陀螺經(jīng)緯儀定向在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

趙恒 淮北雙龍礦業(yè)有限責(zé)任公司

電子信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，測(cè)量?jī)x器以及工藝水平也在不斷提升，當(dāng)前陀螺經(jīng)緯儀在礦山測(cè)量工作中被廣泛應(yīng)用，對(duì)于提升測(cè)量效率發(fā)揮著非常重要的作用。因此，相關(guān)的工作人員必須重視對(duì)陀螺經(jīng)緯儀的研究，將其更好地應(yīng)用在礦山測(cè)量中，確保礦山測(cè)量工作順利開(kāi)展。

一、工程概況分析

以我省某年產(chǎn)400萬(wàn)噸的礦井為例，該工程的風(fēng)井在2005年的11月順利到底，其余的兩個(gè)井筒也均已經(jīng)到底，為了確保主副井得以貫通，對(duì)該礦井進(jìn)行了測(cè)量。在此次的測(cè)量工作中，該企業(yè)并未運(yùn)用傳統(tǒng)的幾何定向法，而是利用了陀螺定向儀明確礦井的坐標(biāo)。這是由于陀螺定向儀對(duì)于時(shí)間以及環(huán)境等條件的要求不高，對(duì)于井筒的占用時(shí)間較短，而且操作較為簡(jiǎn)單，只需要設(shè)置一根鋼絲即可，通過(guò)此種方式，顯著提升了測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，當(dāng)前礦山測(cè)量工作中應(yīng)用廣泛。

二、陀螺經(jīng)緯儀的主要特性分析

陀螺經(jīng)緯儀在礦山測(cè)量中，主要是借助于螺旋馬達(dá)，利用其在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的定軸性以及進(jìn)動(dòng)性，然后加上地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的作用力，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球方向的判斷。這是由于在地球南北緯度的75°內(nèi)，受到地形、天氣以及地磁場(chǎng)的影響較小。因此，無(wú)論是晚上還是白天，均可以迅速判斷出正確的方向，再加上陀螺經(jīng)緯儀的工作復(fù)雜，精確度較高，適應(yīng)能力較強(qiáng)。因此，當(dāng)前在礦山測(cè)量工作中發(fā)揮著非常重要的作用，為礦山的定向測(cè)量以及貫通工作提供了較大的便利[1]。

陀螺經(jīng)緯儀工作原理如下，該測(cè)角的誤差可以用來(lái)判斷井下導(dǎo)線，通常來(lái)說(shuō)，分為以下兩種，即7"以及15"。例如，當(dāng)陀螺經(jīng)緯儀定向一次啟動(dòng)時(shí)，其誤差一般在負(fù)7"區(qū)間內(nèi)，就可以采用復(fù)合導(dǎo)線，或者是閉合導(dǎo)線的終端測(cè)量方式。在具體的實(shí)踐過(guò)程中，也可以使用起始邊的定向測(cè)量方式，將其劃分為一井以及兩井，然后測(cè)量井下的起始邊。將陀螺經(jīng)緯儀應(yīng)用在礦山測(cè)量中，不僅避免人力以及物力資源的浪費(fèi)，同時(shí)還有效節(jié)約了時(shí)間，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。除此之外，陀螺經(jīng)緯儀還具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，即使在極端的惡劣條件下也可以充分保證測(cè)量工作的精確性，不僅可以在井下測(cè)量，而且還能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)展開(kāi)校核，從而實(shí)現(xiàn)定向測(cè)量以及與大型礦井工程的貫通。

三、陀螺經(jīng)緯儀定向在礦山測(cè)量中的具體應(yīng)用方式分析

（一）在礦井貫通中的應(yīng)用分析

1.具體的工程概況分析

以我省某礦山工程為例，該礦山最初利用凍結(jié)法施工，為了加快工程建設(shè)的進(jìn)度，制定了相應(yīng)的施工計(jì)劃，將礦井內(nèi)部的主副井巷道以及風(fēng)井巷道開(kāi)展貫通施工。因此，必須要對(duì)其進(jìn)行貫通聯(lián)系測(cè)量，組織相關(guān)的工作人員對(duì)礦井內(nèi)部的控制點(diǎn)，逐一展開(kāi)檢查。另外，還需要掌握好地面控制點(diǎn)的幾何性質(zhì)，例如，必須測(cè)量好三角高程數(shù)據(jù)，同時(shí)還要對(duì)地面已知點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，了解相關(guān)的參數(shù)。除此之外，在利用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量地面已知位置時(shí)，通常需要測(cè)量4次，即在井上需要測(cè)量2次，在井下測(cè)量2次，務(wù)必保證測(cè)量結(jié)果誤差小于40"。具體的操作過(guò)程如下，首先，應(yīng)先測(cè)量井下的一條定向測(cè)量邊，可以先將脫落經(jīng)緯儀安裝在某一個(gè)具體的位置，測(cè)量出該定向邊的脫落方位角，最后計(jì)算出該定向邊的脫落方位角。在這一過(guò)程中，工作人員必須要多次測(cè)量，只有誤差在25"才能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，然后結(jié)合高斯平角坐標(biāo)以及經(jīng)緯度公式計(jì)算結(jié)果，即利用以下公式

