论文部分内容阅读
[摘 要]所谓矿井定向测量就是把地面的方向、座标通过竖井(或斜井、平峒)传递到井下,作为整个井下平面测量系统的基础,保证地面和井下用同一个座标系统进行计算和绘图,并解决各项采矿工程问题。矿井定向测量又称井上下的平面联系测量,它是一项十分重要的测量工作,关系到正确合理的开拓与回采,又关系到矿山的安全。为了加快矿山的基建,必须进行各种类型的相向掘进(贯通),而相向掘进必须用足够精度的定向测量来保证。
[关键词]陀螺仪 矿竖井 应用研究
中图分类号:TK27 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)19-0369-01
一、前言
1.1 矿区简介
矿区位于海拔800米以上的山坡上。有简易公路通往矿区。为满足主井和副井以及主井与风井之间的贯通要求,需要对矿井进行联系测量工作,以建立井上下统一的坐标和高程系统。于2014年4月25日至29日进行了立井联系测量工作。本次测量工作主要包括四个方面:副井一中段、三中段以及风井一中段的联系测量,地面控制点的测设,井下导线点的测设,井下陀螺边定向[1]。
本次竖井联系测量的技术依据为:《煤矿测量规程》能源煤总1989-25号;《煤矿测量必备手册》煤炭工业出版社(2013);《华峰矿业有限公司竖井井下工程控制与地面控制联系测量技术设计》。
1.2 仪器设备简介
本次施工所用仪器为:拓普康GTS-332N型全站仪和索佳SRX2X全站仪各一台,仪器测角精度为2″,测距标称精度为(2+2ppm)mm,陀螺仪为索佳GYR02X自动全站式陀螺仪,精度为15″级。所使用仪器均经过了检定部门的检定。
本次联系测量完成的工作量为:地面共测设了四个近井点M3(已知点)、M2(已知方位)、M5和M7,在井口布设临时连接点两个F1和F2;对副井一中段、三中段以及风井一中段进行了坐标和高程的导入;副井一中段测设15″导线点5个,分别编号为FD1-1、FD1-2、FD1-3、FD1-4和FD1-5;副井三中段测设15″导线点5个,分别编号为FD3-1、FD3-2、FD3-3、FD3-4、FD3-5和支点1个FD3-6;风井一中段测设15″导线点3个,分别编号为D1-1、D1-2和D1-3;副井一中段测量陀螺边FD,1-3/FD1-4,副井三中段测量陀螺边FD3-2/FD3-4,风井一中段测量陀螺边D1-2/D1-3。
所有成果平面均为1980西安坐标系、高斯正形投影、3°分带、中央子午线为114°,高程为1985國家高程基准。
二、地面已知点利用及观测
矿区工业广场内前期的控制点为GPS-RTK方式施测的四个控制点,控制点精度无法保证近井点的精度要求,而且在施工过程中部分点遭到了破坏,目前矿区内只完整保留M2和M3两点。为保证工业广场范围内井上下坐标和高程的统一,本次地面控制点的计算以M3点的坐标和高程以及M3~M2的方位为起算数据[2]。
根据点位的通视情况,控制点采用2″全站仪按一级往返测导线要求进行测量,水平角施测四个测回,边长直接观测平距,加入改正后将其化算为高斯平面坐标系的边长。方位角最大闭合差为(M3—M2—M5—M3):3″,限差为10√n=17.3″。距离观测一测回内最大互差为3mm,限差为10mm;单程测回间最大互差为8mm,限差为15mm。最长复测支导线(M3—M2—M5—F1)坐标闭合差为0.003m,相对闭合差为1/348938,限差为1/20000。
地面控制点的高程采用三角高程测量方法,每次观测两个测回,对向观测,经检查对向观测误差均在限差范围内。复测支导线最大闭合差为(M3—M2—M5—F1):0.016m,限差为50√[S2]=±0.022m。
