陀螺全站儀技術(shù)分析

1、加測陀螺方位 提高深部巷道 控制測量精度方案的研究2011-12-21 17:00 周仕勇 測繪技術(shù)部【摘要】為提高大紅山銅礦深部找探礦工作的控制測量精度并控制后續(xù)長距離巷道貫通的誤差，必須對現(xiàn)有涉及深部找探礦工作的無軌斜坡道導(dǎo)線進(jìn)行清理，擬定其測量實(shí)施方案，指導(dǎo)后期測量工作的順利實(shí)施，而該方案成功與否的關(guān)鍵是由原有導(dǎo)線資料及陀螺儀測量的精度情況來決定。所以本文重點(diǎn)也是對原有導(dǎo)線資料的分析、提高深部巷道控制測量精度方案及陀螺儀測量數(shù)據(jù)精度的分析及控制?！娟P(guān)鍵字】積分式陀螺儀 導(dǎo)線測量 深部找探礦 子午線收斂角一、大紅山銅礦深部找探礦概況根據(jù)大紅山銅礦深部找探礦工作的規(guī)劃，本

2、次深部找探礦高程范圍為385標(biāo)高至330標(biāo)高段， Cu金屬設(shè)計礦石量10252218噸，品位為0.6%，金屬量為61683噸；TFe礦石量1796655t，品位21.69%，TFe金屬量389608.83t。并根據(jù)鐵銅含量的情況將整個片區(qū)分為三個部分，東翼部分（B12線至B22線）為銅鐵合采，中翼部分（B22線至B48線）考慮分采，西翼部分（B48線至B54線）考慮銅鐵合采，整個片區(qū)開采方式為無軌開采有軌運(yùn)輸，找探礦工程布置在400、410水平，運(yùn)輸中段在330中段，中段高50米，中段長度大于1.5KM，后期將有多條巷道長距離貫通。為保證深部找探礦工程的控制測量精度、長距離巷道貫通精度及該工程

3、的控制點(diǎn)基礎(chǔ)資料的精度，及時、準(zhǔn)確、有效的服務(wù)于該工作，必須對涉及該工程的相關(guān)導(dǎo)線資料進(jìn)行歸納、總結(jié)、分析，并擬定相應(yīng)的提高其控制測量精度的實(shí)施方案。二、大紅山銅礦導(dǎo)線資料情況1、導(dǎo)線資料存在的問題大紅山銅礦深部找探礦工程施工測量的控制基點(diǎn)來自于東西兩邊斜坡道的主干導(dǎo)線。該主干導(dǎo)線資料存在如下問題：（1）以近井點(diǎn)為起始，均以支導(dǎo)線的方式引入井下，且后期并沒有相應(yīng)的條件進(jìn)行導(dǎo)線閉合或附和并平差；（2） “U”形彎較多及導(dǎo)線布置不合理導(dǎo)致部分邊長比超限，如部分導(dǎo)線的邊長比大于1:3，有的甚至達(dá)到了1:8；（3）東翼較新巷道的開拓使用的控制點(diǎn)與西翼老巷道使用的控制點(diǎn)雖是同一坐標(biāo)系統(tǒng)，但測量的時間段不

4、同、使用的儀器不同、測量方式不同、不在同一控制網(wǎng)進(jìn)行平差等，導(dǎo)致控制統(tǒng)一巷道貫通總存在一定差值。2、東西斜坡道導(dǎo)線資料分析（1）西斜坡道于1997年以前二期工程基建時進(jìn)行建設(shè)，該斜坡道有3條支導(dǎo)線，分別是：井口至485中段、485中段至435中段、435中段至385中段，各段導(dǎo)線精度情況如表一：表一 西部無軌斜坡道各段導(dǎo)線精度情況導(dǎo)線名稱導(dǎo)線精度最大相對閉合差往返站數(shù)最大允許閉合差閉合差相對閉合差井口至485中段7級支導(dǎo)線1/600072119681/8800485中段至435中段2671451/8200435中段至385中段1859501/6200（2）東部斜坡道于2006年開口建設(shè)，開始時