其中n代表陀螺旋轉(zhuǎn)變量的觀測(cè)測(cè)繪數(shù)，而nΔ指的則是地面某個(gè)已知點(diǎn)的觀測(cè)儀器回?cái)?shù)。

2.陀螺經(jīng)緯儀的操作方式分析

在礦山測(cè)量中往往會(huì)指定要求設(shè)計(jì)某個(gè)巷道，對(duì)其展開(kāi)挖掘工作，令其與另一條巷道實(shí)現(xiàn)貫通，在開(kāi)展貫通作業(yè)時(shí)，通常要與挖掘工作同步進(jìn)行，提升工作質(zhì)量和效率[2][3]。因此，為了確保挖掘工作的正常開(kāi)展，需要制定明確的施工技術(shù)，組織工作人員展開(kāi)施工，即實(shí)施貫通作業(yè)，尤其該工程有助于保證后續(xù)工作的正常開(kāi)展。為了避免延誤施工計(jì)劃，為施工人員提供良好的施工方案。通常礦山開(kāi)采工作主要有以下幾種情況，即兩個(gè)施工面進(jìn)行相向挖掘，或者是同向挖掘，也就是從巷道的一端向另一端開(kāi)始挖掘。而巷道的貫通存在以下三種情況，第一，礦井內(nèi)部巷道的貫通；第二，多個(gè)礦井內(nèi)部的相互貫通；第三，礦井的縱向貫通。

具體的操作流程如下：首先，相關(guān)的工作人員必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，充分掌握礦井周圍的水文地質(zhì)情況，然后結(jié)合具體情況選擇相應(yīng)的測(cè)量方法，最后對(duì)測(cè)量方案展開(kāi)模擬以及計(jì)算，同時(shí)分析計(jì)算結(jié)果的精確性以及可行性。其次，明確測(cè)量方案，在這一環(huán)節(jié)工作人員需要根據(jù)計(jì)算結(jié)果，明確設(shè)計(jì)好貫通巷道的實(shí)際情況，并將其標(biāo)示在設(shè)計(jì)圖紙中。再次，工作人員還應(yīng)該結(jié)合貫通工作的實(shí)際情況，定期進(jìn)行檢查，尤其是需要檢查想到的中線以及腰線，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，必須立即制定解決措施，充分保障測(cè)量結(jié)果的精確性。最后，在工程結(jié)束后，必須利用陀螺經(jīng)緯儀對(duì)其展開(kāi)測(cè)量，將實(shí)際貫通結(jié)果和測(cè)量結(jié)果的偏差進(jìn)行比較，保證測(cè)量結(jié)果的精確性。如果誤差較大，就應(yīng)該及時(shí)總結(jié)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，全面提升工程的質(zhì)量。

（二）陀螺經(jīng)緯儀在礦井上下聯(lián)系測(cè)量中的應(yīng)用分析

1.具體的工程概況分析

以我省某礦井工程為例，該工程的施工過(guò)程如下，該礦井采用的是GAK-1型號(hào)的脫落經(jīng)緯儀與T2型號(hào)的經(jīng)緯儀，由于邊長(zhǎng)較短，該工程在測(cè)量定向邊中存在較大的難度。因此，在實(shí)際的測(cè)量工作中，需要利用兩臺(tái)陀螺經(jīng)緯儀，對(duì)定向邊展開(kāi)觀測(cè)，并且每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均需要展開(kāi)兩次獨(dú)立觀測(cè)，可以按照2-2-2方式進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量的過(guò)程中，測(cè)量結(jié)果的誤差要保證小于40"，然后按照測(cè)量?jī)x器的結(jié)構(gòu)，計(jì)算出相應(yīng)的結(jié)果?？梢岳冒兹麪柟竭M(jìn)行計(jì)算然后計(jì)算出測(cè)量結(jié)果的誤差，即GAK-12274為MΔ=±4.044''，GAK-120806為MΔ=±7.48''?？傊?，在測(cè)量時(shí)必須要按照定向觀測(cè)的順序，即2-2-2的順序展開(kāi)操作，當(dāng)井下只有一條定向邊，且觀測(cè)陀螺儀的方位角也小于兩次，如果地面與井下同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，并使用同一臺(tái)觀測(cè)儀器時(shí)，則在礦井下測(cè)量方位角的條件可以認(rèn)為是一致的。即其中一次的定向誤差值為m=±0.18164mΔ，陀螺經(jīng)緯儀的一次定向誤差為GAK-126274m=±3.3''，GAK-126274m=±6.1''，平均值為m=±2.9''。由此可以看出，陀螺經(jīng)緯儀的精確度較高，為礦井開(kāi)采工作提供了非常精確的數(shù)據(jù)信息，對(duì)于提高工作效率，全面提升礦井的施工水平，發(fā)揮著非常重要的作用。

