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(3) 井下水准基点的高程H。

本设计采用两井定向方案与陀螺经纬仪定向两种方案，并对其进行了精度评定和比较。

2.1 两井定向方案

当矿区有两个立井，且两井之间在定向水平上有巷道相通并能进行测量时，就要采用两井定向。两井定向时，由于两垂球线间距离大大增加，因而由投点误差引起的投向误差也大大减小，这是两井定向的最大优点。

2.1.1 技术规范及限差要求

表1 近井光电测距导线的布设与精度要求

1

导线全附（闭）合 一般边长 等 级 导线长度 （km） （km） 合差 三等导线 15 四等导线 10 一级导线 5 二级导线 3 2~5 1~2 0.5 0.25 1/100000 1/100000 1/30000 1/20000 ±1.8 ±2.5 ±5 ±10 1/00000 1/40000 1/20000 1/10000 中误差 差 相对闭测距相对 测角中误长 表

《煤矿测量规程》 规定，两井两次独立定向所算得的井下定向边的方位角之差，不应超过±1′。则一次定向的中误差为

若忽略投向误差θ，认为井上、下连接误差大致相同，则

2.1.2 测量方案

本设计中，井上测设采用二级导线，从两个给定已知点M、N敷设导线，求得近井点的坐标及方位角，设计图见图1-1（绿色部分为井上导线）。

图1-1 近井点测量设计图

本设计中，在井下定向水平，测设经纬仪导线A-1-2-3-4-5-6-7-B，导线采用15\基本控制导线。导线布设图见图1-2（蓝色部分为井下导线）。

图1-2井下导线布设图

2.1.3 投点、连接

投点： 在两个立井中各悬挂一根垂球线A和B。投点的方法与一井定向相同，只是每个井筒悬挂一根钢丝，投点工作比一井定向简单，而且占用井筒时间短。用锤线或激光束将地面点的位置通过立井传递至定向水平的测量工序。包括单重稳定投点、单重摆动投点和激光投点。

本矿井筒400左右，不算太深，滴水不大，井筒气流比较缓和，因此决定采用单重稳定投点方式。

所需设备及要求：

垂球：50-100kg；钢丝：0.5-2mm的高强度优质碳素弹簧钢丝；单闸手摇绞车；导向滑轮：直径不小于150mm；定点板；加盖大水桶；小锤球。

地面连接: 地面连接的任务在于测定两垂球的坐标, 再由坐标算出两垂球的方位角来。关于地面连接的方式,根据两井筒相距的远近而有所不同。当两井相距较近时,则可插入一个近井点, 然后用导线连接，当两井相距较远时, 则可在两井筒附近各插入一个近井点来连接。如图1 所示。当敷设导线时, 应该使导线具有最短的长度并尽可能沿两垂球连线的方向延伸, 因为此时量边误差对联线的方向不产生影响。一般可按照设立近井点的要求进行测量, 但在定向之前, 应根据一次定向测量中误差不超过±20″的要求。

井下连接: 在定向水平上, 一般可用井下 7″经纬仪导线将两垂球线连接起来,在巷道形状可能的情况下,和地面连接导线一样尽可能沿两垂球方向敷设,并使其长度最短。在选定了井上下连接方案后,应进行精度预计。如果井下经纬仪导线起始边的方位角中误差 不超过20″,方案才能被采用。

2.1.4 工作组织与安全措施

工作组织的主要流程有： （1）准备工作

选择连接方案，做出技术设计；定向设备及用具准备；检查定向设备及检验仪器；预先安装某些投点设备和将所需用具设备等送至定向井口和井下；确定井上下负责人，同一负责指挥和联络工作。

（2）制定地面的工作内容及顺序

（3）制定定向水平上的工作内容和顺序

（4）定向时的安全措施：定向过程中应劝阻一切非定向工作人员在井筒附近停留；提升容器应牢固停妥；井盖必须结实可靠地改好；对定向钢丝必须事先仔细检查，放提钢丝时应事先通知井下，只有当井下人员撤离时才能开始；垂球未到井底，人员不得进入井筒；钢丝要均匀慢放。

