陀螺定向在矿井贯通测量中的应用

摘要：本文在查阅了大量相关文献的基础上，通过对各种实例的应用分析，总结了陀螺仪在矿山测量中的主要应用领域。关键词：陀螺定向矿井贯通测量应用1、引言陀螺仪定向不需占用井筒，准备工作简单，定向精度较高，一次定向中的误差在5″～2′之间，完全能满足矿山各种采矿工程的精度要求。地球上除了两极和高纬度（75°以上）地区外，均可测定地面或井下任意测站的真子午线位置和任意测线的大地方位角，定向精度不受井筒深度的影响。除可检核和替代几何定向外，当贯通导线很长，适当加测陀螺定向边形成方向附合导线，可提高导线终点精度。随着我国深井开采矿石越来越多，陀螺仪定向将被迅速推广。2、陀螺仪在深井定向测量中的应用矿产资源是我国基础性产业之一。随着浅部资源日益枯竭，矿产资源逐渐向深部发展，深井数量将大大增加。由于井筒深度的增加、井筒淋水增大、环境温度升高，传统的几何定向困难大大增加，精度无法保证。陀螺仪定向对于保证井下重要工程的质量、减少井筒占用时间、保证矿井安全生产、减轻测量人员的工作强度和提高企业的经济效益等方面均有重要的现实意义。2.1陀螺仪定向基本程序（1）井下定向前，先在地面已知边上独立测量3个仪器常数；（2）井下定向边上，独立测量2次陀螺方位；（3）上井后，再在地面已知边上独立测得3个仪器常数。以上基本程序应在3天内完成。同一边任意两测回陀螺方位角的互差不得超过d=2√2m（m为一测回陀螺方位角中误差）2.2陀螺定向的精度计算为了衡量井下导线精度和贯通误差，应估算陀螺定向的精度，即计算井下陀螺定向边坐标方位角中的误差。子午线收敛角γ误差较小，可忽略不计，故一次定向的误差为ma=±■式（1）中：为定向边一测回陀螺方位角中的误差；为测回测定仪器常数中误差；为井下定向边陀螺方位角的测回数；为地面测定仪器常数的测回数。视=mT陀=±■由式（2）看出，只要求出一测回测定陀螺方位中误差，就可以估算陀螺仪定向误差。3、陀螺仪在井下平面控制中的应用井下开始开拓掘进时，一般用导线来指示巷道掘进方向，由于巷道形成环形回路，往往在施工后期，一开始只能采用单一支导线来控制掘进方向。而单一支导线误差积累过快，当巷道较长时，其精度要求高，很难保证工程质量和贯通精度。随着陀螺仪在矿山的普及，在支导线测量中，加测陀螺方位角逐渐成为一种普遍认可的重要方法，并且在实践取得了较好的效果。加测陀螺边一般有3种形式：（1）在支导线最末边加测1条陀螺边，形成附合导线；（2）在支导线上等间隔2条陀螺边，形成两条附合导线；（3）每条边上都加测陀螺方位角，这种形式也叫陀螺导线。在理论研究和实践中，对于加测陀螺边的数量逐步取得了以下共识：井下导线中加测陀螺边均可减少横向误差，提高精度。与没有加测陀螺方位角相比，精度增益的幅度较大，加测1条边时，增益约为50%～60%，加测到3条边时，增益为75%～80%。陀螺边超过3条，增益不明显，从提高精度和测量人员工作量综合考虑，加测1～2条为宜。4、陀螺定向技术在立井井筒装备安装中的应用立井井筒装备包括罐道、罐道梁、管路、梯子间、电缆等。罐道、罐道梁是立井井筒装备的主要组成部分，是保证提升容器安全运行的导向设备，在井筒装备安装中，测量人员的任务就是根据设计几何位置标定安装基准线。获各琦铜矿3#副井井筒深度近千米，由于条件限制，放线难度较大，采用陀螺定向技术，进筒装备安装取得了良好的效果。具体操作方法是利用井下陀螺仪定向基点成果，确定井底垂球线位置，井下垂球线位置确定后，用卡线板或在井底预埋的钢梁上固定，进而标定出定位梁钢架的位置。5、陀螺仪在井下次要巷道和采区联系测量中的应用在井下开采矿块时，从采准开始到回采结束，所进行的全部测量工作统称为采区测量。采区测量最重要的测量工作就是采区联系测量，给采切工程和采场验收的导线传递方向、坐标及高程。由于采切巷道较短，采区范围较小，工作条件较差（巷道窄、空气浊、干扰性大），一般采区测量精度要求不高，传统方法主要为罗盘仪导线，但前题是无磁性影响，在有磁性影响的巷道无法使用罗盘仪，仍然要用天井几何定向，费时费力，精度也难以保证。用陀螺仪快速定向法，即用两逆转点观测法效果很好，计算方法为：N=1/2（U1+U2），此法只需10min左右，定向精度能达到±3′左右。另外也可以用1/4周期法，测定时间约为6min，指北精度在±10′之内。6、陀螺仪在重要巷道的检查验收中的应用地面测量工作的顺序一般先布设高等级的控制网，再用次等级的网锁进行加密，然后进行测图、放样等测量工作。井下由于条件限制，测量工作顺序和地面正好相反，即先采用低等级的工作导线指示掘进开挖的方向，等到巷道推进到一定的长度，具备布设高精度导线的时候，将工作导线升级为高精度的控制导线。在一些重要的巷道或贯通工程掘进开挖中，如果暂时不具备布设高等级的控制导线或者测设高等级导线有困难时，可以采用陀螺仪方位角检查巷道方向，即在施工段巷道用陀螺仪测定其实际方位角，然后和该段巷道的设计方位角进行对比，以检查工程掘进的方向正确与否，确定是否需要调整施工的方向。7、结语陀螺仪在20世纪80年代开始应用于矿山井下以来，随着陀螺仪精度逐步提高，以及其不受时空限制、定向精度高、施测时间短的优点，越来越多地应用于矿山测量，尤其我国浅部矿产资源日益枯竭，矿山深井开采数量越来越多，陀螺仪定向的优点更加显现，陀螺仪使用在矿山井下将会更加普遍，由此带来的经济效益也会更加明显。参考文献：[1]孙建国.陀螺仪在矿山测量中的应用[M].青海科技.2010,5:39-40[2]刘福义，高兴华，韩德峰.在综采掘进巷道贯通工程中应用陀螺定向的探讨[M].矿山测量.2009，2(3):12-14[3]吕文明.陀螺定向在贯通测量中的应用[M].1994-2010ChinaAcademicJournalElectricPublishingHouse.Allrightreserved.[4]张国良，朱家钰，顾和和.矿山测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006,261-281