井下陀螺定向、7″级控制导线布设方案研究与应用

梁西栋 任邓君

摘要：本项目主要用于布设矿井井下控制网，运用布设陀螺加强边的方式将各采区控制网进行连接，以提高各巷道施工精度及贯通精度。针对矿区冲击地压显现频繁、大巷风速大等施工难度，自主设计制作新型永久点基桩，并采用等高四连脚架法进行7″级导线联测，极大地提高了井下控制网布设精度，为井下安全生产提供了保障

关键词：陀螺加强边;采区控制网;支导线;等高四架法;冲击地压;贯通精度

1、项目概况

矿井位于国家规划的十三个大型煤炭基地之一的彬长矿区西北部，占地面积560亩，井田面积219平方公里。矿井由井底车场巷道向南部延伸经过辅助运输巷和胶带机巷和风巷分支出各个顺槽进入采区。为了尽早达到设计年产量，保证矿井顺利进行建设生产，为日后西部和南部采区顺槽顺利贯通打下基础，需要进行南部一盘区和西部采区井下控制测量，把西部采区和南部采区控制网进行连接。

2、任务内容及完成情况

2.1工程主要内容

1、西区辅助运输大巷、一盘区辅助运输大巷、一盘区胶带大巷顶板永久铜桩点埋设;

2、西区辅助运输大巷、一盘区辅助运输大巷、一盘区胶带大巷迎头测设陀螺定向边;

3、西区辅助运输大巷-一盘区辅助运输大巷-一盘区胶带大巷施测7″控制导线;

2.2主要完成的工作内容和工作量

1、西区辅助运输大巷、一盘区辅助运输大巷、一盘区胶带大巷共埋设永久铜桩点22个。

2、西区辅助运输大巷、一盘区辅助运输大巷、一盘区胶带大巷各测设陀螺定向边一条，共测设三条陀螺定向边。

3、西区辅助运输大巷、一盘区辅助运输大巷、一盘区胶带大巷建立井下7"级控制导线系统，共施测控制导线4.35公里;

4、成果、成图资料的编制。

3、技术依据

（1）现行《煤矿测量规程》;

（2）《工程测量规范》（GB50026-2007）;

4、主要技术指标

4.1 采用的坐标系统

4.1.1 平面坐标系统

本工程成果为1980西安坐标系，3°带高斯正形投影，中央子午线108°。

4.1.2 高程系统

高程系统为1985国家高程基准成果。

4.2 測量成果精度要求

a.井下三角高程测量：

6、井下7″级控制导线施测

6.1井下平面观测

6.1.1 井下永久铜桩点的埋设

矿井井下地压较大，井下导线点经常由于冲击地压被破坏或挤压位移。在导线和陀螺施测前，首先实地踏勘本工程控制导线途径巷道，发现途径巷道已经全部成型及整饰完毕，为了长久保存测量控制点，根据测量规范要求及矿方生产建设的需要，导线途径巷道全部埋设永久性铜桩点，本次埋设的铜桩点长约40cm，顶端为6cm铜制穿线点。用充电式电钻打孔埋入顶板，较为稳定稳固。每个点埋设完成后随即喷上点名、挂好线绳，为下步测量工作做好了准备。

6.1.2 井下导线起算点的确定

本次井下导线起算点为2015年施测的陀螺边“T1-T2-T3”，此组控制点位于西区辅助运输大巷内，皆为保存完好的永久铜桩点。经检核，夹角、距离、高差相对关系良好，可以作为本次井下控制的起算点（起算点坐标为矿地测科提供的1980西安坐标系成果）。

6.1.3 导线测量实施技术要求

井下施测7"级控制导线，采用徕卡TC1202型全站仪（测角：2"，测距：2+2ppm）四架法观测，导线边长及高差采用正倒镜、往返观测。

井下控制导线最终要求测角中误差不大于7″（实际每测回测角中误差最大为3″），导线相对闭合差不超过 ，（实际相对闭合差远小于限差）。具体技术要求详见下表：

注：n 为附合导线的总站数;n1、n2分别为控制导线第一次和第二次测量的总站数;mα1、mα2分别为附合导线起始边和附合边的坐标方位角中误差;mβ为导线测角中误差。

6.1.4 井下导线测量

施测井下导线测量按7"级导线要求，采用了徕卡TC1202型全站仪测量，导线布设路线见7"导线控制示意图，导线边长及高差采用了正倒镜、往返观测，导线路径：由西区辅助运输大巷向东测至一盘区辅助运输大巷经过绕道进入一盘区胶带大巷，导线点T7-T6-T5-T4-T3-T2-T1-Z5-Z6-Z7-F2-F3-F4-L1-L2-F5-L3-F7-F8-F9-F10-F11-F12-F13-L4-L5-F14-F15-F16。

