陀螺仪在李家窑矿竖井中的应用研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 陀螺仪在李家窑矿竖井中的应用研 究 摘 要所谓矿井定向测量就是把 地面的方向、座标通过竖井（或斜井、 平峒）传递到井下，作为整个井下平面 测量系统的基础，保证地面和井下用同 一个座标系统进行计算和绘图，并解决 各项采矿工程问题。矿井定向测量又称 井上下的平面联系测量，它是一项十分 重要的测量工作，关系到正确合理的开 拓与回采，又关系到矿山的安全。为了 加快矿山的基建，必须进行各种类型的 相向掘进（贯通） ，而相向掘进必须用 足够精度的定向测量来保证。 中国论文网 /1/view-12796699.htm 关键词 陀螺仪 矿竖井 应用研 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 究 中图分类号：TK27 文献标识码： A 文章编号： 1009-914X（2015）19- 0369-01 一、前言 1.1 矿区简介 矿区位于海拔 800 米以上的山坡 上。有简易公路通往矿区。为满足主井 和副井以及主井与风井之间的贯通要求， 需要对矿井进行联系测量工作，以建立 井上下统一的坐标和高程系统。于 2014 年 4 月 25 日至 29 日进行了立井联系测 量工作。本次测量工作主要包括四个方 面：副井一中段、三中段以及风井一中 段的联系测量，地面控制点的测设，井 下导线点的测设，井下陀螺边定向1。 本次竖井联系测量的技术依据为： 煤矿测量规程能源煤总 1989-25 号； 煤矿测量必备手册煤炭工业出版社 （2013） ；华峰矿业有限公司竖井井 下工程控制与地面控制联系测量技术设 计 。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1.2 仪器设备简介 本次施工所用仪器为：拓普康 GTS-332N 型全站仪和索佳 SRX2X 全 站仪各一台，仪器测角精度为 2，测距 标称精度为（2+2ppm）mm，陀螺仪为 索佳 GYR02X 自动全站式陀螺仪，精 度为 15级。所使用仪器均经过了检定 部门的检定。 本次联系测量完成的工作量为： 地面共测设了四个近井点 M3（已知点） 、 M2（已知方位） 、M5 和 M7，在井口布 设临时连接点两个 F1 和 F2；对副井一 中段、三中段以及风井一中段进行了坐 标和高程的导入；副井一中段测设 15 导线点 5 个，分别编号为 FD1-1、FD1- 2、FD1-3、FD1-4 和 FD1-5；副井三中 段测设 15导线点 5 个，分别编号为 FD3-1、FD3-2、FD3-3 、FD3-4、FD3-5 和支点 1 个 FD3-6；风井一中段测设 15导线点 3 个，分别编号为 D1-1、D1- 2 和 D1-3；副井一中段测量陀螺边 FD，1-3/FD1-4，副井三中段测量陀螺 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 边 FD3-2/FD3-4，风井一中段测量陀螺 边 D1-2/D1-3。 所有成果平面均为 1980 西安坐 标系、高斯正形投影、3分带、中央子 午线为 114，高程为 1985 国家高程基 准。 二、地面已知点利用及观测 矿区工业广场内前期的控制点为 GPS-RTK 方式施测的四个控制点，控 制点精度无法保证近井点的精度要求， 而且在施工过程中部分点遭到了破坏， 目前矿区内只完整保留 M2 和 M3 两点。 为保证工业广场范围内井上下坐标和高 程的统一，本次地面控制点的计算以 M3 点的坐标和高程以及 M3M2 的方 位为起算数据2。 根据点位的通视情况，控制点采 用 2全站仪按一级往返测导线要求进行 测量，水平角施测四个测回，边长直接 观测平距，加入改正后将其化算为高斯 平面坐标系的边长。方位角最大闭合差 为（M3M2M5M3）：3，限差 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 为 10n=17.3。距离观测一测回内最大 互差为 3mm，限差为 10mm；单程测回 间最大互差为 8mm，限差为 15mm。