王宏軍
(陜西延長石油集團(tuán)氟硅化工有限公司,陜西商洛 726006)
陀螺定向技術(shù)在煤礦巷道貫通控制測(cè)量中的應(yīng)用
王宏軍
(陜西延長石油集團(tuán)氟硅化工有限公司,陜西商洛 726006)
采用井下陀螺定向技術(shù),強(qiáng)制附和方位角,保證巷道貫通精度,值得推廣使用。
陀螺定向 貫通 測(cè)量
某礦山地處山區(qū),主井與風(fēng)井同時(shí)開工建設(shè),兩井口直線距離5公里,地面便道里程約15km,為實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的盡快形成,需進(jìn)行井下大型貫通測(cè)量,采用陀螺定向技術(shù),很好地保證了貫通精度。
井下加設(shè)2條陀螺方位邊HJ01—HJ02和D1—陀2,對(duì)方位角進(jìn)行強(qiáng)制附和。
采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法,其過程為:(1)在合適的已知邊上測(cè)定儀器常數(shù);(2)依次在各待定邊上測(cè)定陀螺方位角;(3)同一已知邊上再次測(cè)定儀器常數(shù);(4)計(jì)算儀器常數(shù)平均值;(5)計(jì)算各邊的子午線收斂角;(6)最后計(jì)算各待定邊的坐標(biāo)方位角。
觀測(cè)精度執(zhí)行《煤礦測(cè)量規(guī)程》中陀螺定向一級(jí)要求,基本精度要求見表1。
表1 陀螺經(jīng)緯儀定向精度指標(biāo)
一次定向中誤差指:待定邊陀螺定向所測(cè)坐標(biāo)方位角平均值的中誤差。
理論上陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的方位角是地理方位角,而工程建設(shè)中使用的是坐標(biāo)方位角,因此需要求得各觀測(cè)點(diǎn)的子午線收斂角以根據(jù)地理方位角來計(jì)算出坐標(biāo)方位角。各測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角的計(jì)算見表2。
表2 各測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算表
子午線收斂角的計(jì)算公式:
式中:—以分為單位的子午線收斂角;—系數(shù),以縱坐標(biāo)(以km計(jì))為引數(shù)計(jì)算;—測(cè)站點(diǎn)的橫坐標(biāo)自然值,以km計(jì)。
由于儀器本身的誤差,陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的方位角不等于理論上的地理方位角,其實(shí)測(cè)值稱為陀螺方位角,與地理方位角相差一個(gè)常數(shù),即儀器常數(shù)。為了求得陀螺經(jīng)緯儀的儀器常數(shù),按規(guī)范要求,必須在已知邊上進(jìn)行觀測(cè),以根據(jù)已知邊的成果計(jì)算出儀器常數(shù)。
在風(fēng)井地面已知邊JX05—06上進(jìn)行了測(cè)前3測(cè)回、測(cè)后2測(cè)回共5測(cè)回的儀器常數(shù)的測(cè)定,5測(cè)回所測(cè)陀螺方位角值分別為215°03′01″、215°03′07″、215°03′07″、215°03′27″、215°03′24″。測(cè)回之間的互差最大為26″,滿足規(guī)范對(duì)15″級(jí)儀器不得超過±40″的規(guī)定。
已知邊的坐標(biāo)方位角為α近=214°38′44″,根據(jù)儀器常數(shù)的計(jì)算公式:公式(1)中,Δ——儀器常數(shù);γ——已知點(diǎn)子午線收斂角,本次觀測(cè)為30′33″;αT——已知點(diǎn)陀螺方位角。
可得儀器常數(shù)分別為6′16″、6′10″、6′10″、5′50″、5′53″,平均值為6′04″。
