王永存

（锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司，内蒙古 锡林郭勒 026300）

陀螺仪是高速回转体，其原理利用动量矩敏感壳体，在相对惯性空间内绕自转轴进行一定角度的运动，陀螺仪的制作目的是为了检验角度，因此，陀螺仪实际上是一种角运动检测装置。地下矿山的矿井必须要有统一的控制网络，只有这样才能够实现联测。这种测量方式往往对人员的素质有较高的要求，这是因为陀螺仪在独立坐标系来回定向的过程中，两条垂线可同时进行坐标的传递，从而能够使定向装置更加具备的精准度，同时还要保证工程条件符合定向的要求[1]。

1 陀螺仪的原理、独立坐标北向与陀螺仪寻北关系

1.1 陀螺仪的原理

陀螺指的是绕一个支点进行高速运动的主体(top)，通常所用的陀螺是对称陀螺对称陀螺的特点是质量均匀分布且呈轴对称形状，陀螺的几何对称仪由陀螺自身的平衡棒，也就是自转轴连接，转速一般较为均匀。

只要陀螺在不停自转，那么固定转轴也就会不停旋转，各类初始条件和外力条件都可能综合作用，形成陀螺的旋转效果，陀螺的旋进被称为回转效应。陀螺仪敏锐度较高，常被用作飞行运动物体的自控制系统，陀螺仪的作用多种多样，主要几个方面包括着“水平、垂直、俯仰、航向和角速度”等，传感器。这些陀螺仪能够为飞行状态驾驶和领航仪的定向进行指导。

图1 陀螺仪原理图

1.2 独立坐标北向与陀螺仪寻北关系

陀螺全站仪也被称之为经纬仪，陀螺权战仪能够精准的定位地球角度的定向仪器，测量人员利用陀螺全站仪测定任意测点的针对方向，之所以使用陀螺全站仪，是因为这种全天时、自主式的定向测量的方式有助于解决，已知点不明确或隧道贯通测量有问题的情况，此时的视野往往不够通透[2]。

本测量方式直接针对于矿山位于正北方向，并具备足独立坐标系的情况，正是因为独立坐标系矿山与国家标准值之间存在的差距，因此，如果陀螺仪之前并未验证，那么陀螺坐标系与国家控制网和独立控制网就会存在方位差。测量人员发现矿山各自的坐标北面方向与地面并不是平行关系，存在夹角。

研究者根据陀螺寻北的原理，使用陀螺仪测量正北方向，从理论和原则的角度上来说，陀螺仪测量点的子午线方向能够推论出背部方位。陀螺仪更换悬挂袋后，是现代观测点和前测点之间的维度差异被正视之后的结果，只有测量者精准地得知了矿井内的正北方向，才能够测试一系列的实验数据。陀螺全站仪能够测定常数，陀螺仪可调整常数并测量非正北方向的方向指针形成独立的坐标体系，直接寻求正北方位即可。

2 测试并保证陀螺全站仪稳定性校验

陀螺全站仪，检测稳定性突出测试控制点和多点测量的特点，反复验证、取平均值。陀螺旋转移的稳定性指的是，在某一固定的测量线上独立进行多次测量。测量时的陀螺定向要求比较精准，每次测量之间的间距都要求陀螺的方位角符合实际测量程度和结果要求对比测量夹角往往采用综合评价的方式，只要陀螺全站仪稳定性不受到影响，那么研究人员和测量人员就可以对于同一角度进行多次测量，这样做是为了能够通过平均值的测算得到最精准的测量值。这种测量方法主要是为了以差值的方式评定全站仪的稳定性，观测结果由专门的测量人员进行记录。