（5）定向后的技术总结：包括定向测量的实际时间安排，实际参与定向的人员和分工；地面连测导线的计算成果及精度；定向的内业计算和精度评定；定向测量的综合评述和总结。

2.1.5内业数据处理

由于每个井筒内只投一个点，不能直接推算井下导线边的方位角。因此，首先采用假定坐标系统，然后经过换算求得与地面坐标系统一致的方位角。

（1）根据地面导线计算A、B点坐标，通过坐标反算原理求出两锤球线连线在地面坐标系统中的方位角、边长；

（2）建立井下假定坐标系统，计算在定向水平上两锤球线连线的假定方位角、边长。通常为了计算方便，假定A-1边为x′轴方向，与A-1垂直方向为y′轴，A点为坐标原点，即

''?'\x??00000A1 ，A?0 ， y'A?0

''计算井下连接导线各点假定坐标，直至锤线B的假定坐标 xB 和 yB 。再通过反算公式计

算AB的假定方位角及其边长：

'SSAB理论上讲， 和 AB 应相等。

（3）按地面坐标系统计算井下连接导线各边的方位角及各个点的坐标。

'??AB式中 若 < AB 时， ?A1??AB?360????AB

然后根据 ?A1 之值，以锤线A的地面坐标重新计算井下连接导线各边的方位角及各点的坐标，最终求得锤线B的坐标。井下连接导线按地面坐标系统算出B点坐标值应和地面连接导线

所算得的B点坐标值相等。为了检核，两井定向也应独立进行两次，两次算得的井下起始边的方位角互差不得超过1′。

2.2 陀螺定向方案

设计应包括选用仪器、选定地面和井下测定边、观测方法和限差、精度估计、坐标传递、工作组织等

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。本次陀螺定向所用陀螺经纬仪为JT15No79563陀螺经纬仪。

2.2.1 陀螺经纬仪定向基本原理

上图中?为仪器常数，r为子午线收敛角，?T为陀螺方位角，?0为坐标方位角，A0为地理方位角。各个参数的关系如下：、

①在地面已知边上测定仪器常数 求得仪器常数： ②在井下定向边上测定陀螺方位角

′?在井下进行陀螺定向，则定向边的地理方位角A为：A=T+? 。

测量要求：测定定向边陀螺方位角应独立进行两次，其互差应小于40″。

③仪器上井后重新测定仪器常数

仪器上井后，应在已知边上重新测定仪器常数2—3次。前后两次测定的 仪器常数，其中任意两个仪器常数的互差应小于40″，然后求出仪器常数的最或是值。 用白塞尔公式

④求算子午线收敛角

m??[vv]/(n?1)评定一次测定中误差。

地理方位角和坐标方位角的关系为：A0=?0+

?0

子午线γ0的符号由安置经纬仪的位置确定，在中央子午线以东为正，以西为负。 ⑤求算井下定向边的坐标方位角

由上述公式可得出：

因此井下定向边的坐标方位角为 ： 平

2.2.2 陀螺经纬仪定向步骤

本次测量运用逆转点法

第一步：在A点安置陀螺经纬仪，严格整平对中，并以两个镜位观测测线方向AB的方向值——测前方向值M１。

第二步：将经纬仪的视准轴大致对准北方向(对于逆转点法要求偏离陀螺子午线方向不大于60′。

第三步：测量悬挂带零位值——测前零位，同时用秒表测定陀螺摆动周期。 第四步：用逆转点法精确测定陀螺北方向值NT。

启动陀螺马达，缓慢下放灵敏部，使摆幅在1°~3°范围内。调节水平微动螺旋使光标像与分划板零刻度线随时保持重合，到达逆转点后，记下经纬仪水平度盘读数。连续记录5个逆转点的读数u１、u２、u３、u４、u５，并按下式计算NＴ： 第五步：进行测后零位观测，方法同测前零位观测。

