矿山测量课件矿井联系测量

二、陀螺经纬仪的基本原理
陀螺经纬仪是根据自由陀螺仪(在不受外力作用时，具有 三个自由度的陀螺仪)的原理而制成的。自由陀螺仪具有以下 两个基本特性：
1、定轴性 陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向； 2、 进动性
按《规程》规定，两井定向必须独立进行两次，两次求得 的起始边方位角互差不得超过1′取两次独立定向计算结果的平 均值作为两井定向井下连接导线的最终值。
（三）两井定向实例
第五节 陀螺经纬仪定向
一、概述
陀螺定向是运用陀螺经纬仪直接测定井下未知边的方位角。 它克服了运用几何定向方法进行联系测量时占用井筒时间长、 工作组织复杂等缺点，目前，已广泛应用于矿井联系测量和 控制井下导线方向误差的积累。
图3-1GPS测量数据处理的基本流程
四、地面连测导线的测量
地面有近井点至井口（定向连接点）的连测导线，边数应不超 过3个。
地面连测时，应敷设测角中误差不超过5″或10″的闭合导线或复 测支导线，10″（二级）小三角网作为首级控制的小矿区。 地面连测导线应尽量采用光电测距导线。
图3-2地面连测
第四节 立井几何定向
Δc=c-( c′+H *c/R)
4 、按地面坐标系统计算井下导线各边的方位角及各点的坐标
αA1＝αAB－α′AB= Δ α
若Δ α为负数则应加360°
其他边的方位角为αi=Δα+αi′
式中αi′—该边在假定坐标系中的假定方位角
根据A点的坐标(xA，yA）和计算出的A1边的方位角αA1， 计算出井下导线各点在地面坐标系统中的坐标和方位角;最后算 得垂球B的坐标。
3、井口高程基点的精度要求 井口水准基点的高程精度应满足两相邻井口间进行主要巷道
贯通的要求
井口水准基点的高程测量，应按四等水准测量的精度要求测设。
对于不涉及两井间贯通问题的高程基点的高程精度不受此限制。
测量高程基点的水准路线，可布设成附（闭）合路线、 高程网或水准支线。除水准支线必须往返观测外，其余均可只 进行单程测量。
5、测量和计算的第二个正确性的检验
将井下连接导线按地面坐标系统，由A算出B点的坐标与按 地面连接算得的B点坐标的相对的闭合差符合井下所采用的连 接导线的精度时，则井下连接导线的测量和计算正确，闭合差 按与边长成比例分配（只对井下导线的坐标加以改正） 。
6、两井定向应独立进行两次，其互差不得超过1′
4 、钢丝的下放和自由悬挂的检查
通常采用以下方法 : (1) 信号圈法 (2) 比距法
比距法是采用比较井上、井下两钢丝间的距离的方法进行检查。
若量得的井上、井下两钢丝间的距离互差不大于2mm，便 认为钢丝是自由悬挂的。
(3) 振幅法
振幅法是测定钢丝摆动的半周期，看它是否与计算值相等 。 理论值按下式计算：
′
δ′
δ
γ
α
′
β
γ′
′
（三）一井定向的工作组织
组织要求：精度高、尽量的缩短占用井筒的时间 。
一井定向的工作组织包括：准备工作，地面和定向水平上的 工作以及安全措施等。
三、 两井定向
1.概述
当矿井有两个竖井，且在定向水平有巷道相通、并能进行测量 时，就可采用两井定向。
两井定向是在两个井筒内各用重球悬挂一根钢丝，通过地面和 井下导线将它们连接起来，从而把地面坐标系统中的平面坐标和方 向传递到井下。
等 平 均 仪器 级 边长 要求
/km
精度指 标/mm
ab
图形 强度
观测 时段 个数
时段 长
/min
卫星高 度角限 值/º
D 10~5 单 频 或 10 10 ≤10 ≥2 ≥60 ≥15 双频
E 5~2 单 频 或 10 20 ≤10 ≥2 ≥6
≥15
双频
GPS测量数据处理的基本内容为：观测值的粗加工；预处理； 基线向量解算以及GPS基线向量网与地面网数据的综合处理等。
井下丈量所得的两钢丝间的距离c丈与计算出的距离c计 相差 应不大于4 mm。
若符合上述要求可在丈量的a、b、c以及a′、b′、c′中 加入改正数Va，Vb，Vc及Va′，Ｖb′Ｖc′
③ 将井上、井下连接图形视为一条导线，如D—C—A— B—C′—D′，按照导线的计算方法求出井下起始点C′的 坐标及井下起始边C′D′的方位角
A′
B′ A′
θ
(a)
(b)
B′ B′
θ A′
(c)
图3-3 投点误差与投向误差
图(b) 中 tg BB AA
AB
图(c)中 tg AA BB
AB
设AA′=BB′=e，AB=c，且由于θ很小，则(c)图中的θ
可简化为：
2e
c
总投向误差为： e
c
因此要减少投向误差，必须加大两垂球线间的距离c和减少 投点误差e之值。 减少投点误差的主要措施： 1)尽量 增大两垂球线间的距离，并选择合理的垂球线位置;
3）连接三角形的解算 ① 运用正弦定理，解算出α，β，α′，β′
②检查测量和计算成果 首先，连接三角形的三个内角α、β、γ以及α′、β′、γ′
