《礦山測量》第三章 礦井聯(lián)系測量

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)。(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(diǎn)開鑿小井或打鉆孔等等。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(diǎn)的平面坐標(biāo)x和y；(3)井下水準(zhǔn)基點(diǎn)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(gè)立井的幾何定向;(一井定向)；

(3)通過兩個(gè)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)系測量的主要限差15″級:<40″25″級:<60″井下同一定向邊兩次獨(dú)立陀螺經(jīng)緯儀定向的互差15″級:<40″25″級:<70″一井定向：<2′兩井定向：<1′陀螺經(jīng)緯儀精度級別是按實(shí)際達(dá)到的一測回測量陀螺方位角的中誤差確定的同一邊任意兩測回測量陀螺方位角的互差陀螺經(jīng)緯儀定向井田一翼長度小于300m的小礦井，可適當(dāng)放寬限差，但應(yīng)<10′由近井點(diǎn)推算的兩次獨(dú)立定向結(jié)果的互差幾何定向備注容許限差類別《規(guī)程》中幾何定向的限差，是根據(jù)當(dāng)時(shí)制定《規(guī)程》時(shí)各礦的實(shí)際定向精度規(guī)定的。根據(jù)一些局礦的統(tǒng)計(jì)資料，求得兩次獨(dú)立定向平均值的中誤差和兩次獨(dú)立定向的容許互差列于表3-2。表3-2實(shí)際定向精度與規(guī)程限差對比1′2′《規(guī)程》規(guī)定值估算值52″13″85兩井定向1′40″25″28一井定向備注兩次獨(dú)立定向的個(gè)數(shù)定向方法第三節(jié)地面近井點(diǎn)、井口水準(zhǔn)基點(diǎn)

及井下定向基點(diǎn)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(gè)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(dú)布設(shè)。

布設(shè)要求

一個(gè)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)盡可能采用國家3o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(shí)，可采用獨(dú)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(shí)，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(shí)宜布設(shè)成附合路線和結(jié)點(diǎn)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(diǎn)的高程中誤差(相對于起算點(diǎn))不得大于±2cm。

2.近井點(diǎn)和井口高程基點(diǎn)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(jì)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(diǎn)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(shí)的測量，建立地表移動(dòng)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(diǎn)和高程控制點(diǎn)來進(jìn)行。在礦山工程測量中稱這類控制點(diǎn)為近井點(diǎn)和井口高程基點(diǎn)。近井點(diǎn)和井口高程基點(diǎn)是礦山測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。

礦區(qū)近井點(diǎn)布設(shè)要求

近井點(diǎn)可在礦區(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(diǎn)、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(diǎn)的精度，對于測設(shè)它的起算點(diǎn)來說，其點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，在高程上的允許偏差=±0.2m，則其中誤差±0.1m，一般要求兩井口水準(zhǔn)基點(diǎn)相對的高程中誤差引起貫通點(diǎn)K在Z軸方向的偏差中誤差應(yīng)不超過=±0.03m。

所以井口高程基點(diǎn)的高程測量，應(yīng)按四等水準(zhǔn)測量的精度要求測設(shè)。在丘陵和山區(qū)難以布設(shè)水準(zhǔn)路線時(shí)，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(diǎn)的高程精度不受此限。

近井點(diǎn)和井口水準(zhǔn)基點(diǎn)是礦山測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。在建立近井點(diǎn)和井口水準(zhǔn)基點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)。

(2)每個(gè)井口附近應(yīng)設(shè)置一個(gè)近井點(diǎn)和兩個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)；

(3)近井點(diǎn)至井口的連測導(dǎo)線邊數(shù)應(yīng)不超過三個(gè)；

(4)多井口礦井的近井點(diǎn)應(yīng)統(tǒng)一合理布置，盡可能使相鄰井口的近井點(diǎn)構(gòu)成三角網(wǎng)中的一個(gè)邊，或力求間隔的邊數(shù)最少；

