陀螺定向技术在矿井工作面贯通测量中的应用

分析矿井生产中陀螺定向测量的应用及精度摘要：基于井下定向测量对生产安全及效率的重要性，在简单介绍陀螺定向测量的基础上，结合矿井实例，对陀螺定向测量实际应用及测量成果精度进行深入分析，最后得出陀螺定向测量精度高，测量可靠的结论。

关键词：矿井生产；陀螺定向测量；测量精度矿井井下生产对现场观测与定向有着极高的要求，定向测量精度直接影响实际生产效率，如果精度较差，则必定会降低效率，造成不必要的损失。

因此，应在重视定向测量的基础上，通过新技术和新设备的引入来提高定向测量水平，如采用陀螺经纬仪就是很好的选择。

1陀螺定向测量概述目前，我国与许多国家均研制出充分结合经纬仪与陀螺仪的测量仪器，称为陀螺经纬仪，主要用于完成定向测量。

对于这种新型测量仪器，其作用原理为：借助吊丝进行悬吊，重心下移的陀螺敏感地球自转角速度的水平方向分量，受到重力的作用后，产生一定向北端发生进动的力矩，促使主轴开始围绕子午面发生往复运动，此时利用传感器接收运动光信号，并将其转换成仪器可识别的电信号，传输至控制器实施分析解算。

之后由经纬仪对被测对应方位角进行显示与读取，也可在数据传输接口支持下向终端设备传输数据[1]。

本矿井因建设过程中采用几何定向方法得到定向精度相对较低，同时现已受到一定程度的干扰及破坏，使得可靠性降低，导致井下的无论是控制导线，还是长距离掘进，均需精度达到较高水平的方向控制。

近年来，我国矿山测量人员在积极总结传统几何定向方法不足与弊端的基础上，陆续开始借助陀螺经纬仪完成定向测量任务，以求解决传统方法占用井筒产生的长时间停产、需要消耗大量资源等问题，并克服定向精度伴随井筒深度不断增加而明显降低等不足，确保工作效率及定向成果的精度都能得到大幅提升。

基于此，从本矿井角度讲，为充分满足实际施工提出的各种要求，使首级控制导线始终保证较高的精度，经研究决定在井下方向测量工作中选用新型陀螺经纬仪取代传统的几何定向方法，以此对起始方位角等重要测量成果进行确定与校核。

陀螺定向在大型贯通测量中的应用测绘工程2008-1班吴相石07082950摘要：详述了陀螺定向在大型贯通测量中的应用，介绍了利用GPS和陀螺定向技术顺利完成晋华宫矿810皮带大巷的贯通测量任务，同时完成地面和井下测量资料的更新的情况，为今后的测量工作打下了坚实的基础,并总结了煤矿测量的成功经验。

关键词：GPS 定位陀螺定向应用1工程概况晋华宫矿810 水平皮带大巷贯穿于2#~7# 层煤3仓（现用）和3# 层至810 煤仓（待掘）之间，全岩巷道沿腰线掘进，巷道全长3 016 m ，其中10°斜井长666 m ，0.3 % 大巷2 350 m 。

该皮带巷由南北两翼开口，相向掘进，于2001 年1 月开工，2003年7 月23 日贯通,共历时31 个月,总贯距6 188m 。

该皮带巷将担负晋华宫矿河北部7#，8#，11# 和12# 4 组煤层近1.2 亿t工业储量的生产运输任务，810 水平皮带大巷的准确贯通对晋华宫矿的安全生产有着十分重要的意义。

810 水平皮带大巷的贯通测量工作，具有水平角观测精度要求高、高程控制工作量大的特点，是较典型的一井内岩石大巷贯通测量工程。

依据《煤矿测量规程》的规定，特对该项贯通工程做出贯通误差预计。

根据生产和施工的要求，贯通相遇点在水平重要方向的允许偏差为0.3m，在高程方向上的允许偏差为0.2m.2贯通测量方案的选择2.1地面三角点的检查和复测方案的选择在贯通测量准备阶段，我们应用GPS定位技术对水泉、兴旺庄、张士窑: 点进行了检查和复测。

