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1、第三章 礦井聯(lián)系測量,第一節(jié) 作用和任務(wù) 將礦區(qū)地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)傳遞到井下的測量,稱為聯(lián)系測量。將地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到井下的測量稱平面聯(lián)系測量,簡稱定向。將地面高程系統(tǒng)傳遞到井下的測量稱高程聯(lián)系測量,簡稱導(dǎo)入高程。礦井聯(lián)系測量的目的是使地面和井下測量控制網(wǎng)采用同一坐標(biāo)系統(tǒng)。其必要性在于:,(1)需要確定地面建筑物、鐵路和河湖等與井下采礦巷道之間的相對位置關(guān)系。 (2) 需要確定相鄰礦井的各巷道間及巷道與老塘(采空區(qū))間的相互關(guān)系,正確地劃定兩相鄰礦井間的隔離礦柱。 (3) 為解決很多重大工程問題,如井筒的貫通或相鄰礦井間各種巷道的貫通,以及由地面向井下指定地點開鑿小井或打鉆孔等等,
2、地面塌陷和井下采礦,聯(lián)系測量的任務(wù)在于確定: (1) 井下經(jīng)緯儀導(dǎo)線起算邊的坐標(biāo)方位角; (2) 井下經(jīng)緯儀導(dǎo)線起算點的平面坐標(biāo)x和y; (3) 井下水準(zhǔn)基點的高程H。,第二節(jié) 礦井定向的種類與要求,礦井定向概括說來可分為兩大類:一類是從幾何原理出發(fā)的幾何定向;另一類則是以物理特性為基礎(chǔ)的物理定向。 幾何定向分為: (1)通過平硐或斜井的幾何定向; (2)通過一個立井的幾何定向; (一井定向); (3)通過兩個立井的幾何定向(兩井定向)。 物理定向分為: (1) 用精密磁性儀器定向; (2) 用投向儀定向; (3) 用陀螺經(jīng)緯儀定向。,規(guī)程規(guī)定的聯(lián)系測量的主要精度要求見表3-1。,表3-1 聯(lián)
3、系測量的主要限差,規(guī)程中幾何定向的限差,是根據(jù)當(dāng)時制定規(guī)程時各礦的實際定向精度規(guī)定的。根據(jù)一些局礦的統(tǒng)計資料,求得兩次獨立定向平均值的中誤差M0和兩次獨立定向的容許互差列于表3-2。 表3-2 實際定向精度與規(guī)程限差對比,第三節(jié) 地面近井點、井口水準(zhǔn)基點及井下定向基點測設(shè),1.礦區(qū)控制測量簡介 礦區(qū)基本控制網(wǎng)是指為滿足礦山生產(chǎn)和建設(shè)對空間位置的精確需要而設(shè)立的平面和高程控制網(wǎng),也稱近井網(wǎng)。 其目的是將整個礦區(qū)或礦山納入統(tǒng)一的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)之中。 它可以是國家等級控制網(wǎng)的一部分,也可以根據(jù)需要單獨布設(shè)。,布設(shè)要求,一個礦區(qū)應(yīng)采用統(tǒng)一的坐標(biāo)和高程系統(tǒng)。為了便于成果、成圖的相互利用,應(yīng)盡可能
4、采用國家3帶高斯平面坐標(biāo)系統(tǒng)。在特殊情況下,可采用任意中央子午線或礦區(qū)平均高程面的礦區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)。礦區(qū)面積小于50Km2且無發(fā)展可能時,可采用獨立坐標(biāo)系統(tǒng)。 礦區(qū)高程盡可能采用1985國家高程基準(zhǔn),當(dāng)無此條件時,方可采用假定高程系統(tǒng)。,礦區(qū)地面平面控制網(wǎng)可采用三角網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng),GPS定位等布網(wǎng)方法建立。礦區(qū)首級平面控制網(wǎng)必須考慮礦區(qū)遠(yuǎn)景發(fā)展的需要。一般在國家一、二等平面控制網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè),其等級依礦區(qū)井田大小及貫通距離和精度要求確定。,礦區(qū)地面高程首級控制網(wǎng),一般應(yīng)采用水準(zhǔn)測量方法建立,其布設(shè)范圍和等級選擇依據(jù)礦區(qū)長度來確定。礦區(qū)地面高程首級控制網(wǎng)宜布設(shè)成環(huán)形網(wǎng),加密時宜布設(shè)成附合路線和結(jié)點
5、網(wǎng),只有在山區(qū)和丘陵地帶,才允許布設(shè)成水準(zhǔn)支線。各等水準(zhǔn)網(wǎng)中最弱點的高程中誤差(相對于起算點)不得大于2cm。,2.近井點和井口高程基點的概念及其作用,在礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中,須按設(shè)計和工程要求進(jìn)行各種采礦工程測量,如:井口位置、十字中線點和工業(yè)廣場建筑物的標(biāo)定,井筒掘砌和提升設(shè)備安裝時的測量,建立地表移動和建(構(gòu))筑物變形觀測站,工業(yè)廣場平面圖的測繪,井下基本控制導(dǎo)線的施測以及井口之間井巷貫通。,所有這些采礦工程測量都必須依據(jù)建立在井口附近的平面控制點和高程控制點來進(jìn)行。在礦山工程測量中稱這類控制點為近井點和井口高程基點。近井點和井口高程基點是礦山測量的基準(zhǔn)點。,礦區(qū)近井點布設(shè)要求,近井點可
6、在礦區(qū)三、四等三角網(wǎng)、測邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)的基礎(chǔ)上,用插網(wǎng)、插點、敷設(shè)經(jīng)緯儀導(dǎo)線(鋼尺量距或光電測距)或GPS定位等方法測設(shè)。 近井點的精度,對于測設(shè)它的起算點來說,其點位中誤差不得超過7cm,后視邊方位角中誤差不得超過10。近井網(wǎng)的布設(shè)方案可參照礦區(qū)平面控制網(wǎng)的布設(shè)規(guī)格和精度要求來測設(shè)。,井口高程基點的高程精度應(yīng)滿足兩相鄰井口間進(jìn)行主要巷道貫通的要求。由于兩井口間進(jìn)行主要巷道貫通時,在高程上的允許偏差mz允=0.2m,則其中誤差0.1m,一般要求兩井口水準(zhǔn)基點相對的高程中誤差引起貫通點K在Z軸方向的偏差中誤差應(yīng)不超過 mZ/3=0.03m。,所以井口高程基點的高程測量,應(yīng)按四等水準(zhǔn)測量的精度要求測