第六步：再以两个镜位测定AB边的方向值——测后方向值M２。

′?第七步：计算TＡＢ陀螺方位角： ?T

于是可得井下定向边坐标方位角。

2.2.3 组织工作与注意事项

①必须在熟悉陀螺仪性能的基础上，由具有一定操作经验的人员来使用仪器。

②在启动陀螺马达达到额定之前和制动陀螺马达的过程中，陀螺灵敏部必须处于紧锁状态，防止悬挂带和导流丝受损伤。

③在陀螺灵敏部处于紧锁状态、马达又在处于高速旋转时，严禁搬动和水平旋转仪器。 ④在使用陀螺电源逆变器时，要注意接线的正确；使用外接电源时应注意电压、极性是否正确。在没有负载时，不得使用逆变器。

⑤陀螺仪存放时，要装入仪器箱内，放入干燥剂，仪器要正确存放，不要倒置或躺卧。 ⑥仪器应放在干燥，清洁，通风良好处，切忌放到热源附近。 ⑦仪器用车辆运载时，要使用专用防震包装箱。 ⑧在野外观测时，仪器要避免太阳光直接照射。

⑨目镜或其他光学零件受污时，先用软毛刷轻轻拭去灰尘，然后用镜头纸或软绒布揩拭，一面伤光洁度和表面涂层。

2.2.4 陀螺经纬仪定向误差分析

按跟踪逆转点法进行陀螺定向时，主要误差来源有： ① 经纬仪测定方向的误差；

② 上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差； ③ 悬挂带零位变动误差；

④ 灵敏部摆动平衡位置的变动误差；

⑤ 外界条件，如风流、气温及震动等因素的影响。

2.3 两种方案的比较 2.3.1 两井定向精度估计

地面连接误差

地面连接误差包括由近井点T到结点Ⅱ和由结点Ⅱ到两垂球线A、B所设两部分导线的误差。为了研究方便起见，假定一坐标系统：AB为y轴，垂直于AB的方向线为x轴。则 c——两垂球线间的距离；

m——由结点到垂球线A间所测设的支导线误差所引起的A点在x轴方向上的位置误差；

XAm——由结点到垂球线B间所测设的支导线误差所引起的B点在x轴方向上的位置误差；

XB n ——由近井点到结点间的导线测角数；

m?——由近井点到结点间导线的测角误差。

经计算，得m上=12.78<21.2，符合精度要求

井下连接误差

井下导线测角误差所引起的不同边的连接误差计算公式： 由井下导线量边误差所引起的连接误差计算公式：

上式中R'A(见图9-11)为由导线点1、2、3、…、(i-1)到垂球线A的距离在AB连线上的投影；而R'B则为由导线点i、i+1、…、(n-1)到垂球线B的距离在AB连接上的投影。 经计算，最大方位角误差为14″，小于限差15″，符合精度要求。 则

上下

2.3.2 陀螺定向精度估计

陀螺经纬仪的测量精度，以陀螺方位角一次测定中误差表示，跟踪逆转点法定向时的误差

分析。以德国威斯特发伦采矿联合公司的GYROMAT2000型陀螺经纬仪为例来进行探讨。按跟踪逆转点法进行陀螺定向时，主要误差来源有：① 经纬仪测定方向的误差；② 上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差；③ 悬挂带零位变动误差；④ 灵敏部摆动平衡位置的变动误差；⑤ 外界条件，如风流、气温及震动等因素的影响。 （1）经纬仪测定方向的误差

一条测线一次观测的程序为：仪器在测站对中整平；测前以一测回测定测线方向值；以5个连续跟踪逆转点在度盘上的读数确定陀螺北方向值；测后以一测回测定测线方向值。这样，此项误差包括:

①对中误差