2.陀螺經(jīng)緯儀的測(cè)量方式分析

礦井聯(lián)系測(cè)量，指的是將礦區(qū)的平面坐標(biāo)以及高程系統(tǒng)傳遞到礦井下方展開(kāi)測(cè)量，這主要是為了令地面以及井下的測(cè)量控制網(wǎng)應(yīng)用同一種坐標(biāo)系統(tǒng)，通過(guò)此種方式，提升礦井開(kāi)拓工程的質(zhì)量，可以劃分為平面聯(lián)系測(cè)量以及高程聯(lián)系測(cè)量?jī)煞N方式。在具體的操作過(guò)程中，不受時(shí)間以及空間的限制，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代礦井的聯(lián)系測(cè)量中。

首先，將陀螺經(jīng)緯儀應(yīng)用在投點(diǎn)工作中，可以用直徑為1.5mm的碳彈簧放入礦井中，然后進(jìn)行投點(diǎn)，為了避免投點(diǎn)工作發(fā)生誤差，工作人員必須要關(guān)閉風(fēng)機(jī)，停止向礦井通風(fēng)，與此同時(shí)還需要使用擋風(fēng)板，減少風(fēng)流對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響。其次，工作人員還需要在礦井內(nèi)放入一個(gè)小的信號(hào)圈，查看信號(hào)圈能否完全下落。工作人員也可以乘坐專門的罐籠，查看鋼絲是否處于正常懸掛的狀態(tài)，然后在定向水平方向放入一桶穩(wěn)定液，并將其掛上100kg的重陀螺，將其放入到穩(wěn)定液中，最后利用經(jīng)緯儀測(cè)量鋼絲穩(wěn)定之后的位置。最后，投點(diǎn)時(shí)可以對(duì)鋼絲進(jìn)行測(cè)量，在地面L點(diǎn)架設(shè)TC1020全站儀，在鋼絲上架設(shè)反光鏡以及后視GK點(diǎn)，然后利用陀螺旋轉(zhuǎn)儀進(jìn)行測(cè)量，務(wù)必保證測(cè)量結(jié)果的精確性。

四、陀螺經(jīng)緯儀定向在礦山測(cè)量中的應(yīng)用效果分析

將脫落經(jīng)緯儀應(yīng)用在礦井工程建設(shè)中，當(dāng)展開(kāi)定向測(cè)量時(shí)，工作人員通常會(huì)利用幾何定向法展開(kāi)相應(yīng)的操作，但是礦井下方環(huán)境較為惡劣。例如，經(jīng)常存在滴水狀況，而且鋼絲的間距較小，而豎井的深度較長(zhǎng)。因此，工作人員在開(kāi)展投點(diǎn)施工時(shí)，無(wú)法加大，無(wú)法充分保證定向精度。但是當(dāng)引入陀螺經(jīng)緯儀時(shí)，就可以顯著解決以上問(wèn)題，該儀器不僅測(cè)量結(jié)果精確度高，而且工作時(shí)間短、操作流程簡(jiǎn)單，有效防止安全事故的發(fā)生。因此，將該儀器引入到礦井的定向測(cè)量工作中，顯著提升了該礦井的工作水平。除此之外，將陀螺經(jīng)緯儀應(yīng)用在礦井測(cè)量中，也可以令作業(yè)人員在井下導(dǎo)線上展開(kāi)具體操作，有助于防止測(cè)量的工程中發(fā)生測(cè)角，充分保證測(cè)量的精確性。

五、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，近年來(lái)我國(guó)對(duì)于能源的需求不斷提升，礦山開(kāi)采項(xiàng)目也在逐漸增加，將經(jīng)緯陀螺儀應(yīng)用在礦業(yè)發(fā)展中，對(duì)于促進(jìn)礦井實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，改善傳統(tǒng)測(cè)量方式中的缺陷，具有非常重要的作用。因此，為了充分發(fā)揮陀螺經(jīng)緯儀的作用，工作人員必須做好研究工作，然后結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量，確保測(cè)量結(jié)果的精確性，促進(jìn)礦山測(cè)量工作朝著更加高效化與現(xiàn)代化的方向發(fā)展。