7、設(shè)。在丘陵和山區(qū)難以布設(shè)水準(zhǔn)路線時,可用三角高程測量方法測定,但應(yīng)使高程中誤差不超過3cm,對于不涉及兩井間貫通問題的高程基點的高程精度不受此限。,近井點和井口水準(zhǔn)基點是礦山測量的基準(zhǔn)點。在建立近井點和井口水準(zhǔn)基點時,應(yīng)滿足下列要求: (1) 盡可能埋設(shè)在便于觀測、保存和不受開采影響的地點。當(dāng)近井點必須設(shè)于井口 附近工業(yè)廠房頂上時,應(yīng)保證觀測時不受機(jī)械震動影響和便于向井口敷設(shè)導(dǎo)線; (2) 每個井口附近應(yīng)設(shè)置一個近井點和兩個水準(zhǔn)基點; (3) 近井點至井口的連測導(dǎo)線邊數(shù)應(yīng)不超過三個; ,(4) 多井口礦井的近井點應(yīng)統(tǒng)一合理布置,盡可能使相鄰井口的近井點構(gòu)成三角網(wǎng)中的一個邊,或力求間隔的邊數(shù)最少
8、; (5) 近井點和井口水準(zhǔn)基點標(biāo)石的埋設(shè)深度,在無凍土地區(qū)應(yīng)不小于0.6m,在凍土地區(qū)盤石頂面與凍結(jié)線之間的高度應(yīng)不小于0.3m; (6) 為使近井點和井口水準(zhǔn)基點免受損壞,在點的周圍宜設(shè)置保護(hù)樁和柵欄或刺網(wǎng)。在標(biāo)石上方宜堆放高度不小于0.5m的碎石。,第四節(jié) 立井幾何定向,一、概述 在立井中懸掛鋼絲垂線由地面向井下傳遞平面坐標(biāo)和方向的測量工作稱為立井幾何定向。幾何定向分一井定向和兩井定向。 立井幾何定向方法: 可把立井幾何定向工作分為兩部分:由地面向定向水平投點(簡稱投點);在地面和定向水平上與垂球線連接(簡稱連接) 。,二、一井定向方法 在一個井筒中掛兩根鋼絲,將,x,y傳到井下 方法:
9、連接三角形法,四邊形法,瞄直法 (一) 投點 在井筒內(nèi)掛兩根垂球線。,多重,單重,穩(wěn)定:水桶內(nèi),靜止不變,井深小,擺幅小,擺動:井深,風(fēng)大,擺幅大,自由擺動,投點,投點誤差:風(fēng)流、滴水等影響,鋼絲地面井下投影不重合,線量偏差 投向誤差:由投點誤差所引起的垂球線連線的方向誤差,a,A,B,b,a,A,b,B,B,A,a,b,c,c,c,e,=e/c e=1mm,c=3m時, =e/c=68.8 規(guī)程規(guī)定,兩井兩次獨立定向之差小于2,則 一次定向中誤差不大小42,投向誤差小于30 當(dāng)c=2,3,4m時,e= c/=0.3,0.45,0.6mm 減小投點誤差措施: 1)增大c 2)減少馬頭門處風(fēng)流
10、3)小直徑,高強度綱絲,加大錘重,浸入液體中 4)減小滴水影響,擋水,桶蓋,與e成正比,與c成反比,1.單重穩(wěn)定投點 單重穩(wěn)定投點是假定垂球線在井筒內(nèi)處于鉛垂位置而靜止不動。當(dāng)井筒不深、滴水不大、井筒內(nèi)氣流緩慢、垂球線擺動很小、其擺幅一般不超過0.4mm時被采用。 纏繞鋼絲的手搖絞車固定在出車平臺上,鋼絲通過安裝在井架橫梁上的導(dǎo)向滑輪、自定點板的缺口掛下,定點板固定在一專用的木架上,用以穩(wěn)住垂線懸掛點的平面位置,使其不受井架震動的影響。在鋼絲下端掛上垂球,并將它放在盛有穩(wěn)定液的水桶中。,投點所需主要設(shè)備的要求如下: (1) 垂球:以對稱砝碼式的垂球為好,每個圓盤重量最好為10kg或20kg。當(dāng)
11、井深小于100m時,采用3050 kg的垂球,當(dāng)超過100m時,則宜采用50100kg的垂 球; (2) 鋼絲:應(yīng)采用直徑為0.52mm的高強度的優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼絲。鋼絲上懸掛的重錘 重量應(yīng)為鋼絲極限強度的60%70%; (3) 手搖絞車:絞車各部件的強度應(yīng)能承受三倍投點時的荷重,絞車應(yīng)設(shè)有雙閘; (4) 導(dǎo)向滑輪:直徑不得小于150 mm,輪緣做成銳角形的繩槽以防止鋼絲脫落,最 好采用滾珠軸承; (5) 定點板:用鐵片制成,定向時也可不用定點板; (6) 小垂球:在提放鋼絲時用,其形狀成圓柱形或普通垂球之形狀均可; (7) 大水桶:用以穩(wěn)定垂球線,一般可采用廢汽油桶,水桶上應(yīng)加蓋。,2.鋼絲下
12、放及自由懸掛的檢查 下放方法:緩慢下放,穩(wěn)定,閘,掛大錘球,伸長量 自由懸掛檢查: 信號圈法 比距法 直接檢查,3.單重擺動投點 觀測重球線擺動,找出其靜止位置,然后固定,連接觀測。 二根標(biāo)尺,經(jīng)緯儀 定點盤 大頭針,小釘?shù)?(二) 連接 由于不能在垂球線A、B點安設(shè)儀器,故選定井上下的連接點C與C,從而在井上下形成了以AB為公用邊的ABC和ABC,一般把這樣的三角形稱為連接三角形。從下圖井上下連接三角形的平面投影可看出,當(dāng)已知D點坐標(biāo)及DE邊的方位角和地面三角形各內(nèi)角及邊長時,便可按導(dǎo)線測量計算法,算出A、B在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)及其連線方位角。同樣,已知A、B的坐標(biāo)及其連線的方位角和井下三
13、角形各要素時,再測定連接角,就能計算出井下導(dǎo)線起始邊DE的方位角及D點的坐標(biāo)。,在選擇井上下連接點C和C時,應(yīng)滿足下列要求: (1)點C與D及C與D應(yīng)彼此通視,且CD和CD的長度應(yīng)盡量大于20m。 當(dāng)CD邊小于20m時,在C點進(jìn)行水平角觀測,儀器必須對中三次,每次對中應(yīng)將照準(zhǔn)部(或基座)位置變換120; (2) 點C與C應(yīng)盡可能地在AB延長線上,使三角形的銳角應(yīng)小于2,這樣便構(gòu)成最有利的延伸三角形; (3) 點C和C應(yīng)適當(dāng)?shù)乜拷罱拇骨蚓€,使a/c及 b/c之值應(yīng)盡量小一些。,1.外業(yè): (1) 在連接點C上用測回法測量角度和。當(dāng)CD邊小于20m時,在C點 的水 平角觀測,儀器應(yīng)對中三次,每
