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第一节联系测量的作用和任务一、概念联系测量：将矿区地面平面坐标系统和高程系统传递到井下，使井上下能采用同一坐标系统所进行的测量工作。联系测量包括平面联系测量和高程联系测量，即定向和导入高程二、联系测量的目的和任务1、联系测量的目的：使地面和井下测量控制网采用同一坐标系统。2、联系测量的任务：（1）井下导线起算边的坐标方位角；（2）确定井下导线起算点的平面坐标x和y；（3）确定井下水准基点的高程H。第二节矿井定向的种类与要求矿井定向概括来说分为两类：定向几何定向通过斜井或平峒一井定向两井定向物理定向磁性定向投向仪定向陀螺定向第三节地面近井点、井口水准基点及井下定向基点的测设近井点和井口水准基点的设置要求1、尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点;2、每个井口附近应设置一个近井点和两个水准基点；3、近井点至井口的连测导线边数应不超过三个；地面连测导线的测量地面有近井点至井口（定向连接点）的连测导线，边数应不超过3个。地面连测时，应敷设测角中误差不超过5″或10″的闭合导线或复测支导线，10″（二级）小三角网作为首级控制的小矿区。地面连测导线应尽量采用光电测距导线。地面连测概述在立井中悬挂钢丝垂线由地面向井下传递平面坐标和方向的测量工作称为立井几何定向。第四节立井几何定向立井几何定向工作分为两部分：由地面向定向水平投点(简称投点)；在地面和定向水平上与垂球线连接(简称连接)。Ax1234BABxxⅠⅡ两井定向示意图一井定向方法有连接三角形法、四边形法和适用于小型矿井的瞄直法等。本节只介绍常用的连接三角形法。一井定向方法在一个井筒内悬挂两根垂球线由地面向井下传递平面坐标和方向的测量工作称为一井定向。（一）投点1、投点的方法由地面向定向水平投点，简称投点采用垂球线单重投点法单重稳定投点〈0.4mm单重摆动投点（水桶内，静止不变，井深小，摆幅小）（井深，风大，摆幅大，自由摆动）2、投点误差与投向误差由地面向定向水平投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，使得垂球线在地面上的位置投到定向水平后会发生偏离，这种偏离称为投点误差。由投点误差引起的垂球线连线的方向误差，称为投向误差。投点误差与投向误差(a)(b)(c)A′B′A′B′A′B′θθABBBAAtg图(b)中图(c)中ABAABBtg设AA′=BB′=e，AB=c，且由于θ很小，则(c)图中的θ可简化为：ce2因此要减少投向误差，必须加大两垂球线间的距离c和减少投点误差e。减少投向误差的主要措施：1)尽量增大两垂球线间的距离，并选择合理的垂球线位置;总投向误差为：ce2)定向时最好减少风机运转或增设风门，以减少风速3)采用高强度、小直径的钢丝，适当加大垂球重量，并将垂球浸入到稳定液中;4)减少滴水对垂球线及垂球的影响。3、单重稳定投点单重稳定投点是假定垂球线在井筒内处于铅垂位置而静止不动，所进行的投点。单重稳定投点设备和安装系统如下图所示：稳定投点的设备和安装投点所需主要设备的要求如下：(1)垂球：以对称砝码式的垂球为好，每个圆盘重量最好为10kg或20kg。当井深小于100m时，采用30～50kg的垂球，当超过100m时，则宜采用50～100kg的垂球；(2)钢丝：应采用直径为0.5～2mm的高强度的优质碳素弹簧钢丝。钢丝上悬挂的重锤重量应为钢丝极限强度的60%～70%；(3)手摇绞车：绞车各部件的强度应能承受三倍投点时的荷重，绞车应设有双闸；(4)导向滑轮：直径不得小于150mm，轮缘做成锐角形的绳槽以防止钢丝脱落，最好采用滚珠轴承；(5)定点板：用铁片制成，定向时也可不用定点板；(6)小垂球：在提放钢丝时用，其形状成圆柱形或普通垂球之形状均可；(7)大水桶：用以稳定垂球线，一般可采用废汽油桶，水桶上应加盖。4、钢丝的下放和自由悬挂的检查通常采用以下方法:(1)信号圈法(2)比距法比距法是采用比较井上、井下两钢丝间的距离的方法进行检查。