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      義橋煤礦陀螺定向?qū)嵤┓桨讣俺晒|(zhì)量說明與評價

      2020-03-31 02:17:58孫祥暢趙振偉張經(jīng)龍田曉偉
      礦山測量 2020年1期
      關(guān)鍵詞:子午線方位角采區(qū)

      孫祥暢,趙振偉,張經(jīng)龍,田曉偉

      (1.濟(jì)寧市勘測院, 山東 濟(jì)寧 272000; 2.汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司,山東 汶上 272500)

      陀螺儀作為地下工程定向的精密儀器,其在定向中起著十分重要的作用。陀螺儀是一種靈敏的尋北定向儀器,其通過靈敏感知地球的自轉(zhuǎn)角動量,可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立測量任意線的真北方位角。由于其具有全天候、全天時無依托自主定向的功能,而被廣泛應(yīng)用于隧道、礦山、城市地鐵等地下工程的建設(shè)及國防建設(shè)等領(lǐng)域[1]。為保證礦井巷道的準(zhǔn)確貫通和井巷的正確開拓,汶上義橋煤礦于2018年11月5日至2018年11月6日實(shí)施了“ 井下三采區(qū)、五采區(qū)加測陀螺定向邊”工作。

      1 陀螺定向?qū)嵤┓桨?/h2>

      1.1 測量內(nèi)容及已有資料分析

      (1)測量內(nèi)容:測定井下陀螺定向邊兩條:G13″-G14(三采區(qū))、G12-G14(五采區(qū));

      (2)測量使用的已有資料:汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司提供了三個已知控制點(diǎn),為2011年礦區(qū)井筒十字線修復(fù)加密成果,經(jīng)現(xiàn)場查找,點(diǎn)J1,J2,保存完好,可使用,如表1所示。

      表1 地面控制點(diǎn)成果表

      注:北京54坐標(biāo)系,中央子午線117°

      1.2 在地面已知邊J2-J1上測定儀器常數(shù)

      (1)

      儀器常數(shù)獨(dú)立測定兩次,下井前進(jìn)行兩測回,上井后進(jìn)行兩測回,共計(jì)四個測回,各測回之間的互差小于40″,達(dá)到了規(guī)程要求[3]。

      圖1 陀螺儀儀器常數(shù)測定以及井下陀螺方位角測定原理圖

      1.3 測定井下定向邊的陀螺方位角

      本次井下定向邊有兩條,為G13″-G14(三采區(qū))、G12-G14(五采區(qū))。井下定向測量流程如圖1中所示,把測量儀器安置在井下G13″、G12點(diǎn)上,測出G13″-G14(三采區(qū))、G12-G14(五采區(qū))邊的陀螺方位角A′。則定向邊的地理方位角A為[4]:

      A=A′+Δ

      (2)

      一條井下定向邊的陀螺方位角獨(dú)立測量兩測回,單次內(nèi)測回間陀螺方位角較差小于40″,單次間其陀螺方位角較差小于20″,符合規(guī)程要求[5]。

      地面已知邊J2-J1坐標(biāo)方位角為α0。要求算的井下定向邊坐標(biāo)方位角為α,其地理方位角A。儀器安置點(diǎn)的子午線收斂角為γ0。

      如上圖1所示,地理方位角、坐標(biāo)方位角、子午線收斂角之間的關(guān)系為:

      A0=α0+γ0

      (3)

      要求算井下定向邊的坐標(biāo)方位角α,需先按照式(2)計(jì)算出儀器安置點(diǎn)的子午線收斂角γ0。子午線收斂角γ0可根據(jù)安置儀器點(diǎn)的高斯平面坐標(biāo)或經(jīng)緯度運(yùn)用公式求取。

      1.4 井下定向邊坐標(biāo)方位角的計(jì)算過程

      由圖1和式(1)、式(3)可得:

      (4)

      井下定向邊的坐標(biāo)方位角則為:

      α=A-γ=A′+Δ-γ

      (5)

      根據(jù)上述公式,獲得了井下定向邊G13″-G14(三采區(qū))、G12-G14(五采區(qū))的坐標(biāo)方位角。

      根據(jù)以下公式可推導(dǎo)出待定邊坐標(biāo)方位角:

      α地面=α陀1+C-γ1

      (6)

      α井下=α陀2+C-γ2

      (7)

      式(6)減式(7)可得:

      α井下=α地面+α陀2-α陀1+γ1-γ2

      (8)

      式中,γ1為地面架站點(diǎn)子午線收斂角,γ2為井下架站點(diǎn)子午線收斂角,α陀1為地面已知邊測定的陀螺方位角,α陀2為井下待定邊測定的陀螺方位角,α地面為地面已知邊坐標(biāo)方位角[6-8]

