YJTQ-1陀螺全站仪在地下测量中的应用-以加测陀螺定向边为例

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Y/JTQ-1陀螺全站仪简介Y/JTQ-1陀螺全站仪是由解放军1001工厂和西安测绘研究所共同研制的Y/JTG系列下架式陀螺全站仪。该仪器为自主式、全天候的精密定向仪器，采用积分测量的方法快速实现真北方位角的测量，操作的各种程序由控制装置执行，定向时间约20 min。全站仪测得数据可通过数据线传到控制装置，测量结果的计算、输出、显示等由控制装置完成。在民用上它广泛应用于矿山、隧道及井下的定向作业。在军事上能为导弹、雷达、火炮等提供方位基准。缺点是仪器体积较大且重，测量时对仪器的限幅较高。Y/JTQ-1陀螺全站仪主要技术指标如下：(1)一次定向中误差：≤7″（中纬度地区）(2)一次定向测量时间：≤20 min(3)仪器主机重量：≤17 kg(4)仪器工作环境温度：-10～+45℃(5)供电电源：交直流两用交流220V±10％50Hz；直流专用直流电源12V。Y/JTQ-1陀螺全站仪由仪器主机、电缆、脚架和控制装置等组成。陀螺全站仪仪器主机由陀螺仪和全站仪组成。用于完成方向测定及目标点、自准直像的观测等。2、Y/JTQ-1陀螺全站仪加测陀螺定向边通过A矿井下大型斜坡道加测陀螺定向边为例来说明Y/JTQ-1陀螺仪在地下测量中的应用。A矿井下大型斜坡道按15%的坡度设计，该斜坡道从地表通向井下-425 m水平，井下所有水平均与斜坡道连接，并且各个水平控制测量起算数据均以斜坡道的导线控制测量数据为基础，可见斜坡道的控制测量是整个地下控制测量的骨干。图1是A矿井下斜坡道的部分实测图。图1

A矿井下斜坡道由于斜坡道从地表到井下垂直高差460 m左右，地表斜坡道入口要位于矿区内部，所以斜坡道从地表到井下螺旋盘绕下行，设计时斜坡道弯道较多且转弯半径较小。井下每一水平斜坡道开口处为3‰的坡度，这就决定即使在斜坡道直巷道部分相邻导线点间距也不能太长，否则不通视。在转弯处由于转弯半径较小也导致相邻导线点间距太短，最短导线边长不到20m。正是这些复杂情况，导致斜坡道控制测量精度难以提高，为了满足井下生产需要，必须要提高斜坡道导线的精度，加测陀螺定向边是提高斜坡道导线精度的快速而有效的措施。2.1

陀螺定向边类型及位置选择A矿斜坡道施工是井下掘进的前期工作，各个水平的采掘施工均在斜坡道施工后开始，故斜坡道的控制测量也是其他各水平控制的基础。斜坡道从地表和井下相向掘进，在每个掘进工作面只能铺设支导线，由于支导线较长满足不了贯通的要求，故随着支导线的铺设，间隔一段距离加测陀螺定向边。加测的陀螺定向边分为坚强陀螺定向边和非坚强陀螺定向边。坚强陀螺定向边是指平差计算时陀螺定向边不参与平差，方向为已知值，不考虑误差，此时的方向附和导线的平差与附和导线相同。非坚强陀螺定向边是指平差计算时陀螺定向边参与平差。当方向附和导线的陀螺定向误差和测角误差之比小于等于1/3时，可把陀螺定向边看作是坚强边。Y/JTQ-1陀螺全站仪一次定向中误差小于等于7"，A矿业斜坡道支导线采用2"级全站仪观测。根据忽略不计原则，如果陀螺定向的中误差不大于支导线测角引起的误差的1/3，此时可把陀螺定向边作为坚强边来参与计算。陀螺定向边作为坚强边需要大于110，即支导线边数超过110时，陀螺定向边才可作为坚强边。这在实际中是不可能的，故安徽开发矿业斜坡道加测陀螺定向边属于非坚强陀螺定向边。具体在支导线的哪些部位加测陀螺定向边可由下列因素综合考虑确定。(1)加测陀螺定向边的位置应使贯通处的横向误差最小。(2)加测陀螺定向边后使导线成了方向附和导线，该附和导线的边数不宜超过12条。(3)加测陀螺定向边的方向应尽量与贯通轴线相平行。(4)加测陀螺定向边的长度应大于50m，如条件允许，尽量选择长边。(5)加测陀螺定向边的位置应考虑导线点的稳定性及周围环境的影响。考虑到以上情况，斜坡道陀螺定向边加测在支导线的第九条边上，如图2所示。图2

斜坡道支导线示意2.2

陀螺定向边方位角计算及精度评定为了计算支导线最弱边NX8－NX9的坐标方位角中误差，首先要计算每测站的测角均值中误差，每测站两个测回，即四个半测回，每测站的角度观测值及计算结果见表1。表1

斜坡道支导线角度观测数据及计算加测陀螺定向边需要在地表已知边上测量陀螺方位角，并计算出陀螺仪的仪器常数，然后在井下待定边上测量陀螺方位角，上井之后再次测量已知边的陀螺方位角，并计算陀螺仪的仪器常数。取两次计算的陀螺仪常数的均值作为最终的陀螺仪常数。在已知边和待定边测量陀螺方位角时每次至少需要测量2～3个测回，然后对测出的陀螺方位角分别进行精度评定，精度评定指标采用陀螺方位角均值中误差来表示。地表已知点的坐标成果如表2所示，陀螺在地表已知点L002设站。井上下测量陀螺方位角及计算成果如表3所示，陀螺在井下待定边（NX8－NX9）的NX8站点进行设站。表2

地表已知点坐标表3

井上下陀螺定向数据及计算成果如果忽略地表已知边L002－L003的坐标方位角中误差，根据已经推导出的井下待测边一次测定方位角中误差，经计算NX8~NX9边的坐标方位角中误差等于5.6″。如果忽略井下支导线起算边W1~W2的坐标方位角中误差，即=0，则有mαn2=7.2＂。由支导线计算过程可求得最弱边NX8－NX9边的坐标方位角，=348°33′24″，由表1～3可求得陀螺定向边NX8－NX9的坐标方位角，=348°33′50″，26″。可见，加测陀螺定向边能有效减少支导线的方位误差积累