最终导线方位与陀螺定向方位比较：“T6 - T7”～“F9 - F10”，符合差为-11″“F9 - F10”～“F15 - F16”符合差为+5″。

6.2井下高程测量

井下高程测量采用在测井下7"级控制导线时一并测设的三角高程成果。三角高程测量中仪器高（本工程所用全站仪仪器高与棱镜高等高）。在观测前和结束后用5m钢卷尺各量一次，两次限差4mm，相邻两点往返测高差不大于10mm+0.3mm*L（L为导线水平边长，以m为单位）。

采用我处的三角高程测量方法可以代替等外水准测量。采取的主要措施有：采用等高四架法，高差正倒镜、往返观测，只量取仪器高等等。我处的《大型贯通井下导线施测方法的研究》已获得2008年度煤炭部级工法。

井下采用等高四架法施测井下导线时，作业人员配备7人（记录一人，观测一人，后视一人，对点一人，挡风二人，送架腿一人）。

7、井下陀螺定向

7.1 陀螺定向边位置确定

本次控制导线长度在4km以上，属于长距离控制导线，为减小导线末端横向误差，提高导线精度，需加测陀螺定向边，在西区辅助运输大巷迎头和一盘区辅助运输大巷、胶带大巷迎头分别加测一条陀螺边，用以控制西部采区和南部一盘区运煤顺槽的导线精度。三条陀螺边均为永久基桩点，通过7秒导线将整个控制导线连接成为方位附和导线。

7.2 陀螺定向作业方法

7.2.1陀螺定向测量实施

a.陀螺地面常数观测时，仪器、三脚架和电源部份避免阳光直射;井下对点时采用大块挡风布对陀螺仪进行遮挡，使巷道风力减至最小程度。

b.测陀螺时仪器严格整平，观测过程中管水准气泡偏离均不超过0.5格。每次测量后，由一个测回转到下一个测回观测前，停止陀螺转动10—15min，重新安置陀螺仪、整平和对中仪器，并使度盘位置变换180°/n（n为测回次数）;

c.相邻摆动中值互差和相隔摆动中值互差均小于规范允许误差 35″和55″;

d.一测回的测前、测后方向值互差均小于规程允许的±10″。

e.采用跟踪逆转点法观测，连续观测五个以上逆转点，计算三个以上陀螺摆动中值。

f.陀螺全站仪的悬挂带零位测前测后分别测量一次，最大为±0.35格，较差最大为±0.05格，小于规程规定的±0.5格和0.2格。井上下零位变化小于0.1格，计算时可不加入零位改正。

g.本次定向采用GAK-1型15秒级陀螺经纬仪，采用“跟踪逆转点法”结合“中天法”来进行观测，采用2—2—2的作业程序。已知边为地面井田控制网控制点“E022—E021”。首先，在地面已知边上进行两个测回的仪器常数测定，然后施测西区辅助运输大巷、一盘区辅助运输大巷、一盘区胶带大巷迎头分别测设一条陀螺边，每条邊用逆转点法和中天法施测两测回。上井后再在地面已知边进行两测回的仪器常数测定。陀螺定向工作在永久点埋设好后随即进行。

7.2.2方位角计算

根据井上陀螺定向测量，计算出仪器平均常数△=T-T平，再利用公式α= T平+△-γ计算井下定向边的坐标方位角，其中γ=△L×sinB（L为陀螺仪所在位置的经差，B为纬度）。井下起始定向边精度满足规范要求，成果可靠。

7.3 陀螺定向精度评定

同一定向边两测回陀螺方位角的最大互差8″（限差40″），测前测后仪器常数最大互差7″（限差40″）。

观测限差规定如下：

（1）测前与测后零位值的互差，对15″级仪器不得超过0.2格，对其它仪器不得超过0.4格;

（2）采用跟踪逆转点法观测时，一般应连续观测五个逆转点，计算三个陀螺摆动中值。相邻和间隔摆动中值的互差应符合下表的限差规定。

9、工程结论与总结

从控制导线平差的结果可以看出，实际中误差均小于规范允许中误差，表明制定的巷道控制测量设计方案能够满足控制导线测量精度的要求。

1、对于影响测角精度的主要因素-对中问题，我们采用四架法测量，不重复架站，减少对中对测量精度的影响;风特别大时，采取有效的挡风措施和大锤球以最大限度地减小对中误差对导线测角的影响;尽最大限度的采用长边导线，这些措施极大的提高了导线施测精度。

2、检核原始资料的可靠性。我们对该工程的起始资料，包括方位、坐标、距离、高程、坡度都进行了认真的检核。下井测量时对起算资料反复查对，确保准确无误。

3、精密导线的测量精度主要取决于测角的精度，本次井下导线布设为等边直伸型，导线长度均匀，对贯通误差的影响极小，经成果分析，该精密导线测量成果可靠，达到技术设计的精度。

4、横向误差是导线点在长度的垂直方向产生的位移，是由测角误差引起;纵向误差是导线点在长度方向产生的位移，是由边长误差引起。测角误差是横向误差主要的产生来源。四架法可以消除仪器对中产生的误差，使用瑞士产15秒级GAK-1陀螺经纬仪定向可以作为方位加强边和定向边指导巷道的开拓以提高施工精度。

（作者单位：陕西正通煤业有限责任公司）