山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿 山东莱州 261442
摘要：在竖井联系测量中，由于井下滴水较多，加上井较深等因素的影响，投点误差较大，影响了定向精度。使用陀螺仪定向，具有定向精度高、作业时间短、不受井筒条件限制、与施工干扰小、工作组织简单和工作效率高等优点，而且，陀螺仪可在井下导线上任意点进行定向，避免了测角造成的误差积累。本文围绕全站仪“三架法”结合陀螺定向在矿山贯通测量中的应用进行了分析。
关键词：陀螺仪；矿山；测量
测量误差是矿山测量工作中不可避免的问题，而受到误差累积的影响，长距离贯通测量一直以来都是矿山测量的难点和重点。在进行矿山长距离贯通作业中，最常使用的就是全站仪“三架法”结合陀螺定向法。经大量贯通实践表明，该方法大大提高了矿山贯通精度。
一、某矿山已经完成GNSS控制点的建立
某矿山已经完成GNSS控制点的建立和斜井联系测量工作。该贯通工程为两井大型贯通测量，井下贯通距离为4.9km，一共分布36个导线点，导线边长为25-360m，最短边在25m 以上，均长为136m。井下巷道测量以导线精度要求为准。根据规定，贯通相遇点在水平重要方向和高程方向上的偏差分别不超过0.5m 和0.2m。
2、全站仪“三架法”应用。为了确保井下导线可靠，通常情况下都会选择“Z”形进行布设。从图中我们能够看出，一共包含七个支导线点，假设B 为井下贯通导线平面起算点和高程起算点，那么B-A 则为起算方位，需要将全站仪放置在B 点，将棱镜分别放置在A点和C 点，在将这三点整平完毕之后，测量人员就可以进行观测工作。完成B 点的观测之后，迅速将全站仪从B 点拔出，并及时安置在C 点。
此时，后视人员需要同时将棱镜从A 点转移到B 点，前视人员也将脚架基座移至到D 点，同时需要整平对中处理，将原C 点棱镜插入到D 点基座上，完成上述工作之后，对C 点进行观测[1]，以此类推。不难看出，在完成每一站的观测之后，只需要在新前视点上将基座以及脚架整平对中一次即可，工作效率得以提高。在本次贯通测量中采用的是防爆全站仪，按照导线精度要求为准，长距离贯通测量工作顺利完成。
二、全站仪“三架法”注意问题
本文以工程实况为例，介绍了全站仪三架法在矿山贯通测量中的应用，在这里，作为补充，简单介绍三架法在应用过程中需要注意的一些问题。
1、在开展贯通测量工作中，所使用的全部设备和工具，包括全站仪、基座、棱镜等必须是配套的，如果设备和工具存在丢失或损坏，不能因为节省资本而随意补充，应当配以相同品牌、型号和规格的设备，工具，确保在每次变换观测位置之后，全站仪中心和棱镜中心始终在一个铅垂线上，这样做的目的是避免由于设备、工具的不同从而导致误差。
2、在迁站过程中要确保全站仪和前视觇标的基座不发生松动，并且在迁站过程中千万不要触碰到三脚架；在每次变换仪器之后，要对仪器状态进行检查，确保在对中整平状态，如果发现水准管偏离的角度比较大，应当重新对中整平；为了避免由于棱镜误差导致的测量结果不准确及在每次棱镜变换时，要注意前视棱镜和后视棱镜的位置不能互换；在对控制点进行测定时，要提高测点对中整平精度；在进行支导线测量时必须进行至少两次的复测，便于校验。
三、陀螺仪在矿山贯通测量中的应用
1、陀螺仪简介。近年来，随着其精度越来越高，在矿山贯通测量中得到了广泛应用。相对于惯性空间来说，陀螺仪具有定轴向的特征，而地球则具有自转效应，所以，在地球表面的任一纬度ϕ处，陀螺仪就可以将相对于惯性空间的自转角ω速度测量出来，然后将地球自转角速度分解为两个分量，一个是水平分量，另一个就是垂直分量，水平分量 沿地球经线指向北。由此看出，正是借助惯性技术测量敏感地球自转角速度的水平分量就能够获取地球北向信息，这就是其工作原理。在此次长距离贯通测量中，陀螺仪的一次定向精度为±15。
