条陀螺边，形成两条附合导线。通过理论研究和生产实践，加测一到两条陀螺边可以在减少人员的工作量和提高精度这两个方面取得平衡。

（二）陀螺仪在井下次要巷道和采区联系测量中的应用

在井下开采矿块时，从采准开始到回采结束，所进行的全部测量工作统称为采区测量。采区测量最重要的测量工作就是采区联系测量，给采切工程和采场验收的导线传递方向，坐标及高程。

由于采切巷道较短，采区范围较小，工作条件较差，一般采区测量精度要求不高，传统方法主要为罗盘仪导线，但前题是无磁性影响，在有磁性影响的巷道无法使用罗盘仪，仍然要用天井几何定向，费时费力，精度也难以保证，用陀螺仪快速定向法，即用两逆转点观测法效果很好，计算方法为 ，这种方法定位精度能达到±3秒，时间也只需要十分钟左右。也可以采用四分之一周期法，在这种方法下指北精度大概在±10秒左右，时间大概六分钟。

（三）陀螺仪应用于深井定向测量

在生产过程中，由于表层金矿采掘完毕，施工过程逐渐向深部发展，在这个过程中施工难度大大增加，而陀螺仪在节省了时间，避免了人力浪费方面的优势就凸显出来了，深井定向的基本顺序如下：先在地面已经确定的导线边上测得三个仪器常数，然后在井下的定向边上测两次陀螺方位，再上井，在地面已经确定的导线边上再进行三个仪器常数的测量工作，这一过程应保证在三天之内完成。同一边任意两测回陀螺方位角的互差不得超过 （m为一测回陀螺方位角中误差）。

（四）陀螺仪应用于巷道的检查验收环节

布设控制网一般按照从高级到低级的过程，一般先布设高等级控制网，再用低等级的控制网进行加密，从而完成施工放样工作，但是由于井上井下条件差异太大，所以在施工过程中采用与地面相反的顺序进行，先采取低等级控制网来完成指示巷道掘进方向的工作，然后等具有布设高精度导线的时候将工作导线升级成为高精度的控制网，因此，在布设高等级控制网有困难或者不具备布设高等级控制网的条件时，采用陀螺经纬仪检测巷道的方位角就变得十分重要和方便，具体操作流程就是用陀螺仪测量施工巷道的实际方位角，通过与设计方位角之间的比对，检查掘进方向是否符合设计要求，从而对掘进的方向进行调整。

三、陀螺定向精度分析

陀螺定向精度是衡量井下贯通误差和导线精度的重要指标，因此计算井下陀螺定向边的坐标方位角误差至关重要。由于子午线收敛角比较小，在精度分析过程中忽略不计，因此在一次定向的误差为 在这个式子中， 为定向边一测回陀螺方位角中的误差； 为测回测定仪器常数中误差； 为井下定向边陀螺方位角的测回数， 为地面测定仪器常数的测回数。

由于 因此只要求出一测回测定陀螺方位中误差，就可以估算陀螺仪定向误差。

在山东黄金蓬莱黑岚沟金矿的实际生产作业过程中，越来越感受到及时准确的测量井下采场的地理位置的重要性，陀螺定向技术能够及时准确的将地面位置传递到井下，不仅精度高，而且省时省力，是现阶段一种理想的定位方法。

参考文献：

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