在井下用经纬仪进行测角时的误差分析.pdf

l 8 2 童 茬 斜技 2 0 1 0 年 第6 期 在井下用经纬仪进行测角时的误差分析 王君伟， 李修管 山东济宁微 山金源煤矿 ， 山东 济宁2 7 7 6 0 0 摘要 测角精度是衡量经纬仪质量、 性能的主要技术指标 ， 同时也是判定测角成果质量的重要依据。在井下用经纬仪进行 角度 测量的误 差 来源一是仪器误差， 这个是由 仪器制造本身的误差； 二是测角方法误差， 是由于瞄准和读数不正确所产生的误差， 因为瞄准和读数随测角方法 不 同而不同； 三是外界条件所造成的误差， 如井下湿度、 温度、 矿尘量、 照明度和风速 等变化 因素。 关键词经纬仪角度测量仪器误差测角方法误差误差分析 中图分类号 T D 1 7 8 文献标识码A an ,y s i s O i l i n s t nn r n t a l e r r o r s c a u s e d i n me a s u r i n g a n g l e s wi 廿 l t h e t he o d o l i t e i n t h e u n d e r g r o u n d Wa n g J u nw e i ， L i Xi u g u a n Ab s t r a c t Th e p r e c i s i o n o f t h e a n g u l a r me a s u r e me n t i s t h e ma i n t e c h n o l o g y i n d e x o f t h e q u a l i t y a n d p e rfo r ma n c e o f t h e t h e o d o l i te．and a l s o t h e i mp o r t a n t b asi s o n j u d g i n g t h e q u ali t y r e s u l t ．I n t h e u n d e r g r o u n d t h e o d o l i t e s a r e u s e d t o m e a s u r e ang l es and e r r o l 3 a r e c a u s e d t h e fi r s t a r e i n s tr u me n t al e l T O I ． w h i c h 8 r e c a u s e d b y t h e i n s t r u m e n t i t s e l f ； t h e s e c o n d a r e an0e m e a s u r i n g m e t h od e lT o r s ． w h i c h 8 r e m a d e d u e t o i n c o r r e c t a i m i n g a n d rea d i n g m i s t a k e n t y，b e c Atl u s e t h e y v a r i e s wi t h t h e d i ffe r e n t ang l eme asu r i n g me t h o d s；t h e t h i r d a r e e l T O l c a u s e d b y e c m al c o n d i t i o n s ，s u c h a s u n d e r g r o u n d h u mi d i t y。 t e m p e r a t u r e ， mi n e r a l d u s t a n d w i n d s p e e d ， a n d o t h e r l i g } lt i n g c h a n g e a b l e f a c to r s ． Ke y wo r d s t h e o d o l i t e a n e me a s u reme n t i n s t r u me n t a l e n -o la n g l eme a s u r i n g me t h o d C l T o r s a n aly s i s o n C lT O r S 1 井下经纬 仪测角 的误差来 源 在井下用经纬仪进行 角度 测量 的误 差来 源 1 仪器误差， 这个是由仪器本身制造的误差造成的； 2 测角方法误差 ， 是 由于 瞄准和读数不正确 所产生 的误 差 ， 因为瞄准和读数 随测角方法不 同而不 同； 3 外 界 条件所造 成 的误差 。