(5)近井點(diǎn)和井口水準(zhǔn)基點(diǎn)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(diǎn)和井口水準(zhǔn)基點(diǎn)免受損壞，在點(diǎn)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(diǎn)(簡稱投點(diǎn))；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(gè)井筒中掛兩根鋼絲，將,,傳到井下方法：連接三角形法，四邊形法，瞄直法

(一)投點(diǎn)

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(dòng):井深，風(fēng)大，擺幅大，自由擺動(dòng)投點(diǎn)投點(diǎn)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(diǎn)誤差所引起的垂球線連線的方向誤差aABbaAbBBAabθθccce

=1mm,=3m時(shí),=±68.8″規(guī)程規(guī)定，兩井兩次獨(dú)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)=2,3,4m時(shí)，=0.3,0.45,0.6mm與成正比與成反比減小投點(diǎn)誤差措施：1)增大2)減少馬頭門處風(fēng)流3)小直徑，高強(qiáng)度綱絲,加大錘重，浸入液體中4)減小滴水影響，擋水，桶蓋

1.單重穩(wěn)定投點(diǎn)

單重穩(wěn)定投點(diǎn)是假定垂球線在井筒內(nèi)處于鉛垂位置而靜止不動(dòng)。當(dāng)井筒不深、滴水不大、井筒內(nèi)氣流緩慢、垂球線擺動(dòng)很小、其擺幅一般不超過0.4mm時(shí)被采用。

投點(diǎn)所需主要設(shè)備的要求如下：(1)垂球：以對稱砝碼式的垂球?yàn)楹茫總€(gè)圓盤重量最好為10kg或20kg。當(dāng)井深小于100m時(shí)，采用30～50kg的垂球，當(dāng)超過100m時(shí)，則宜采用50～100kg的垂球；(2)鋼絲：應(yīng)采用直徑為0.5～2mm的高強(qiáng)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(qiáng)度的60%～70%；(3)手搖絞車：絞車各部件的強(qiáng)度應(yīng)能承受三倍投點(diǎn)時(shí)的荷重，絞車應(yīng)設(shè)有雙閘；

(4)導(dǎo)向滑輪：直徑不得小于150mm，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(diǎn)板：用鐵片制成，定向時(shí)也可不用定點(diǎn)板；(6)小垂球：在提放鋼絲時(shí)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?cái)[動(dòng)投點(diǎn)觀測重球線擺動(dòng)，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(diǎn)盤大頭針，小釘?shù)?/p>

(二)連接

由于不能在垂球線、點(diǎn)安設(shè)儀器，故選定井上下的連接點(diǎn)與，從而在井上下形成了以為公用邊的和，一般把這樣的三角形稱為連接三角形。當(dāng)已知點(diǎn)坐標(biāo)及邊的方位角和地面三角形各內(nèi)角及邊長時(shí)，便可按導(dǎo)線測量計(jì)算法，算出、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、的坐標(biāo)及其連線的方位角和井下三角形各要素時(shí)，再測定連接角，就能計(jì)算出井下導(dǎo)線起始邊的方位角及點(diǎn)的坐標(biāo)。CBACDEDEabcabc在選擇井上下連接點(diǎn)和時(shí)，應(yīng)滿足下列要求：

(1)點(diǎn)與及與應(yīng)彼此通視，且和的長度應(yīng)盡量大于20m。當(dāng)邊小于20m時(shí)，儀器必須對中三次；

(2)點(diǎn)與應(yīng)盡可能地在延長線上，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(diǎn)和應(yīng)適當(dāng)?shù)乜拷罱拇骨蚓€，使及之值應(yīng)盡量小一些。

1.外業(yè)：

(1)在連接點(diǎn)上用測回法測量角度和。

(2)丈量連接三角形的三個(gè)邊長、及。量邊應(yīng)用檢驗(yàn)過的鋼尺并施加比長時(shí)的拉力，記錄測量時(shí)的溫度。

在垂線穩(wěn)定情況下，應(yīng)用鋼尺的不同起點(diǎn)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(dòng)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(dòng)觀測了的方法，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、下量得兩垂球先間距離的互差，一般應(yīng)不超過2mm。測角，量邊,