建立地面高精度的控制网和井下联系测量，为确保工程的准确贯通，在井下北部和南部用陀螺经纬仪加测两条陀螺定向边，保证了810水平大巷的顺利贯通。

2.2井下测量方案的选择2.2.1 井下定向测量方案该项工作具有贯通距离长、贯通精度要求高的特点。

为保证工程的准确贯通，晋华宫矿地质科经与地质处研究决定，在井下导线边上加测陀螺方位角。

1 引言随着电子技术、通信技术以及光机技术的快速发展，测量仪器的生产和制造工艺也在不断提高，陀螺经纬仪作为一种矿山测量中常见的仪器，对于矿山作业的效率有着至关重要的影响。

2 陀螺经纬仪的特性和工作原理陀螺经纬仪是利用陀螺马达高速旋转时的定轴性和进动性，配合地球本身自转的作用，从而实现方向的确定。

在地球上南北纬度75°内的范围，能够不受地形、天气、地磁场的影响，不管白天还是晚上都能够快速准确地确定正北方向。

由于陀螺经纬仪优秀的系统原理、高度的精密性、广泛的应对能力，使其在矿山测量工作中占有重要的地位，为定向测量以及矿山贯通测量、联系测量等大型测量提供了帮助。

通常根据测角中的误差来区分井下导线的等级，基本的控制导线有7″和15″两种。

当陀螺定向一次启动误差在正负7″区间内的陀螺经纬仪，一般采用附合导线或闭合导线终端的定向测量方法，有时候也会采用起始边定向的测量方法，分为一井和两井的井下起始边定向测量。

陀螺经纬仪能够有效降低过去几何测量定向工作中的人力、物力、财力的消耗，节约了时间，降低了成本，提高了生产效率和企业效益，并且由于陀螺经纬仪能够应对各种不同的天气、地形，提高了在极端恶劣条件下定向测量工作的准确性以及井下平面工作时的测量精度。

陀螺经纬仪能够在井下进行精确的水平方向的定向测量，随着控制导线的测量和不断地提高准确度，同时校检控制导线测量中的误差，完成矿山的定向测量以及大型工程的贯通。

3 陀螺经纬仪定向在矿山贯通测量中的应用矿山测量中经常会要求某个巷道按照设计与另一条指定的巷道贯通连接，就是常说的巷道的贯通。

通常在进行贯通作业时，会同时开展多项挖掘工作，进而提高作业效率。

与此同时，为了能够让挖掘工作顺利进行，确保不同的工作小队能够按照计划准确进行掘进，必须进行预定方向的测量，这就是贯通测量。

贯通测量有利于确保工作的顺利进行，加快施工进度，改善工作环境，确保矿山开采和挖掘在正确的方向上进行。

测绘技术M apping technology 陀螺经纬仪定向在矿井贯通联系测量中的实践尹东红（甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃　兰州　７３００５０）摘 要：矿井作业是很多行业工作的主要方式，与传统的工作模式相比，这种工作模式的风险性比较大，一旦疏忽了不稳定因素，可能就会造成安全事故，不仅影响工作的推进，也会给企业和行业造成巨大的负面影响，陀螺经纬仪在矿井工作中的应用较为广泛，尤其是在联系测量工作中。