5、使用控制點(diǎn)資料來自于2003年的界樁測量的四等控制網(wǎng)，后于2007年改用GPS四等控制網(wǎng)的控制點(diǎn)作為起始資料并重新平差計算；該斜坡道導(dǎo)線分為5段，分別是井口至680中段，680中段至600中段， 600中段至550中段，550中段至485中段，485中段至385中段，各段導(dǎo)線精度情況如表二：表二 東部無軌斜坡道各段導(dǎo)線精度情況導(dǎo)線名稱導(dǎo)線精度最大相對閉合差往返站數(shù)最大允許閉合差閉合差相對閉合差井口至680中段7級支導(dǎo)線1/60002874321/8100680中段至600中段2266561/6800600中段至550中段3886681/7200550中段至485中段該段導(dǎo)線最為復(fù)雜，須經(jīng)此方案

6、實(shí)施過程中進(jìn)行重測485中段至385中段4695821/6200從以上導(dǎo)線的情況來看，各條支導(dǎo)線均符合7級控制網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定。三、施測方案根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際條件、現(xiàn)有導(dǎo)線資料的情況，本次施測方案的重點(diǎn)從以下幾個方面進(jìn)行：1、導(dǎo)線資料重新平差（1）統(tǒng)一起算資料：將使用2007年礦區(qū)GPS控制網(wǎng)的控制點(diǎn)資料作為東西兩邊控制導(dǎo)線的起算資料對原導(dǎo)線進(jìn)行重新計算；（2）檢測、加測：將對東西部分段導(dǎo)線進(jìn)行加測，使其分別形成兩條主干支導(dǎo)線；對部分因巖石情況或其它原因致使控制點(diǎn)不能使用的地方進(jìn)行布點(diǎn)并加測；對原有導(dǎo)線進(jìn)行部分進(jìn)行抽查測量，確定其變化情況；（3）550中段至485中段的這條導(dǎo)線因采掘條件的限制，中間分

7、段較多，加測、重測部分較多，因此應(yīng)加強(qiáng)該段導(dǎo)線的測量工作。2、儀器的選定本次施測方案將選用Leica1202+R400型號的全站儀，其精度為2，（2+2*pp*D）mm；該全站儀在使用前進(jìn)行鑒定；1001工廠生產(chǎn)的Y/JTD-1自動積分式陀螺儀，其精度為5，全站儀測角精度為3。3、井下陀螺邊的選定為保證此次支導(dǎo)線施測達(dá)到要求，在東邊的520、385標(biāo)高處及西邊的680、385標(biāo)高處加測四條陀螺邊，如圖1中的黑方框處，東邊520標(biāo)高及西邊680標(biāo)高加測的陀螺方位邊作為導(dǎo)線方位的檢測條件，而東西邊385標(biāo)高處的陀螺方位作為導(dǎo)線方位附合及改正的條件。    &

8、#160;       圖1  東西邊斜坡道及陀螺位置選定4、相關(guān)精度要求及規(guī)范規(guī)定：（1）導(dǎo)線測量的方式為復(fù)測支導(dǎo)線，達(dá)到7級導(dǎo)線的要求，測回差小于等于7，邊長40-140米，順序推進(jìn)的短長邊邊長比不得大于1:3，方位閉合差為14 ，相對精度為1/6000；（2）由于受巷道傾斜的影響，高程采用三角高程測量，相鄰兩點(diǎn)往返測量高程差互差小于10+0.3dmm（d以百米為單位），高程閉合差小等于±30 mm；（3）陀螺全站儀定向的地面已知邊坐標(biāo)方位中誤差小于等于10，定向邊長度大于30米，同一邊任意兩次獨(dú)立測

9、量陀螺方位角的互差不應(yīng)大于10（5級儀器）。四、陀螺定向方位作為附和方位的論證及注意事項根據(jù)此次方案的特點(diǎn)，在以后實(shí)施的過程中，由于全自動積分式陀螺儀測量的方位將作為整個導(dǎo)線的附和方位，所以，其精度的高低直接影響了整個導(dǎo)線的方位精度，因此，有必要對陀螺儀進(jìn)行充分測試與數(shù)據(jù)分析。（1）陀螺儀測量相關(guān)數(shù)據(jù)：在該陀螺儀投入使用之前，對其進(jìn)行了多次試驗(yàn)，選用地表三條已知邊及井下兩條較高精度已知邊進(jìn)行測試，均進(jìn)行了對向觀測，獲得相關(guān)測量數(shù)據(jù)，如下表三及表四：表三  地表測量數(shù)據(jù)時間邊名已知方位正向測量對向測量對向差（）對向均值（）上午Z02-182211-05-41.3210-56-2330-

