用陀螺定向与激

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1、用陀螺定向与激光投点代替几何定向的探讨新疆第一测绘院王子龙摘要：陀螺定向与激光投点代替几何定向是目前竖井主要的使用方法，其特点是定点准确，误差较小，数学精度高，性能稳定，在采取挡风、挡水等措施后其精度可达到1-2mm内的精度。本文主要正对新疆小洪沟煤矿的竖井的坐标点定位来进行讨论。关键词：激光投点几何定向陀螺经纬仪定向陀螺定向井筒投点误差解决误差解决误差精度高开采深度安全开采一．引言用竖井开采地下有用矿物资源时，为了正确指导井巷施工及安全开采，必须使井下与地面的坐标系统统—起来。解决这一问题，过去是靠“几何定向”来实

2、现的。几何定向虽然能解决问题，但需要占用井筒，影响矿井提升，需要人员及仪器设备较多，工作组织复杂；且随着开采深度的增加及开采边界的扩大，其精度也越来越难以保证。能源部于1989年颁发的《煤矿测量规则》中第44条规定：各矿井应该尽量使用陀螺经纬仪定向，只有在确实不具备此条件时，才允许采用几何定向。随着科学技术的发展，近十年来国内外研制了一种先进的仪器----上架式陀螺经纬仪。它是综合利用机械制造、电子技术、光学、力学等成果的一种新型仪器。陀螺定位可不占用井筒，不需要很多的人员和设备，而且不受开采深度的影响，能达到较高的

3、精度。目前我国已制成一次定向误差为≤15”的陀螺定向仪。其定向精度远高于几何定向的精度，可满足各种高精度井下测量的要求。1.国内陀螺仪的应用情况与存在的问题陀螺定向仪虽然在各方面都比几何定向优越，但目前尚未普遍推广应用。有些矿区仍采用几何定向的方法。其原因是．①国产15”陀螺经纬应用面较窄，而现今的一些大的煤矿多采用斜井不能满足大型矿井定向的要求。15”陀螺经纬仪精度虽有提高，但其性能有时也不够稳定，也难以满足精密定向的要求。进口仪器中，瑞士的GAK--1陀螺经纬仪，性能稳定可靠，一次定向中误差为10”～15”，可以

4、满足矿井定向的精度要求，但该仪器比较贵重，无法普遍应用。②几何定向是一些矿经常采用的传统定向方法。虽然不如陀螺经纬仪定向先进，但测量人员对此种方法比较熟悉，其成果也较可靠，因而乐于采用，即使在一些有陀螺经纬的部门，有的也仅用陀螺经纬仪定向成果来检核几何定向成果。不难理解，妨碍陀螺经纬仪定向推广应用的原因之一是该仪器在有的矿区应用的时间不长，人们对它还不够熟悉，感到应用没有把握。影响陀螺经纬但应用的另一个重要原因是它只能确定井下边的方向。要想得到井下起算点的坐标，还得依靠传统的几何投点。这个问题是目前备生产和基建矿井普

5、遍存在的问题，也是目前急待解决的问题。上面提到的影响推广陀螺经纬仪应用的几个因素，有的是不难解决的。随着时间的前进，国内仪器制造水平将不断提高，精度高，性能稳定的仪器，将很快生产出来。人们通过实践，将不断丰富自己的经验，提高掌握仪器的熟练程度，从而更乐于应用它。但投点问题得不到妥善解决，就摆脱不了传统的几何定向方法。2激光投点所能达到的精度《煤矿测量规程》第50条规定：用陀螺经纬仪进行定向涮证，需要投点传递坐标时，可采用钢丝投点我激光投点。投点的误差不得大干20mm。几何定向时所用的钢丝投点法的投点精度是比较高的。在

6、几百米深的井筒中投点，在采取了挡风、挡水措施后，投点惧差可控制在1～2mm咀内。之所以要求这样高的投点精度，主要是为了传递方向，而不是为了传递坐标。而在陀螺经纬仪定向时，授点只用来传递坐标而不用来传递方向。此时对投点的精度要求可适当降低。新颁布的《煤矿测量规程》规定的20mm投点误差是合理的。下面介绍一下我们对激光投点的研究情况。为了用光学投点代替钢丝投点，从1973年开始研制立井激光指向仪（即激光投点倪）。经过几年的反复设计、试制和披验，于1976年试制成功SJZ--III型立井激光指向仪。表1为用初次试制的原型激

7、光指向仪在1994年在小洪沟煤矿主、副井实验情况，由表1可知，井深在200m以内，与钢丝授点比较，最大投点偏差为±15mm，完全可以满足规程的精度要求。地点井筒直径井筒结构仪器的安放位置投点时间投点深度光斑直径及稳定性投点偏差备注副井5混凝土墙壁井口锁口盘上，方边线3月19日-4月11日166腰泵房10有晃动10±7±15与钢丝垂线相比较主井4.5喷浆临时支护井口固定盘为中心4月19日-6月11日210迎头15有晃动±8最大值同上1996年在新疆某矿，用经过改进的SJZ--Ⅲ型立井激光指向但进行了实验。情况如表2投点

8、深度200300500630650光斑直径7101530无明显边界光板情况稳定稳定不太清晰晃动模糊晃动不清表2所列数据表明，井深在500m以内时，既使在淋水较大的井筒中，激光投点也是稳定可行的。这次投点实验，虽然没有和钢丝投点进行比较，但可与按仪器误差估算值进行对比。激光投点的仪器误差由水准管整置误差，仪器竖轴定向误差、仪器对中误差及光斑抖动误