但是结合陀螺经纬仪的实际应用情况来看，在技术和管理层面上还存在很多有待完善的地方。

本文结合陀螺经纬仪在矿井贯通联系测量中的实际应用，进行了相关的研究和分析。

关键词：陀螺经纬仪；定向；实践中图分类号：ＴＤ１７５．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１３－００１５－２Practice of Gyro Theodolite Orientation in Mine Connection SurveyYIN Dong-hong（Ｔｈｉｒｄ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇａｎｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｏｓｏｕｒｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｍｉｎｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｗｏｒｋ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．　Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｗｏｒｋ，　ｔｈｉｓ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｗｏｒｋ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｒｉｓｋｙ．　Ｏｎｃｅ　ｔｈｅ　ｕｎｓｔａｂｌｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｒｅ　ｎｅｇｌｅｃｔｅｄ，　ｉｔ　ｍａｙ　ｃａｕｓｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．　Ｉｔ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｗｏｒｋ，　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｈａｓ　ａ　ｈｕｇｅ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ａｎｄ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．　Ｔｈｅ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｍｉｎｅ　ｗｏｒｋ，　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｉｎ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｓｕｒｖｅｙ．　Ｈｏｗｅｖｅｒ，　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｙｒｏ　ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ，　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｓｔｉｌｌ　ｍａｎｙ　ａｒｅａｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｙｒｏ　ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ　ｉｎ　ｍｉｎｅ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Keywords: ｇｙｒｏ　ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ；　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ；　ｐｒａｃｔｉｃｅ矿井施工不同于其他类型的施工工作，一方面工作内容较为复杂，另一方面也存在巨大的风险性，对于矿井生产行业来说是一个严峻的挑战，尤其是对于行业的管理层来说。

陀螺经纬仪定向在矿山测量中的应用应红立（中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116）摘要：简要介绍了陀螺经纬仪的定向原理，并进行了陀螺经纬仪定向精度分析；同时介绍了矿山测量的相关概念和主要任务及其作用；最后阐述了陀螺经纬仪的定向测量及其在矿山测量中的具体应用。

关键词：陀螺定向陀螺经纬仪误差分析矿山测量Abstract：This paper briefly describes the directional gyroscope principle，and carried out Gyroscope Orientation Accuracy Analysis；also introduced concepts related to mine surveying and main tasks and role；finally elaborated directional gyroscope measurement and its application in the measurement of the specific mine application.Keyword：Gyroscopic Orientation Gyrotheodolite error analysis Mine Surveying0前言陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪结合在一起用作定向的仪器，目前在矿山、建筑、测绘、铁道、森林、军事等部门得到了广泛的应用[1]。

经纬在使用时陀螺仪不受时间和环境的限制，同时观测简单方便、效率高，而且能保证较高的定向精度，所以是一种先进的定向仪器。

单就矿山测量而言，它可以完全取代国内矿山测量沿用了数百年之久的几何定向法，克服了几何定向法要占用井筒而造成的耗费大量人力、物力和时间的缺点[2]，是一种省力省工省时先进定向仪器的，因此在矿山测量中应用广泛。

1陀螺经纬仪概述陀螺经纬仪利用高速旋转的陀螺马达本身的动力学特性(定轴性、进动性)和地球自转的影响，来达到寻北的目的，它可以在地球南北经纬度75°范围内，不受地形、气候及外界磁场的影响，无论白天或夜间，都能快速地测出站点的真北来。

陀螺全站仪在矿井定向测量中的应用摘要：本文介绍陀螺全站仪在矿井定向测量中的应用，简述陀螺全站仪定向过程及计算方法，结合工程实例分析陀螺定向的实际精度，为今后的测量工作提供一些经验和建议。

关键词：陀螺全站仪；矿井定向；应用一、前言鞍钢某大型露天矿山开采到－175米水平后改为井下开采。

露天转井下开采工程共有9条竖井，三条斜坡道，9个水平。

井筒最深820米，最浅420米。

除两条主井外各条竖井及东、西斜坡道在－123米水平、－213米水平、－303米水平、－321米水平相向贯通；主斜坡道从地表＋120水平向下与－123米水平及东、西斜坡道贯通；两条主井与副井在－567米水平、－633米水平、－695米水平单向贯通。

相向贯通巷道最长距离为3600米，最短距离为600米。

贯通面达60余个，超过2000米的贯通面有4条，超过1000米的贯通面有6条。

该工程前期已完成九条竖井的掘凿与混凝土衬砌工作，后续工程由三个工程队承担巷道施工任务。

我单位承担全部工程的控制测量任务。

为满足竖井定向的精度，我单位购买了一台索佳GP2X全站式陀螺仪。

该仪器由日本索佳公司生产，它结合GP2悬挂式陀螺仪、SET2X全站仪和全站仪内置的处理软件，陀螺仪工作时其摆会绕地球子午线摆动，通过GP2目镜对摆动的观察，并利用全站仪以水平角方式测定出摆幅或测定摆动的时间周期，然后依此计算出摆动中心的陀螺方位角。

