长距离精密导线在煤矿贯通测量中的应用

董聪

[摘要]受到误差累积的影响，长距离贯通测量一直是煤矿矿山测量的重点和难点。在煤矿长距离贯通测量中，采用全站仪"三架法"结合陀螺定向的方法，顺利完成了贯通测量工作。贯通结果表明，"三架法"精度可靠，效率较高；精密导线加测陀螺定向边明显的提高了贯通精度。

导线测量是目前矿山井下测量的主要方法，由于全站仪同时具有测角、测距的功能，且全站仪内置有多种测量软件，测量人员会根据不同要求采取不同的测量方法。在井下测量时，导线测量是最主要的测量技术，由于全站仪导线可同时测得井下目标的三维位置，可省去井下水准测量，因此，在矿山测量中已得到了非常广泛的应用。然而，由于巷道狭窄，矿山开采对测量工作产生干扰或阻碍。由于井下测量特殊条件的限制，随着采掘工程的进展，受误差传播影响，井下测量工作可能存在误差越来越大的现象，这给井下测量工作带来了一定的难度。在煤矿长距离贯通测量中，需采取一定的措施，才能保证成果的精度和可靠性。

[关键词]贯通测量 三架法 精密导线 陀螺定向

[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-248-1

1全站仪“三架法”在贯通测量中的应用

1.1项目概况

在煤矿贯通测量工程中，已经建立地面GNSS控制点，且完成了斜井联系测量工作。该贯通工程为两井大型贯通测量，贯通距离井下长度为4900m，布设导线点36个，导线边长25-360 m，最短边不小于25m，均长136m。井下巷道按照7″导线的精度要求进行测量。根据《煤矿测量规程》 规定， 要求贯通相遇点在水平重要方向上的偏差不得超过0.5m，在高程方向上的偏差不得超过0.2m。

1.2全站仪“三架法”介绍

为了提高井下导线的可靠性，一般按照“Z”形布设，如图1所示，井下连续的支导线点A、B、C、D、E、F、G、H，若B点为井下贯通导线的平面及高程起算点，B-A点的方位为起算方位，则第一站时在B点安置全站仪，在A、C两点安置棱镜，A、B、C点均对中整平后，即可开始观测。B点观测结束后，全站仪从B点基座拔出后快速、安全的移至C点。

基座上，后视作业人员将A点棱镜移至B点基座上，前视作业人员将脚架基座移至D点并整平对中，将C点棱镜插入D点基座中，B、C、D点均精确整平后即开始第二站的观测。可以看出，每观测完一站，只需在新的前视点上将脚架和基座整平对中一次，提高了工作效率。

在该贯通测量项目中，使用防爆全站仪（标称测距精度±（2mm+2ppm）mm，测角精度±2″），按照7″导线的测量要求进行观测，顺利的完成了长距离贯通测量工作。

2陀螺仪在长距离贯通测量中的应用

2.1陀螺仪简介

陀螺仪相对于惯性空间有定轴性的特性，而地球相对于惯性空间有自转效应，因此在地球表面某一纬度φ处的陀螺仪就可以测量出相对于惯性空间的自转角速度ω，然后将地球的自转角速度分解为水平分量和垂直分量，其中水平分量ωn=ωcosφ沿地球经线指向真北；可见，通过惯性技术测量敏感地球自转角速度的水平分量便可以获得地球的北向信息，这就是寻北仪工作的基本原理。

本次长距离贯通测量使用的陀螺仪一次定向精度为±15″。

2.2陀螺仪观测程序

陀螺定向采用中天法进行观测，定向程序为：

（1）先在地面任意点上测定仪器当地的比例常数C值。观测6个测回，计算出3个C值，取平均值作为当地本仪器C值，在一定时期内，50km内可使用同一C值；

（2）在地面已知边上观测3个测回，计算仪器常数△；

（3）在井下待定边上用2测回测量陀螺方位角；

（4）返回地面后，在原已知边上采用3测回测量陀螺方位角，求得仪器常数△。根据以上测量成果来检验仪器的稳定性和测量的精度，确保陀螺定向成果的可靠性和精度。

为了保证观测精度，在“L”形导线拐角去加测陀螺定向边，测量时需要严格执行以下各项限差：

（1）陀螺仪的C值测量互差不大于0.06；

（2）仪器的悬挂带零位不能超过±0.5格，测量前后零位值的互差不得超过0.2格；井上下零位差超过0.3格时，应加入零位改正；

（3）相邻摆动时间的互差不得大于0.4秒，间隔摆动时间的互差不得大于0.6秒；实践总结可以保证相邻摆动时间的互差不大于0.3秒，间隔摆动时间的互差不大于0.4秒；

（4）两个镜位观测测线测前方向值、测后方向值。测前测后方向值的互差不得超过10"；

（5）测回间方向值互差不大于40"。

3贯通测量结果分析

贯通后，经实测，纵坐标闭合差为0.195m，横坐标闭合差为0.236m，精度较高，远小于估计误差及技术设计要求，分析原因，主要有以下几点：

（1）采用2″全站仪精密导线测量，且测量过程中进行可靠的独立检核，及时复测复算，对复测结果进行精度评定，并与原测量成果进行精度进行比较，保证了测量的精度；

（2）加测陀螺定向边是相向贯通工程中线高精度贯通的关键，在大型贯通工程中，由于导线过长，且存在很多短边，误差累积严重，加测陀螺定向边可以明显提高贯通测量精度。

（3）采用全站仪“三架法”进行精密导线测量，提高工作效率的同时保证了测量的精度和可靠性。

4结论

在煤矿长距离贯通测量中，采用全站仪“三架法”精密导线测量，结合陀螺定向的方法，顺利完成了贯通测量工作。贯通后，经实测检查，纵坐标闭合差为0.195m，横坐标闭合差为0.236m，可以满足《煤矿测量规范》及技术设计要求。该贯通测量的顺利完成，为以后类似贯通测量工作提供了很好的借鉴。

参考文献

[1]张高兴，陈敦云，杨增金.矿山井下全站仪导线测量方法的种类及其应用[J].矿业工程，2012，10（3）：45-47.

[2]靳朝阳，王润平，胡光，等.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.

[3]彭东东.贯通测量中的误差预计及控制研究[J].矿山测量，2012，（4）：63-64.