2.內(nèi)業(yè)檢查記錄

(1)三角形的解算當(dāng)及時(shí)，(2)測量和計(jì)算正確性檢核①，平均分配于，上②

當(dāng)<時(shí)，符合規(guī)程要求，分配

2mm,井上

4mm,井下(三)一井定向的工作組織

工作環(huán)節(jié)多，測量精度要求高，縮短占用井筒的時(shí)間，需很好的工作組織。(1)準(zhǔn)備工作

①選擇連接方案，作出技術(shù)設(shè)計(jì)；②定向設(shè)備及用具的準(zhǔn)備；③檢查定向設(shè)備及檢驗(yàn)儀器；④預(yù)先安裝某些投點(diǎn)設(shè)備和將所需用具設(shè)備等送至定向井口和井下；⑤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(shí)的安全措施①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；②提升容器應(yīng)牢固停妥；③井蓋必須結(jié)實(shí)可靠地蓋好；④對定向鋼絲必須事先仔細(xì)檢查，放提綱絲時(shí)，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；⑤垂球未到井底或地面時(shí)，井下人員均不得進(jìn)入井筒；⑥下放鋼絲時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守均勻慢放等規(guī)定，切忌時(shí)快時(shí)慢和猛停，因?yàn)檫@樣最易使鋼絲折斷；⑦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；⑧定向時(shí)，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(yàn)，并寫出技術(shù)總，同技術(shù)設(shè)計(jì)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(jì)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：①定向測量的實(shí)際時(shí)間安排，實(shí)際參加定向的人員及分工；②地面連測導(dǎo)線的計(jì)算成果及精度；③定向的內(nèi)業(yè)計(jì)算及精度評定；④定向測量的綜合評述和結(jié)論。

三、兩井定向方法

當(dāng)?shù)V區(qū)有兩個(gè)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(shí)，就要采用兩井定向。兩井定向時(shí)，由于兩垂球線間距離大大增加，因而由投點(diǎn)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(diǎn)。

(一)外業(yè)工作1.投點(diǎn)

在兩個(gè)立井中各懸掛一根垂球線A和B。2.地面連接測量

從近井點(diǎn)K分別向兩垂球線A、B測設(shè)連接導(dǎo)線K-Ⅱ-Ⅰ-A及K-Ⅱ-B，以確定A、B的坐標(biāo)和AB的坐標(biāo)方位角。導(dǎo)線可采用Ⅰ級或Ⅱ級導(dǎo)線。3.井下連接測量

在定向水平測設(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(jì)算1.根據(jù)地面連接測量的結(jié)果，計(jì)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)、、、，根據(jù)算出的坐標(biāo)，計(jì)算的方位角及長度：

2.根據(jù)假定坐標(biāo)系統(tǒng)計(jì)算井下連接導(dǎo)線

假設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，邊為軸方向，即

3.測量和計(jì)算的檢驗(yàn)

用比較井上與井下算得的兩垂線間距離與進(jìn)行檢查。由于兩垂球的向地心性，差值為: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(jì)算井下導(dǎo)線各邊的方位角及各點(diǎn)的坐標(biāo)

其他邊的坐標(biāo)方位角為：

式中：——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)

,

,與井下導(dǎo)線的測量數(shù)據(jù)重新計(jì)算井下連接導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。

將地面與井下求得的B點(diǎn)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(shí)，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，因地面連接導(dǎo)線精度較高，可不加改正。

5.兩井定向應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次，其互差不得超過1′

取兩次獨(dú)立定向計(jì)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。不受時(shí)間和環(huán)境的限制，觀測簡單方便、效率高，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(fèi)大量人力、物力和時(shí)間等缺點(diǎn)。

慣性導(dǎo)航陀螺經(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(diǎn)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(huì)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。

1960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。

1970年代，上架式陀螺經(jīng)緯儀。特點(diǎn)是體積小，重量輕，觀測時(shí)間短，便于操作和攜帶，適應(yīng)煤礦井下作業(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。