14、次對中應(yīng)將照準(zhǔn)部或基座)位置變換 120。 具體的 施測方法和限差見教材P99表3-17。 (2) 丈量連接三角形的三個邊長a(a)、b(b)及c(c)。量邊應(yīng)用檢驗過的鋼 尺并施加比長時的拉力,記錄測量時的溫度。因邊短且井筒中工作不便,故無須往返測量。,在垂線穩(wěn)定情況下,應(yīng)用鋼尺的不同起點丈量6次。估讀導(dǎo)0.5mm。同一邊各次觀測值的互差不得大于2mm,取平均值作為丈量的結(jié)果。 在垂球擺動的情況下,應(yīng)將鋼尺沿所量三角形的各邊方向固定,然后用擺動觀測了的方法,確定鋼絲在鋼吃上的穩(wěn)定位置,以求得邊長。每次均須用上述方法測量兩次,互差不得大于3mm,取其平均值作為丈量結(jié)果。 井上、下量得兩垂球先間
15、距離的互差,一般應(yīng)不超過2mm。,測角, 量邊CD,CD ,2.內(nèi)業(yè) 檢查記錄。 (1)三角形的解算 sin=a sin/c ,sin=b sin/c 當(dāng)178 時, =a /c, =b /c (2)測量和計算正確性檢核 + + -180 =f ,平均分配于, 上 d=c丈-c計 , c計 2=a2+b2-2ab cos 當(dāng)d 時,符合規(guī)程要求,分配d va=-d/3,vb=+d/3,vc=-d/3,2mm,井上,4mm,井下,(三) 一井定向的工作組織 一井定向因工作環(huán)節(jié)多,測量精度要求高,同時又要縮短占用井筒的時間,所以須有很好的工作組織,才能圓滿地完成定向工作。一井定向的工作組織可分為:
16、 (1) 準(zhǔn)備工作 選擇連接方案,作出技術(shù)設(shè)計; 定向設(shè)備及用具的準(zhǔn)備; 檢查定向設(shè)備及檢驗儀器; 預(yù)先安裝某些投點設(shè)備和將所需用具設(shè)備等送至定向井口和井下; 確定井上下的負(fù)責(zé)人,統(tǒng)一負(fù)責(zé)指揮和聯(lián)絡(luò)工作。 (2) 制定地面的工作內(nèi)容及順序。 (3) 制定定向水平上的工作內(nèi)容及順序。 。 ,(4) 定向時的安全措施 在定向過程中,應(yīng)勸阻一切非定向工作人員在井筒附近停留; 提升容器應(yīng)牢固停妥; 井蓋必須結(jié)實可靠地蓋好; 對定向鋼絲必須事先仔細(xì)檢查,放提綱絲時,應(yīng)事先通知井下,只有當(dāng)井下人員撤出井筒后才能開始; 垂球未到井底或地面時,井下人員均不得進(jìn)入井筒; 下放鋼絲時應(yīng)嚴(yán)格遵守均勻慢放等規(guī)定,切忌
17、時快時慢和猛停,因為這樣最易使鋼絲折斷; 應(yīng)向參加定向工作的全體人員反復(fù)進(jìn)行安全教育,以提高警惕。在地面工作的人員不得將任何東西掉入井內(nèi),在井蓋工作的人員均應(yīng)配帶安全帶; 定向時,地面井口自始至終不能離人,應(yīng)有專人負(fù)責(zé)井上下聯(lián)系。,(5) 定向后的技術(shù)總結(jié) 定向工作完成后,應(yīng)認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗,并寫出技術(shù)總,同技術(shù)設(shè)計書一起長期保存。 定向后的技術(shù)總結(jié),首先應(yīng)對技術(shù)設(shè)計書的執(zhí)行情況作簡要說明,指出在執(zhí)行中遇到的問題、更改的部分及原因。其次編入下列內(nèi)容: 定向測量的實際時間安排,實際參加定向的人員及分工; 地面連測導(dǎo)線的計算成果及精度; 定向的內(nèi)業(yè)計算及精度評定; 定向測量的綜合評述和結(jié)論。,三、 兩
18、井定向方法,當(dāng)?shù)V區(qū)有兩個立井,且兩井之間在定向水平上有巷道相通并能進(jìn)行測量時,就要采用兩井定向。 兩井定向時,由于兩垂球線間距離大大增加,因而由投點誤差引起的投向誤差也大大減小,這是兩井定向的最大優(yōu)點。,(一) 外業(yè)工作 1. 投點 在兩個立井中各懸掛一根垂球線A和B。投點設(shè)備和方法與一井定向時相同,一般采用單重穩(wěn)定投點。 2. 地面連接測量 從近井點K分別向兩垂球線A、B測設(shè)連接導(dǎo)線K-A及K-B,以確定A、B的坐標(biāo)和AB的坐標(biāo)方位角。連接導(dǎo)線敷設(shè)時,應(yīng)使其具有最短的長度并盡可能沿兩垂球線連線的方向延伸,因為此時量邊誤差對連線的方向不產(chǎn)生影響。導(dǎo)線可采用級或級導(dǎo)線。 3. 井下連接測量 在定
19、向水平測設(shè)經(jīng)緯儀導(dǎo)線A-1-2-3-4-B,導(dǎo)線可采用7或15基本控制導(dǎo)線。,(二) 內(nèi)業(yè)計算 1.根據(jù)地面連接測量的結(jié)果,計算兩垂球連線的方位角及長度 按一般方法,算出兩垂球線的坐標(biāo)xA、yA、xB、yB, 根據(jù)算出的坐標(biāo),計算AB的方位角及長度: AB=arctan(yB-yA)/(xB-xA) c=(yB-yA)/sinAB=(xB-xA)/cosAB=(xBA2+yBA2)1/2 (1) 2. 根據(jù)假定坐標(biāo)系統(tǒng)計算井下連接導(dǎo)線 假設(shè)A為坐標(biāo)原點,A1邊為x軸方向,即 xA,yA=0, A1=00000。 AB=arctan(yB/xB) c=yB/sinAB=xB/cosAB=(xB2
20、+yB2)2 (2),3. 測量和計算的檢驗 用比較井上與井下算得的兩垂線間距離c與c進(jìn)行檢查。由于兩垂球的向地心性,差值c為: c=c-(c+Hc/R) (3-12) c應(yīng)不超過井上、下連接測量中誤差的兩倍 4. 按地面坐標(biāo)系統(tǒng)計算井下導(dǎo)線各邊的方位角及各點的坐標(biāo) A1=AB-AB= (3-14) 其他邊的坐標(biāo)方位角為:i=+i 式中:i該邊在假定坐標(biāo)系中的假定方位角。 根據(jù)起算數(shù)據(jù)xA ,yA ,A1與井下導(dǎo)線的測量數(shù)據(jù)重新計算井下連接導(dǎo)線點的坐標(biāo)。,將地面與井下求得的B點坐標(biāo)相比較,如果相對閉合差符合井下所采用連接導(dǎo)線的精度時,可將坐標(biāo)增量閉合差按井下連接導(dǎo)線邊長成比例反號加以分配,因地
