用陀螺定向與激

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1、用陀螺定向與激光投點(diǎn)代替幾何定向的探討新疆第一測(cè)繪院王子龍摘要：陀螺定向與激光投點(diǎn)代替幾何定向是目前豎井主要的使用方法，其特點(diǎn)是定點(diǎn)準(zhǔn)確，誤差較小，數(shù)學(xué)精度高，性能穩(wěn)定，在采取擋風(fēng)、擋水等措施后其精度可達(dá)到1-2mm內(nèi)的精度。本文主要正對(duì)新疆小洪溝煤礦的豎井的坐標(biāo)點(diǎn)定位來進(jìn)行討論。關(guān)鍵詞：激光投點(diǎn)幾何定向陀螺經(jīng)緯儀定向陀螺定向井筒投點(diǎn)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(shí)，為了正確指導(dǎo)井巷施工及安全開采，必須使井下與地面的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)—起來。解決這一問題，過去是靠“幾何定向”來實(shí)

2、現(xiàn)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(shè)備較多，工作組織復(fù)雜；且隨著開采深度的增加及開采邊界的擴(kuò)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(cè)量規(guī)則》中第44條規(guī)定：各礦井應(yīng)該盡量使用陀螺經(jīng)緯儀定向，只有在確實(shí)不具備此條件時(shí)，才允許采用幾何定向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近十年來國(guó)內(nèi)外研制了一種先進(jìn)的儀器----上架式陀螺經(jīng)緯儀。它是綜合利用機(jī)械制造、電子技術(shù)、光學(xué)、力學(xué)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(shè)備，而且不受開采深度的影響，能達(dá)到較高的

3、精度。目前我國(guó)已制成一次定向誤差為≤15”的陀螺定向儀。其定向精度遠(yuǎn)高于幾何定向的精度，可滿足各種高精度井下測(cè)量的要求。1.國(guó)內(nèi)陀螺儀的應(yīng)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(yīng)用。有些礦區(qū)仍采用幾何定向的方法。其原因是．①國(guó)產(chǎn)15”陀螺經(jīng)緯應(yīng)用面較窄，而現(xiàn)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(jīng)緯儀精度雖有提高，但其性能有時(shí)也不夠穩(wěn)定，也難以滿足精密定向的要求。進(jìn)口儀器中，瑞士的GAK--1陀螺經(jīng)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(yīng)用。②幾何定向是一些礦經(jīng)常采用的傳統(tǒng)定向方法。雖然不如陀螺經(jīng)緯儀定向先進(jìn)，但測(cè)量人員對(duì)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(jīng)緯的部門，有的也僅用陀螺經(jīng)緯儀定向成果來檢核幾何定向成果。不難理解，妨礙陀螺經(jīng)緯儀定向推廣應(yīng)用的原因之一是該儀器在有的礦區(qū)應(yīng)用的時(shí)間不長(zhǎng)，人們對(duì)它還不夠熟悉，感到應(yīng)用沒有把握。影響陀螺經(jīng)緯但應(yīng)用的另一個(gè)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(diǎn)的坐標(biāo)，還得依靠傳統(tǒng)的幾何投點(diǎn)。這個(gè)問題是目前備生產(chǎn)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(jīng)緯儀應(yīng)用的幾個(gè)因素，有的是不難解決的。隨著時(shí)間的前進(jìn)，國(guó)內(nèi)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(chǎn)出來。人們通過實(shí)踐，將不斷豐富自己的經(jīng)驗(yàn)，提高掌握儀器的熟練程度，從而更樂于應(yīng)用它。但投點(diǎn)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(diǎn)所能達(dá)到的精度《煤礦測(cè)量規(guī)程》第50條規(guī)定：用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定向涮證，需要投點(diǎn)傳遞坐標(biāo)時(shí)，可采用鋼絲投點(diǎn)我激光投點(diǎn)。投點(diǎn)的誤差不得大干20mm。幾何定向時(shí)所用的鋼絲投點(diǎn)法的投點(diǎn)精度是比較高的。在

6、幾百米深的井筒中投點(diǎn)，在采取了擋風(fēng)、擋水措施后，投點(diǎn)懼差可控制在1～2mm咀內(nèi)。之所以要求這樣高的投點(diǎn)精度，主要是為了傳遞方向，而不是為了傳遞坐標(biāo)。而在陀螺經(jīng)緯儀定向時(shí)，授點(diǎn)只用來傳遞坐標(biāo)而不用來傳遞方向。此時(shí)對(duì)投點(diǎn)的精度要求可適當(dāng)降低。新頒布的《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定的20mm投點(diǎn)誤差是合理的。下面介紹一下我們對(duì)激光投點(diǎn)的研究情況。為了用光學(xué)投點(diǎn)代替鋼絲投點(diǎn)，從1973年開始研制立井激光指向儀（即激光投點(diǎn)倪）。經(jīng)過幾年的反復(fù)設(shè)計(jì)、試制和披驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)情況，由表1可知，井深在200m以內(nèi)，與鋼絲授點(diǎn)比較，最大投點(diǎn)偏差為±15mm，完全可以滿足規(guī)程的精度要求。地點(diǎn)井筒直徑井筒結(jié)構(gòu)儀器的安放位置投點(diǎn)時(shí)間投點(diǎn)深度光斑直徑及穩(wěn)定性投點(diǎn)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(dòng)10±7±15與鋼絲垂線相比較主井4.5噴漿臨時(shí)支護(hù)井口固定盤為中心4月19日-6月11日210迎頭15有晃動(dòng)±8最大值同上1996年在新疆某礦，用經(jīng)過改進(jìn)的SJZ--Ⅲ型立井激光指向但進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。情況如表2投點(diǎn)

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(dòng)模糊晃動(dòng)不清表2所列數(shù)據(jù)表明，井深在500m以內(nèi)時(shí)，既使在淋水較大的井筒中，激光投點(diǎn)也是穩(wěn)定可行的。這次投點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，雖然沒有和鋼絲投點(diǎn)進(jìn)行比較，但可與按儀器誤差估算值進(jìn)行對(duì)比。激光投點(diǎn)的儀器誤差由水準(zhǔn)管整置誤差，儀器豎軸定向誤差、儀器對(duì)中誤差及光斑抖動(dòng)誤