马永进 靳宝 窦全亚

【摘要】 针对地下矿山的巷道贯通测量，对陀螺全站仪的测量原理和精度进行了分析，在此基础上给出了陀螺全站仪在巷道贯通测量中的应用。用加测陀螺边的方法对精密导线进行了检核和平差，顺利指导了的巷道的掘进和贯通。

【关键词】陀螺全站仪；井下巷道；陀螺定向；贯通测量

引言

巷道贯通测量是矿山测量中的一项重要工作。地下工程贯通测量成果的好坏，直接关系到整个矿井的建设、生产和经济效益。运用陀螺全站仪进行井下方位定向，能有效控制测角误差的传递，在长距离井下导线测量中极大地提高了导线的精度和可靠性，防止了误差累积。

1 工程概况

司家营田兴铁矿位于河北省滦县境内，设计年开采矿石量达1500万吨，地理纬度为北纬。此次要面临巷道贯通的两条井为东北回风井和北进风井，其中东北回风井已经掘进巷道1739米，北进风井掘进巷道164米。

2 陀螺全站仪测量原理及陀螺方位角计算

2.1 陀螺全站仪测量原理

自由陀螺仪有两个特性：

①陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方位，所谓定轴性。

②陀螺轴在受外力作用时，将产生非常重要效应―“进动”，所谓进动性。

2.2 陀螺方位角计算

①仪器常数的计算：陀螺仪轴与望远镜光轴及观测目镜分化板零分化线所代表的光轴通常不在同一竖直面中，所以假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合，二者的夹角称为仪器常数，一般用△表示。仪器常数△可以在已知方位角的精密导线边或三角网边上直接测出来，如图a所示精密导线边 CD之地理方位角为Ao.若在 C 点安置陀螺全站仪，通过陀螺运转和观测可求出 CD 边的陀螺方位角αt，可按下式求出仪器常数： △=Ao-αt。

②井下定向边上测定陀螺方位角

井下定向边的长度应大于30m，上图所示，仪器安置在 C点上，可测出CD边的陀螺方位角αt，则定向边的地理方位角A为：A=αt +△

③子午线收敛角

如上图所示地理方位角和坐标方位角的关系为：Ao=αo+γ。其中αo为已知量，γ可以通过查表计算出来（根据安置仪器点的高斯平面坐标）。其实如果井上井下两条定向边的距离不是太远，其定向点经纬度差异可以忽略不计的情况下，那么γo值的差异也是可以忽略不计的。本文所涉及的陀螺定向工作就可以忽略γ值的差异，所以其具体的查表计算过程我们就不再赘述。

④求算井下定向边的坐标方位角

通过以上论述，我们知道：井上△=Ao-αt=αo+γo-αt。 公式1

井下△=A-αt =α+γ-αt。 公式2

而△也就是仪器常数是固定不变的，那么α=αo+γo-αt-γ+αt 。

在认为γo和γ相等的情况下，α=αo-αt+αt 。 公式3

3巷道贯通测量

3.1 贯通测量方案

在北进风井井上选取两个已知坐标的控制点N2-1和N2-2，用来测定仪器常数。井下陀螺边选择了4条，分别是H4→jcd、CD3→CD4、BJ2→BJ3、BJ9→BJ10。（如下图）

3.2 贯通测量过程

依据陀螺全站定向测量的有关规定，在地面已知边上采用两测回测量陀螺方位角，求得两个仪器常数；在井下各定向边上用两测回测量陀螺方位角；返回地面后，在原已知边上再用两测回测量陀螺方位角，再求得两个仪器常数。

此次定向测量使用的Gyro陀螺全站仪，定向精度为20″，因此要求同一边任意两测回测量陀螺方位角的互差，不得超过40″；对于超限数据应在现场予以补测，保證地面常数标定测回总数不少于4个测回，井下各定向边不少于2个测回。

3.3 数据计算处理

①仪器常数一次测定中误差计算：

仪器常数△计算表

仪器号：SET3X 测线名称：N2-1→N2-2

测线坐标方位角：N2-1→N2-2=97°35′25″子午线收敛角：γ=-0°47′31″

上表中V表示真误差，VV表示真误差的平方。通过计算一次测定中误差，我们发现本次测量得到的数据符合该仪器精度的限差要求，测量精度能够满足施工需要。

②井下各定向边坐标方位角的计算

根据公式3计算定向边坐标方位角

3.4 本次贯通测量结论

①本次陀螺定向测量选取了井上测线N2-1→N2-2进行仪器常数的标定；结果证明，此次陀螺定向测量的一次测定中误差为11"，定向成果的精度较高，具有一定的可靠性。

②本次陀螺定向，所测定的方位角属于完全独立的观测值，不受任何系统误差的传递影响，其定向精度优于20″。

③本次陀螺定向之后对巷道导线进行了平差计算，其中坐标方位角最大改正数为7.84″，控制点平面点位最大改正数为7.54cm，提高了导线精度。不仅为即将面临的巷道贯通提供数据支持，而且为以后的生产也打下了更坚实的基础。

4 结束语

在巷道掘进过程中，视条件与实际需要，可以对控制导线采用增加此类型陀螺全站仪加测陀螺方位角进行定向检核，来验证导线测角的精度，提高导线的准确性。这不仅为地下工程安全生产提供了高精度的平面基准，而且提高了井下巷道贯通、测量放线、地质勘探及地测防治水的作业质量，确保地下空间开拓布局持续正常进行。

参考文献

（1）索佳陀螺全站仪培训教程[M].

（2）钟文兵 陀螺定向在贯通测量中的应用实例分析[J].

（3）胡嘉权、魏克敏、黄化.陀螺全站仪在矿山贯通测量中的应用[J].

（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，2003. 86-100.