若量得的井上、井下两钢丝间的距离互差不大于2mm，便认为钢丝是自由悬挂的。(3)振幅法振幅法是测定钢丝摆动的半周期，看它是否与计算值相等。理论值按下式计算：由于稳定液的阻尼作用，实测的半周期应大于计算值。若小于计算值，可将实测的半周期代入上式，计算出钢丝自由悬挂的长度，以便估计接触点的位置；(4)井筒条件允许时，可以乘罐笼或吊桶直接检查钢丝的悬挂。5、单重摆动投点单重摆动投点是通过观测垂球线的摆动,找出其静止位置并固定起来,然后进行连接测量。常采用标尺法和定中盘法。6.一井定向的工作组织工作环节多，测量精度要求高，缩短占用井筒的时间，需很好的工作组织。(1)准备工作①选择连接方案，作出技术设计；②定向设备及用具的准备；③检查定向设备及检验仪器；④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；⑤确定井上下的负责人，统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及顺序。。(4)定向时的安全措施①在定向过程中，应劝阻一切非定向工作人员在井筒附近停留；②提升容器应牢固停妥；③井盖必须结实可靠地盖好；④对定向钢丝必须事先仔细检查，放提纲丝时，应事先通知井下，只有当井下人员撤出井筒后才能开始；⑤垂球未到井底或地面时，井下人员均不得进入井筒；⑥下放钢丝时应严格遵守均匀慢放等规定，切忌时快时慢和猛停，因为这样最易使钢丝折断；⑦应向参加定向工作的全体人员反复进行安全教育，以提高警惕。在地面工作的人员不得将任何东西掉入井内，在井盖工作的人员均应配带安全带；⑧定向时，地面井口自始至终不能离人，应有专人负责井上下联系。（二）连接1、概念把地面上的已知点和定向水平上的永久点与垂球线连接，简称为连接。2、连接测量连接测量分为地面连接测量和井下连接测量两部分。地面连接测量是在地面测定两钢丝的坐标及其连线的方位角；井下连接测量是在定向水平根据两钢丝的坐标及其连线的方位角确定井下导线起始点的坐标与起始边的方位角。连接测量的方法很多，这里仅以连接三角形法为例予以介绍。连接三角形示意图ABCABC′DD′图中三角形ABC和ABC′称为连接三角形。为了提高定向的精度，在选择井上、井下连接点C、C′时，应使连接三角形△ABC和△ABC′满足以下三个条件：（1）点C与D及点C′与D′要彼此通视，且CD与C′D′的边长要大于20m；(2)三角形的锐角γ和γ′要小于2°；构成最有利的延伸三角形(3)a/c与b′/c′的值要尽量小一些，一般应小于1.5m。1）连接三角形应满足的条件δδγαβγ′′′′′2）连接三角形法的外业地面连接测量是在C点安置经纬仪测量出φ和γ两个角度，并丈量a、b、c三条边的边长。同样，井下连接测量是在C′点安置仪器测量出φ′和γ′三个角度，并丈量c，b′和a′三条边的边长。φ′a′b′3）连接三角形的解算①运用正弦定理，解算出α，β，α′，β′②检查测量和计算成果首先，连接三角形的三个内角α、β、γ以及α′、β′、γ′的和均应为180°。若有少量残差可平均分配到α、β或α′β′上。(角的检验）其次，井上丈量所得的两钢丝间的距离c丈与按余弦定理计算出的距离c计相差应不大于2mm；(距离检核)井下丈量所得的两钢丝间的距离c丈与计算出的距离c计相差应不大于4mm。(距离检核)若符合上述要求可在丈量的a、b、c以及a′、b′、c′中加入改正数Va、Vb、Vc及Va′，Ｖb′Ｖc′③将井上、井下连接图形视为一条导线，如D—C—A—B—C′—D′，按照导线的计算方法求出井下起始点C′的坐标及井下起始边C′D′的方位角δδγαβγ′′′′′三、两井定向1.概述当矿井有两个竖井，且在定向水平有巷道相通、并能进行测量时，就可采用两井定向。两井定向是在两个井筒内各用重球悬挂一根钢丝，通过地面和井下导线将它们连接起来，从而把地面坐标系统中的平面坐标和方向传递到井下。