三、钢丝投点与井上下连测
井上下联系测量坐标传递采用常规钢丝单重摆动方法一次进行投点、陀螺定向,高程采用钢丝法一次导入。
本次联系测量两个井口共进行了两次投点工作,第一次副井一中段和三中段同时进行,第二次对风井一中段进行投点。钢丝投点法导入平面坐标,在钢丝下悬挂80kg重陀,并将重陀置于水中以减小其摆动。由于井筒较深且淋水较大,采用摆动投点的方法确定钢丝的稳定位置。在钢丝后放置一水平的标尺,通过全站仪的望远镜读取钢丝左右两边最大的摆幅在标尺上的位置,连续读取13次读数,连续读取两组数据,两次取中的平均值不超过1mm后,取平均值作为钢丝的稳定位置进行水平角的观测[3]。
在井上、井下各安置一台2″级全站仪,采用方向观测法观测钢丝至导线点的水平角,井下共观测四个测回,至少变动一次仪器高;地面共观测八个测回,变动一次仪器高。距离观测对于摆动幅度较小的情况,直接将棱镜放于钢丝后读数,加上相应的棱镜常数后即为实际距离。风井一中段由于淋水比较严重,而且人员站在不固定的托盘上操作不安全,所以采用将反射片固定到钢丝上的观测方法。读数均读取多组数据,根据变化规律,确定最后结果。
钢丝提升至地面后,找一段直线长度足够露出钢丝标记的的平坦路面,每隔40米放置一等高的支架,支架上固定有轴承以减小摩擦阻力,将钢丝托起。在钢丝一端加上与联系测量时相同的4个重陀,并将重陀置于水中,检查钢丝全部支撑于支架的轴承之上后,用全站仪观测钢丝井上下标记间的距离、高差。同时记录仪器高、棱镜高及观测时的温度和气压值。同样的方法观测两次,经比对标记间的距离,风井一中段的标记两次测量的较差最大为0.029米,总长为270.710米,两次测量互差的相对误差为1/9335,满足限差1/8000的要求。
四、陀螺定向边观测及计算
井上下联系测量井下陀螺边的测量使用15″陀螺仪,逆转点法按2-2-2(下井前测两次常数,井下观测两次,上井后再在同一条边上测两次常数)的程序进行观测。
井下定向观测前,在地面近井点M3架设陀螺仪,对M3~M2进行观测以测定仪器常数,观测独立进行两次。第一次观测完成后停止陀螺运转10~15分钟,然后进行第二次观测。两次独立观测的陀螺方位角互差为3″,限差为±40″。
井下陀螺仪定向,依次在风井一中段的导线边D1-2~D1-3,副井一中段的FD1-3~FD1-4和副井三中段的FD3-2~FD3-4上进行陀螺定向。每条边同样独立观测两次,在三个中段两次独立观测陀螺方位角的互差分别为7″,13″和7″,均符合±40″的限差要求。
井下定向边观测结束后,重新在M3架设陀螺仪,对M3~M2进行观测以测定仪器常数,观测独立进行两次,陀螺方位角互差为0″,符合限差要求。
统计陀螺仪所有独立定向相邻摆动中值的互差最大的15″,限差20″;间隔摆动中值的互差最大的为11″,限差±30″。经各项互差的统计证明此次陀螺定向仪器稳定,操作正确,成果可信。
陀螺定向完成后,内业计算主要依据两个等式,即
地理方位角=陀螺方位角+仪器常数(△)
地理方位角=坐标方位角+子午线收敛角
通过地面在已知边M3~M2进行的两次陀螺定位,计算出仪器常数,然后根据井下在未知边观测的陀螺方位角,将仪器常数值带入计算从而求得未知边得坐标方位角。具体计算见《陀螺定向观测手簿》。
综上所述,通过对陀螺仪在李家窑矿竖井中的应用研究,对于地面已知点利用及观测进行了阐述和分析,对钢丝投点与井上下连测进行了相关的分析,陀螺定向边观测及计算,最后为了加快矿山的基建,必须进行各种类型的相向掘进(贯通),而相向掘进必须用足够精度的定向测量来保证。
参考文献
[1] 王金海.提高矿井贯通测量精度的探讨[J].中州煤炭.2009(03).
