陀螺经纬仪定向在矿山测量中的应用

赵恒 淮北双龙矿业有限责任公司

电子信息技术不断发展的背景下，测量仪器以及工艺水平也在不断提升，当前陀螺经纬仪在矿山测量工作中被广泛应用，对于提升测量效率发挥着非常重要的作用。因此，相关的工作人员必须重视对陀螺经纬仪的研究，将其更好地应用在矿山测量中，确保矿山测量工作顺利开展。

一、工程概况分析

以我省某年产400万吨的矿井为例，该工程的风井在2005年的11月顺利到底，其余的两个井筒也均已经到底，为了确保主副井得以贯通，对该矿井进行了测量。在此次的测量工作中，该企业并未运用传统的几何定向法，而是利用了陀螺定向仪明确矿井的坐标。这是由于陀螺定向仪对于时间以及环境等条件的要求不高，对于井筒的占用时间较短，而且操作较为简单，只需要设置一根钢丝即可，通过此种方式，显著提升了测量数据的精确性，当前矿山测量工作中应用广泛。

二、陀螺经纬仪的主要特性分析

陀螺经纬仪在矿山测量中，主要是借助于螺旋马达，利用其在高速转动时产生的定轴性以及进动性，然后加上地球自转产生的作用力，实现对地球方向的判断。这是由于在地球南北纬度的75°内，受到地形、天气以及地磁场的影响较小。因此，无论是晚上还是白天，均可以迅速判断出正确的方向，再加上陀螺经纬仪的工作复杂，精确度较高，适应能力较强。因此，当前在矿山测量工作中发挥着非常重要的作用，为矿山的定向测量以及贯通工作提供了较大的便利[1]。

陀螺经纬仪工作原理如下，该测角的误差可以用来判断井下导线，通常来说，分为以下两种，即7"以及15"。例如，当陀螺经纬仪定向一次启动时，其误差一般在负7"区间内，就可以采用复合导线，或者是闭合导线的终端测量方式。在具体的实践过程中，也可以使用起始边的定向测量方式，将其划分为一井以及两井，然后测量井下的起始边。将陀螺经纬仪应用在矿山测量中，不仅避免人力以及物力资源的浪费，同时还有效节约了时间，提升了企业的经济效益以及社会效益。除此之外，陀螺经纬仪还具有较强的适应能力，即使在极端的恶劣条件下也可以充分保证测量工作的精确性，不仅可以在井下测量，而且还能够对测量数据展开校核，从而实现定向测量以及与大型矿井工程的贯通。

三、陀螺经纬仪定向在矿山测量中的具体应用方式分析

（一）在矿井贯通中的应用分析

1.具体的工程概况分析

以我省某矿山工程为例，该矿山最初利用冻结法施工，为了加快工程建设的进度，制定了相应的施工计划，将矿井内部的主副井巷道以及风井巷道开展贯通施工。因此，必须要对其进行贯通联系测量，组织相关的工作人员对矿井内部的控制点，逐一展开检查。另外，还需要掌握好地面控制点的几何性质，例如，必须测量好三角高程数据，同时还要对地面已知点进行测量，了解相关的参数。除此之外，在利用陀螺经纬仪测量地面已知位置时，通常需要测量4次，即在井上需要测量2次，在井下测量2次，务必保证测量结果误差小于40"。具体的操作过程如下，首先，应先测量井下的一条定向测量边，可以先将脱落经纬仪安装在某一个具体的位置，测量出该定向边的脱落方位角，最后计算出该定向边的脱落方位角。在这一过程中，工作人员必须要多次测量，只有误差在25"才能保证测量数据的精确性，然后结合高斯平角坐标以及经纬度公式计算结果，即利用以下公式

其中n代表陀螺旋转变量的观测测绘数，而nΔ指的则是地面某个已知点的观测仪器回数。

2.陀螺经纬仪的操作方式分析

在矿山测量中往往会指定要求设计某个巷道，对其展开挖掘工作，令其与另一条巷道实现贯通，在开展贯通作业时，通常要与挖掘工作同步进行，提升工作质量和效率[2][3]。因此，为了确保挖掘工作的正常开展，需要制定明确的施工技术，组织工作人员展开施工，即实施贯通作业，尤其该工程有助于保证后续工作的正常开展。为了避免延误施工计划，为施工人员提供良好的施工方案。通常矿山开采工作主要有以下几种情况，即两个施工面进行相向挖掘，或者是同向挖掘，也就是从巷道的一端向另一端开始挖掘。而巷道的贯通存在以下三种情况，第一，矿井内部巷道的贯通；第二，多个矿井内部的相互贯通；第三，矿井的纵向贯通。

