陀螺全站仪定向技术在煤矿测量中的应用

2019-04-10杨滨铭

山东煤炭科技 2019年3期

杨滨铭

（山东省济宁矿业集团有限公司，山东济宁 272000）

1 陀螺全站仪在煤矿测量中的意义

与常规测量方法相比，陀螺定向能够省时省力节省资金，并且能够获得较高精度，更为今后贯通测量打下坚实的基础。全站仪陀螺定位测绘技术的提升，有利于对煤矿开采中出现的危险源、不良地质结构及时掌握，满足了矿井生产测量的需要，并取得了很好的经济效益与社会效益，具有一定的推广意义。

2 煤矿测量中陀螺全站仪的应用

2.1 陀螺定向技术在贯通工程中的应用

全站仪陀螺定向技术应用日趋广泛，鉴于安居煤矿井筒深、地压大、地质条件复杂等现状，导线的精度对日后的贯通测量起着至关重要的作用。陀螺定向确保了导线坐标的精度，在贯通工程中得到了充分的运用。陀螺全站仪是一种高精度全站仪，即借助内置的高速回转体的陀螺进行真北方向的准确定位（如图1所示）。

图1 陀螺全站仪

2.2 安居煤矿的项目概况

安居煤矿为千米深井，地压大，弯道多，地质条件复杂，导线点位置的选取和埋设是重中之重，结合陀螺边各项参数，对待定方位角进行定向。陀螺定向中的要点内容是外业观测，它与陀螺定向的精度关系密切。观测过程中灵敏部的下放稳定性，对精度的影响甚大，下放灵敏部不稳定，指标摆动幅度大，将会使跟踪指标变得困难。为确保精度，本次旨在对灵敏部下放方式和手法做出新的尝试，并同时研究跟踪摆动指标困难时的跟踪方法。

该矿在贯通工程的二采区南翼轨道巷的施工中，在全站仪上添加了陀螺定向技术，并对贯通巷道重要方向进行了陀螺实测，具体情况如下：

2.2.1 陀螺定向方法

（1）在地面已知边上测定仪器常数Δ：

式中：

A0-已知边的大地方位角；

αT-已知边一次测定的陀螺方位角；

α-已知边的坐标方位角；

γ-子午线收敛角。

（2）在井下定向边上测量陀螺方位角。

（3）返回地面后在原已知边上测量陀螺方位角，求仪器常数及平均值。

（4）计算井下定向边的坐标方位角。

2.2.2 已知数据（坐标及方位角）

（1）TL7点坐标：

x=3912390m，y=459357m；

（2）TL9点坐标：

x=3912313m，y=459502m；

（3）副井北点坐标：

x=3913423.025m，y=457767.995m；

（4）副井东北点坐标：

x=3913423.044m，y=457812.011m；

（5）副井北-副井东北坐标方位角：89°58′31″。

2.2.3 各项限差的具体要求

测量使用的陀螺仪为瑞士生产的仪器，型号是GAK-1，20″的标称精度。性能稳定，精度可靠为此仪器在各种井下工程使用中的主要体现。与《煤矿测量规程》相参照，各项限差如表1。

2.3 子午线收敛角γ的计算方式

坐标方位角跟地理方位角关系即：A=α+γ

安置仪器站的子午线收敛角为γ，γ的符号值可用安置仪器点来确定，并借助安置仪器点的高斯平面坐标来求得，按下式计算：

式中：

y-仪器安置点去掉带号再减去500km的横坐标，km。

k-系数，以公里计纵坐标x为引数查表即可。由此可得：

（1）TL7点收敛角：γ=-0°15′31″

（2）TL9点收敛角：γ=-0°15′28″

（3）副井北点收敛角：γ=-0°16′08″

表1 陀螺定向的限差要求

2.4 在地面已知边上进行仪器常数的测定

选用安居煤矿的已知边“副井北-副井东北”进行仪器常数的测定，仪器常数一次测定的计算数据如表2。

表2 仪器常数测定数据

仪器常数一次测定中误差为：

2.5 于井下定向边上进行的陀螺方位角的测定

测定的是井下“TL7- TL8”、“TL9- TL10”的陀螺方位角，并且于2014年11月02日已完成了测定，且各项限差也都符合要求。

2.5.1 坐标方位角的计算

井下定向边的坐标方位角即：

2.5.2 定向测定取得的成果

表3 定向测定坐标方位角数据

2.5.3 定向精度的评定

陀螺定向边一次测定中误差：

由误差传播定律得：

mΔ平、mT平、mγ的计算

（1）由公式（3）得知：

（2）井下陀螺方位角一次测定误差：

式中：

d-同一边两次定向方位角之差；

n-差值的个数。

（3）子午线的收敛角误差比较微小，在此可以忽略。

因此陀螺定向边一次测定中误差：

对于TL7-TL8：

对于TL9-TL10：

可靠、准确、高精度可谓是此次的定向成果收益，且在对TL7-TL8的定向测定中误差仅有±1.62″，在对TL9-TL10的定向测定中误差也仅有±1.73″，即使是用以充当井下7″级首级控制的起始方向也是完全可以的。与常规测量方法相比，陀螺定向能够省时省力节省资金，并且能够获得较高精度，更为贯通测量提供了精度保障，为该矿生产节省了大量资金。