相对于传统的陀螺仪，索佳全站式陀螺仪GP2X是由GP2陀螺仪和SET2X全站仪组合而成的用于测定真北方向的测量系统，并在全站仪中内置了逆转点法和中天法两种测量程序，结合GP2陀螺仪、SET2X全站仪和专用处理软件，SET2X全站仪可在观测完成后计算出真北方向，且计算出的真北方向可以很方便地设置到SET2X全站仪水平度盘上。

陀螺全站仪定向精度为±20″；测角精度为±2″。

竖井联系测量采用陀螺全站仪进行定向测量，采用钢丝投点法进行坐标传递测量。

陀螺全站仪在煤矿井下控制测量中的应用摘要：概述陀螺仪原理，叙述陀螺全站仪定向的作业流程和操作方法，通过应用实例对比在导线平差计算时使用陀螺定向边和不使用陀螺定向边的平差成果精度及高精度贯通的实例，论证了使用陀螺全站仪加测适量陀螺定向边能显著提高复杂导线测量精度，为地下工程提供高精度贯通施工的技术保障。

关键词：陀螺仪原理；定向作业流程；定向操作方法；成果精度1 概述陀螺仪是应用高速旋转物体的定轴性和进动性制作的角运动检测装置，主要由陀螺转子、内外框架、力矩马达、信号传感器、电源等部分组成。

陀螺本体在装置内用丝线悬挂使其旋转轴处于水平，当它的陀螺旋转轴以水平轴旋转时，由于地球的旋转而受到铅直方向的旋转力，陀螺的旋转体在水平面内的以真北方向为中心产生缓慢的岁差运动，其旋转轴的方向可通装置外的目镜进行观测，陀螺指针的振动中心方向指向真北。

陀螺全站仪是将陀螺仪和全站仪通过连接构件结合在一起的精密仪器，它不受作业时间和环境的限制，观测较方便，能获得较高的定向精度，被应用于线型复杂、长度大、观测条件差但精度要求高的公路和铁道隧道、矿井、人防工程等的定向测量。

图1 索佳陀螺全站仪GP-1照片2 陀螺全站仪定向的作业流程1．测定仪器常数由于陀螺仪轴衰减微弱的摆动系数f保持不变，故摆动的平均位置可假定为陀螺仪轴的稳定位置。

受制造工艺限制，陀螺仪轴与观测目镜分划板零线对应的光轴及全站仪望远镜轴不能精确的位于同一竖直面中，故假定的陀螺仪轴的稳定位置（陀螺方位角αT）不能精确的与地理子午线A重合，二者的夹角即为仪器常数。

若假定的陀螺仪轴稳定位置位于地理子午线东边，则仪器常数为正，反之则为负。

测定仪器常数的实质是测定已知高等级边的陀螺方位角，计算其与该边的地理方位角的差值△，△=A -αT地。

在下井定向前，在已知高等级边上测定仪器应进行不少于3次，每次测量后要停止陀螺仪运转10至15分钟，且全站仪度盘位置应变换60度左右，须满足各次测量值的互差均小于2倍仪器标称误差。

陀螺定向在矿山测量中的应用摘要：为提高我矿定向测量的精度，提高工作效率，使用陀螺经纬仪定向取代几何定向测量是非常必要的，本文结合我矿实际情况，阐述了陀螺经纬仪在矿山测量中的应用。

关键词：矿山测量，陀螺经纬仪，定向测量一、引言：定向测量是矿山测量中的重要工作内容之一。

某矿是有着七十年产金的老矿山，现在有主竖进四条，盲井三条，均为竖井开拓，水平中段段高35-50米，定向测量工作十分繁重。

陀螺经纬仪是一种全天候，不依赖其他条件能够测定真北方位的物理定向仪器。

我矿自1995年开始使用陀螺经纬仪（徐州JT15）进行陀螺定向测量，先后在水平巷道贯通、任意水平巷道开凿，竖井联系测量及垂直贯通测量等重要定向测量工作中取得较好成果，并在定向观测方法，数据计算处理，定向观测程序等方面，进行了实验和研究，为矿山定向测量工作开创了新方向，迈出了新的步伐。

