Y/JTD-2陀螺全站仪在矿山定向测量中的应用

张媛媛ZHANG Yuan-yuan；宋磊SONG-lei；袁兴明YUAN Xing-ming

（①山东能源枣矿集团中兴建安工程有限公司，枣庄277000；②山东工业职业学院建筑与信息工程系，淄博256414）

0 引言

陀螺全站仪是一种自主定向仪器，利用陀螺全站仪的定轴性和进动性敏感地球自转，从而计算出地球自转的法线方向，即真北方向。作业过程中不受天气、其他条件影响能够快速测定真北方向的物理定向仪器，在作业过程中仪器常数的稳定性直接影响到定向结果的可靠性，所以需要多次测量求取平均值。近几年陀螺全站仪在军事、矿山、航天、森林、铁道、建筑、海洋和测绘等部门日益得到广泛应用[1,2,3]。Y/JTD-2陀螺全站仪是中国人民解放军1001工厂全自动阻尼式陀螺全站仪，该仪器采用阻尼跟踪法测量原理，自动跟踪、自动锁放，整个测量过程中吊带不受扭，能够在较大偏北角条件下自动完成粗寻北及精寻北过程。它可快速为远程武器发射提供精确的基准方位，广泛用于火炮、雷达和需要标定方位的军事设施，以及大地测量、工程测量和矿山测量等工程的精确定向[2]。

随着我国经济的大力发展以及城市建设的需要，近几年加大了对矿产资源的开采，为了保证开采人员以及周围居民的安全需要对矿井进行联系测量，保证井上和井下坐标系统一致。联系测量以往常用方法是几何定向中的一井定向和两井定向，这种定向方法的精度较低，《煤矿测量规程》要求两次独立定向结果互差分别不超过±2′和±1′，这种定向精度对于大范围矿区的井上下位置会产生较大误差[4,5,6]。文章主要是利用Y/JTD-2陀螺全站仪对矿井进行定向测量和贯通测量，定向结果表明定向精度较高，时间较短，在矿山测量中应用比较广泛。

1 陀螺全站仪的结构和定向原理

1.1 Y/JTD-2陀螺全站仪结构 陀螺定向是运用陀螺全站仪直接测定井下未知边的方位角，它克服了运用几何定向方法进行联系测量时占用井筒时间长、工作组织复杂等缺点，目前，已广泛应用于矿井联系测量和控制井下导线方向误差的积累。陀螺全站仪是根据自由陀螺仪（在不受外力作用时，具有三个自由度的陀螺仪）的原理而制成的[2,7]。图1为Y/JTD-2陀螺全站仪。

1.2 Y/JTD-2陀螺全站仪寻北 Y/JTD-2陀螺全站仪是基于摆式陀螺的寻北原理，主要包括陀螺敏感部和悬丝等，采用阻尼跟踪的工作方式进行全自动寻北测量的。阻尼跟踪法的显著特点就是坐标方位角的输出采用的是全站仪直接读取的方式，根据陀螺方位角确定出目标的真北方向。仪器工作主要由一个主电路驱动回转平台寻北，并且配以反馈电路进行连续控制校正[2]。

图1 Y/JTD-2陀螺全站仪

2 Y/JTD-2陀螺全站仪工作过程

2.1 测定仪器参数 陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合，二者之间的夹角称为仪器常数，一般用△表示。陀螺仪子午线位于地理子午线的东边△为正；反之为负[4,5,6,7]。由下图可以得出△=A+γ-Am。测定陀螺仪的仪器常数应在已知坐标方位角的边上进行如12边，在已知边12上测量n次已知边的陀螺方位角，通过测出陀螺方位角和已知的坐标方位角就可以求仪器常数。

图2 陀螺全站仪定向示意图

2.2 在未知边上进行定向测量 ①在测站上整平对中好仪器，测前先测定待定测线方向值，启动陀螺马达，输入测站点的纬度值，9min后自动测量出陀螺寻北方向与陀螺马达轴方向的夹角，测后再测定待定测线方向值，一测回定向测量完成。②根据步骤①继续观测两到三个测回定向测量。③输入测站点的坐标、测线的陀螺方位角和仪器常数，仪器系统内部自动计算出定向边的坐标方位角。④根据测量规程要求，测前和测后都要测定一次仪器常数。

3 陀螺全站仪在矿井的应用

Y/JTD-2陀螺全站仪在在矿井的定向测量和贯通测量中应用广泛，完成多条竖井多段的定向测量，与以往的常规测量相比减少了定向测量的劳动强度、提高了工作效率、减少了开采停工的时间、为企业节省了大量成本、加快了巷道贯通的速度。

3.1 陀螺仪器常数的计算 陀螺全站仪井下的待测边的定向，其实质就是测量出待测点的陀螺方位角和近似坐标推算出子午线收敛角，根据计算的仪器常数，计算出定向边的坐标方位角。表1仪器常数△计算表。

表1 仪器常数△计算表

3.2 矿井贯通测量应用 为了保证井下工程正确贯通而进行的测量与计算工作称为贯通测量，是井下测量工作的重要内容[6,7]。具体的贯通误差见表2。

表2 贯通误差

通过分析表2贯通误差可以得出，利用此陀螺仪对矿井的贯通质量较好。贯通后的点位误差范围在80～130mn，平均点位误差107.5mm最大点位误差为130mm，最小点位误差为80mm；最大方位角闭合差为28″，最小方位角闭合差为 16″，平均闭合差 21″。

4 结论

①Y/JTD-2陀螺全站仪将陀螺和全站仪成功联系在一起，在矿山定向测量中精度比高、速度快、性能稳定、成果可靠、操作简便等能够节约大量的成本。②仪器常数稳定，受测量环境响小。仪器能够在一定振动环境下工作，可以大大减少停工时间。③利用Y/JTD-2陀螺全站仪对矿井多条边进行贯通测量，通过分析得出贯通精度较高。

[1]张国良,朱家钰,顾和和.矿山测量学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2008:75-79.

[2]煤矿测量规程[S].北京:中华人民共和国能源部，1989.

[3]李忠金.GAT磁悬浮陀螺全站仪在马坑铁矿竖井定向测量中的应用[J].矿山测量,2012(1):37-39.

[4]张高兴.陀螺全站仪在井下测量中的应用研究[J].龙岩学院学报,2012(2):32-35.

[5]徐金城.矿井联系测量的实践运用[J].采矿技术,2010(1):89-91.

[6]刘绍堂,蒋瑞波,苏轩.陀螺全站仪在矿井联系测量中的应用[J].测绘科学,2011(2):94-96.

[7]靳朝阳,王润平,秦臻.陀螺全站仪在井下导线测量中的应用[J].矿山测量,2010(6):57-60.