      2 測量成果及其質(zhì)量說明與評價

      2.1 計(jì)算過程

      (1)已知坐標(biāo),如表2所示。

      表2 已知點(diǎn)坐標(biāo)成果表

      注:北京54坐標(biāo)系,中央子午線117°

      (2)經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可得,如表3所示。

      表3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后成果表

      注:北京54坐標(biāo)系,中央子午線117°

      (3)子午線收斂角計(jì)算公式:γ=sinB·(L-L坐標(biāo)系中央子午線),計(jì)算結(jié)果如表4所示。

      表4 子午線收斂角計(jì)算成果表

      注:北京54坐標(biāo)系,中央子午線117°

      (4)求解多次陀螺定向均值,計(jì)算結(jié)果如表5所示。

      表5 多次陀螺定向均值成果表

      (5)計(jì)算坐標(biāo)方位角

      由本文1.4節(jié)可知:

      α井下=α地面+α陀2-α陀1+γ1-γ2

      (9)

      式中,γ1為地面架站點(diǎn)子午線收斂角,γ2為井下架站點(diǎn)子午線收斂角,α陀1為地面已知邊測定的陀螺方位角,α陀2為井下待定邊測定的陀螺方位角,α地面為地面已知邊坐標(biāo)方位角。

      已知地面J2-J1坐標(biāo)方位角為:223°37′24.69″,代入上述計(jì)算數(shù)據(jù)則有:

      α坐(G13″-G14)=α坐(J2-J1)+α陀(G13″-G14)-α陀(J2-J1)+γJ2-γG13″=224°45′10.70″

      α坐(G12-G14)=α坐(J2-J1)+α陀(G12-G14)-α陀(J2-J1)+γJ2-γG12=85°58′50.35″

      陀螺定向成果表,如表6所示。

      表6 陀螺定向成果表

      2.2 測繪成果質(zhì)量說明與評價

      (1)地面J2-J1四測回測定陀螺方位角中誤差,其結(jié)果如表7所示。

      表7地面J2-J1四測回測定陀螺方位角中誤差成果表

      (2)井下G13″-G14(三采區(qū))邊獨(dú)立定向兩次,其結(jié)果如表8所示。

      表8井下G13″-G14(三采區(qū))邊獨(dú)立定向兩次成果表

      ①待定邊陀螺方位角一次測定中誤差:

      ②定向精度

      待定邊坐標(biāo)方位一次測定中誤差:

      本次陀螺定向同一邊任意測回測量陀螺方位角的最大互差為29.25″,小于《煤礦測量規(guī)程》中不得超過40″的規(guī)定。

      如上計(jì)算,井下同一邊兩次獨(dú)立陀螺經(jīng)緯儀定向平均值的中誤差為±7.91″,小于《煤礦測量規(guī)程》中不得超過±10″的規(guī)定[9-10]。

      (3)井下G12-G14(五采區(qū))邊獨(dú)立定向兩次,其結(jié)果如表9所示。

      表9井下G12-G14(五采區(qū))邊獨(dú)立定向兩次成果表

      ①待定邊陀螺方位角一次測定中誤差:

      ②定向精度

      待定邊坐標(biāo)方位一次測定中誤差:

      本次陀螺定向同一邊任意測回測量陀螺方位角的最大互差為29.25″,小于《煤礦測量規(guī)程》中不得超過40″的規(guī)定。

      如上計(jì)算,井下同一邊兩次獨(dú)立陀螺經(jīng)緯儀定向平均值的中誤差為±7.40″,小于《煤礦測量規(guī)程》中不得超過±10″的規(guī)定。

      3 結(jié) 語

      把陀螺經(jīng)緯儀定向成果應(yīng)用于后續(xù)的貫通工程中,取得了很好的效果,可以得到如下結(jié)論:

      (1)采用陀螺經(jīng)緯儀加測陀螺定向邊的方法可以作為大型貫通工程測量數(shù)據(jù)檢核的一項(xiàng)有效措施,可檢核導(dǎo)線測量中是否存在測角粗差,提高導(dǎo)線貫通終點(diǎn)的精度,作為最終貫通的技術(shù)依據(jù)。

      (2)當(dāng)使用陀螺定向進(jìn)行貫通測量時 ,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

      ①需在貫通工程的兩邊均加測陀螺定向邊,而且要采用同一套儀器設(shè)備,同一組工作人員,相同的定向方法,盡量減小井下環(huán)境對定向的影響,最終使貫通的兩邊為同一控制系統(tǒng)。

      ②依據(jù)井下導(dǎo)線網(wǎng)的形狀、導(dǎo)線長度、井下位置,選擇最有利于長期保存、便于連接觀察的位置加測陀螺邊 ,進(jìn)而對整個采區(qū)、整個井下平面控制系統(tǒng)進(jìn)行平差和校正。

      ③兩次陀螺經(jīng)緯儀定向測量工作應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行,從而避免粗差的出現(xiàn)。

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