韋鋮，王福麗，李明君，劉可濤

(1.青島市勘察測繪研究院，山東 青島　266000；　2.青島理工大學琴島學院，山東 青島　266106)

1　引　言

礦井聯(lián)系測量的重要任務之一就是礦井定向，即確定井下導線起算邊的坐標及坐標方位角，其目的就是將井上的平面坐標和方位角傳遞到井下導線的起始點和起始邊上，使一井上下采用同一平面坐標系統(tǒng)[1]。陀螺全站儀在礦井定向中因占用井筒時間短、方便快捷、定向精度高等優(yōu)勢而被廣泛應用在礦井聯(lián)系測量中[2]。由于礦井深度較深，井筒風力較猛，在實際一井定向中一般采用下放一根鋼絲，鋼絲一端固定在井口上方，另一端系有定向?qū)Ｓ玫闹劐N自由懸掛至定向水平，利用陀螺經(jīng)緯儀獲取陀螺方位角，從而達到一井定向的目的。本文以煙臺某新建多平硐礦井一井定向?qū)崪y數(shù)據(jù)為依據(jù)，利用陀螺方位角計算程序?qū)崿F(xiàn)待求邊坐標方位角的自動計算。

2　多平硐礦井一井定向

多平硐礦井一井定向是通過豎井進行幾何定向，須在豎井井筒內(nèi)懸掛一根鋼絲，井下將鋼絲懸掛 60 kg重的重錘放于大油桶中，大油桶中注滿水與鋸末，待鋼絲穩(wěn)定后，下放信號圈，并在井底接收檢查，保證鋼絲為自由懸掛狀態(tài)。如圖1所示，礦井附近有兩個近井點(C點、D點)，均為E級GPS點。在近井點C點架設全站儀，后視近井點D點，將C-D邊作為已知邊，測量C點至鋼絲、D點的距離，測量近井點D點與鋼絲E間的水平角度，按照煤礦測量規(guī)程要求測量2次取平均值作為最終結(jié)果，計算出鋼絲E的平面坐標。井下一平硐永久點A點下架設全站儀，量取永久點B點與鋼絲E的水平角度，測量永久點A點至鋼絲、B點的距離，角度和距離精度均滿足規(guī)范要求。在井下A點架設陀螺經(jīng)緯儀進行定向測量，獲取井下導線起算邊A-B邊的陀螺方位角，計算可以得到A-B邊的坐標方位角。重復上述步驟，即可得到二平硐、三平硐地下導線起算邊的坐標及坐標方位角。從而便將地面的方向和坐標傳遞到井下，達到一井定向的目的。

圖1　多平硐一井定向示意圖

3　陀螺方位角測算

陀螺方位角測算主要步驟如下：

3.1　測定地面已知邊儀器常數(shù)

進行陀螺定向時，首先在已知邊上測定陀螺方位角2次～3次，依據(jù)《煤礦測量規(guī)程》中關(guān)于陀螺經(jīng)緯儀定向測量的有關(guān)規(guī)定，取其平均值作為其陀螺方位角。如圖2所示，近井精密導線CD的地理方位角為A0，在C點架設陀螺經(jīng)緯儀測得CD邊的陀螺方位角為aT，按式(1)求出儀器常數(shù)△[3]。陀螺儀子午線位于地理子午線的東邊為正；反之，則為負。

△=A0-aT

(1)

圖2　各方位角及儀器常數(shù)關(guān)系圖

3.2　測定井下待定邊上陀螺方位角

(2)

待定邊測定陀螺方位角應單獨測量2次～3次，取其平均值作為其陀螺方位角。

3.3　地面上重新測定儀器常數(shù)

3.4　求算子午線收斂角

由于井下定向邊需要求算的是坐標方位角，不是地理方位角A0，因此還要求算子午線收斂角r。地理方位角與坐標方位角關(guān)系為式[6](3)

A0=a0+r0

(3)

3.5　坐標方位角的計算

由圖2及式(1)、式(2)、式(3)可得：

△=A0-aT=a0+r0-aT

(4)

井下待定邊的坐標方位角為：

(5)

4　工程應用

本文算例以下雨村金礦實測數(shù)據(jù)為依據(jù)。下雨村金礦為三平硐礦井，利用下雨村金礦井口附近的近井點J2點和J1點，兩個近井點精度均為E級GPS控制點，其控制點成果如表1所示。

井口GPS控制點成果　　　　　　　　　表1

本次測量采用中國船舶重工集團公司第七0七所生產(chǎn)的TJ9000(TS)全自動陀螺經(jīng)緯儀，在地面近井點J2點架設陀螺經(jīng)緯儀，后視近井點J1點，測定起算邊J2-J1邊的陀螺方位角，測量兩次取平均值作為最終陀螺方位角，根據(jù)近井點J2點坐標手工計算子午線收斂角，如表2所示。

井口控制點方位角成果及子午線收斂角　　　　　表2

利用陀螺方位角計算程序，自動求取儀器常數(shù)界面如圖3所示，軟件自動計算儀器常數(shù)與手工計算成果的比較結(jié)果如表3所示。

圖3　陀螺方位角計算程序運行界面圖　軟件自動計算儀器常數(shù)與人工計算成果的較差　　　　表3

在井下各個平硐的地下導線起算邊上分別架設陀螺經(jīng)緯儀，測量兩次取平均值作為其陀螺方位角，得到井下三個平硐導線起算邊A-B、A1-B1、A2-B2的陀螺方位角，如表4所示。

利用陀螺方位角計算程序自動計算井下導線起算邊A-B、A1-B1、A2-B2的坐標方位角，其結(jié)果見表4。表5給出了軟件計算坐標方位角與手工計算坐標方位角的較差。

軟件自動計算坐標方位角成果　　　　　　　表4

軟件計算坐標方位角與人工計算坐標方位角的較差　　　表5

通過以上實例驗證，該陀螺方位角計算程序軟件可以實現(xiàn)井下陀螺方位角的自動計算，計算結(jié)果的精度完全可以滿足工程需求。

5　結(jié)　論

陀螺經(jīng)緯儀下放一根鋼絲的方法在多平硐礦井一井定向中解決了傳統(tǒng)定向測量方法中精度低、工作量大及定向時間長等缺點。并且以往的陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計算通常需要專業(yè)測量人員進行處理，本文設計的陀螺方位角計算程序，解決了這一問題。該程序?qū)崿F(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計算的自動化，大大提高了陀螺經(jīng)緯儀測量的工程適應性。總之，該軟件完全可以滿足工程需求。