定向邊按規(guī)范規(guī)定各測(cè)兩個(gè)測(cè)回,共測(cè)2條邊,其陀螺方位角的觀測(cè)值及其差值、平均值見表3。
表3 待定邊陀螺方位角的觀測(cè)值及其差值、平均值
表5中,測(cè)回之間的互差最大為22″,滿足規(guī)范中對(duì)15″級(jí)儀器不得超過±40″的規(guī)定。
表4 待定邊坐標(biāo)方位角
根據(jù)待定邊坐標(biāo)方位角的計(jì)算公式:公式(2)中, α定——待定邊的坐標(biāo)方位角;
α′定——待定邊陀螺方位角平均值;Δ平——儀器常數(shù)平均值;
γ定——待定邊的子午線收斂角。可得,待定邊的坐標(biāo)方位角值見表4。
(1)儀器常數(shù)平均值的中誤差。
在已知邊上測(cè)定的儀器常數(shù)共5測(cè)回,可按白塞爾公式計(jì)算儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差。
改正數(shù):-12″、-6″、-6″、14″、11″
儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差為:小于規(guī)范規(guī)定的限差(±15″)要求。
儀器常數(shù)平均值的中誤差為:
(2)井下一測(cè)回測(cè)定陀螺方位角中誤差。
由于陀螺定向多采用待定邊兩個(gè)測(cè)回的雙次觀測(cè)法,本次觀測(cè)待定邊共2條,按等精度原則,由此可計(jì)算得
井下一測(cè)回測(cè)定陀螺方位角中誤差為:
小于規(guī)范規(guī)定的限差(±15″)要求。
井下兩測(cè)回陀螺方位角平均值的中誤差為:
(3)陀螺方位角一次定向中誤差。由于每條待定邊的測(cè)回?cái)?shù)有限,根據(jù)每個(gè)具體邊的觀測(cè)值計(jì)算一次定向中誤差是不準(zhǔn)確的。因?yàn)槭堑染扔^測(cè),根據(jù)上述公式的計(jì)算方法,根據(jù)兩測(cè)回陀螺方位角平均值的中誤差,再考慮儀器常數(shù)的中誤差,由此可計(jì)算出待定邊坐標(biāo)方位角的中誤差。
陀螺方位角一次定向中誤差:即根據(jù)陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的坐標(biāo)方位角中誤差(陀螺方位角一次定向中誤差)小于規(guī)范要求的±10″的精度。
井下起始點(diǎn)坐標(biāo)由風(fēng)井鋼絲繩導(dǎo)入,鋼絲繩加重錘放置在井下油桶中,鋼絲繩坐標(biāo)由地面已知邊采取前方交會(huì)的方法取得,由于井下起始方位是由陀螺定向確定的,投點(diǎn)誤差對(duì)貫通的影響僅僅是單點(diǎn)坐標(biāo)的誤差影響,因此對(duì)投點(diǎn)工作的精度要求不高,實(shí)際工作由全站儀測(cè)定井上鋼絲繩的位置和井下鋼絲繩的擺動(dòng)平均位置,作為將地面坐標(biāo)傳遞到井下的方法。由此得井下起始點(diǎn):HJ01的坐標(biāo):x=3918235.773m,y=36579839.776m;HJ02的坐標(biāo):x=3918167.707m,y=36579839.055m。
主副斜井與立風(fēng)井已按計(jì)劃準(zhǔn)確貫通,其貫通精度為角度閉合差34″(限差71.4″)、坐標(biāo)閉合差為0.16cm(限差0.200cm)、導(dǎo)線全長相對(duì)中誤差1/21792(限差1/8000),各項(xiàng)精度均小于允許的貫通偏差值,完全達(dá)到了《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定的7″導(dǎo)線1/8000的精度要求。
對(duì)于煤礦或其他礦山大型長距離的井下貫通測(cè)量工作,除做好正常的井下控制及誤差預(yù)計(jì)外,布設(shè)數(shù)條陀螺加強(qiáng)邊,對(duì)方位角進(jìn)行強(qiáng)制符合,可達(dá)到精度較高的貫通,引證了陀螺定向技術(shù)在礦井巷道貫通控制測(cè)量的應(yīng)用是完全可行的,應(yīng)大力推廣使用。