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(dòng)控制技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)引進(jìn)陀螺經(jīng)緯儀，研制出自動(dòng)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МВЦ4型等。

1980年代，研制成數(shù)字化陀螺全站儀。它的特點(diǎn)是可以直接測定測線的方位角和待定點(diǎn)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。激光陀螺光纖陀螺全自動(dòng)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(gè)自由度的陀螺儀稱做自由陀螺儀。自由陀螺的模型及原理：

自由陀螺儀有兩個(gè)特性，具體如下：

(1)陀螺軸在不受外力矩作用時(shí)，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(shí)，將產(chǎn)生非常重要的效應(yīng)——“進(jìn)動(dòng)”，即所謂進(jìn)動(dòng)性。陀螺軸在受外力作用時(shí)，以最小角度向外力矩方向進(jìn)動(dòng)。通過實(shí)驗(yàn)還可以得出：進(jìn)動(dòng)的角速度ωP的大小與外加力矩MB成正比，與陀螺儀的動(dòng)量矩H成反比，即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(dòng)是沒有規(guī)律的。目前用于定向的陀螺儀是采用兩個(gè)完全的自由度和一個(gè)不完全的自由度，也稱為兩個(gè)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(diǎn)，此時(shí)它具有兩個(gè)完全的自由度和一個(gè)不完全的自由度。因?yàn)樗撵`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(dòng)(進(jìn)動(dòng))。

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(周/晝夜=7.25×10-5rad/s)繞其自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，故地球上的一切東西都隨著地球轉(zhuǎn)動(dòng)。如從宇宙空間來看地軸北端，地球是在作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角速度的矢量沿其自轉(zhuǎn)軸指向北端。對緯度為的地面點(diǎn)而言，地球自轉(zhuǎn)角速度矢量和當(dāng)?shù)氐乃矫娉山?，且位于過當(dāng)?shù)氐淖游缑鎯?nèi)?？煞纸鉃榇怪狈至?沿鉛垂方向)和水平分量

(沿子午線方向)。

這時(shí)角速度矢量ωE應(yīng)位于OPN上，且向著北極PN那一端。將ωE分解成互相正交的兩個(gè)分量ω1和ω2。ω1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ω1的大小為：

(3-16)

分量ω2表示子午面在空間繞鉛垂線亦即萬向結(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(dòng)。這個(gè)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ω2的大小為：

(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ω1再分解成為兩個(gè)互相垂直的分量ω3(沿y軸)和ω4(沿x軸)。分量ω4表示地平面繞陀螺儀主軸旋轉(zhuǎn)的角速度，其大小為：

(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ω3表示地平面繞y軸旋轉(zhuǎn)的角速度，其大小為：

(3-19)

分量ω3對陀螺儀軸x的進(jìn)動(dòng)有影響，所以ω3叫做地轉(zhuǎn)有效分量。該分量使陀螺儀軸發(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。

當(dāng)?shù)厍蛐D(zhuǎn)時(shí)，鐘擺式陀螺儀上的懸重Q將使主軸x產(chǎn)生回到子午面的進(jìn)動(dòng)。當(dāng)陀螺儀主軸x平行于地平面的時(shí)刻，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(shí)刻，地平面依角速度ω3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?，觀測者感到的是x軸的正端仰起至地平面之上，并與地平面呈夾角θ。因而懸重Q產(chǎn)生力矩使x軸的正端進(jìn)動(dòng)并回到子午面方向。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(diǎn)O的距離為1，則此時(shí)因地平面繞y軸旋轉(zhuǎn)而引起的力矩為：

(3-20)

顧及式(3-15)，可知這時(shí)x軸進(jìn)動(dòng)的角速度為：

(3-21)

因此鐘擺式陀螺儀在地轉(zhuǎn)有效分量ω3的影響下其主軸x總是向子午面方向進(jìn)動(dòng)。

(二)陀螺儀軸對地球的相對運(yùn)動(dòng)

