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T。
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
上图中厶为仪器常数，r为子午线收敛角，：“为陀螺方位角，为坐标方位角，Ao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
I
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。
用白塞尔公式口 = - [vv]/（门-1）评定一次测定中误差。
④求算子午线收敛角
A Of V
地理方位角和坐标方位角的关系为：A o= '0+ 0
子午线丫0勺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
222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M 10
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：测量悬挂带零位值一一测前零位，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N T。
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U l、U2、U3、U4、U5,并按下式计算N T：
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边的方向值一一测后方向值M2。
I
第七步：计算T AB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U和由结点U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；
xA ――
m
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
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GYROMAT20型0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
一般陀螺定向边都较长，当测线边长d=60m时，取e T=e c=0.8mm则觇标对中误差和仪器对中误差为： =
”
②测线一测回的测量方法中误差
测前测后两测回的平均值中误差
③由5个逆转点观测确定陀螺北方向的误差
逆转点观测误差包括跟踪瞄准误差m°和读数误差m o。
故逆转点观测误差为：
由5个逆转点读数计算平均值的公式为：
则相应的误差为：
故经纬仪测定方向的误差为：
(2)上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差
陀螺仪与经纬仪靠固定在照准部上的过渡支架来连接。每次定向都要把陀螺仪安置在经纬仪支架匚这样由尸每次拆装连接由造成的方向i吴差！根据用WILDT3经纬仪对三台仪器多次
的实际测试，求得其连接中误差口已”：-2"，取m E二-2"
（3）悬挂带零位变动误差
悬挂带对陀螺摆动系统的指向起阻碍作用，在实际观测时采用跟踪的方法可以消除悬挂带扭力的大部分影响。悬挂带材料的力学性质的优劣、陀螺运转造成的温升、外界气候的变化以及摆动系统的机械锁紧和释放等因素的影响，均会引起零位变位。根据对三台陀螺经纬仪的167
次测试结果，求得悬挂带零位变动中误差m- -4"。
a
（4）灵敏部摆动平衡位置的变动误差
影响摆动平衡位置变动的主要因素是：电源电压频率的变化引起角动量的变化，灵敏部内部温度的变化引起重心位移以及由于温升造成悬挂带和导流丝的形变等因素，都会造成平衡位置的变动。由此而造成的误差多呈系统性，按JT15陀螺经纬仪灵敏部结构形式进行的98次试验，摆动平衡位置的最大离散度为12"~16"，中误差-6"。
（5）外界条件，如风流、气温及震动等影响
这些条件的影响程度较为复杂，无法精确地一一测试，可取m外二_5"。
所以，测线陀螺方位角一次测定中误差为：
误差分析的结果说明德国威斯特发伦采矿联合公司的GYROMAT20型陀螺经纬仪的设计精度是合理可行的。三、井下平面控制测量
