井下矿山测量控制网中陀螺定向边数的计算

摘要：矿山企业拥有专业的工程测绘资质认证体系，井下矿山测量控制网中陀螺定向边数的测定，则是矿山测绘的基础，也是测绘工程中的重要组成内容。本文将主要介绍井下矿山测量的基本状况和测量控制网的设计模式，并进一步阐述陀螺定向边数的计算方法。

关键词：测量控制网；陀螺定向；井下矿；矿山测量

井下矿山测量是工程测量领域专业性较强的项目，也是矿产资源开发中不可替代的环节。鉴于其工作环境的特殊性，井下矿山测量拥有自身的特征。在测量工作中，测量控制网中的陀螺定向边数的计算就是一项不可或缺的数据。这项测绘理论在国内外也拥有着较长的发展历史。我国的井下矿山测量从早期的计划经济时代就有了较快的发展并形成了自身的理论体系。现阶段，高新技术的普级和运用为井下矿山测量带来了更多的便利操作方式。然而，在井下测量中，基础的测绘工作组成环节仍占据着重要的地位。

1. 井下矿山测量的基本阐述

井下矿山测量的工作环境多处于自然条件较为恶劣的矿区，我国的矿藏资源地理分部极为广阔，且极不均衡，部分矿藏开发区所处的地理环境较为复杂，给矿山测绘带来了较大的工作难度。综合种种的自然和人文因素，矿山测量的作业具有其自身的特征和工艺方法。在井下矿山测量中，通常会遇见无法通视的情形，在更为复杂的环境下，照相也较难有效开展。同时，在仪器设备的使用上，也会出现电磁波传导困难的状况，而陀螺经纬仪在井下定位中能有效的解决这个问题。现阶段，电子激光经纬仪的运用，在斜井施工测量管理和绘图上，不仅有效的提高了速率，还大幅的降低了操作员的劳动强度。当前，地面遥感技术及现代新测绘设备的运用，让井下矿山测量逐步的摆脱了原始的操作方式，不仅更为节省人力和时间，还大大的提高了测绘的精确性。然而，由于某些测量技术，受到自然环境的限制，难以大面积推广，在使用上仍存在着较大的局限性。

井下矿山测绘工作，务必全部遵循我国《测绘法》的规定，即测绘工作人员必须拥有专业的证书，相关的督导和行业主管部门也务必拥有规定以上的资质。当前，根据各个矿山属性的不同，矿山测绘的成果大都是处于“自享”的状态。

2.井下矿山测量控制网的设计

井下矿山测量控制网的主要设计任务，就是保持导线的最远点精度，能使导线的陀螺定向边数计算误差在控制范围内。计算陀螺定向边数，是在可靠性为0.997的条件下进行的，也可理解为是在置信概率或者置信水平为0.997的条件下进行计算的。早在上个世纪70年代，前苏联的矿山测量技术规程就对精度做出了规定，要确保将巷道平面的精度。在我国的矿山测量控制网的设计中，针对陀螺定向边数的计算并没有考虑到系统本身的极端误差。所使用的计算方法会用控制网本身的定向误差，导致点位误差。据实践总结，有时候这个误差 值较大，并可能对导线网的总的点位误差带来较大的影响。

井下矿山测量控制网中，任意的陀螺定向边，其方位角的误差计算方式将受到三个因素的影响。其中，陀螺经纬仪改正数的起始边坐标方位角会存在误差，这个误差值会影响最后的总体结果；另外，地面陀螺方位角也会存在误差；最后是井下定边陀螺方位角的误差。这三个方位角的误差值的平方和，进行开方计算，就得到了整体的系统误差。在测量计算的过程中，前两个因素是陀螺经纬仪改正数的误差，因起始边坐标方位角的误差可能很小，大约在正负2″到正负5″之间，所以可以忽略。测绘期间，陀螺经纬仪的改正数会随着时间的变化而变化，要最终确定这一误差便需要长期的观测。

3.井下矿山测量控制网中陀螺定向边数的计算

3.1 消除陀螺定向边数计算误差的三种方法

第一种方法是在已知的起始边上进行长期的重复观测，确定改正数，在开始之前和结束之后分别观测五次左右，取其平均值；第二种方法是在测绘开始之前观测两次，并在井下确定

3、4条定边，再观测两次，一共进行4次观测，取其平均值；第三种方式是在开始之前，进行10天以上的观测，确定改正数，然后在每天的井下定向观测之后再确定一次改正数，将观测期间的所有陀螺定向边数的观测值求其平均数。第三种方式是一种非常复杂且工作量繁重的方法，且对时间的敏感度较差，使用的范围较小。

三种消除误差的方式各有其使用的范围，并各有特点。第一种方式获得的误差值较大，第二种方法获得的误差值最大，第三种方法的误差值最低。在计算陀螺定向边数的时候，第一种方式是最可取的。它不仅能够消除定向误差对测量控制网各部分相互位置的影响，还能解决巷道贯通的问题，其运用范围较为广泛，是一种可以推广使用的方法。

3.2 陀螺定向边数的计算

我们在第一种方式下，分析陀螺定向边数的计算。

首先，控制网的点位误差通过定向误差计算而来，它与待定点的导线长度成正比。

在陀螺经纬仪定向边分段的过程中，导线点位的总误差通过长期的实践观测可以获得。

其中，定向误差所引起的导线点的点位误差（ ）、边长丈量时偶然误差的影响系数（μ）及系统误差系数（λ）、水平角测角误差（ ）、导线边数（n）和杯陀螺经纬仪分成的段数（k），都将影响经纬仪导线点位的总误差（ ）。

其计算公式如下：

一般情况下，矿山井下控制网的设计过程中，井底的车场起点到导线终点的总长度，关系着未来较长时间的矿藏采挖工作，陀螺定向边数的计算根据第一种控制网的设计方式完成，即可保证测绘工作的可靠性。若是控制网有多个部分，陀螺定向边数将取各个单独部分的数值总和。井下矿山的陀螺定向边数的计算误差应在正负10″和正负15″之间，这也是工程测量工作者在长期的实践经验中，总结而来的。

长期的实践和分析也表明，在井下矿山测量控制网的设计工作中，可靠性在大于等于0.997的范围内，井田的两翼可以长达7公里，若是希望两翼更长，则需要采用控制网的辅助归心，且不宜设计分段长度小于500米的控制网。根据井下矿山的测量控制网的最远点误差和控制网的可靠性，每个导线的长度和绘制的曲线图均可以确定陀螺定向边数。