的和均应为180°。若有少量残差可平均分配到α、β或 α′β′上。(角的检验）
其次，井上丈量所得的两钢丝间的距离c丈与按余弦定理计算 出的距离c计相差应不大于2mm；
利用GPS卫星定位测量测设近井点时，近井点应埋设在 视野开阔处，点周围视场内不应有地面倾角大于10º的成片障 碍物。同时应避开高压输电线、变电站等设施，其最近不得 小于200m。
测量可采用静态定位法。静态定位能够通过大量的重复观测来 提高定位精度。GPS测量必须按1992年我国测绘局发布的《全球定 位系统（GPS）测量规范》进行。在《规范》将GPS网点划分为A、 B、C、D、E五个等级。其中D级和E级分别相当于常规测量的国家 三等点和四等点，近井点测设可采用上述等级。有关技术标准见下 表
导线可采用一级或二级导线
2)井下连接测量
在定向水平上，连接两垂球线，测设经纬仪导线A′——1—— 2——3——4——B′
导线可以采用7″或15″基本控制导线。 (二、)两井定向的内业计算
图3-6 两井定向的井上下连接 1 、根据地面连接测量的成果，计算两垂球连线的方位角及长度
按照导线的计算方法，计算出地面两钢丝点A、B的坐标(xＡ，yＡ)、 （xＢ，yＢ）；
用三角高程测量时应采用精度不低于J2级的经纬仪测量垂直 角，用测距精度为Ⅱ级的光电测距仪测量边长。
三、利用全球定位系统（GPS）测设近井点
利用全球定位系统进行定位测量的技术和方法称全球定位 系统测量，即导航卫星测时和测距的简称，通常简写为GPS。 在大地测量、工程测量、地籍测量、航空摄影测量等领域显示 出良好的应用潜力和效益。
二、联系测量的目的和任务
1、联系测量的目的：使地面和井下测量控制网采用同一坐标系统。 2、 联系测量的任务：
（1）井下经纬仪导线起算边的坐标方位角；
（2）确定井下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y；
（3）确定井下水准基点的高程H。
第二节 矿井定向的种类与要求
矿井定向概括来说分为两类： 通过斜井或平峒
连接测量的方法很多，这里仅以连接三角形法为例 予以介绍。
Hale Waihona Puke 图3-4连接三角形示意图1）.连接三角形应满足的条件
图中三角形ABC和ABC′称为连接三角形。为了提高定向的 精度，在选择井上、井下连接点C、C′时，应使连接三角形 △ABC和△ABC′满足以下三个条件：
（1）点C与D及点C′与D′要彼此通视，且CD与C′D′ 的边长要大于20m；
几何定向
一井定向
定向
两井定向
物理定向
磁性定向 投向仪定向 陀螺定向
第三节 地面近井点、井口水准基点 及井下定向基点的测设
一、近井点和井口水准基点的设置要求
1）尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点; 2）每个井口附近应设置一个近井点和两个水准基点； 3）近井点至井口的连测导线边数应不超过三个；
两井定向的外业测量与一井定向类似，也包括投点、地面和井 下连接测量，
图3-5两井定向的示意图
由于两井定向时，两根钢丝间不能直接通视，而是通过导线 连接起来的，因此，在连接测量时必须测出井上、井下导线各边 的边长及其连接水平角；同时在内业计算时必须采用假定坐标系。
由于两井定向时，两垂球线之间距离增加，因而减少了投向误 差，这是两井定向的优点。
（一）投点 1、投点的方法
由地面向定向水平投点，简称投点
单重稳定投点〈0.4mm
采用垂球线单重投点法
单重摆动投点
2、投点误差与投向误差
由地面向定向水平投点时，由于井筒内气流、滴水等影 响，使得垂球线在地面上的位置投到定向水平后会发生偏离， 这种偏离称为投点误差。
由投点误差引起的垂球线连线的方向误差，称为投向误差。
2)定向时最好减少风机运转或增设风门，以减少风速
3)采用高强度、小直径的钢丝，适当加大垂球重量， 并将垂球浸入到稳定液中; 4)减少滴水对垂球线及垂球的影响。
3、单重稳定投点 单重稳定投点是假定垂球线在井筒内处于铅垂位置
而静止不动，所进行的投点。
单重稳定投点设备和安装系统如下图所示：
图3-4稳定投点的设备和安装
（一）两井定向的外业测量工作
1、投点 两个井筒中各悬挂一根垂球线A和B，投点设备和方法同一井定向。
采用单重稳定投点法
2、连接
1）地面连接测量
地面连接测量的目的是测定两个垂球线A、B的平面坐标，由坐 标算出两垂球线的方位角。
从近井点分别向两垂球线A、B测设导线。连接导线敷设时， 应使其具有最短的长度并尽可能沿两垂球线连线的方向延伸，这 样可以减少量边误差对连线方向产生的影响。
由于稳定液的阻尼作用，实测的半周期应大于计算值。若小 于计算值，可将实测的半周期代入上式，计算出钢丝自由悬挂的 长度，以便估计接触点的位置； (4)井筒条件允许时，可以乘罐笼或吊桶直接检查钢丝的悬挂。