21、面連接導(dǎo)線精度較高,可不加改正。 5. 兩井定向應(yīng)獨立進(jìn)行兩次,其互差不得超過1 取兩次獨立定向計算結(jié)果的平均值作為兩井定向井下連接導(dǎo)線的最終值。,第五節(jié) 陀螺經(jīng)緯儀工作原理,陀螺經(jīng)緯儀是將陀螺儀和經(jīng)緯儀結(jié)合的儀器。由于它不受時間和環(huán)境的限制,同時觀測簡單方便、效率高,而且能保證較高的定向精度,所以是一種先進(jìn)的定向儀器。就礦山而言,它完全可以取代國內(nèi)礦山測量沿用百年之久的幾何定向法,克服了幾何定向法要占用井筒而造成停產(chǎn)、耗費大量人力、物力和時間等缺點。,一,陀螺經(jīng)緯儀在礦山測量中可用作: (1) 為井下每一水平進(jìn)行定向。 (2) 控制導(dǎo)線測量誤差的積累。加測陀螺方位邊,發(fā)現(xiàn)粗差,減少方向誤差的
22、積累。 (3) 礦山及地下工程大型巷道貫通定向。 (4) 在蔭蔽地區(qū),線路、管道、隧道等工程的定向。 (5) 與光電測距儀配套使用,可用極坐標(biāo)法測設(shè)新點和敷設(shè)高精度的光電測距陀螺定向?qū)Ь€。,1852年,法國物理學(xué)家傅科(J.B.L.Foucalt)提出地球的自轉(zhuǎn)會在陀螺儀上產(chǎn)生效應(yīng)的設(shè)想 19世紀(jì)初,研制成功陀螺羅盤作為航海導(dǎo)航儀器。 20世紀(jì)50年代,研制成功液浮式礦用陀螺羅盤儀。60年代,在礦用陀螺羅盤儀的基礎(chǔ)上發(fā)展成陀螺經(jīng)緯儀,其中較大的改進(jìn)是利用金屬懸掛帶把陀螺靈敏部置于空氣中。下架式陀螺經(jīng)緯儀。 70年代,上架式陀螺經(jīng)緯儀。特點是體積小,重量輕,觀測時間短,便于操作和攜帶,適應(yīng)煤礦井
23、下作業(yè)條件。如瑞士威特(WILD)廠的GAK-1、匈牙利英姆(MOM)廠的Gi-C11、德國芬奈(Fennel)廠的TK-4、中國礦業(yè)大學(xué)和徐州光學(xué)儀器總廠聯(lián)合研制的JT15等,均屬于這一類型。 20世紀(jì)70年代后期,德國、瑞士、匈牙利、前蘇聯(lián)等國家把自動控制技術(shù)和電子計算機(jī)引進(jìn)陀螺經(jīng)緯儀,研制出自動化陀螺經(jīng)緯儀。如德國的MW-77-Gyromat,瑞士的GG1型,匈牙利的Gi-B3、Gi-B11型,前蘇聯(lián)的4型等。,80年代,研制成數(shù)字化陀螺全站儀。它的特點是可以直接測定測線的方位角和待定點的坐標(biāo),敷設(shè)光電測距陀螺定向?qū)Ь€,滿足高精度工程測量的要求。如日本索佳的GP1型就是這類儀器。 激光陀
24、螺 光纖陀螺 全自動數(shù)字化陀螺 慣性系統(tǒng),二、 自由陀螺的特性 沒有任何外力作用,并具有三個自由度的陀螺儀稱做自由陀螺儀。自由陀螺儀有兩個特性,具體如下: (1) 陀螺軸在不受外力矩作用時,它的方向始終指向初始恒定方位,即所謂定軸性; (2) 陀螺軸在受外力作用時,將產(chǎn)生非常重要的效應(yīng)“進(jìn)動”,即所謂進(jìn)動性。,通過實驗還可以得出:進(jìn)動的角速度P的大小與外加力矩MB成正比,與陀螺儀的動量矩H成反比,即 P=MB/H (3-15) 通常用右手定則來表示它們之間的方向關(guān)系。 根據(jù)研究表明,由于軸承間摩擦力矩所引起的主軸的進(jìn)動是沒有規(guī)律的。目前用于定向的陀螺儀是采用兩個完全的自由度和一個不完全的自由度
25、,也稱為兩個半自由度的所謂鐘擺式陀螺儀。,如果把自由陀螺儀的重心從中心下移,即在自由陀螺儀軸上加以懸重Q,則陀螺儀靈敏部的重心由中心O下移到O1點,結(jié)果便限制了自由陀螺儀繞y軸旋轉(zhuǎn)的自由度,亦即x軸因懸重Q的作用,而永遠(yuǎn)趨于和水平面平行的狀態(tài)。此時它具有兩個完全的自由度和一個不完全的自由度。因為它的靈敏部和鐘擺相似(重心位于過中心的鉛垂線上,且低于中心),所以稱為鐘擺式陀螺儀。如果用懸掛帶懸掛起來,陀螺既能繞自身軸高速旋轉(zhuǎn),又能繞懸掛軸擺動(進(jìn)動)。,三、 陀螺經(jīng)緯儀工作原理 (一) 地球自轉(zhuǎn)及其對陀螺儀的作用 地球以角速度E(E=1周/晝夜=7.2510-5rad/s)繞其自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),故地球
26、上的一切東西都隨著地球轉(zhuǎn)動。如從宇宙空間來看地軸北端,地球是在作逆時針方向旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)角速度的矢量E沿其自轉(zhuǎn)軸指向北端。對緯度為的地面點p而言,地球自轉(zhuǎn)角速度矢量E和當(dāng)?shù)氐乃矫娉山?,且位于過當(dāng)?shù)氐淖游缑鎯?nèi)。E可分解為垂直分量2(沿鉛垂方向)和水平分量1(沿子午線方向)。,這時角速度矢量E應(yīng)位于OPN上,且向著北極PN那一端。將E分解成互相正交的兩個分量1和2。1叫做地球旋轉(zhuǎn)的水平分量,表示地平面在空間繞子午線旋轉(zhuǎn)的角速度;且地平面的東半面降落,西半面升起,在地球上的觀測者感到就像太陽和其他星體的高度變化一樣。地球水平分量1的大小為: 1=Ecos (3-16),分量2表示子午面在空間繞鉛垂線
27、亦即萬向結(jié)構(gòu)z軸旋轉(zhuǎn)的角速度,并且表示子午線的北端向西移動。這個分量稱為地球旋轉(zhuǎn)的垂直分量。觀測者在地球上感到的正如太陽和其他星體的方位變化一樣。分量2的大小為: 2=Esin (3-17),為了說明鐘擺式陀螺儀受到地球旋轉(zhuǎn)角速度的影響,我們把地球旋轉(zhuǎn)分量1再分解成為兩個互相垂直的分量3(沿y軸)和4(沿x軸)。分量4表示地平面繞陀螺儀主軸旋轉(zhuǎn)的角速度,其大小為: 4=Ecoscos (3-18) 此分量對陀螺儀軸在空間的方位沒有影響,所以不加考慮。 分量3表示地平面繞y軸旋轉(zhuǎn)的角速度,其大小為: 3=Ecossin (3-19) 分量3對陀螺儀軸x的進(jìn)動有影響,所以3叫做地轉(zhuǎn)有效分量。該分量
28、使陀螺儀軸發(fā)生高度的變化,向東的一端仰起(因東半部地平面下降),向西的一端傾降。,由此不難理解,當(dāng)?shù)厍蛐D(zhuǎn)時,鐘擺式陀螺儀上的懸重Q(見圖3-20)將使主軸x產(chǎn)生回到子午面的進(jìn)動,其關(guān)系表示于圖3-20中。其情況與圖3-17的實驗相類似。當(dāng)陀螺儀主軸x平行于地平面的時刻(圖3-20(a),則懸重Q不引起重力力矩,所以對于x軸的方位沒有影響。但在下一時刻,地平面依角速度3繞y軸旋轉(zhuǎn),所以地平面不再平行于x軸,而與之呈某一夾角。設(shè)x軸的正端偏離子午面之東,那么當(dāng)?shù)仄矫娼德浜螅^測者感到的是x軸的正端仰起至地平面之上,并與地平面呈夾角(見圖3-20(b)。因而懸重Q產(chǎn)生力矩使x軸的正端進(jìn)動并回到子午