具体的操作流程如下：首先，相关的工作人员必须进行现场勘查，充分掌握矿井周围的水文地质情况，然后结合具体情况选择相应的测量方法，最后对测量方案展开模拟以及计算，同时分析计算结果的精确性以及可行性。其次，明确测量方案，在这一环节工作人员需要根据计算结果，明确设计好贯通巷道的实际情况，并将其标示在设计图纸中。再次，工作人员还应该结合贯通工作的实际情况，定期进行检查，尤其是需要检查想到的中线以及腰线，一旦发现问题，必须立即制定解决措施，充分保障测量结果的精确性。最后，在工程结束后，必须利用陀螺经纬仪对其展开测量，将实际贯通结果和测量结果的偏差进行比较，保证测量结果的精确性。如果误差较大，就应该及时总结测量经验，全面提升工程的质量。

（二）陀螺经纬仪在矿井上下联系测量中的应用分析

1.具体的工程概况分析

以我省某矿井工程为例，该工程的施工过程如下，该矿井采用的是GAK-1型号的脱落经纬仪与T2型号的经纬仪，由于边长较短，该工程在测量定向边中存在较大的难度。因此，在实际的测量工作中，需要利用两台陀螺经纬仪，对定向边展开观测，并且每一个观测点均需要展开两次独立观测，可以按照2-2-2方式进行测量。在测量的过程中，测量结果的误差要保证小于40"，然后按照测量仪器的结构，计算出相应的结果。可以利用白塞尔公式进行计算然后计算出测量结果的误差，即GAK-12274为MΔ=±4.044''，GAK-120806为MΔ=±7.48''。总之，在测量时必须要按照定向观测的顺序，即2-2-2的顺序展开操作，当井下只有一条定向边，且观测陀螺仪的方位角也小于两次，如果地面与井下同时进行测量，并使用同一台观测仪器时，则在矿井下测量方位角的条件可以认为是一致的。即其中一次的定向误差值为m=±0.18164mΔ，陀螺经纬仪的一次定向误差为GAK-126274m=±3.3''，GAK-126274m=±6.1''，平均值为m=±2.9''。由此可以看出，陀螺经纬仪的精确度较高，为矿井开采工作提供了非常精确的数据信息，对于提高工作效率，全面提升矿井的施工水平，发挥着非常重要的作用。

2.陀螺经纬仪的测量方式分析

矿井联系测量，指的是将矿区的平面坐标以及高程系统传递到矿井下方展开测量，这主要是为了令地面以及井下的测量控制网应用同一种坐标系统，通过此种方式，提升矿井开拓工程的质量，可以划分为平面联系测量以及高程联系测量两种方式。在具体的操作过程中，不受时间以及空间的限制，当前被广泛应用在现代矿井的联系测量中。

首先，将陀螺经纬仪应用在投点工作中，可以用直径为1.5mm的碳弹簧放入矿井中，然后进行投点，为了避免投点工作发生误差，工作人员必须要关闭风机，停止向矿井通风，与此同时还需要使用挡风板，减少风流对于测量结果的影响。其次，工作人员还需要在矿井内放入一个小的信号圈，查看信号圈能否完全下落。工作人员也可以乘坐专门的罐笼，查看钢丝是否处于正常悬挂的状态，然后在定向水平方向放入一桶稳定液，并将其挂上100kg的重陀螺，将其放入到稳定液中，最后利用经纬仪测量钢丝稳定之后的位置。最后，投点时可以对钢丝进行测量，在地面L点架设TC1020全站仪，在钢丝上架设反光镜以及后视GK点，然后利用陀螺旋转仪进行测量，务必保证测量结果的精确性。

四、陀螺经纬仪定向在矿山测量中的应用效果分析

将脱落经纬仪应用在矿井工程建设中，当展开定向测量时，工作人员通常会利用几何定向法展开相应的操作，但是矿井下方环境较为恶劣。例如，经常存在滴水状况，而且钢丝的间距较小，而竖井的深度较长。因此，工作人员在开展投点施工时，无法加大，无法充分保证定向精度。但是当引入陀螺经纬仪时，就可以显著解决以上问题，该仪器不仅测量结果精确度高，而且工作时间短、操作流程简单，有效防止安全事故的发生。因此，将该仪器引入到矿井的定向测量工作中，显著提升了该矿井的工作水平。除此之外，将陀螺经纬仪应用在矿井测量中，也可以令作业人员在井下导线上展开具体操作，有助于防止测量的工程中发生测角，充分保证测量的精确性。

五、结束语

总而言之，近年来我国对于能源的需求不断提升，矿山开采项目也在逐渐增加，将经纬陀螺仪应用在矿业发展中，对于促进矿井实现可持续发展，改善传统测量方式中的缺陷，具有非常重要的作用。因此，为了充分发挥陀螺经纬仪的作用，工作人员必须做好研究工作，然后结合工程的实际情况进行测量，确保测量结果的精确性，促进矿山测量工作朝着更加高效化与现代化的方向发展。