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1、用陀螺定向與激光投點代替幾何定向的探討新疆第一測繪院王子龍摘要：陀螺定向與激光投點代替幾何定向是目前豎井主要的使用方法，其特點是定點準確，誤差較小，數學精度高，性能穩(wěn)定，在采取擋風、擋水等措施后其精度可達到1-2mm內的精度。本文主要正對新疆小洪溝煤礦的豎井的坐標點定位來進行討論。關鍵詞：激光投點幾何定向陀螺經緯儀定向陀螺定向井筒投點誤差解決誤差解決誤差精度高開采深度安全開采一．引言用豎井開采地下有用礦物資源時，為了正確指導井巷施工及安全開采，必須使井下與地面的坐標系統(tǒng)統(tǒng)—起來。解決這一問題，過去是靠“幾何定向”來實
2、現的。幾何定向雖然能解決問題，但需要占用井筒，影響礦井提升，需要人員及儀器設備較多，工作組織復雜；且隨著開采深度的增加及開采邊界的擴大，其精度也越來越難以保證。能源部于1989年頒發(fā)的《煤礦測量規(guī)則》中第44條規(guī)定：各礦井應該盡量使用陀螺經緯儀定向，只有在確實不具備此條件時，才允許采用幾何定向。隨著科學技術的發(fā)展，近十年來國內外研制了一種先進的儀器----上架式陀螺經緯儀。它是綜合利用機械制造、電子技術、光學、力學等成果的一種新型儀器。陀螺定位可不占用井筒，不需要很多的人員和設備，而且不受開采深度的影響，能達到較高的
3、精度。目前我國已制成一次定向誤差為≤15”的陀螺定向儀。其定向精度遠高于幾何定向的精度，可滿足各種高精度井下測量的要求。1.國內陀螺儀的應用情況與存在的問題陀螺定向儀雖然在各方面都比幾何定向優(yōu)越，但目前尚未普遍推廣應用。有些礦區(qū)仍采用幾何定向的方法。其原因是．①國產15”陀螺經緯應用面較窄，而現今的一些大的煤礦多采用斜井不能滿足大型礦井定向的要求。15”陀螺經緯儀精度雖有提高，但其性能有時也不夠穩(wěn)定，也難以滿足精密定向的要求。進口儀器中，瑞士的GAK--1陀螺經緯儀，性能穩(wěn)定可靠，一次定向中誤差為10”～15”，可以
4、滿足礦井定向的精度要求，但該儀器比較貴重，無法普遍應用。②幾何定向是一些礦經常采用的傳統(tǒng)定向方法。雖然不如陀螺經緯儀定向先進，但測量人員對此種方法比較熟悉，其成果也較可靠，因而樂于采用，即使在一些有陀螺經緯的部門，有的也僅用陀螺經緯儀定向成果來檢核幾何定向成果。不難理解，妨礙陀螺經緯儀定向推廣應用的原因之一是該儀器在有的礦區(qū)應用的時間不長，人們對它還不夠熟悉，感到應用沒有把握。影響陀螺經緯但應用的另一個重要原因是它只能確定井下邊的方向。要想得到井下起算點的坐標，還得依靠傳統(tǒng)的幾何投點。這個問題是目前備生產和基建礦井普
5、遍存在的問題，也是目前急待解決的問題。上面提到的影響推廣陀螺經緯儀應用的幾個因素，有的是不難解決的。隨著時間的前進，國內儀器制造水平將不斷提高，精度高，性能穩(wěn)定的儀器，將很快生產出來。人們通過實踐，將不斷豐富自己的經驗，提高掌握儀器的熟練程度，從而更樂于應用它。但投點問題得不到妥善解決，就擺脫不了傳統(tǒng)的幾何定向方法。2激光投點所能達到的精度《煤礦測量規(guī)程》第50條規(guī)定：用陀螺經緯儀進行定向涮證，需要投點傳遞坐標時，可采用鋼絲投點我激光投點。投點的誤差不得大干20mm。幾何定向時所用的鋼絲投點法的投點精度是比較高的。在
6、幾百米深的井筒中投點，在采取了擋風、擋水措施后，投點懼差可控制在1～2mm咀內。之所以要求這樣高的投點精度，主要是為了傳遞方向，而不是為了傳遞坐標。而在陀螺經緯儀定向時，授點只用來傳遞坐標而不用來傳遞方向。此時對投點的精度要求可適當降低。新頒布的《煤礦測量規(guī)程》規(guī)定的20mm投點誤差是合理的。下面介紹一下我們對激光投點的研究情況。為了用光學投點代替鋼絲投點，從1973年開始研制立井激光指向儀（即激光投點倪）。經過幾年的反復設計、試制和披驗，于1976年試制成功SJZ--III型立井激光指向儀。表1為用初次試制的原型激
7、光指向儀在1994年在小洪溝煤礦主、副井實驗情況，由表1可知，井深在200m以內，與鋼絲授點比較，最大投點偏差為±15mm，完全可以滿足規(guī)程的精度要求。地點井筒直徑井筒結構儀器的安放位置投點時間投點深度光斑直徑及穩(wěn)定性投點偏差備注副井5混凝土墻壁井口鎖口盤上，方邊線3月19日-4月11日166腰泵房10有晃動10±7±15與鋼絲垂線相比較主井4.5噴漿臨時支護井口固定盤為中心4月19日-6月11日210迎頭15有晃動±8最大值同上1996年在新疆某礦，用經過改進的SJZ--Ⅲ型立井激光指向但進行了實驗。情況如表2投點
8、深度200300500630650光斑直徑7101530無明顯邊界光板情況穩(wěn)定穩(wěn)定不太清晰晃動模糊晃動不清表2所列數據表明，井深在500m以內時，既使在淋水較大的井筒中，激光投點也是穩(wěn)定可行的。這次投點實驗，雖然沒有和鋼絲投點進行比較，但可與按儀器誤差估算值進行對比。激光投點的儀器誤差由水準管整置誤差，儀器豎軸定向誤差、儀器對中誤差及光斑抖動誤
