全站仪在煤矿贯通测量中的应用及精度分析

2018-08-26赵永林

机械管理开发 2018年8期

赵永林

（山西新元煤炭有限责任公司，山西阳泉 045400）

引言

在煤矿贯通测量中陀螺全站仪是通过将中天法和跟踪逆转点法内置两种程序使得仪器操作和使用更加简单、高效，可有效避免定向测量中的人为操作误差[1]。在定向测量过程中影响其测量精度的影响因素较多，通常情况下一次定向中误差均满足标称精度范围。然而考虑到使用方法、外界条件以及制造工艺水平等因素，陀螺定向测量精度往往达不到标称精度要求[2]。全站仪定向精度关系测量结果的准确性与可靠性，若结果不准确，会对工程实施和工期造成不利影响，并引起人力物力财力的极大浪费。

1 陀螺全站仪及理论分析

1.1 陀螺全站仪

GP1X陀螺全站仪其主要功能是提供北向方位基准，可应用于工程测量、大地测量以及矿山贯通测量等领域。它是一种全自动陀螺仪[3]，其主要组成部件有三角胶、主机、电缆线、电池、磁罗盘以及垂球等，主要性能参数如表1所示。

表1 陀螺全站仪主要技术指标和产品配套

GP1X陀螺全站仪如图1所示，其使用操作注意事项如下：

1）为避免设备的损坏，在测量之前必须确保仪器主机处于调平状态，如果进入测量并未调平则应立即按下“停止键”，降低因人为因素对设备的损坏程度。

2）面对突然断电的状况不应立即搬移设备，再次通电并使得仪器进入自复位程度，约10min后方可正常操作。

图1 陀螺全站仪示意图

3）设定右边为水平增量方式并且严禁操作清零程序，为保证设备正常使用，在顺时针方向的水平角度应为递增方向。

4）在寻北测量中切勿操作仪器或碰触三脚架，并在仪器附近不可产生振动影响动作。

1.2 理论分析

观测方法是影响陀螺仪定向误差的主要来源，通常情况下对陀螺进行定向时采用跟踪逆转点法。主要操作过程为：对仪器常数的测定可在精度较高的已知点上进行，并可在定向边上对陀螺方位角进行测定[4]。影响陀螺定向测量误差的影响因素较多[5]。据此，本文以GP1X陀螺全站仪为例对各误差影响因素进行详细分析和计算。

1.3 误差分析

测定方向误差主要有对中整平、方向值以及北方向确定误差。

配置2''的GP1X陀螺全站仪，其定向误差mL可按下式计算：

因人为因素引起的读数误差和仪器跟踪测定瞄准造成误差为逆转点观测误差mU的主要方面，同时引入读数误差m0和跟踪标准误差mv，并结合相关文献计算方法可得m0和mv误差值分别为3''和4''，因此逆转点误差mU可按下式计算：

利用5个逆转点读数进行平均值计算，并且对于等精度观测的陀螺北方向误差mNO可按下式计算：

由于对中平整误差m中=2.82''，综合考虑上述各误差对全站仪的作用影响，其测定方向误差mh可按下式计算：

每进行一次定向测量都需要将全站仪与陀螺仪连接，并因此造成方向误差，参考相关仪器和文献实测数据，GP1X陀螺全站仪连接实际误差mb为±2''。

陀螺摆动系统指向受到悬挂带的阻碍限制，对于扭力影响可利用跟踪方法进行有效避免，然而对于零位变动的影响主要还与陀螺温度变化、力学性能、机械锁紧与释放、环境条件等相关。结合相关文献和同等精度的JT15陀螺经纬仪变动误差，此项误差 ma为±4''。

导流丝和悬挂带变形、角动量变化以及中心位移等因素是引起灵敏带动平衡变动误差的主要因素。其摆动平衡位置最大为20''，而中误差为±12''，所以可根据5个逆转点观测值对摆动中值进行计算，并取三个中值的平均值作为不稳定平衡位置变动误差，计算如下[7]：

由于外界振动、气温和风流等因素较为复杂，并对定向测量的影响难以准确确定，因此对外界条件影响m外可取±6''。

按照误差传播定律并结合上述误差分析结果，可对陀螺方位角一次测定中的误差mT进行求解和确定，计算公式如下：

依据GP1X全站仪方位角一次测定标称误差范围20''和上述mT计算结果可知，该设计精度符合相关标准要求。

2 实例应用

某煤矿支导线随着测站的增多和贯通测量范围的加大，其累计误差逐渐超过设计要求范围，在实际生产应用中极易造成偏差。如果支导线偏差过大，不仅可造成物力、财力和人力的极大浪费，并严重影响施工计划和工期，对矿井的生产和正常施工造成不利影响[8]。因此为准确贯通测量并确保误差在规定范围之内，对已经施测的导线必须采用陀螺全站仪进行校核。陀螺全站仪精度分析及常数测定结果如表2所示，煤矿校核导线精度分析及测量结果如表3所示。