由于與地球轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，子午面亦在按地轉(zhuǎn)鉛垂分量ω2不斷地變換位置。故即使某一時(shí)刻陀螺儀軸與地平面平行且位于子午面內(nèi)，但下一時(shí)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(yùn)動(dòng)的形式。當(dāng)陀螺儀軸的進(jìn)動(dòng)角速度ωP與角速度分量ω2相等時(shí)，則陀螺儀軸與儀器所在地點(diǎn)的子午面保持相對靜止，因而有：

因θ角較小，故可寫成：

(3-22)

也就是說，陀螺儀軸正端自地平面仰起θ角時(shí)，陀螺儀x軸便與子午面保持相對靜止，此時(shí)的θ角稱為補(bǔ)償角，并以θ0表示。1θ=0,ωP=01~2θ↗,ωP↗,ωP<ω2

2

θ=θ0,ωP=ω2

2~3θ↗,ωP↗,

ωP>ω2

3θ=max,ωP=max3~4θ↘,ωP

↘,ωP>ω24θ=θ0,ωP=ω24~55

5~66

6~1

(三)陀螺儀軸的進(jìn)動(dòng)方程

為了對陀螺儀軸的擺動(dòng)規(guī)律有一個(gè)比較全面的理解，就需要建立陀螺儀軸的運(yùn)動(dòng)方程。陀螺儀軸的運(yùn)動(dòng)略去非線性項(xiàng)可用近似的微分方程來表示：

(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(diǎn)，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(dòng)儀器外部的手輪，通過凸輪帶動(dòng)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(dòng))。

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(shí)現(xiàn)。二者連接的穩(wěn)定性是通過橋形支架頂部三個(gè)球形頂針插入陀螺儀底部三條向心“V”形槽達(dá)到強(qiáng)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(dòng)陀螺馬達(dá)。它要求電壓36V、頻率400Hz的三相交流電源驅(qū)動(dòng)。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)

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Δ表示。陀螺儀子午線位于地理子午線的東邊，Δ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(diǎn)上，可測出邊的陀螺方位角。則定向邊的地理方位角A為：

(3-54)

測定定向邊陀螺方位角應(yīng)獨(dú)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)2~3次。前后兩次測定的儀器常數(shù)，其中任意兩個(gè)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α0，需要求算的井下定向邊，也是要求出其坐標(biāo)方位角α，而不是地理方位角A。因此還需要求算子午線收斂角γ。地理方位角和坐標(biāo)方位角的關(guān)系為：

子午線收斂角γ0的符號可由安置儀器點(diǎn)的位置來確定，即在中央子午線以東為正，以西為負(fù)；其值可根據(jù)安置儀器點(diǎn)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：

(3-56)

井下定向邊的坐標(biāo)方位角則為：

(3-57)

式中：Δ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(shí)，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(gè)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(shí)，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(dòng)0+10-10

在分劃板上連續(xù)讀三個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)，估讀到0.1格。同時(shí)還需用秒表測定周期，即光標(biāo)像穿過分劃板零刻劃線擺動(dòng)一周的時(shí)間，其讀數(shù)稱為自由擺動(dòng)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?yàn)檫@時(shí)用“零”線來跟蹤靈敏部時(shí)懸掛帶的扭矩不完全等于零，會(huì)使靈敏部的擺動(dòng)中心發(fā)生偏移。如陀螺定向時(shí)井上、下所測得的零位有變化時(shí)，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，粗略定向。羅盤粗定向。利用已知邊的坐標(biāo)方位角直接尋找近似北方。兩個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法。達(dá)到逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，算近似北方在水平度盤上的讀數(shù)：

(3-63)

轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)視準(zhǔn)軸就指向了近似北方。(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(diǎn)法；另一類是儀器照準(zhǔn)部固定不動(dòng)，其方法很多，如中天法、時(shí)差法、擺幅法等。采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測時(shí)，陀螺經(jīng)緯儀在一個(gè)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(gè)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(dòng)系統(tǒng)，啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)用秒表記錄自擺周期T3。零位觀測完畢，托起并鎖緊靈敏部。