在井下施工过程中，平面控制测量按照与地面控制测量统一的坐标系统，建立地下的控制系统。根据地下导线的坐标，就可以放样出巷道中线及其腰线的位置，指出巷道开挖的方向，保重贯通施工时时的精度要求。矿区控制一般布设成三角网，边角网或导线网。在布设控制网时，每个井口附近至少有一个控制点。而在井下巷道中测量时，只能敷设成支导线或者导线网的形式，随着巷道的开挖向前延伸。
3.1井下导线的等级与布设
井下导线的布置，按照“高级控制低级”的原则进行。根据我国1989年能源部颁发《煤矿测量规范》规定，井下平面控制测量分为基本控制和采区控制两类。这两类又都应该敷设成闭（附）合导线或者复测支导线。技术指标见表1-1、表1-2。
表1-1基本控制导线的主要技术指标
1-2
基本控制导线按照测角精度分为土7〃和土15 〃两级，一般从井底车场起始边开始，沿主要巷道(井底车场，水平大巷，集中上、下山等)敷设，通常每隔1.5~2.0km应加测陀螺定向
边，以提供检核和方位平差条件。采区控制导线按测角精度分为土15〃和土30〃两级，沿采区上、下山、中间巷道或片盘运输巷道以及其他次要巷道敷设。
3.2导线布设系统
3.2.1基本控制设计
由于本矿井两翼长度在4km和3km左右，因此基本导线测角中误差要求15〃，附和导线导线全长相对闭合差要求1/6000。根据技术规范，基本控制布置为四等导线就可满足要求，采用J6经纬仪进行。基本控制网设计见图3-1。
图3-1基本导线布设
3.2.2采区控制设计
由于本设计小于1km因此测角中误差小于土30〃即可，采用J6经纬仪进行。采区控制设计见图3-2。
图3-2采区导线布设
3.3精度估算
3.3.1基本控制精度估算
精度评定
(1)点位总误差M K2=M OK2+ M DK2+ M S2
由定向引起的点位误差M OK
M 0k1= R1 *m a)/ =0.04376m =43.76mm
由井下导线测角两边引起的点位误差M DK
M DK=M c=40.35mm
由起始点坐标误差引起的点位误差M S
M s=9.87mm
由于两井定向独立进行两次
点位总误差
(2)点位总预计误差M K预=2M K
M K预=2M K=115.28mm＜生产限差(200mm)
3.3.2采区控制精度估算
如图1所示，设导线起点为第1点，终点为第(n+ 1)点，共需推算n个点的坐标，在推算中，设各点角度观测值为1 i,各边观测值为si,各边方位角为 :i ,各点坐标为xi、yi ,则导线末端点坐标为：
Ss icosCL i
i- L
JLH
52 si sinCLi a ]
n
] FL
dym- i = Ssinaidsi- —X(xrn I
- xs) dPi
I 1
- P _
式中,(y n+ 1+ y i) 、( x n + 1 + x i ) 增量。 经计算，D5点的点位误差为(3.08mm 4mrh 符合精度要求。
四、高程联系测量
矿井高程联系测量又称导入标高，其目的是建立井上、井下统一的高程系统。采用平硐或 斜井开拓的矿井，高程联系测量可采用水准测量或三角高程测量， 将地面水准点的高程传递到 井下。
4.1高程导入方法 4.1.1钢尺导入高程
高程导入是立井高程导入并用长钢尺导入，目前国内外使用的长钢尺有 500m 、800m 、1000m
等几种。 施测方法：
① 下放钢尺在地面及井下安平水， 分别在A 、B 两点所立水准尺上读取读数 a 、b ,然后将水准 仪照准钢尺，在井上下同时读取读数准仪 m 、n ，同时测定井上下温度t1、t2，温度取井上下的温 度平均值，即
t=( t1+12) /2。
② 根据上述测量数据，求得 A 、B 两点的高差为：h= ( m-n) + ( b-a) +EA L
其中2A L 为钢尺的总改正数。它包括尺长、温度、拉力和钢尺自重等改正数。即 艺 A L=A Lk+ A Lt+ A
Lp+ A Lc
③ 高程导入的基本公式和图形如下：
h=l~a+b=l+(b~a)
B 点在统一坐标系中的高程 H B =H A -h
④ 导入高程需独立进行两次前后两次之差不得超过1/8000。
4.1.2钢丝导入高程
采用钢丝法导入标高时，首先应在井筒中部悬挂一钢丝，在井下端悬一重锤，使其处于自由悬 挂状态。 施测方法：
① 在井上、井下同时用水准仪测得 A 、B 处水准尺上的读数a 和b ,并用水准仪瞄准钢丝，在
(1)
ym ]
二 yi + 如不考虑起始点坐标 ￡!■
dxin-1 =
匕L
xi 、yi 的误差影响,微分上式可得：
(2)
分别为第i 点至末端点在y 和x 方向的坐标
(i4 i- yi) (Si
