竖井平面联系测量方案探讨

闫 星 ，张明媚

(中国神华神东煤炭集团地测公司)(太原理工大学)

·问题探讨·

竖井平面联系测量方案探讨

闫 星 ，张明媚

(中国神华神东煤炭集团地测公司)(太原理工大学)

目前，竖井平面联系测量的方法有很多。本文针对陀螺定向法，首先给出了陀螺全站仪+铅垂仪联合定向的方法，接着设计了一套陀螺定向的实施方案，最后给出了陀螺定向的误差分析、精度要求及注意事项，对提高矿山竖井平面联系测量的精度和丰富矿山联系测量方法具有重要的实践意义。

竖井；平面联系测量；方案设计

在矿山测量中，为了保证井上、下坐标系统的一致，需将地面平面坐标系统和高程系统传递到井下，这也就是通常所说的联系测量。将地面平面坐标系统传递到井下的测量为平面联系测量，简称定向。平面联系测量常用的方法有：联系三角形法、钻孔投点法、直传法、陀螺全站仪及铅垂仪联合定向法等。每种方法均包括趋近导线测量、竖井定向、地下联测等几部分内容，其中趋近导线和地下导线联测的方法和要求同精密导线，竖井定向部分将视现场不同的情况使用不同的方法。针对竖井联系测量，矿井定向概括说来可分为两大类：一类是从几何原理出发的几何定向，包括一井定向和两井定向；另一类则是以物理特性为基础的物理定向，包括用精密磁性仪器定向，用投向仪定向和用陀螺全站仪定向。

1 陀螺全站仪+铅垂仪联合定向

陀螺全站仪+铅垂仪联合定向法是通过铅垂仪向井下传递平面坐标，再在井下采用陀螺全站仪测定定向边方位角的测量方法。由于陀螺全站仪是一种全天候的、不依赖其它条件就能够测定定向边的正北方位的定向仪器，所以利用它可以测定井下导线任意导线边的正方位角，经转换后得到该边的坐标方位角，从而达到定向的目的。

1) 铅垂仪投点。投点时需要搭设投点平台，平台分为两层，供操作人员站立和仪器安置，以免互相影响。安置好仪器后，用铅垂仪按0°、90°、180°、270°4个盘位各投一点，取4个盘位投点的重心位置作为一测回投点位置。每投点观测4个测回，并取4个测回的4点位所构成图形的重心位置作为井下投点位置。再将井下的点位顺着视线方向引至井上，定出相应的点位，从而使井上、井下各投有一点。所投点位的平面坐标可采用全站仪通过定向边测得，而井下定向边的坐标方位角可以通过解算投点处的空间角推得，并由此推得井下各点坐标。

2) 陀螺全站仪定向。在竖井的井上和井下各选一条定向边，定向边选择时注意选在稳定可靠、通视良好、尤其附近没有电磁场干扰的地方，最好是选择已知边，如精密导线点或GPS点。见图1，井上选择DX433-GPS315为定向边，井下选择巷道的D11-D13为定向边，首先，每条定向边均采用陀螺全站仪独立观测3个测回。每测回观测时均先进行测前零位测量。然后，采用逆转点法测定5个逆转点读数，逆转点读数达到有关要求后，进行测后零位测量。最后，将陀螺全站仪搬至高等级已知边的另一端，按照上述方法进行陀螺定向，在陀螺定向满足有关规范要求后，取两端定向的平均值作为陀螺定向成果。井上、井下定向边的定向方法相同。采用陀螺全站仪+铅垂仪联合定向的方法几乎适用于所有的竖井平面联系测量，但对于每个竖井，由于其所处的位置和环境不同，测量方案也会有所不同。在作业时，要注意导线的边长及点位之间的通视情况，在条件允许的情况下尽量增大导线边长以陀螺定向边在井下导线测量中有如下两方面作用：一是对竖井而言，陀螺定向边是井下导线的方位起算边。二是对井下贯通测量而言，贯通前的井下导线为无天然检核条件的支导线，角度测量误差会随着导线设站数的不断增加而累积。为了限制井下导线方位误差的累积，保证贯通巷道按生产要求贯通，必须在适当位置增测适当数量的陀螺边。

图1 陀螺全站仪及铅垂仪联合定向法示意图

2 陀螺定向方案设计

经过一个竖井利用陀螺全站仪定向时的联系测量由三部分组成：

1) 经立井由地面向定向水平投点。2) 井上、下与垂球线的连接测量。3) 井下基本控制导线起始边的陀螺全站仪定向。

2.1陀螺定向方案

1) 陀螺定向作业依据。a) 煤矿测量规程:原中华人民共和国能源部制定,1989。b) 工程测量规范:GB50026-93,中华人民共和国国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布，1993。