(4)啟動(dòng)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(dòng)過快，再使用半脫離阻尼限幅，使擺幅大約在1°~3°范圍為宜。用水平微動(dòng)螺旋微動(dòng)照準(zhǔn)部，讓光標(biāo)像與分劃板零刻劃線隨時(shí)重合，即跟蹤。

跟蹤要做到平穩(wěn)和連續(xù)，切忌跟蹤不及時(shí)，例如時(shí)而落后于靈敏部的擺動(dòng)，時(shí)而又很快趕上或超前很多，這些情況都會(huì)影響結(jié)果的精度。在擺動(dòng)到達(dá)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，連續(xù)讀取5個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)u1、u2……u5。然后鎖緊靈敏部，制動(dòng)陀螺馬達(dá)。0+10-10

跟蹤時(shí)，還需用秒表測定跟蹤擺動(dòng)周期T1。擺動(dòng)平衡位置在水平度盤上的平均讀數(shù)NT稱為陀螺北方向值，用下式計(jì)算：

陀螺儀擺動(dòng)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(gè)觀測過程中，經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部都固定在這個(gè)近似北方向上。中天法陀螺儀定向時(shí)一個(gè)測站的操作程序如下:(1)嚴(yán)格整置經(jīng)緯儀，以一個(gè)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。(4)啟動(dòng)陀螺馬達(dá)，下放靈敏部，經(jīng)限幅，使光標(biāo)像擺幅不超過目鏡視場。然后按下列順序進(jìn)行觀測：

①指標(biāo)線經(jīng)過分劃板零刻線時(shí)啟動(dòng)秒表，讀取t1；

②指標(biāo)線到達(dá)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，在分劃板上讀取擺幅讀數(shù)aE

③指標(biāo)線返回零刻線時(shí)讀出秒表上讀數(shù)t2；0+10-10

④指標(biāo)線到達(dá)另一逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)讀擺幅讀數(shù)aW；

⑤

靈敏部指標(biāo)線返回零刻線時(shí)讀秒表上中天時(shí)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(shí)間。記錄不跟蹤擺動(dòng)周期T2。

(5)

測后零位觀測。

(6)

測定待定或已知測線方向值。取前、后兩次的平均值作為測線方向值?；居?jì)算如下：擺動(dòng)半周期：

時(shí)間差：擺幅值：

近似北方偏離平衡位置的改正數(shù)為：(3-45)擺動(dòng)平衡位置在水平度盤上的讀數(shù)(陀螺北方向值)應(yīng)為：

(3-46)

式中c——比例系數(shù)。

c值的測定和計(jì)算方法如下：①利用實(shí)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(shí)間差Δt1和Δt2，以及擺幅值a1和a2，可列出如下方程式，以求解c值。

解之得：

(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(gè)范圍須重新測定。隔一定時(shí)間后應(yīng)抽測檢查。②利用擺動(dòng)周期計(jì)算比例系數(shù)c

(3-48)

式中m——分劃板分劃值；

T1——跟蹤擺動(dòng)周期；

T2——不跟蹤擺動(dòng)周期。

(五)陀螺經(jīng)緯儀定向時(shí)的注意事項(xiàng)

陀螺經(jīng)緯儀是以動(dòng)力原理論為基礎(chǔ)的光、機(jī)、電結(jié)合的精密儀器。工作時(shí)，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(shí)，應(yīng)根據(jù)儀器的性能及指標(biāo)注意一些事項(xiàng)。(1)必須由具有一定操作經(jīng)驗(yàn)的人員來使用儀器。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(dòng)陀螺馬達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之前和制動(dòng)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(shí)，嚴(yán)禁搬動(dòng)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(shí)，要注意接線的正確；使用外接電源時(shí)應(yīng)注意電壓、極性是否正確。在沒有負(fù)載時(shí)，不得開啟逆變器。(5)陀螺儀存放時(shí)，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10℃~30℃為宜。(7)儀器用車輛運(yùn)輸時(shí)，要使用專用防震包裝箱。(8)在野外觀測時(shí)，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(shí)，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(shí)的聯(lián)系測量經(jīng)過一個(gè)立井利用陀螺經(jīng)緯儀定向時(shí)的聯(lián)系測量由三部分組成：①投點(diǎn)；②井上、下與連接測量；③井下起始邊的陀螺經(jīng)緯儀定向。