29、面方向。反之亦然。,若陀螺儀靈敏部重量為P,且認(rèn)為是集中作用于重心O1,重心O1至懸掛點O的距離為1,則此時因地平面繞y軸旋轉(zhuǎn)而引起的力矩為: MB=Plsin=Msin (3-20) 顧及式(3-15),可知這時x軸進(jìn)動的角速度為: P=M/Hsin (3-21) 因此鐘擺式陀螺儀在地轉(zhuǎn)有效分量3的影響下其主軸x總是向子午面方向進(jìn)動。,(二) 陀螺儀軸對地球的相對運動 由于與地球轉(zhuǎn)動的同時,子午面亦在按地轉(zhuǎn)鉛垂分量2不斷地變換位置。故即使某一時刻陀螺儀軸與地平面平行且位于子午面內(nèi),但下一時刻陀螺儀軸便不再位于子午面內(nèi),因此陀螺儀軸與子午面之間具有相對運動的形式。當(dāng)陀螺儀軸的進(jìn)動角速度P與角速
30、度分量2相等時,則陀螺儀軸與儀器所在地點的子午面保持相對靜止,因而有: (M/H)sin=Esin; sin=(He/M)sin ,因角較小,故可寫成: =(eH/M)=sin(3-22) 也就是說,陀螺儀軸正端自地平面仰起角時,陀螺儀x軸便與子午面保持相對靜止,此時的角稱為補償角,并以0表示之。,1 =0,P=0 12 ,P , P 2 2 23 3 34 4 45 5 56 6 61,(三) 陀螺儀軸的進(jìn)動方程 為了對陀螺儀軸的擺動規(guī)律有一個比較全面的理解,就需要建立陀螺儀軸的運動方程。陀螺儀軸的運動略去非線性項可用近似的微分方程來表示: d/dt=3=Ecossin d/dt=P=-MB
31、/H=-(pl/H)sin =-(M/H) (6),四、 陀螺經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu) 目前上架懸掛式陀螺經(jīng)緯儀的型號很多,在國際上比較有代表性的有GAK-1、Gi-C11、TK4等,我國則有JT15、FT90等。雖然在具體的構(gòu)造上各有特點,但在總體結(jié)構(gòu)上卻基本類似。這里以JT15為例,說明陀螺經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)。JT15陀螺經(jīng)緯儀是由陀螺儀、經(jīng)緯儀、便攜式陀螺電源箱及三腳架等四部分組成。,(一) 陀螺儀的基本結(jié)構(gòu) 陀螺的核心是陀螺馬達(dá),它裝在密封的充氫的陀螺房中,通過懸掛柱由懸掛帶懸掛起來,用兩根導(dǎo)流絲12和懸掛帶1及旁路結(jié)構(gòu)給其供電。在懸掛柱上裝有反光鏡。它們共同構(gòu)成了陀螺靈敏部。與陀螺儀支承殼體固
32、連在一起的光標(biāo)線,經(jīng)反射棱鏡、反光鏡反射后,再通過物鏡成像在目鏡分劃板5上,從而構(gòu)成了反射式光學(xué)系統(tǒng) 。轉(zhuǎn)動儀器外部的手輪,通過凸輪帶動鎖緊限幅機(jī)構(gòu)的升降,使陀螺靈敏部托起(鎖緊)或下放(擺動)。,儀器外殼14內(nèi)壁和底部裝有磁蔽罩,用于防止外界磁場的干擾。陀螺儀和經(jīng)緯儀的連接,靠經(jīng)緯儀上部的橋形支架及螺紋壓環(huán)8的壓緊來實現(xiàn)。二者連接的穩(wěn)定性是通過橋形支架頂部三個球形頂針插入陀螺儀底部三條向心“V”形槽達(dá)到強制歸心的。,(二) 經(jīng)緯儀及三腳架 采用J2或J6型經(jīng)緯儀及通用三腳架。 (三) 陀螺電源箱 JT15陀螺經(jīng)緯儀采用的馬達(dá)為DT4電動陀螺馬達(dá)。它要求電壓36 V、頻率400 Hz的三相交流
33、電源驅(qū)動。為方便現(xiàn)場使用,特制成便攜式電源箱。,五、陀螺經(jīng)緯儀的定向方法,(一) 定向外業(yè)過程 1. 在地面已知邊上測定儀器常數(shù) 由于陀螺儀軸衰減微弱的擺動系數(shù)保持不變,故其擺動的平均位置可以認(rèn)為是假想的穩(wěn)定位置。實際上,陀螺儀軸與望遠(yuǎn)鏡光軸及觀測目鏡分劃板零線代表的光軸通常不在同一豎直面中,該假想的陀螺儀軸的穩(wěn)定位置通常不與地理子午線重合。二者的夾角稱為儀器常數(shù),一般用表示。陀螺儀子午線位于地理子午線的東邊,為正;反之,則為負(fù)。,2. 在井下定向邊上測定陀螺方位角 井下定向邊的長度應(yīng)大于50m,儀器安置在C點上,可測出CD邊的陀螺方位角T。則定向邊的地理方位角A為: A=T+ (3-54),
34、測定定向邊陀螺方位角應(yīng)獨立進(jìn)行兩次,其互差對GAK-1、JT15型儀器應(yīng)小于40 ,3. 儀器上井后重新測定儀器常數(shù) 儀器上井后,應(yīng)在已知邊上重新測定儀器常數(shù)23次。前后兩次測定的儀器常數(shù),其中任意兩個儀器常數(shù)的互差對GAK-1、JT15型儀器應(yīng)小于40。然后求出儀器常數(shù)的最或是值,并按白塞爾公式來評定一次測定中誤差。,4. 求算子午線收斂角 一般地面精密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊已知的是坐標(biāo)方位角0,需要求算的井下定向邊,也是要求出其坐標(biāo)方位角,而不是地理方位角A。因此還需要求算子午線收斂角。地理方位角和坐標(biāo)方位角的關(guān)系為: A0=0+0 子午線收斂角0的符號可由安置儀器點的位置來確定,即在中央子午線
35、以東為正,以西為負(fù);其值可根據(jù)安置儀器點的高斯平面坐標(biāo)求得。 ,5. 求算井下定向邊的坐標(biāo)方位角 由圖3-44及以上公式可得:=A0-T=0+0-T (3-56) 井下定向邊的坐標(biāo)方位角則為: =A-=T+平- (3-57) 式中:平儀器常數(shù)的平均值。,(二) 陀螺儀懸?guī)Я阄挥^測 懸?guī)Я阄皇侵竿勇蓠R達(dá)不轉(zhuǎn)時,陀螺靈敏部受懸掛帶和導(dǎo)流絲扭力作用而引起扭擺的平衡位置,就是扭力矩為零的位置。這個位置應(yīng)在目鏡分劃板的零刻劃線上。 在陀螺儀觀測工作開始之前和結(jié)束后,要作懸?guī)Я阄挥^測,相應(yīng)稱為測前零位和測后零位觀測。測定懸掛零位時,先將經(jīng)緯儀整平并固定照準(zhǔn)部,下放陀螺靈敏部從讀數(shù)目鏡中觀測靈敏部的擺動,0