两井定向的外业测量与一井定向类似，也包括投点、地面和井下连接测量，两井定向示意图由于两井定向时，两根钢丝间不能直接通视，而是通过导线连接起来的，因此，在连接测量时必须测出井上、井下导线各边的边长及其连接水平角；同时在内业计算时必须采用假定坐标系。由于两井定向时，两垂球线之间距离增加，因而减少了投向误差，这是两井定向的优点。（一）两井定向的外业测量工作1、投点两个井筒中各悬挂一根垂球线A和B，投点设备和方法同一井定向。采用单重稳定投点法2、连接1）地面连接测量地面连接测量的目的是测定两个垂球线A、B的平面坐标，由坐标算出两垂球线的方位角。从近井点分别向两垂球线A、B测设导线。连接导线敷设时，应使其具有最短的长度并尽可能沿两垂球线连线的方向延伸，这样可以减少量边误差对连线方向产生的影响。导线可采用一级或二级导线。2)井下连接测量在定向水平上，连接两垂球线，测设经纬仪导线A′——1——2——3——4——B′导线可以采用7″或15″基本控制导线。(二)两井定向的内业计算1、根据地面连接测量的成果，计算两垂球连线的方位角及长度两井定向的井上下连接按照导线的计算方法，计算出地面两钢丝点A、B的坐标(xＡ，yＡ)、（xＢ，yＢ）；c2=（xB—xA）2+(yB—yA)22、根据假定坐标系统计算井下连接导线以井下导线起始边A′1为x′轴，A′点为坐标原点建立假定坐标系，设B点的假定坐标为(xＢ′，yＢ′)；计算井下导线各连接点在此假定坐标系中的平面坐标及A′B′之间的距离。c′2=xB′2+yB′23、测量的计算和检验用比较井上与井下算得的两垂球线间距离c和c′进行检查，由于两垂球的向地心性，差值Δc=c-(c′+H*c/R)4、按地面坐标系统计算井下导线各边的方位角及各点的坐标αA1＝αAB－α′AB=Δα若Δα为负数则应加360°其他边的方位角为αi=Δα+αi′式中αi′—该边在假定坐标系中的假定方位角根据A点的坐标(xA，yA）和计算出的A1边的方位角αA1，计算出井下导线各点在地面坐标系统中的坐标和方位角;最后算得垂球B的坐标。5、测量和计算的第二个正确性的检验将井下连接导线按地面坐标系统，由A算出B点的坐标与按地面连接算得的B点坐标的相对的闭合差符合井下所采用的连接导线的精度时，则井下连接导线的测量和计算正确，闭合差按与边长成比例分配（只对井下导线的坐标加以改正）。6、两井定向应独立进行两次，其互差不得超过1′按《规程》规定，两井定向必须独立进行两次，两次求得的起始边方位角互差不得超过1′，取两次独立定向计算结果的平均值作为两井定向井下连接导线的最终值。第五节陀螺经纬仪定向一、概述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。二、陀螺经纬仪的基本原理陀螺经纬仪是根据自由陀螺仪(在不受外力作用时，具有三个自由度的陀螺仪)的原理而制成的。自由陀螺仪具有以下两个基本特性：1、定轴性2、进动性陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向；陀螺轴在受到外力作用时，将产生非常重要的效应——“进动”。自由陀螺仪的上述两个特性，可通过以下实验予以证明。左端为一可转动的陀螺，右端为一可移动的悬重，当调节悬重的位置使杠杆水平时，可以看到陀螺转动后，其轴线的方向始终保持不变，即可验证定轴性。当将悬重向左移动一小段距离，即相当于陀螺轴受到一个向下的作用力时，陀螺转动后，杠杆将保持水平，但将在水平面上作逆时针方向的转动；同理，将悬重右移一小段距离，即陀螺轴受到一个向上的作用力时，陀螺转动后，杠杆仍保持水平，但将在水平面上作顺时针方向的转动，这样即可验证自由陀螺仪的进动性。目前，常用的陀螺仪是采用两个完全自由度和一个不完全自由度的钟摆式陀螺仪。它是根据上述的陀螺仪的定轴性和进动性两个基本特性，并考虑到陀螺仪对地球自转的相对运动，使陀螺轴在测站子午线附近作简谐摆动的原理而制成的。三、陀螺经纬仪的基本结构陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪组合而成的定向仪器。根据其连接形式不同主要可分为上架式陀螺经纬仪和下