礦山貫通定向測(cè)量中陀螺全站儀的應(yīng)用

楊亮亮

(新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司，新疆 哈密 839000)

引言

在礦山貫通定向測(cè)量中，陀螺全站儀得到廣泛的應(yīng)用，陀螺全站儀將陀螺儀和全站儀的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，操作使用更為簡(jiǎn)捷方便，由于自動(dòng)化程度較高，還能有效減少定向測(cè)量過(guò)程中人為操作引起的誤差。礦山貫通作業(yè)過(guò)程中，由于受空間、照明等條件的影響，施工過(guò)程的測(cè)量工作與地面普通測(cè)量工作有很大的不同，定向測(cè)量的精度和準(zhǔn)確度，對(duì)礦山貫通施工是否順利起著決定性的作用。

1.礦山貫通定向測(cè)量的意義

礦山貫通定向測(cè)量是指為了保證兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作面，分段掘進(jìn)后在指定的地點(diǎn)準(zhǔn)確貫通，所必須進(jìn)行的測(cè)量工作。測(cè)量過(guò)程會(huì)出現(xiàn)不可避免的誤差，而貫通定向測(cè)量就是要控制貫通誤差在符合操作標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。礦山貫通定向測(cè)量過(guò)程中，由于地下巷道潮濕、照明較差、噪音大、灰塵多等客觀因素，對(duì)測(cè)量過(guò)程產(chǎn)生很大的干擾，影響到測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性。陀螺全站儀能有效降低作業(yè)環(huán)境對(duì)定向誤差的影響，能最大限度避免累積定向誤差［1］。

2.陀螺全站儀的定向測(cè)量工作原理及工作流程

工作原理:陀螺全站儀中內(nèi)置跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法和中天法兩種程序，加上陀螺儀能自動(dòng)尋找真北方向的特性，只要將全站儀放置在陀螺儀上，組成后陀螺全站儀就可以測(cè)定真北方向在全站儀水平度盤上的讀數(shù)，從而可以得出任意方向的真方位角。

工作流程:首先，在量測(cè)點(diǎn)安裝好陀螺儀，使陀螺主軸線大致朝北向，接好電源和控制器;其次，將設(shè)備的控制器予以打開，并將所需測(cè)量站點(diǎn)的大概緯度輸入其中，將陀螺儀馬達(dá)打開，繼而開展尋北測(cè)量;再次，經(jīng)過(guò)10min之后，設(shè)備的控制器將對(duì)陀螺馬達(dá)軸北向位置展現(xiàn)出來(lái)，且在計(jì)算機(jī)內(nèi)輸入本次測(cè)量所得出的各項(xiàng)數(shù)據(jù);最后，將全站儀的測(cè)量程序打開，然后再按照一定的順序，對(duì)所要測(cè)量的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)將正、反水平角測(cè)量所得出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的記錄下來(lái)［2］。

3.陀螺全站儀的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

從技術(shù)角度而言，與傳統(tǒng)的懸掛式陀螺經(jīng)緯儀相比較，陀螺全站儀具備一定的優(yōu)越性，其具體體現(xiàn)在如下三個(gè)方面:(1)在一定程度上減少了陀螺中相關(guān)靈敏處和外部物體的接觸面積，降低了外界因素的干擾和影響，提高了設(shè)備尋北定向及測(cè)量的精準(zhǔn)度;(2)加大了數(shù)據(jù)采集量，并利用數(shù)據(jù)采集仿真技術(shù)提高了數(shù)據(jù)的可靠性，為后面的數(shù)據(jù)處理結(jié)果提供可靠的依據(jù);(3)陀螺全站儀具有強(qiáng)干擾力矩下的粗差識(shí)別與剔除技術(shù)，能在復(fù)雜的隧道環(huán)境下完成正確的測(cè)量工作。因此，在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜困難的礦山貫通定向測(cè)量中，陀螺全站儀能夠進(jìn)行有效的量測(cè)、修正、檢核，保證了量測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高了量測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度，有效地提升了工作效率，降低了貫通誤差的風(fēng)險(xiǎn)。

4.陀螺全站儀的誤差理論分析

陀螺全站儀工作中的定向方法有多種，不管哪一種都會(huì)產(chǎn)生定向誤差，實(shí)際操作中用得較多的是跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，其具體操作為:在精度相對(duì)較高的已知點(diǎn)之上，對(duì)設(shè)備的常數(shù)加以測(cè)量;在定向邊上，對(duì)其陀螺方位角予以精準(zhǔn)測(cè)定。引起跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法定向誤差的因素很多，主要來(lái)源于以下幾方面:

4.1 全站儀測(cè)定方向值誤差。測(cè)線在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，其具體的流程是:全站儀在量測(cè)點(diǎn)對(duì)中整平;采用五個(gè)連續(xù)跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)，對(duì)陀螺正北方向值加以測(cè)定;并且用量測(cè)方向返回的值，對(duì)測(cè)線的方向值加以確定。全站儀測(cè)定方向的誤差包括:①對(duì)中整平誤差，其具體包含的內(nèi)容有覘標(biāo)或儀器對(duì)中誤差;例如，假使測(cè)線邊長(zhǎng)等于50米，測(cè)站偏心與目標(biāo)偏心e均為1毫米，那么覘標(biāo)對(duì)中誤差、儀器對(duì)中誤差分別是m中==2.83″。②全站儀在對(duì)方向值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所出現(xiàn)的定向誤差;針對(duì)GP1X，配置2″的全站儀，其定向誤差m為:mL==±1.4″。③逆轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)確定陀螺北方向的誤差，包含跟蹤瞄準(zhǔn)誤差和讀數(shù)誤差;

4.2 陀螺儀與全站儀之間的連接誤差。在開展定向測(cè)量的過(guò)程中，必須把全站儀和陀螺儀兩者相連，然而，拆裝之后再安裝的這一過(guò)程，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，即連接誤差。

4.3 懸掛帶零位變動(dòng)誤差。懸掛帶對(duì)陀螺儀的擺動(dòng)系統(tǒng)起到阻礙作用，在量測(cè)的過(guò)程中，采用定時(shí)跟蹤的辦法，可以消除大部分懸掛帶扭力的影響。懸掛帶材質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)優(yōu)劣、陀螺高速運(yùn)轉(zhuǎn)造成的升溫、外界氣候變化以及擺動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械搖擺運(yùn)動(dòng)，都會(huì)引起零位變動(dòng)，造成誤差。

4.4 靈敏部件擺動(dòng)平衡位置的誤差。通常情況下，如果電源電壓的頻率出現(xiàn)改變，那么將導(dǎo)致角動(dòng)量的改變;而靈敏部件內(nèi)部溫度發(fā)生改變，將致使重心發(fā)生位移，且導(dǎo)流絲、懸掛帶也將受到影響。而上述情況，是導(dǎo)致靈敏部件擺動(dòng)平衡位置變動(dòng)的主要原因［3］。

4.5 外在工作環(huán)境造成的誤差。主要受測(cè)量工作環(huán)境的條件影響，例如測(cè)量所在地的磁場(chǎng)、氣候 (溫度、風(fēng)向)以及震動(dòng)等，上述所提及的影響因素都具有不確定性的特點(diǎn)，因而，其影響程度比較復(fù)雜，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定影響的數(shù)值，但有一點(diǎn)是可以確定的，即環(huán)境對(duì)儀器的影響是客觀存在的。

5.陀螺全站儀的在實(shí)際使用過(guò)程中的主要優(yōu)勢(shì)

(1)定向測(cè)量精度高。陀螺全站儀提升了陀螺定向的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度，儀器能自動(dòng)完成陀螺尋正北方向與陀螺馬達(dá)軸方向的夾角測(cè)量，降低了人為觀測(cè)的誤差機(jī)率。(2)自動(dòng)化程度高，測(cè)量時(shí)間非常短，操作起來(lái)簡(jiǎn)單方便。實(shí)際使用過(guò)程中，只要整平對(duì)中，輸入測(cè)站點(diǎn)的緯度，儀器會(huì)自動(dòng)測(cè)量陀螺尋北方向與陀螺馬達(dá)軸方向的夾角，并將測(cè)量數(shù)據(jù)輸送至掌上電腦當(dāng)中，之后其再通過(guò)已有程序，自動(dòng)計(jì)算出準(zhǔn)確的坐標(biāo)方位［4］。

6.結(jié)語(yǔ)

相較于傳統(tǒng)的陀螺經(jīng)緯儀而言，陀螺全站儀可不受作業(yè)區(qū)域環(huán)境、時(shí)間的限制，且操作方法簡(jiǎn)單，觀測(cè)結(jié)果方便，準(zhǔn)確度高，與此同時(shí)，還在一定程度上減輕了定向測(cè)量的工作量，提升了工作的效率，確保了礦山坑道的貫通，是礦山建設(shè)過(guò)程中必不可少的重要設(shè)備。

［1］楊艷紅，張利.陀螺全站儀在貫通測(cè)量中的應(yīng)用分析［J］.山西建筑，2013(08):195

［2］胡嘉權(quán)，魏克敏，黃華.陀螺全站儀在礦山貫通測(cè)量中的應(yīng)用 ［J］.測(cè)繪，2011(10):235