陀螺定向技术在煤矿巷道贯通控制测量中的应用

王宏军

(陕西延长石油集团氟硅化工有限公司,陕西商洛 726006)

陀螺定向技术在煤矿巷道贯通控制测量中的应用

王宏军

(陕西延长石油集团氟硅化工有限公司,陕西商洛 726006)

采用井下陀螺定向技术,强制附和方位角,保证巷道贯通精度,值得推广使用。

陀螺定向 贯通 测量

某矿山地处山区，主井与风井同时开工建设，两井口直线距离5公里，地面便道里程约15km，为实现矿井通风系统的尽快形成，需进行井下大型贯通测量，采用陀螺定向技术，很好地保证了贯通精度。

1 陀螺定向作业

井下加设2条陀螺方位边HJ01—HJ02和D1—陀2，对方位角进行强制附和。

1.1 作业方法与要求

采用跟踪逆转点法，其过程为：(1)在合适的已知边上测定仪器常数;(2)依次在各待定边上测定陀螺方位角;(3)同一已知边上再次测定仪器常数;(4)计算仪器常数平均值;(5)计算各边的子午线收敛角;(6)最后计算各待定边的坐标方位角。

观测精度执行《煤矿测量规程》中陀螺定向一级要求，基本精度要求见表1。

表1 陀螺经纬仪定向精度指标

一次定向中误差指：待定边陀螺定向所测坐标方位角平均值的中误差。

1.2 子午线收敛角的计算

理论上陀螺经纬仪测定的方位角是地理方位角，而工程建设中使用的是坐标方位角，因此需要求得各观测点的子午线收敛角以根据地理方位角来计算出坐标方位角。各测站点子午线收敛角的计算见表2。

表2 各测站点子午线收敛角计算表

子午线收敛角的计算公式：

式中：—以分为单位的子午线收敛角;—系数，以纵坐标(以km计)为引数计算;—测站点的横坐标自然值，以km计。

1.3 仪器常数的测定

由于仪器本身的误差，陀螺经纬仪测定的方位角不等于理论上的地理方位角，其实测值称为陀螺方位角，与地理方位角相差一个常数，即仪器常数。为了求得陀螺经纬仪的仪器常数，按规范要求，必须在已知边上进行观测，以根据已知边的成果计算出仪器常数。

在风井地面已知边JX05—06上进行了测前3测回、测后2测回共5测回的仪器常数的测定，5测回所测陀螺方位角值分别为215°03′01″、215°03′07″、215°03′07″、215°03′27″、215°03′24″。测回之间的互差最大为26″，满足规范对15″级仪器不得超过±40″的规定。

已知边的坐标方位角为α近=214°38′44″，根据仪器常数的计算公式：公式(1)中，Δ——仪器常数;γ——已知点子午线收敛角，本次观测为30′33″;αT——已知点陀螺方位角。

可得仪器常数分别为6′16″、6′10″、6′10″、5′50″、5′53″，平均值为6′04″。

1.4 定向边坐标方位角的计算

定向边按规范规定各测两个测回，共测2条边，其陀螺方位角的观测值及其差值、平均值见表3。

表3 待定边陀螺方位角的观测值及其差值、平均值

表5中，测回之间的互差最大为22″，满足规范中对15″级仪器不得超过±40″的规定。

表4 待定边坐标方位角

根据待定边坐标方位角的计算公式：公式(2)中， α定——待定边的坐标方位角;

α′定——待定边陀螺方位角平均值;Δ平——仪器常数平均值;

γ定——待定边的子午线收敛角。可得，待定边的坐标方位角值见表4。

1.5 精度评定

(1)仪器常数平均值的中误差。

在已知边上测定的仪器常数共5测回，可按白塞尔公式计算仪器常数一次测定中误差。

改正数：-12″、-6″、-6″、14″、11″

仪器常数一次测定中误差为：小于规范规定的限差(±15″)要求。

仪器常数平均值的中误差为：

(2)井下一测回测定陀螺方位角中误差。

由于陀螺定向多采用待定边两个测回的双次观测法，本次观测待定边共2条，按等精度原则，由此可计算得

井下一测回测定陀螺方位角中误差为：

小于规范规定的限差(±15″)要求。

井下两测回陀螺方位角平均值的中误差为：

(3)陀螺方位角一次定向中误差。由于每条待定边的测回数有限，根据每个具体边的观测值计算一次定向中误差是不准确的。因为是等精度观测，根据上述公式的计算方法，根据两测回陀螺方位角平均值的中误差，再考虑仪器常数的中误差，由此可计算出待定边坐标方位角的中误差。

陀螺方位角一次定向中误差：即根据陀螺经纬仪测定的坐标方位角中误差(陀螺方位角一次定向中误差)小于规范要求的±10″的精度。

2 井下起始点的坐标计算

井下起始点坐标由风井钢丝绳导入，钢丝绳加重锤放置在井下油桶中，钢丝绳坐标由地面已知边采取前方交会的方法取得，由于井下起始方位是由陀螺定向确定的，投点误差对贯通的影响仅仅是单点坐标的误差影响，因此对投点工作的精度要求不高，实际工作由全站仪测定井上钢丝绳的位置和井下钢丝绳的摆动平均位置，作为将地面坐标传递到井下的方法。由此得井下起始点：HJ01的坐标：x=3918235.773m，y=36579839.776m;HJ02的坐标：x=3918167.707m，y=36579839.055m。

3 贯通测量精度及分析

主副斜井与立风井已按计划准确贯通，其贯通精度为角度闭合差34″(限差71.4″)、坐标闭合差为0.16cm(限差0.200cm)、导线全长相对中误差1/21792(限差1/8000)，各项精度均小于允许的贯通偏差值，完全达到了《煤矿测量规程》规定的7″导线1/8000的精度要求。

4 结语

对于煤矿或其他矿山大型长距离的井下贯通测量工作，除做好正常的井下控制及误差预计外，布设数条陀螺加强边，对方位角进行强制符合，可达到精度较高的贯通，引证了陀螺定向技术在矿井巷道贯通控制测量的应用是完全可行的，应大力推广使用。