[2] 夏树新.GPS技术在土地测绘地籍控制测量中的应用[J].油气田地面工程.2008(03).
[3] 王丽梅,刘敏.地下隧洞平面贯通精度研究[J].西部探矿工程.2006(03).
[关键词]陀螺仪 矿竖井 应用研究
中图分类号:TK27 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)19-0369-01
一、前言
1.1 矿区简介
矿区位于海拔800米以上的山坡上。有简易公路通往矿区。为满足主井和副井以及主井与风井之间的贯通要求,需要对矿井进行联系测量工作,以建立井上下统一的坐标和高程系统。于2014年4月25日至29日进行了立井联系测量工作。本次测量工作主要包括四个方面:副井一中段、三中段以及风井一中段的联系测量,地面控制点的测设,井下导线点的测设,井下陀螺边定向[1]。
本次竖井联系测量的技术依据为:《煤矿测量规程》能源煤总1989-25号;《煤矿测量必备手册》煤炭工业出版社(2013);《华峰矿业有限公司竖井井下工程控制与地面控制联系测量技术设计》。
1.2 仪器设备简介
本次施工所用仪器为:拓普康GTS-332N型全站仪和索佳SRX2X全站仪各一台,仪器测角精度为2″,测距标称精度为(2+2ppm)mm,陀螺仪为索佳GYR02X自动全站式陀螺仪,精度为15″级。所使用仪器均经过了检定部门的检定。
本次联系测量完成的工作量为:地面共测设了四个近井点M3(已知点)、M2(已知方位)、M5和M7,在井口布设临时连接点两个F1和F2;对副井一中段、三中段以及风井一中段进行了坐标和高程的导入;副井一中段测设15″导线点5个,分别编号为FD1-1、FD1-2、FD1-3、FD1-4和FD1-5;副井三中段测设15″导线点5个,分别编号为FD3-1、FD3-2、FD3-3、FD3-4、FD3-5和支点1个FD3-6;风井一中段测设15″导线点3个,分别编号为D1-1、D1-2和D1-3;副井一中段测量陀螺边FD,1-3/FD1-4,副井三中段测量陀螺边FD3-2/FD3-4,风井一中段测量陀螺边D1-2/D1-3。
所有成果平面均为1980西安坐标系、高斯正形投影、3°分带、中央子午线为114°,高程为1985國家高程基准。
二、地面已知点利用及观测
矿区工业广场内前期的控制点为GPS-RTK方式施测的四个控制点,控制点精度无法保证近井点的精度要求,而且在施工过程中部分点遭到了破坏,目前矿区内只完整保留M2和M3两点。为保证工业广场范围内井上下坐标和高程的统一,本次地面控制点的计算以M3点的坐标和高程以及M3~M2的方位为起算数据[2]。
根据点位的通视情况,控制点采用2″全站仪按一级往返测导线要求进行测量,水平角施测四个测回,边长直接观测平距,加入改正后将其化算为高斯平面坐标系的边长。方位角最大闭合差为(M3—M2—M5—M3):3″,限差为10√n=17.3″。距离观测一测回内最大互差为3mm,限差为10mm;单程测回间最大互差为8mm,限差为15mm。最长复测支导线(M3—M2—M5—F1)坐标闭合差为0.003m,相对闭合差为1/348938,限差为1/20000。
地面控制点的高程采用三角高程测量方法,每次观测两个测回,对向观测,经检查对向观测误差均在限差范围内。复测支导线最大闭合差为(M3—M2—M5—F1):0.016m,限差为50√[S2]=±0.022m。
三、钢丝投点与井上下连测
井上下联系测量坐标传递采用常规钢丝单重摆动方法一次进行投点、陀螺定向,高程采用钢丝法一次导入。