最 长复测支导线（M3M2M5F1）坐 标闭合差为 0.003m，相对闭合差为 1/348938，限差为 1/20000。 地面控制点的高程采用三角高程 测量方法，每次观测两个测回，对向观 测，经检查对向观测误差均在限差范围 内。复测支导线最大闭合差为 （M3M2M5F1）：0.016m，限差 为 50S2=0.022m。 三、钢丝投点与井上下连测 井上下联系测量坐标传递采用常 规钢丝单重摆动方法一次进行投点、陀 螺定向，高程采用钢丝法一次导入。 本次联系测量两个井口共进行了 两次投点工作，第一次副井一中段和三 中段同时进行，第二次对风井一中段进 行投点。钢丝投点法导入平面坐标，在 钢丝下悬挂 80kg 重陀，并将重陀置于 水中以减小其摆动。由于井筒较深且淋 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 水较大，采用摆动投点的方法确定钢丝 的稳定位置。在钢丝后放置一水平的标 尺，通过全站仪的望远镜读取钢丝左右 两边最大的摆幅在标尺上的位置，连续 读取 13 次读数，连续读取两组数据， 两次取中的平均值不超过 1mm 后，取 平均值作为钢丝的稳定位置进行水平角 的观测3。 在井上、井下各安置一台 2级全 站仪，采用方向观测法观测钢丝至导线 点的水平角，井下共观测四个测回，至 少变动一次仪器高；地面共观测八个测 回，变动一次仪器高。距离观测对于摆 动幅度较小的情况，直接将棱镜放于钢 丝后读数，加上相应的棱镜常数后即为 实际距离。风井一中段由于淋水比较严 重，而且人员站在不固定的托盘上操作 不安全，所以采用将反射片固定到钢丝 上的观测方法。读数均读取多组数据， 根据变化规律，确定最后结果。 钢丝提升至地面后，找一段直线 长度足够露出钢丝标记的的平坦路面， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 每隔 40 米放置一等高的支架，支架上 固定有轴承以减小摩擦阻力，将钢丝托 起。在钢丝一端加上与联系测量时相同 的 4 个重陀，并将重陀置于水中，检查 钢丝全部支撑于支架的轴承之上后，用 全站仪观测钢丝井上下标记间的距离、 高差。同时记录仪器高、棱镜高及观测 时的温度和气压值。同样的方法观测两 次，经比对标记间的距离，风井一中段 的标记两次测量的较差最大为 0.029 米， 总长为 270.710 米，两次测量互差的相 对误差为 1/9335，满足限差 1/8000 的 要求。 四、陀螺定向边观测及计算 井上下联系测量井下陀螺边的测 量使用 15陀螺仪，逆转点法按 2-2- 2（下井前测两次常数，井下观测两次， 上井后再在同一条边上测两次常数）的 程序进行观测。 井下定向观测前，在地面近井点 M3 架设陀螺仪，对 M3M2 进行观测 以测定仪器常数，观测独立进行两次。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 第一次观测完成后停止陀螺运转 1015 分钟，然后进行第二次观测。两次独立 观测的陀螺方位角互差为 3，限差为 40。 井下陀螺仪定向，依次在风井一 中段的导线边 D1-2D1-3，副井一中 段的 FD1-3FD1-4 和副井三中段的 FD3-2FD3-4 上进行陀螺定向。每条 边同样独立观测两次，在三个中段两次 独立观测陀螺方位角的互差分别为 7， 13和 7，均符合40的限差要求。 井下定向边观测结束后，重新在 M3 架设陀螺仪，对 M3M2 进行观测 以测定仪器常数，观测独立进行两次， 陀螺方位角互差为 0，符合限差要求。 统计陀螺仪所有独立定向相邻摆 动中值的互差最大的 15，限差 20； 间隔摆动中值的互差最大的为 11，限 差30。经各项互差的统计证明此次陀 螺定向仪器稳定，操作正确，成果可信。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 陀螺定向完成后，内业计算主要 依据两个等式，即 地理方位角=陀螺方位角+仪器常 数（ ） 地理方位角=坐标方位角+子午线 收敛角 通过地面在已知边 M3M2 进行 的两次陀螺定位，计算出仪器常数，然 后根据井下在未知边观测的陀螺方位角， 将仪器常数值带入计算从而求得未知边 得坐标方位角。具体计算见陀螺