钢丝上作上标记；变换仪器高再测一次，若两次测得的井上、井下高程基点与钢丝上相应标志 间的高差互差不超过4mm ，则可取其平均值作为最终结果。
② 可通过在地面建立的比长台用钢尺往返分段测量出钢丝上两标记间的长度， 且往返测量的长 度互差不得超过L/8000(L 为钢丝上两标志间的长度)。
③ 这样，井下水准基点B 的高程H B 即可通过下式求得：H B
= H A -L +(a-b)
4.1.3光电测距仪导入高程
运用光电测距仪导入标高，不仅精度高，而且缩短了井筒占用时间，因此是一种值得推广的导 入标高方法。
光电测距仪导入标高的基本方法：
① 在井口附近的地面上安置光电测距仪， 在井口和井底的中部，分别安置反射镜；井上的反射
镜与水平面成45°夹角，井下的反射镜处于水平状态；通过光电测距仪分别测量出仪器中心 至井上和井下反射镜的距离
L 、S 。从而计算出井上与井下反射镜中心间的铅垂距离
H :
H=S-L+AL 式中，AL 为光电测距仪的总改正数。
② 分别在井上、井下安置水准仪。读取立于 E 、A 及F 、B 处水准尺的读数e 、a 和f 、b 。 ③ A 、B 之间的高差为： h=H- (a-e ) +b-f 。 ④ B 的高程 H B : ? H B = H A -h 。
⑤ 运用光电测距仪导入标高也要测量两次，其互差也不应超过 H/8000。
4.2精度估算
导入高程均需独立进行两次，也就是说在第一次进行完毕后，改变其井上下水准仪的高度 并移动钢尺，用同样的方法再作一次。加入各种改正数后，前后两次之差，按《煤矿测量规程》
五、井下高程控制测量
5.1地面水准测量
水准测量采用国产北京光学仪器厂 DS3自动安平水准仪，使用木质水准尺。每一测站采用 两次仪器高法观测两点之间的高差，两次测得结果若在5mn 限差之内，则取两次结果平均数作 为所测高差结果。由于测区内地理原因，为了防止脚架的升降，应自备尺垫。为减弱水准标尺 的零点误差及仪器及脚架沉降所带来的误差对观测结果的影响， 从国家二等水准点SZ1到近井 点I,及由近井点I 至国家二等水准点之间测段都布设为偶数段测站， 并且在观测过程中，相 邻测站间标尺要互换。高程控制与平面控制一样，亦自成系统。矿区地面之间通视良好，地势 起伏不大，附合水准路线按地面四等水准测量要求施测，见表 1-1
水准点埋设完毕，即可按拟定的水准路线进行观测。先在水准起始点立尺，作为后视尺， 再安置仪器于测站1,同时选择转点，放上尺垫，并立另一水准尺于其上，作为前视尺，后视 起始点水准尺，得后视读数，前视转点得前视读数，后视值减前视值得起始点与转点的高差， 记录计算完毕后，沿水准路线前移，将仪器安置于第二站，第一站的前视尺原处不动，转过尺 面作为第二站后视尺，第一站前视尺作为后视尺，同时继续观测、记录及计算。重复此过程， 完成咼程观测全部工作。
表1-1四等精度水准要求
规定一般取导入高程的误差M h 。
2d
2，d
为允许误差，约等于井深的
1/8000。
5.1.1地面水准布设方案
主井与副井之间的水准测量，以近井点I作为水准基点。为顾及两井口水准基点相对高程中误差引起贯通点K在Z轴方向的偏差中误差的限定值，即土0.03m,所以井口水准基点的高程测量按照《国家水准测量规范》四等水准测量的精度要求测设。本次地面水准测量作业方案为自已知国家二等水准点SZ1起测，沿水准附合线测设到国家二等水准点SZ2从水准点I开始向主井布设水准支线，传递主井高程。
图地面水准布设方案
5.1.2地面水准精度估算
在MATLAB^编程进行求解，以下为代码:
B=zeros(8,7);
JK=[1,99;1,2;2,3;3,4;4,5;5,6;6,7;7, 99]; i=1;
while 1
if i==9
break;
end
j=JK(i,1);k=JK(i,2);
B(i,j)=1；
if k==99;
a=1;
else
B(i,k)=-1;
end
i=i+1;
end
Q=blkdiag(2.6628,1.4047,4.2235,1.7795,1.611,1.3075,3.2838,1.2187); P=i nv(Q);
BTPB=B'*P*B;
Qhh=i nv (BTPB);
5.2井下水准控制网设计
石门处为平巷部分，采用与地面上同样的北光DS3自动安平水准仪进行往返观测，往返测
高差的较差不大于土50mm R .(R为水准点间路线长度，以km为单位)。本次任务中水准路线部分路程较短，采用地下二级水准测量的技术规格。本次平巷部分采用水准高程测量。
水准仪高差传递的具体作法是：当由上平巷向下平巷通过斜巷传递高程时， 在斜巷上端整