本次联系测量两个井口共进行了两次投点工作,第一次副井一中段和三中段同时进行,第二次对风井一中段进行投点。钢丝投点法导入平面坐标,在钢丝下悬挂80kg重陀,并将重陀置于水中以减小其摆动。由于井筒较深且淋水较大,采用摆动投点的方法确定钢丝的稳定位置。在钢丝后放置一水平的标尺,通过全站仪的望远镜读取钢丝左右两边最大的摆幅在标尺上的位置,连续读取13次读数,连续读取两组数据,两次取中的平均值不超过1mm后,取平均值作为钢丝的稳定位置进行水平角的观测[3]。
在井上、井下各安置一台2″级全站仪,采用方向观测法观测钢丝至导线点的水平角,井下共观测四个测回,至少变动一次仪器高;地面共观测八个测回,变动一次仪器高。距离观测对于摆动幅度较小的情况,直接将棱镜放于钢丝后读数,加上相应的棱镜常数后即为实际距离。风井一中段由于淋水比较严重,而且人员站在不固定的托盘上操作不安全,所以采用将反射片固定到钢丝上的观测方法。读数均读取多组数据,根据变化规律,确定最后结果。
钢丝提升至地面后,找一段直线长度足够露出钢丝标记的的平坦路面,每隔40米放置一等高的支架,支架上固定有轴承以减小摩擦阻力,将钢丝托起。在钢丝一端加上与联系测量时相同的4个重陀,并将重陀置于水中,检查钢丝全部支撑于支架的轴承之上后,用全站仪观测钢丝井上下标记间的距离、高差。同时记录仪器高、棱镜高及观测时的温度和气压值。同样的方法观测两次,经比对标记间的距离,风井一中段的标记两次测量的较差最大为0.029米,总长为270.710米,两次测量互差的相对误差为1/9335,满足限差1/8000的要求。
四、陀螺定向边观测及计算
井上下联系测量井下陀螺边的测量使用15″陀螺仪,逆转点法按2-2-2(下井前测两次常数,井下观测两次,上井后再在同一条边上测两次常数)的程序进行观测。
井下定向观测前,在地面近井点M3架设陀螺仪,对M3~M2进行观测以测定仪器常数,观测独立进行两次。第一次观测完成后停止陀螺运转10~15分钟,然后进行第二次观测。两次独立观测的陀螺方位角互差为3″,限差为±40″。
井下陀螺仪定向,依次在风井一中段的导线边D1-2~D1-3,副井一中段的FD1-3~FD1-4和副井三中段的FD3-2~FD3-4上进行陀螺定向。每条边同样独立观测两次,在三个中段两次独立观测陀螺方位角的互差分别为7″,13″和7″,均符合±40″的限差要求。
井下定向边观测结束后,重新在M3架设陀螺仪,对M3~M2进行观测以测定仪器常数,观测独立进行两次,陀螺方位角互差为0″,符合限差要求。
统计陀螺仪所有独立定向相邻摆动中值的互差最大的15″,限差20″;间隔摆动中值的互差最大的为11″,限差±30″。经各项互差的统计证明此次陀螺定向仪器稳定,操作正确,成果可信。
陀螺定向完成后,内业计算主要依据两个等式,即
地理方位角=陀螺方位角+仪器常数(△)
地理方位角=坐标方位角+子午线收敛角
通过地面在已知边M3~M2进行的两次陀螺定位,计算出仪器常数,然后根据井下在未知边观测的陀螺方位角,将仪器常数值带入计算从而求得未知边得坐标方位角。具体计算见《陀螺定向观测手簿》。
综上所述,通过对陀螺仪在李家窑矿竖井中的应用研究,对于地面已知点利用及观测进行了阐述和分析,对钢丝投点与井上下连测进行了相关的分析,陀螺定向边观测及计算,最后为了加快矿山的基建,必须进行各种类型的相向掘进(贯通),而相向掘进必须用足够精度的定向测量来保证。
参考文献
[1] 王金海.提高矿井贯通测量精度的探讨[J].中州煤炭.2009(03).
[2] 夏树新.GPS技术在土地测绘地籍控制测量中的应用[J].油气田地面工程.2008(03).
[3] 王丽梅,刘敏.地下隧洞平面贯通精度研究[J].西部探矿工程.2006(03).