36、,+10,-10,在分劃板上連續(xù)讀三個逆轉(zhuǎn)點讀數(shù),估讀到0.1格(當(dāng)陀螺儀較長時間未運轉(zhuǎn)時,測定零位之前,應(yīng)將馬達(dá)開動幾分鐘,然后切斷電源,待馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動后再下放靈敏部)。同時還需用秒表測定周期,即光標(biāo)像穿過分劃板零刻劃線的瞬間啟動秒表,待光標(biāo)像擺動一周又穿過零刻劃線的瞬間制動秒表,其讀數(shù)稱為自由擺動周期T3。零位觀測完畢,鎖緊靈敏部。,如測前與測后懸掛零位變化在0.5格以內(nèi),且自擺周期不變,則不必進(jìn)行零位校正和加入改正。 如零位變化超過0.5格就要進(jìn)行校正或加改正值。因為這時用“零”線來跟蹤靈敏部時懸掛帶的扭矩不完全等于零,會使靈敏部的擺動中心發(fā)生偏移。如陀螺定向時井上、下所測得的零位有變化
37、時,也應(yīng)加入改正數(shù)。,(三) 粗略定向 在測定已知邊和定向邊的陀螺方位角之前,必須把經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸置于近似北方,也就是所謂粗略定向。 配有粗定向羅盤的陀螺儀,可用羅盤來達(dá)到粗定向的目的。 如在已知邊上測定儀器常數(shù)時,可利用已知邊的坐標(biāo)方位角及儀器站的子午線收斂角來直接尋找近似北方。 粗略定向最常用的方法為兩個逆轉(zhuǎn)點法。 達(dá)到逆轉(zhuǎn)點時,算近似北方在水平度盤上的讀數(shù): N= (u1+u2)/2 (3-63) 轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部,把望遠(yuǎn)鏡擺在N讀數(shù)位置,再加上儀器常數(shù),這時視準(zhǔn)軸就指向了近似北方。此法大約在10min內(nèi)完成,指北精度可達(dá)到3。,(四) 精密定向 精密定向是精確測定已知邊和定向邊的陀螺方位
38、角。 其方法可分為兩大類:一類是儀器照準(zhǔn)部處于跟蹤狀態(tài),即多年來國內(nèi)外都采用的逆轉(zhuǎn)點法; 另一類是儀器照準(zhǔn)部固定不動,其方法很多,如中天法、時差法、擺幅法等。,采用逆轉(zhuǎn)點法觀測時,陀螺經(jīng)緯儀在一個測站的操作程序如下。 (1) 嚴(yán)格整置經(jīng)緯儀,架上陀螺儀,以一個測回測定待定或已知測線的方向值,然后將儀器大致對正北方。 (2) 鎖緊擺動系統(tǒng),啟動陀螺馬達(dá),待達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后,下放陀螺靈敏部,進(jìn)行粗略定向。制動陀螺并托起鎖緊,將望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸轉(zhuǎn)到近似北方位置,固定照準(zhǔn)部。把水平微動螺旋調(diào)整到行程范圍的中間位置。 (3) 打開陀螺照明,下放陀螺靈敏部,進(jìn)行測前懸?guī)Я阄挥^測,同時用秒表記錄自擺周期T3 。零
39、位觀測完畢,托起并鎖緊靈敏部。,(4) 啟動陀螺馬達(dá),達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后,緩慢地下放靈敏部到半脫離位置,稍停數(shù)秒鐘,再全部下放。如果光標(biāo)像移動過快,再使用半脫離阻尼限幅,使擺幅大約在13范圍為宜。用水平微動螺旋微動照準(zhǔn)部,讓光標(biāo)像與分劃板零刻劃線隨時重合,即跟蹤。跟蹤要做到平穩(wěn)和連續(xù),切忌跟蹤不及時,例如時而落后于靈敏部的擺動,時而又很快趕上或超前很多,這些情況都會影響結(jié)果的精度。在擺動到達(dá)逆轉(zhuǎn)點時,連續(xù)讀取5個逆轉(zhuǎn)點讀數(shù)u1 、u2 u5。然后鎖緊靈敏部,制動陀螺馬達(dá)。,0,+10,-10,跟蹤時,還需用秒表測定連續(xù)兩次同一方向經(jīng)過逆轉(zhuǎn)點的時間,稱為跟蹤擺動周期T1。擺動平衡位置在水平度盤上的平
40、均讀數(shù)NT,稱為陀螺北方向值,用下式計算: N1=(u1+u3)/2+u2)/2 N2=(u2+u4)/2+u3)/2 N3=(u3+u5)/2+u4)/2 (3-64) NT=(N1+N2+N3)/3 陀螺儀擺動中值的互差,對JT15、GAK-1型儀器應(yīng)不超過25。,(5) 測后零位觀測,方法同測前零位觀測。 (6) 以一測回測定待定或已知測線的方向值,測前測后兩次觀測結(jié)果的互差對J2和J6級經(jīng)緯儀分別不得超過10和25。取測前測后兩測回的平均值作為測線方向值。,2.中天法 此法要求起始近似定向達(dá)到15以內(nèi)。在整個觀測過程中,經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部都固定在這個近似北方向上。中天法陀螺儀定向時一個測站的
41、操作程序如下。 (1) 嚴(yán)格整置經(jīng)緯儀,架上陀螺儀,以一個測回測定待定或已知測線的方向值。然后將儀器大致對正北方。 (2) 進(jìn)行粗略定向。將經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部固定在近似北方N上,并記錄下N值。 (3) 測前零位觀測。方法同逆轉(zhuǎn)點法所述。 (4) 啟動陀螺馬達(dá),待達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后下放靈敏部,經(jīng)限幅,使光標(biāo)像擺幅不超過目鏡視場(擺幅在+8格和-8格左右較好)。然后按下列順序進(jìn)行觀測:,0,+10,-10, 靈敏部指標(biāo)線經(jīng)過分劃板零刻線時啟動秒表,讀取中天時間t1; 靈敏部指標(biāo)線到達(dá)逆轉(zhuǎn)點時,在分劃板上讀取擺幅讀數(shù)aE; 靈敏部指標(biāo)線返回零刻線時讀出秒表上讀數(shù)t2; 靈敏部指標(biāo)線到達(dá)另一逆轉(zhuǎn)點時讀擺幅讀數(shù)a
42、W; 靈敏部指標(biāo)線返回零刻線時讀秒表上中天時間t3; 重復(fù)進(jìn)行上述操作,一次定向需連續(xù)測定5次中天時間。記錄不跟蹤擺動周期T2。觀測完畢,托起并鎖緊靈敏部,制動陀螺馬達(dá)。 (5) 測后零位觀測方法同前。 (6) 以一個測回測定待定或已知測線方向值。前、后兩測回的限差要求同逆轉(zhuǎn)點法定向。取前、后兩次的平均值作為測線方向值。,基本計算如下: 擺動半周期: TE=t2-t1,TW=t3-t2 時間差: t=TE-TW 擺幅值: a=|aE|+|aW|/2 近似北方偏離平衡位置的改正數(shù)為: N=cat (3-45) 擺動平衡位置在水平度盤上的讀數(shù)(陀螺北方向值)應(yīng)為: NT=N+N=N+cat (3-