置仪器，后视上平巷中的高程点 A ,测垂直角量斜边和A 点处的觇标高。然后，前视一临时设 置的固定照准点，测垂直角量斜边。在斜巷中每两站之间均用临时设置的固定照准点代替测点。 在上下两站观测过程中，其中间设置的固定照准点一直保持不动（迁站时应特别注意不要碰动 照准点）。中间各站均前后视照准点测垂直角量斜边。当测到斜巷下端时，在最后一站后视固 定照准点，测垂直角量斜边，前视下平巷中的高程点
B,测垂直角量斜边和B 点处的觇标高。
A 、
B 各水准点之间的高差按下式计算： h AB =H B -H A =h i +h 2+ ...... h n +a-b
式中a---上平巷水准点觇标高；b---下平巷水准点觇标高；
采用变更仪器高（两次仪器高互差应大于10 cm ）的方法进行观测。两次测得的相邻点间的高差 互差不大于5 mm 时，取其平均值作为观测成果。由于井下高程点有的设在顶板上程点在顶板 上时，应在读数前加“-”号后，再进行运算。有的设在底板上，高差 hi 的计算公式都是hi
二ai - bi （即后视读数-前视读数）。只是当高程点在顶板上时，应在读数前加“-”号后，再进 行运
算。
5.2.1井下水准布设方案
由一个井筒向另外一个井筒布设水准路线，见下面井下水准布设图
5.2.2井下水准精度估算
在实际工作中，常以单位长度的高差中误差的大小，衡量水准测量的精度。假定有一水准线路， 其全长为L ，水准仪至水准尺的距离为I ，则该水准线路的测站数为n=L/2I
m ho 为千米长度的水准线路的高差中误差，称为单位长度的高差中误差。 《煤矿测量规程》规
。井下水准路线长度总长为356m 代入数据求得：
L 水=0.35629
代入公式 m H K = m 0L 求得：
将M HK 水代入公式求得:
5.3井下三角高程设计 5.3.1布设方案 5.3.2精度估算
实际工作中根据多个三角高程导线的闭合差或往返测之差来求算单位长度的高差中误 一次往（返）测三角高程导线终点高程中误差为：
定井下水准往返测量的高程闭合差
，也即容许的单位长度的高差中误差
m 。
式中：hO—单位长度（1km）三角高程测量的高差中误差;
L —三角高程线路长度，以km为单位
《煤矿测量规程》要求基本控制导线的高程容许闭合差即规程要求每千米长度容许的高程中误差为：一
三角高程线路长度L 三=0.08316+0.08245+0.07518+0.07849+0.07584=0.39512km
三角高程支线终点的高程中误差：
支线需独立往返施测两次所以：
估算最弱点的高程误差
近井点I高程误差Mw=6.4857mm
高程联系测量误差M h0 =15.47mm
水准支线高程误差：
三角高程支线终点的高程误差
水
高程总预计误差M H预=2M H=57.65mm＜生产误差（200mm
六、体会
通过本次矿山测量课程设计，使我进一步巩固、加深矿山测量学及矿井两井定向，陀螺经纬仪定向，导入高程及井下导线，水准测量的有关知识，使理论与实践得以结合。对矿山的相关测量工作具体过程有了进一步的认识，并能运用控制测量优化设计与平差 2.13版软件及AutoCAD工具，MATLAB^件，EXCE等软件辅助进行课程设计。
在课程设计的开始阶段，我搞不清该干什么，如何下手。经过与同学讨论请教，并网上查询相关论文、资料，循序渐进。课程设计过程复杂，且需对基本理论知识有一定了解，对书本知识要求过高，让我更加努力地去完成课程设计任务，更加具有主动性，同时学到了很多新的知识，受益匪浅。例如，可以由多个测站的角度的两次或多次独立观测值，分析评定测角精度，用多条导线边长的两次或多次独立观测结果分析评定量边精度，并将分析评定得到的数值与生
产限差时要求的测角、量边精度进行对比，看是否达到了要求的精度。如果实测精度太低，则有必要返工重测或采取必要措施以提高实测精度，以免对矿山工程造成无法挽回的损失。又如, 可以由两次或多次独立定向成果求得一次定向中误差；由地面、井下复测支导线的两次或多次
复测所求得的导线最终边坐标方位角的差值和导线最终点的坐标差值来衡量导线的整体实测精度。最后，对矿山测量设计书的编制有了深入了解。编制矿山测量设计书的主要任务是选择合理的测量方案和测量方法，并进行最弱点的误差估计。
以后的学习中要培养自己发现并解决问题的能力。而且测量是个集体工作，设计阶段也不
例外，参考别人好的方法、相互检查错误是提高效率的有效途径，并及时向老师请教。同时我也认识到测量软件对于测量工作的重要意义，以后也会更加注重对相关测量软件的学习。