10、56-203211-56-22Z02-358255-19-32.3255-10-0075-10-1111255-10-06Z02-DS5269-11-19.4269-02-0089-02-033269-02-02下午Z02-182211-05-41.3210-56-2130-56-254211-56-23Z02-358255-19-32.3255-10-0475-10-128255-10-08Z02-DS5269-11-19.4269-02-0189-02-065269-02-04表四  井下測量數(shù)據(jù)邊名已知方位正向測量對向測量對向差（）對向均值（）I15-I1429-56-2729

11、-47-55209-47-57229-47-56I15-I1229-58-11.829-49-25209-49-27229-49-26（2）子午線收斂角計算公式選擇：根據(jù)工程應(yīng)用上使用的子午線收斂角計算公式有兩種：一種是利用經(jīng)差與維度進(jìn)行，即=*sin；第二種是利用平面直角坐標(biāo)結(jié)合“子午線收斂角系數(shù)表”進(jìn)行計算，兩種方法計算結(jié)果對比如表五： 表五  不同計算公式子午線收斂角對比控制點(diǎn)名稱第一種計算方式第二種計算方式差值Z02-0°91.29-0°91.280.01182-0°98-0°97.940.06358-0°924.0

12、4-0°923.880.06I14-0°94.11-0°94.120.01I15-0°94.38-0°94.40.02I12-0°93.64-0°93.630.01 由表三可知，兩種計算方法的差值相當(dāng)小，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可以忽略不計，由此可知，以上兩種方法可以任意使用。（3）子午線收斂角差值改正：由于地表及井下控制點(diǎn)不在同一鉛垂線上，因此，它們的子午線收斂角總存在一定的差值，根據(jù)陀螺方位與真北方位間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，=地表-井下，將井下陀螺方位計算的真北方位減去即可，通過這項改正之后，表一中的陀-實(shí)的差值如表六。表六 加

13、入子午線收斂角差值改正后的陀螺方位與實(shí)際方位差 上午下午Z02-182Z02-358Z02-DS5Z02-182Z02-358Z02-DS5陀-實(shí)-2.3-3.3-0.4-2.3-2.30.6（4）井下陀螺方向邊坐標(biāo)方位角平均值中誤差的確定：根據(jù)m=± 及m=±m 可計算出此次陀螺儀測試的井下陀螺方向邊坐標(biāo)方位角平均值中誤差，如表七。表七  儀器常數(shù)及精度測定邊名時間已知方位測回值（）儀器常數(shù)常數(shù)均值VVVZ02-182上午211-05-41.3211-56-220-9-19.30-9-19.7-0.40.16Z02-358255-19-32.

14、3255-10-060-9-26.36.643.56Z02-DS5269-11-19.4269-02-020-9-14.4-5.328.09Z02-182下午211-05-41.3211-56-230-9-18.3-1.41.96Z02-358255-19-32.3255-10-080-9-24.34.621.16Z02-DS5269-11-19.4269-02-040-9-15.4-4.318.49113.42所以，儀器常數(shù)一次測定中誤差為：m=± =± =4.8井下陀螺方向邊坐標(biāo)方位角平均值中誤差為：m=±m =±4.8* =4.0其中儀器

15、常數(shù)觀測次數(shù)； 井下定向邊陀螺方向角觀測次數(shù)；V儀器常數(shù)觀測值與平均值之差。綜合以上表格相關(guān)數(shù)據(jù)及GPS測量D級控制網(wǎng)的高精度坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以看出，陀螺儀井下定向精度達(dá)到4，其精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于7級控制網(wǎng)的精度，因此，完全可以使用陀螺儀定向的方位來作為井下7級導(dǎo)線的附和方位。2、陀螺測量需注意的事項：下井前地表需進(jìn)行陀螺邊獨(dú)立測量三次，井下定向獨(dú)立測量三次陀螺方位角，上井后再在已知邊上獨(dú)立測量三次陀螺方位角，這三步工作必須在同兩天內(nèi)完成。五、整個方案實(shí)施過程的注意事項1、由于東西斜坡道均是二期工程的主要運(yùn)輸巷道，因此，導(dǎo)線的加測、抽測必須考慮到巷道的交通運(yùn)輸問題，應(yīng)選擇在交通流量較小的時間段迅速完成測量作業(yè)；2、由于東西斜坡道也是礦山主要的通風(fēng)巷道，其風(fēng)速較大，所以，設(shè)站時應(yīng)使用激光上對點(diǎn)器進(jìn)行激光對中；3、全站儀在使用前必須對儀器進(jìn)行組合校正，保證儀器的左右盤讀數(shù)的差值達(dá)到相關(guān)規(guī)定及要求；4