43、46) 式中 c比例系數(shù)。,c值的測定和計算方法如下: 利用實際觀測數(shù)據(jù)求c值。 把經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部擺在偏東10和偏西10左右,分別用中天法觀測,求出時間差t1 和t2,以及擺幅值a1和a2,可列出如下方程式,以求解c值。 NT=N1+ca1t1 , NT=N2+ca2t2 解之得: c=(N2-N1)/(a1t1-a2t2 ) (3-47) c值與地理緯度有關(guān),在同一地區(qū)南北不超過500km范圍以內(nèi)可使用同一c值,超過這個范圍須重新測定。隔一定時間后應(yīng)抽測檢查。 利用擺動周期計算比例系數(shù)c c=mT21/2T32 (3-48) 式中 m分劃板分劃值; T1跟蹤擺動周期; T2不跟蹤擺動周期。,(
44、五) 陀螺經(jīng)緯儀定向時的注意事項 陀螺經(jīng)緯儀是以動力原理論為基礎(chǔ)的光、機(jī)、電結(jié)合的精密儀器。工作時,陀螺靈敏部具有較大的慣性,必須注意合理使用,妥善保管,才能保持儀器的精度和壽命。在使用時,應(yīng)根據(jù)儀器的性能及指標(biāo)注意一些事項。,(1) 必須在熟悉陀螺經(jīng)緯儀性能的基礎(chǔ)上,由具有一定操作經(jīng)驗的人員來使用儀器。儀器的定向精度與操作熟練程度有關(guān),井上、下觀測一般應(yīng)由同一觀測者進(jìn)行。前后兩次測量儀器常數(shù),一般應(yīng)在三晝夜內(nèi)完成。 (2) 在啟動陀螺馬達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之前和制動陀螺馬達(dá)的過程中,陀螺靈敏部必須處于鎖緊狀態(tài),防止懸掛帶和導(dǎo)流絲受損傷。 (3) 在陀螺靈敏部處于鎖緊狀態(tài)、馬達(dá)又在高速旋轉(zhuǎn)時,嚴(yán)禁搬動
45、和水平旋轉(zhuǎn)儀器。否則將產(chǎn)生很大的力,壓迫軸承,以致毀壞儀器。 (4) 在使用陀螺電源逆變器時,要注意接線的正確;使用外接電源時應(yīng)注意電壓、極性是否正確。在沒有負(fù)載時,不得開啟逆變器。,(5) 陀螺儀存放時,要裝入儀器箱內(nèi),放入干燥劑,儀器要正確存放,不要倒置或躺臥。 (6) 儀器應(yīng)存放在干燥、清潔、通風(fēng)良好處,切忌置于熱源附近,環(huán)境溫度以1030為宜。 (7) 儀器用車輛運輸時,要使用專用防震包裝箱。 (8) 在野外觀測時,儀器要避免太陽光直接照射。 (9) 目鏡或其他光學(xué)零件受污時,光用軟毛刷輕輕拭去灰塵,然后用鏡頭紙或軟絨布揩拭,以免損傷光潔度和表面涂層。,(六) 立井采用陀螺經(jīng)緯儀定向時
46、的聯(lián)系測量 經(jīng)過一個立井利用陀螺經(jīng)緯儀定向時的聯(lián)系測量由三部分組成: 投點; 井上、下與連接測量; 井下起始邊的陀螺經(jīng)緯儀定向。 1 投點 激光垂直投點儀 鋼絲投點法。采用單重穩(wěn)定投點,如垂球線擺幅較大時也可采用單重擺動投點。 2 連接 地面連接:由EF起敷設(shè)一級導(dǎo)線或二級導(dǎo)線至連接點。在點架儀器與垂球線A連接。 井下連接:由陀螺定向邊EF起敷設(shè)7(或15)基本控制導(dǎo)線至1、2、3點。在點3架儀器與垂球線A的穩(wěn)定位置連測。,井上、下連接導(dǎo)線與垂球線A的連接都應(yīng)獨立進(jìn)行兩次,其最大相對閉合差對地面一級導(dǎo)線不得超過1/20000(光電測距導(dǎo)線)和1/10000(鋼尺量距導(dǎo)線),對二級導(dǎo)線不應(yīng)大于1
47、/10000(光電測距導(dǎo)線)和1/7000(鋼尺量距導(dǎo)線),對井下7導(dǎo)線應(yīng)小于1/6000,對15導(dǎo)線應(yīng)小于1/4000。 3 定向 在選定的起始邊EF上進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀定向,求出該邊的坐標(biāo)方位角0。 4 內(nèi)業(yè)計算 (1) 根據(jù)地面連接測量的成果,按復(fù)測支導(dǎo)線計算垂球線A的坐標(biāo),當(dāng)相對閉合差符合上述要求時,取兩次計算的平均值作為垂球線A的最或是坐標(biāo)xA、yA。 (2) 計算井下連接導(dǎo)線各邊的坐標(biāo)方位角。 (3) 計算井下導(dǎo)線起始點的坐標(biāo)。,第六節(jié) 高程聯(lián)系測量 一、導(dǎo)入高程的的原理,高程聯(lián)系測量的任務(wù),就在于把地面的高程系統(tǒng),經(jīng)過平硐、斜井或立井傳遞到井下高程測量的起始點上。所以我們稱之為導(dǎo)入高
48、程。 導(dǎo)入高程的方法隨開拓的方法不同而分為: 通過平硐導(dǎo)入高程; 通過斜井導(dǎo)入高程; 通過立井導(dǎo)入高程。,通過平硐導(dǎo)入高程,可以用一般井下幾何水準(zhǔn)測量來完成。其測量方法和精度與井下水準(zhǔn)相同。 通過斜井導(dǎo)入高程,可以用一般三角高程測量來完成。其測量方法和精度與井下基本控制三角高程測量相同。 通過立井導(dǎo)入高程的實質(zhì),就是如何來求得井上下兩水準(zhǔn)儀水平視線間的長度l。立井導(dǎo)入高程的方法有長鋼尺導(dǎo)入高程、長鋼絲導(dǎo)入高程和光電測距儀導(dǎo)入高程和光電測距儀導(dǎo)入高程。,圖3-1-1 通過立井導(dǎo)入高程,h=l-a+b=l+(b-a)則HB=HA-h因此通過立井導(dǎo)入高程的實質(zhì)就是如何求得l的長度。,目前導(dǎo)入高程采用
49、的方法有長鋼尺導(dǎo)入高程(適用于井深不大的礦井)、短鋼尺導(dǎo)入高程(在井筒內(nèi)用臨時點把井深分為許多不超過50m長度的分段,然后分別丈量各段長度)、鋼絲導(dǎo)入高程(常用于井深較大的礦井,由于其不能直接丈量出長度l,還必須在井口設(shè)一臨時比長臺來丈量鋼絲長度,以間接求取l的值)等,目前由于測繪技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)代化程度越來越高,測距儀導(dǎo)入高程的方法也得到廣泛應(yīng)用。,二、 長鋼尺導(dǎo)入高程 目前在國內(nèi)外使用的長鋼尺有500m、800m、1000 m等幾種。 鋼尺通過井蓋放入井下,到達(dá)井底后,掛上一個垂球,以拉直鋼尺,使之居于自由懸掛位置。垂球不宜太重,一般以10kg為宜。 下放鋼尺的同時,在地面及井下安平水準(zhǔn)