1,投點(diǎn)激光垂直投點(diǎn)儀鋼絲投點(diǎn)法。

2,連接地面連接：井下連接：

3.定向在選定的起始邊上進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀定向，求出該邊的坐標(biāo)方位角。

4.內(nèi)業(yè)計(jì)算

(1)根據(jù)地面連接測量的成果，按復(fù)測支導(dǎo)線計(jì)算垂球線A的坐標(biāo)(xA、yA)。

(2)計(jì)算井下連接導(dǎo)線各邊的坐標(biāo)方位角。

(3)計(jì)算井下導(dǎo)線起始點(diǎn)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(diǎn)上。所以我們稱之為導(dǎo)入高程。導(dǎo)入高程的方法隨開拓的方法不同而分為：①通過平硐導(dǎo)入高程；②通過斜井導(dǎo)入高程；③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(shí)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3-11通過立井導(dǎo)入高程

則

因此通過立井導(dǎo)入高程的實(shí)質(zhì)就是如何求得l的長度。目前導(dǎo)入高程采用的方法有:長鋼尺導(dǎo)入高程短鋼尺導(dǎo)入高程鋼絲導(dǎo)入高程測距儀導(dǎo)入高程二、長鋼尺導(dǎo)入高程

目前在國內(nèi)外使用的長鋼尺有500m、800m、1000m等幾種。鋼尺通過井蓋放入井下，掛上一個(gè)10kg左右垂球，以拉直鋼尺，使之居于自由懸掛位置。在地面及井下安平水準(zhǔn)儀，分別在A、B兩點(diǎn)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(shí)取讀數(shù)m和n。同時(shí)讀數(shù)可避免鋼尺移動(dòng)所產(chǎn)生的誤差。還應(yīng)用點(diǎn)溫計(jì)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(diǎn)之高差為：(3-53)

式中: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(xiàng)改正數(shù)。即

(3-54)

在計(jì)算溫度改正數(shù)時(shí)，鋼尺工作時(shí)的溫度應(yīng)該取井上下溫度的平均值，即。對于鋼尺的自重改正，可按下式計(jì)算：(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2×106kg/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(shí)，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(dú)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(dòng)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，所以本次設(shè)計(jì)采用鋼絲法導(dǎo)入高程。用鋼絲導(dǎo)入高程時(shí)，因?yàn)殇摻z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(shí)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(diǎn)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(diǎn)用標(biāo)線夾8在鋼絲上標(biāo)出。

（2）地面：在井下8夾好的時(shí)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(diǎn)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(jì)算

A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的高差為：

公式中λ的正負(fù)規(guī)定如下：標(biāo)線夾8在標(biāo)線夾9下面時(shí)為正，反之為負(fù).在總改正數(shù)∑Δl中，按《規(guī)程》規(guī)定只需對丈量時(shí)所用鋼尺的尺長改正和溫度改正以及井上下溫度不同時(shí)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)入高程將定向時(shí)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(diǎn)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，同時(shí)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(shí)，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，按鋼絲的上下標(biāo)記m,n在路面或枕木上釘兩顆釘子或做兩個(gè)十字記號，然后用測距儀瞄準(zhǔn)反射鏡按規(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，測距時(shí)須進(jìn)行往返測。

施測完以后即進(jìn)行計(jì)算：

h=Sm-n+(b-a)+△l

其中△l包括鋼絲自重改正△lc和鋼絲溫度改正△lt

△lc=+γ*l*(L-l/2-l1)/E

l1

：長度l上端點(diǎn)鋼絲懸掛