2) 陀螺定向仪器常数测定边。按《煤矿测量规程》规定原则，选定地面一条已知边作为陀螺仪器常数测定边。

3) 陀螺定向作业方法：跟踪逆转点法。

4) 作业程序：定向边采用3-2-2的定向程序。

5) 作业限差：按照《煤矿测量规程》的规定执行。

6) 检核边可在上述作业程序基础上适当简化。

2.2作业方法与精度要求

1) 作业方法。陀螺定向的作业方法采用现场作业的常用方法：跟踪逆转点法。其基本过程为：a) 在已知边上测定仪器常数3次。b)依次在各待定边上用2测回测定陀螺方位角。c)在同一已知边上再次测定仪器常数2次。d)计算仪器常数平均值。e)计算各边的子午线收敛角。f)最后计算各待定边的坐标方位角。

2) 陀螺定向的观测精度及要求。陀螺全站仪的测量精度，以陀螺方位角一次测定中误差表示。不同的定向方法，其误差来源也有差异。按跟踪逆转点法进行陀螺定向时，主要误差来源有：① 全站仪测定方向的误差(mH)；②悬挂带零位变动误差(ma)；③灵敏部摆动平衡位置的变动误差(mb)；④外界条件，如风流、气温及震动等因素的影响(m外)。因此，测线陀螺方位角一次测定中误差为：

陀螺定向的观测精度按照《煤矿测量规程》陀螺定向的一级要求执行，其基本要求为：

a) 一次测定中误差≤±15″。

b) 一次定向中误差≤±10″。

c) 同一边任意两测回测量陀螺方位角的互差，对15″级≤±40″。

d) 测线方向值上、下半测回互差≤±24″。

e) 同一边测前测后方向值互差≤±10″。

2.3注意事项

1) 陀螺定向结果可以发现基本控制导线的精度，如有些矿井井下导线与陀螺定向结果偏差较大，且方向基本一致，说明其井下控制系统与地面控制系统存在一定偏差，在地面与井下进行联系测量时，将造成系统误差，影响下一步采区和工作面布置，建议对井下基本控制导线进行必要的改算，以保证今后采矿设计的精确性。

2) 陀螺全站仪定向可以及时发现测量的粗差和误差，确保井下巷道控制导线的精度，从而提高回采质量。建议在大型综采工作面开掘前在顺槽口附近选用一条长150 m左右的导线边做为起算边加测陀螺方位，以确保平面联系测量的精度。

3) 实测发现近井点如果存在各种问题则容易引入偶然误差，为提高观测精度，建议平面联系测量前在地面稳固的地方做一条陀螺基线，距离和俯仰角均保持适中，并保持该基线与井上系统的一致性。

3 结束语

竖井平面联系测量的方法有很多，有常规的几何定向法，也有陀螺全站仪定向法。几何定向原理比较简单、操作时所需设备成本较低、作业时占用井口面积小、不需中断施工，是一种简单可行的办法，在我国已有较长历史，至今还有很多单位在用。但该法精度较低，随着测量技术的发展，逐渐被陀螺定向所替代，在矿山定向测量中不断得到推广应用。本文针对陀螺全站仪定向法，阐述了陀螺全站仪+铅垂仪联合定向的原理，并设计了一套陀螺定向的方案，给出了陀螺定向的误差分析、精度要求及注意事项，对矿山竖井平面联系测量具有重要的实践意义。但该方法成本较高，因为陀螺定向需要一个相对平静的环境，不能有振动等干扰，会对施工进度造成一定的影响，所以关于竖井平面联系测量的方法仍有待于做更多的实践和研究。

[1] 张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2005:70-71.

[2] 张国良.矿山测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006:51-53.

ShaftSurfaceContactMeasuringProject

YanXing，ZhangMing-mei

At present, the shaft contact surface there are many ways measurements. This orientation method for the gyro, the first given Gyro Station + vertical co-directional instrument approach, and then design a directional gyroscope implementation plan, given the directional gyro error analysis, precision and attention to issues mine shaft plane to improve the measurement accuracy and rich contact mine contact measurement methods have important practical significance. ainage and gas and so on. Although these are based on the working practice analysis of Jincheng coal group in recent years, but must undergo the practices examination unceasingly.

Shaft;Plane link measurement; Design

闫 星 男 1982年出生 2007年毕业于太原理工大学 助理工程师 鄂尔多斯 017209

TD175.3

A

1672-0652(2010)10-0034-03

2010-08-15