2、观测程序。观测采用中天法，一共分为：首先任意选取地面上一点，对仪器当地比例常数C 进行测定，对测回进行观测，并计算得出C 值3个，将这三个值相加取出平均值，即该仪器C 值，在一定时期条件下，在50km 的范围内可以使用这一个C 值；在地面的已知边上观测回，并将仪器常数Δ 计算出来；在矿井下待定边上利用个测绘将陀螺方位角测量出来；当返回地面之后，借助测回在原已知边上对陀螺方位角进行测量，并将仪器常数Δ 求出来。按照以上步骤对仪器的测量精度和稳定性进行检验，陀螺定向的最终结果提供保障。为了确保观测精度，测量人员需要在“L”形导线拐角处对陀螺定向边进行加测，在测量时需要注意以下几个限差（1）陀螺仪C 值误差不得超过0.06；（2）仪器悬挂带零位必须在±0.5 格以内，在测量前后，误差必须控制在±0.2 格，如果是在井下，如果零位差超过±0.4 格，那么测量人员应当对其进行改正处理；（3）相邻摆动时间误差在0.4s 以内，间隔摆动时间误差在0.6s 以内，实践总结能够确保相邻摆动时间误差在0.3s以内，间隔摆动时间误差在0.4s 以内；（4）测前和测后方向值误差控制在10以内；（5）测回间方向值误差在40以内。
四、陀螺仪在矿山贯通测量中其它方面的应用
1、在井下平面控制中的应用。在进行井下掘进时，通常利用导线对巷道的掘进方向进行指示，但是矿山巷道基本上都是环形回路，到施工后期，掘进方向只能能用单一支导线进行控制。对陀螺边进行加测主要有以下几种方式：第一种，在支导线的最末端加一条陀螺边，形成附和导线；第二种，在支导线上加测两条陀螺边，形成两条附和导线；第三种，在每条边上都加测陀螺方位角。在大量贯通测量实践中，关于加测陀螺边的数量已经得到了共识：加测陀螺边使得井下导线横向误差大大减少，精度也有了大幅度提高。通过与未加测陀螺方位角相比，精度增加极其明显，加测一条和三条增益分别为的50%-60% 和75%-80%，超过三条以上时，并没有取得明显增益。因此，要想最大提高贯通测量精度，测量人员应当根据实际工作量进行考虑，一般来说，加测1-2 条效果最佳。
2、在次要巷道和采区联系测量中的应用。所谓采区测量指的就是井下开采从采准一直到结束回采的整个过程中，测量人员所进行的一系列测量工作。其中，最重要的一项工作就是采区联系测量、坐标及高程以及导线传递方向等。一般来说，采切巷道并不长，而且采区范围相对来说也要小一些，巷道窄，受干扰因素比较多，而且巷道内空气污浊。因此，从整体上来说，巷道内工作条件非常差。在过去主要是采用罗盘仪导线，但在应用过程中要确保罗盘仪导线不会受到任何磁性干扰。如果巷道内存在磁性影响，那么也就无法使用罗盘仪，只能采用天井几何定向，不仅降低了测量效率，而且测量人员的工作量也大大增加，测量精度也比较低，不能满足测量需求。而利用陀螺仪定向，10min 钟左右就能够完成测量工作，而且精度也比较高，一般保持在±3左右。
贯通后进行实测，纵坐标和横坐标的闭合差分别为0.195m 和0.236m，精度达到设计要求，并且要远远小于误差。该矿山贯通测量工作的顺利完成，无疑为今后其它类似矿山开展测量工作提供了借鉴。相信在不久的将来，随着该技术的不断完善，一定会在长距离贯通测量中得到广泛应用。
参考文献：
[1] 权建巍.浅谈竖井定向联系测量新方法的应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2013（30）.
[2] 权太居，王修瑞，董康.假定坐标在矿山贯通测量中的实际应用[J].能源技术与管理，2015（03）.
[3] 刘师文，任成，蒋军.探析新技术在矿山巷道贯通测量中的应用[J].科技视界，2014（23）.
[4] 姬晓旭，刘成龙，何波.竖井联系测量的新方法及其应用[J]．铁道勘察，2013（5）：14 - 17.
作者简介：
张俊雷（1987.04），男，山东招远，本科，助理工程师，矿山测量。
论文作者:张俊雷
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/23
标签：测量论文; 导线论文; 陀螺仪论文; 误差论文; 矿山论文; 陀螺论文; 井下论文; 《基层建设》2018年第7期论文;