下面就陀螺定向在矿山测量中的应用和体会做一下介绍：二、陀螺定向实际应用情况1、在主要运输巷道贯通测量中的应用：我矿现投产主要坑口有二、三、四号坑口，出于探矿及安全考虑，矿部决定将主力坑口在二中段实行贯通，二号至三号坑口贯通距离500米，为早日实现贯通决定由两个坑口同时从东西相向施工，二号坑西部巷道全长1800米，因早期控制点没能保存好，整条巷道内仅剩余1700米处一个可靠控制点，如果按常规测量方法，需要联测到地面控制网或从一中段传递坐标下来，而且需要补测1700导线，这无形中给测量工作增加了很大的工作量并影响贯通时间，为解决这一问题，我们采用了先进的陀螺经纬仪进行了定向测量。

使用仪器：JT15定向时间：2001年11月10日定向精度：待定边坐标方位角中误差为±11.0秒实际贯通情况：贯通中心点位允许偏差为±0.5米，实际偏差为±0.15米，由此证明陀螺定向测量完全满足了贯通工程的要求，这也是我们首次对主要运输巷道施行陀螺定向贯通取得成功。

2、在任意水平开凿巷道的陀螺定向(1)水平中段调车场开凿时的陀螺定向由于我矿坑口多，又都是竖井开拓，水平中段就更多，目前，我矿四号坑主井已达十九中，二、三坑主井、盲井也累计十九个中段，水平中段调车场开凿时的定向测量，以往均为罗盘仪定向，其定向精度低且不说，有时受条件影响还会发生很大粗差，施工方向偏离设计方向较大，准确标定水平中段调车场的施工方向，一直是个难题，使用陀螺定向便很容易的解决了这一难题，采用粗定向法（两个逆转点法或四分之一周期法），测出近似真北方向，以此施工方向，是即快又准的好方法，观测时间20分钟即可完成。

全站型陀螺定向在矿山竖井测量中的应用发布时间：2022-10-18T06:41:01.813Z 来源：《福光技术》2022年21期作者：于技东[导读] 科技的发展为我国矿山行业发展创造了更多有利条件，矿山测量工作重要性也逐渐彰显。

从矿山竖井测量角度来说，陀螺全站仪应有优势极为明显。

在实践测量中，工作人员要提升对陀螺全站仪应用重视程度，明确其操作技术和应用环境，避免最终测量精度受到影响。

于技东中国黄金集团夹皮沟矿业有限公司吉林省吉林市 132411摘要：科技的发展为我国矿山行业发展创造了更多有利条件，矿山测量工作重要性也逐渐彰显。

从矿山竖井测量角度来说，陀螺全站仪应有优势极为明显。

在实践测量中，工作人员要提升对陀螺全站仪应用重视程度，明确其操作技术和应用环境，避免最终测量精度受到影响。

关键词：全站型；陀螺仪；矿山竖井测量引言全站型陀螺仪自身优势明显，能够在隐蔽地区开展大地方位角测量工作，促使其在矿山测量方面得到充分应用。

对于具体的矿山竖井测量任务，全站型陀螺仪能够明确竖井下方基边间坐标方位角，所得到的测量精度要比传统测量手段高出很多。

尤其是在大型贯通工程测量领域，该测量模式贯通精度能够得到充分保证。

1.全站型陀螺仪工作原理全站型陀螺仪测量结果的精确度较高，主要是以无机械位移的陀螺装置应用为主。

在北方向测定方面，受重心影响，陀螺旋转轴应处于水平状态。

当陀螺仪处于高速旋转状态时，受惯性作用影响，总是想要保持在中间位置附近，如果陀螺旋转轴向北偏移，证明其转轴水平情况出现变化，并产生相应的重力矩，随即围绕竖轴产生一系列动作反应。

除此，借助于主辅控制功能，全站型陀螺仪能够完成向北绕转操作，明确正北方向所在。

如果在测量中存在偏差，系统能够通过高精度测定，将偏差在屏幕中显示出来，便于后续偏差修复工作的开展。

2.陀螺仪的定向方法受地球自转影响，陀螺仪在应用时，真北方向会处于往返摆动状态，该过程隶属于阻尼运动范畴，最终的稳定位置对应着真北方向。