针对陀螺全站仪的稳定性进行测量，要求测量人员分别进行4～5 次测量，以观测角值的记录作为测量记录内容，在这一周期的测量中，要求至少4 个观测员进行分别测量，而后计算测量的平均值，并计算与均值的差距。陀螺全站仪的稳定性是测算结果精准的保障之一，陀螺全站仪两点之间的定向测量可得出精度和波动值，仪器的稳定性要求较高，为了使得陀螺仪符合全站标准，应在平时做好陀螺仪稳定性的精度对比工作，应制作对比成果表，由四名观测员分别进行6 次左右的观测，记录陀螺方位角并计算平均值，最终得出与均值的差值。

这两种计算方法均是为了能够通过多次反复的测量，找到陀螺全站仪稳定性测量的比对数据，并且根据时间和多次计算的数据汇总结果，找到精准的角度值。

3 陀螺方位与独立方位常数的测定

独立坐标系在方位起始方向上就能够与正北方向进行比较，但是一般而言，比较的结果都有一定的差值。如果测量仪器准确，那么在多次测量的结果可以得出矿山内矿区的实际，矿井立项，陀螺仪的方位往往需要参照独立坐标体系，最终通过计算得出实际的测量结果和实际测量均可以获得非常良好的收效。但是要注意的是，在矿区地表控制井下中段或者近井控制点的多线测量时，要格外注意测量的结果差值，根据经验来看，地表差值较大，那么井下的差距就比较小，一般稳定在一定的区间之内，而反过来说，结果则恰恰相反。事实上，在矿井内地表与井下相对独立的控制网络差值，可以在现场实测时加以记录，测量人员一般会经过同一方向多次测量，选取井下十二、十三 、十五中段的5～6 个方向，从近景方一点取各个常数的平均值，这一做法的目的是为了能够对，准确衡量井下实际测量位置。

井下的定向工作取自于陀螺方位，同时形成独立坐标体系，独立坐标体系的井下作业定向工作，给测量人员奠定了测量的基础，测量人员布置工程施工单位的测量点，并且埋设十五中段传递点，十六中段近井点后就可以组织定向测量工作，颈内坐标传递方法是双向牵制，一上下传递的结果传递的误差不大，同时也可以进行高程传递测量。一般而言，陀螺仪在使用时直接放置在垂直测量点，并在长距离导向作用是保证独立的方位取值，这两端的陀螺测量可通过控制中一线的方式达到统一的真实结果。测量人员首先应反复验证陀螺仪的稳定性，而后才能够使用长距离直线中间的方式进行陀螺的加强测量。

在测量现场成功的完成陀螺定向的方式，可得到在精度和效率方面的比较机会，一般而言，实施一次定向投入可以与传统的几何定向进行比较，这里的内容往往根据次数和井统占用时间，投入设备数量和最终精度等得出相差比。测量人员认为目前陀螺定向精度比几何定向精度有优势，这种优势很明显，而且复测和修改也相对比较简便，不像其他的定向传统多次计算，评定的精度较高、定向风险较少。陀螺定向还可以大大减少设备和人员投入方面的耗损，定向工作的组织和安全开展也非常便捷。在日常测量实验中，陀螺应用于平向贯通原理，通过十五中段至十六中端措施井的定向，最终通过现场实测，其垂直误差被控制在最小范围之内，远远低于预计的最大误差。从贯通的横向精度来看联系测量方位的误差较小，而且其效果验证起来也比较方便，只需要四个以上的观测人员通过比较陀螺定向与几何定向效果的对比图，比较定向趋势图和相关数据，就可以赢得精度控制方面的胜利[3-6]。

4 结论

综上所述，单次定向时间减少，对于开展定向深入工程，争取了更多的作业时间，此举促进了工程的快速推进，并且不需要稳定，垂线也不需要周围停止爆破等。这样的方式精度极高，井筒占用时间不长，能有效地减少井桶内用液安全风险投入量大大减少。在最终验证了陀螺仪稳定性等数值的前提之下，陀螺仪可被大量地应用在求取正北方向的实验情况，尤其是对于相对独立坐标系矿山进行井下定向时，能够完善贯通校准工作的基础，并且有非常强的实践意义。