50、儀,分別在A、B兩點水準(zhǔn)尺上取讀數(shù)a與b,然后將水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)鋼尺。當(dāng)鋼尺掛好后,井上、下同時取讀數(shù)m和n。同時讀數(shù)可避免鋼尺移動所產(chǎn)生的誤差。最后再在A、B水準(zhǔn)尺上讀數(shù),以檢查儀器高度是否發(fā)生變動。還應(yīng)用點溫計測定井上、下的溫度t1、t2。,根據(jù)上述測量數(shù)據(jù),就能求得A、B兩點之高差為: h=(m-n)+(b-a)+l (3-54) 式中l(wèi)為鋼尺的總改正數(shù),它包括尺長、溫度、拉力和鋼尺自重等四項改正數(shù)。即 l=lk+lt+lp+lc(3-54) ,在計算溫度改正數(shù)時,鋼尺工作時的溫度應(yīng)該取井上下溫度的平均值,即t= (t1+t2)/2。 對于鋼尺的自重改正,可按下式計算: lc=(m-n)2 /
51、2E (3-55) 式中 鋼尺的相對密度,即7.8g/cm3; E鋼尺的彈性系數(shù),等于2106kg/cm2; (m-n)井上、下兩水準(zhǔn)儀視線間的鋼尺長度。 鋼尺的自重改正數(shù)永遠(yuǎn)為正號。 ,如無長鋼尺時,也可將幾根50m的短鋼尺牢固地連接起來,然后進(jìn)行比長,當(dāng)作長鋼尺使用,同樣可取得很好的效果。 導(dǎo)入高程均需獨立進(jìn)行兩次,也就是說在第一次進(jìn)行完畢后,改變其井上下水準(zhǔn)儀的高度并移動鋼尺,用同樣的方法再作一次。加入各種改正數(shù)后,前后兩次之差,按煤礦測量規(guī)程規(guī)定不得超過l/8000(l為井上、下水準(zhǔn)儀視線間的鋼尺長度)。,三、鋼絲法高程聯(lián)系測量 目前由于我國長鋼尺較少,采用短鋼尺相接的辦法不方便,所以
52、本次設(shè)計采用鋼絲法導(dǎo)入高程。用鋼絲導(dǎo)入高程時,因為鋼絲本身不象鋼尺一樣有刻畫,所以不能直接量出長度,須在井口設(shè)一臨時比長臺來丈量,以間接求出長度值。,1、觀測工作 (1)井下: 在井底車場的巷道內(nèi)安置水準(zhǔn)儀,在B點水準(zhǔn)尺上讀取讀數(shù),然后瞄準(zhǔn)鋼絲,并將水準(zhǔn)儀視線與鋼絲的交點用標(biāo)線夾8在鋼絲上標(biāo)出。 (2)地面: 在井下8夾好的時候,對準(zhǔn)一整刻畫讀取m1,提升鋼絲讀取夾10讀數(shù)n1,則鋼尺第一次提升長度為m1-n1,然后卸夾在卡于前端整尺分劃m2,對應(yīng)讀出n2,如此反復(fù)進(jìn)行,在比長臺上讀出最后一次后端讀數(shù)n,再在A點水準(zhǔn)尺上讀數(shù),對準(zhǔn)鋼絲夾上9夾,再讀A尺讀數(shù)a,量出8夾與9夾之間的距離,提升鋼尺
53、前后要在井上下測溫,取其平均值作井上下平均溫度。,2、內(nèi)業(yè)計算 A點和B點之間的高差為: h=(m-n)+(b-a)+l 公式中的正負(fù)規(guī)定如下:標(biāo)線夾8在標(biāo)線夾9下面時為正,反之為負(fù)在總改正數(shù)l中,按規(guī)程規(guī)定只需對丈量時所用鋼尺的尺長改正和溫度改正以及井上下溫度不同時影響鋼尺長度的改正。,3、工作組織 (1)井上水準(zhǔn)讀數(shù)、立尺、記錄、夾標(biāo)線各一人,比長臺讀數(shù)一人,通訊一人。 (2)井下水準(zhǔn)讀數(shù)、立尺、記錄、夾標(biāo)線各一人,通訊一人。,四、 光電測距儀導(dǎo)入高程的方法 1、長鋼絲配合測距儀導(dǎo)入高程 傳統(tǒng)鋼絲法導(dǎo)入高程是在井口設(shè)置比長臺丈量,但在實際中很難找到合適的地方,另外分段丈量,延長了占用井筒的
54、時間,因此采用地面測距儀直接丈量法。 此法一般在定向之后直接進(jìn)行,如圖所示,首先將定向時的重陀改為10kg左右的垂球,然后,井上下的水準(zhǔn)儀分別讀取立于水準(zhǔn)點A和B上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)a和b,并根據(jù)水準(zhǔn)儀視線在鋼絲上用纏膠布或細(xì)線綁扎的方法各固定一標(biāo)記為m和n,為了檢核,要在m,n的上下各作一標(biāo)記,并量出三個標(biāo)記之間的距離,同時測定井筒上下的溫度,接著提升鋼絲到地面,按下述方法丈量兩標(biāo)記之間的長度。,(1)、當(dāng)井筒井深較小時,可在地面選擇一平坦的地方,如公路邊、鐵路軌上,沿線將鋼絲從絞車上拉出,鋼絲的一端由絞車固定,另一端施加等于井筒中垂球重量(10kg)的拉力,按鋼絲的上下標(biāo)記m,n在路面或枕木上釘
55、兩顆釘子或做兩個十字記號,然后先在一個標(biāo)記上安置測距儀并接好電源線,再在另一個標(biāo)記上安置反射鏡并照準(zhǔn)測距儀,然后用測距儀瞄準(zhǔn)反射鏡按儀器說明書規(guī)定的步驟和方法進(jìn)行測距,并記錄氣象參數(shù):溫度和氣壓,在測距時,應(yīng)注意避免在測線兩端及鏡站后方有反射物體,測距時須進(jìn)行往返測,往(返)測時可測兩測回(照準(zhǔn)一次讀幾個數(shù)為一測回),每測回讀取3-5個讀數(shù),一測回讀數(shù)較差不大于10mm,單程測回較差不大于15mm。,施測完以后即進(jìn)行計算:h=Sm-n +(b-a)+l 其中l(wèi)包括鋼絲自重改正lc和鋼絲溫度改正lt,lc=+*l* (L-l/2-l1)/E l1 :長度l上端點鋼絲懸掛長度 L :鋼絲懸掛的全長 :鋼絲的相對密度 E :鋼絲的彈性系數(shù) lt=a*l*(t上+t下)/2+t0) a :鋼絲的膨脹系數(shù) to:鋼絲的標(biāo)準(zhǔn)溫度 t :丈量鋼絲時地面測量的溫度,(2)、當(dāng)井筒井深較大時,可先盡量尋找與井深值相對應(yīng)的大的平坦地帶(比如鐵路路軌上),具體方法同上,但是實際中很難找到幾百米長的地方,那么就在地面設(shè)置一150m左右的量長臺如圖3-1-3所示,量長臺的兩端用木樁AB固定,木樁與絞車大致等高,中間每隔10-20m左右設(shè)一托平樁,沿AB方向在AB木樁上各固定一根具有mm刻劃的鋼板尺(
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