矿山测量子情境32

子情境3-2矿井一井定向测量

1、概述

在立井中悬挂钢丝垂线由地面向井下传递平面坐标和方向的测量工作称为立井几何定向矿井定向几何定向

物理定向（罗盘、激光投点、陀螺定向）

斜井与平硐

两井定向2、一井定向方法

一井定向方法有连接三角形法、四边形法和适用于小型矿井的瞄直法等。本节只介绍常用的连接三角形法。一井定向1)投点

（1）投点的方法

由地面向定向水平投点，简称投点

采用连接三角形进行一井定向时，要在井筒内挂两根垂球线。

采用垂球线单重投点法

单重稳定投点〈0.4mm

单重摆动投点

投点的基本要求为了减小投点误差，定向测量期间应停止风机运转或采取设置临时风门隔离等措施，在淋水大的井筒，应当采取挡水措施。投点设备应满足下列要求：1、绞车滚筒直径不得小于250mm，并且必须有双闸；2、导向滑轮直径不得小于150mm；3、钢丝上悬挂的重铊，其悬挂点四周的重量应互相对称。2、投点误差与投向误差

由地面向定向水平投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，使得垂球线在地面上的位置投到定向水平后会发生偏离，这种偏离称为投点误差由投点误差引起的垂球线连线的方向误差，称为投向误差

图(c)中θ″=2eρ″/c

投点误差与投向误差

要减少投向误差，必须加大两垂球线间的距离c和减少投点误差e之值。减少投点误差的主要措施：

1)尽量减少两垂球线间距离，并选择合理的垂球线位置

2)定向时最好减少风机运转或增设风门，以减少风速

3)采用高强度、小直径的钢丝，适当加大垂球重量，并将垂球浸入到稳定液中;4)减少滴水对垂球线及垂球的影响。

3、单重稳定投点

单重稳定投点是假定垂球线在井筒内处于铅垂位置而静止不动，所进行的投点。进行单重稳定投点所需的设备和安装系统如下图：

稳定投点的设备和安装4、钢丝的下放和自由悬挂的检查

通常采用以下方法:(1)信号圈法(2)比距法

比距法是采用比较井上、井下两钢丝间的距离的方法进行检查。

若量得的井上、井下两钢丝间的距离互差不大于2mm，便认为钢丝是自由悬挂的。(3)振幅法

振幅法是测定钢丝摆动的半周期，看它是否与计算值相等。理论值按下式计算：

由于稳定液的阻尼作用，实测的半周期应大于计算值。若小于计算值，可将实测的半周期代入上式，计算出钢丝自由悬挂的长度，以便估计接触点的位置；

(4)井筒条件允许时，可以乘罐笼或吊桶直接检查钢丝的悬挂。

5、单重摆动投点

单重摆动投点是通过观测垂球线的摆动,找出其静止位置并固定起来,然后进行连接测量。常采用标尺法和定中盘法（二）连接

1、概念把地面上的已知点和定向水平上的永久点与垂球线连接，简称为连接。2、连接测量

连接测量分为地面连接测量和井下连接测量两部分。地面连接测量是在地面测定两钢丝的坐标及其连线的方位角；井下连接测量是在定向水平根据两钢丝的坐标及其连线的方位角确定井下导线起始点的坐标与起始边的方位角。

连接测量的方法很多，这里仅以连接三角形法为例予以介绍。连接三角形法的平面示意图如下所示1）.连接三角形应满足的条件

连接三角形示意图

图中三角形ABC和ABC′称为连接三角形。为了提高定向的精度，在选择井上、井下连接点C、C′时，应使连接三角形△ABC和△ABC′满足以下三个条件：（1）点C与D及点C′与D′要彼此通视，且CD与C′D′的边长要大于20m；

(2)三角形的锐角γ和γ′要小于2°；构成最有利的延伸三角形

(3)

a/c与b′/c′的值要尽量小一些，一般应小于1.5m。2.）连接三角形法的外业地面连接测量是在C点安置经纬仪测量出φ和γ两个角度，并丈量a、b、c三条边的边长。

3）.连接三角形的解算(1)运用正弦定理，解算出α，β，α′，β′

(2)检查测量和计算成果首先，连接三角形的三个内角α、β、γ以及α′、β′、γ′的和均应为180°。若有少量残差可平均分配到α、β或α′β′上。(角的检验）同样，井下连接测量是在C′点安置仪器测量出φ′和γ′三个角度，并丈量c，b′和a′三条边的边长。

其次，井上丈量所得的两钢丝间的距离c丈与按余弦定理计算出的距离c计相差应不大于2mm；井下丈量所得的两钢丝间的距离c丈′与计算出的距离c计相差应不大于4mm。若符合上述要求可在丈量的a、b、c以及a′、b′、c′中加入改正数Va，Vb，Vc及Va′，Ｖb′Ｖc′(3)将井上、井下连接图形视为一条导线，如D—C—A—B—C′—D′，按照导线的计算方法求出井下起始点C′的坐标及井下起始边C′D′的方位角(4)连接三角形的解算实例（三）一井定向的工作组织组织要求：精度高、尽量的缩短占用井筒的时间。一井定向的工作组织包括：准备工作，地面和定向水平上的工作以及安全措施等。δγαβδδγαβγ一井定向测量连接三角形最有利形状探讨三角形连接法几何定向测量的精度与连接三角形的形状密切相关。以井下连接三角形为例，垂球线处的角度（传向角）中误差估算公式为：因此得出如下结论：连接三角形最有利形状为锐角不大于2°的延伸三角形。

严密平差数学模型条件下的最优图形分析考虑一井定向测量连接三角形图形的对称性及边长丈量的特殊条件，取图2中的角度为0→90°，S1边长为9→49米。通过计算机VisualBasic编程，获得图形参数变化时的传向角中误差矩阵，然后以纵轴表示角度β，以横轴表示距离S2，运用CASS软件绘制出了如图所示的待定点位误差等值线图。

最优图形分析结论1）矿井一井定向测量连接三角形的最有利形状时延伸形三角形，其锐角越接近于0°，其传向精度越高；2）为了提高传