如井 下 湿度 、 温度、 矿 尘量 和 风 速、 照明度和风速等变化因素。 1 ． 1 仪器 误 差对经纬仪 测量水平 角 的影响 主要来源于视轴差的影响、 水平轴倾斜误差 I 的 影响和竖轴倾斜误差。 1 视轴差 C对于用一个镜位 所观测的水平方 向 值的影响 A C的计算公式为 △ c 志 式 中 6 一观测方向的倾角。 由上式可知 ， A C值的大小 除与 C有关外 ， 还与观 测方向的倾角 6 有关。当视线接近水平时 6 0 。 ， c o s 8 1 此时 ， 对 同一 目标 正倒镜 观测 读数 之差 R 1 8 0 。 称为2 c值， 取其平均值 可消除视 轴差 c的影响。为了使 c值保持不变。在井下导线测 量中应尽量使相邻导线边长 前视和后视 大致相等， 避免特长边与特短边相邻， 以免在观测过程中调焦望 远镜而引起 c值变化。 2 水平轴不与竖轴垂直的误差称为水平轴倾斜 ，收稿 日期 2 0 1 01 - 1 2 2 作者简介 王君伟 1 9 8 1 一山东烟台人 ， 助理工程师， 现在山东 济宁微山金源煤矿从事井下测量技术工作。 误差。它是由于水平轴两端支架不等高和轴径不同等 原因引起的。水平轴倾斜对于用一个镜位所观测的水 平方 向值的影响 △ 为 △ i t a n 8 式 中 i 一 水平轴倾斜误差 ， 即水平轴的倾角 ； 艿 一观测方向的倾角 。 由上式可知 ， △ 随 6 值的增大而增大 ， 而在水平巷 道 中， 0 。 ， A i 0 ， 即无影响。测量水平角 时， 水平倾 斜误差对半测回角值的影响可按下式计算 △ f t a n d 2 一 t a n d 1 由上式可知 ， 在平 巷中或前后视倾角相同 前后视 均为仰角或均为俯角 ， 且 大小相等 时 ， △ 很小 ； 但在 同一斜巷 中， 前后视 的倾角一 为仰 角一为俯 角 ， △ 随 斜巷倾角 6的增大而增大， 并为单方向影响值的两倍。 3 竖轴与铅垂线问的夹角称为竖轴倾斜误差。 它是由于竖轴整置不正确 如水准管轴线不与竖轴垂 直 、 照准部旋转不正确以及外界因素影响 仪器脚架 下沉、 风流吹动仪器 等原因所引起的。值得注意的 是， 竖轴倾斜误差的影响不能通过正、 倒镜观测取平均 值来消除， 因此仪器应当精确整平。在井下进行重要 贯通测量时， 应加入这项改正数来确保精度。 1 ． 2测 角方 法误 差 1 用经纬仪望远镜 的十字丝瞄准觇标 中心时， 由于人眼视力的临界角、 望远镜的放大倍数、 十字丝的 结构、 觇标的形状、 颜色及其照明状况、 视线长度以及 空气的透明度 等诸多 因素的影响 ， 而产生 了瞄准误差。 确定瞄准误差 的方法 主要有以人眼 的最小 视角 临界 视角 为依据来确定和以人眼确定十字丝纵丝与垂球 线重合或相对称的精度来确定。在经纬仪进行井下测 角时， 前视和后视都是用悬挂的垂球 ， 下转第 1 8 4页 l 8 4 瞧晨 科技 2 0 1 0 年 第6 期 钢筋 网 必 须 编 制 ， 规 格 为 1 0 0 X 1 0 0 m m； 锚 索 采 用 1 7 ． 8 m m， 长 为 6 ． 5 m； 锚 索 托 盘 为 圆 形 ， 规 格 为 q b 3 0 0 m m， 用 2 0 ra m钢板压制 ； 锚索 间排距 1 ． 5 X 1 ． 5 m。 5合理有效 的施工方 法 5 ． 1 施工方 法 采用喷锚喷、 锚 网喷二次支护， 加打锚索联合支 护， 采用分层掘进方式， 上分层掘进距下分层不大于 6 m。一次定炮一次起爆 。 5 ． 2施 工步骤 1 自 一 3 0 0七采 十 三层 轨道下 山绞车 房 H 5点 底板标高 一 2 7 9 ． 1 m 以南 4 m处， 开始按真方位3 5 9 。 ， 1 一I 断面， O 。 平推 5 m， 施工出绞车房绳道。 2 按 22断面上分层 A段 ， 3 7 。 上坡 挑顶 4 ． 4 m， 施工 出车房上部轮廓。 3 按 2 2断面上分层倒刷 B段 ； 按 C段 施 工上分层 6 m； 再按 D段 分层 施工下 分层 6 m； 然后 ， 按2 2断面上分层 B段 施工至车房设计位置 ， 留底 4 mo 4 上分层二次支护、 补打锚索后 ， 打安起吊锚 杆， 安装起吊钢梁 E段 。 5 按 2 2断面 D段 施工车房 ， 预留下分层 。 6 按真方位 8 9 。 ， 3 3断面 ， 0 。 平推 2 m， 施工 出 绞车房电机壁龛 F 段 。 7 按真方位7 3 。 ， 33断面， 0 。 平推 1 2 m， 施工 出绞车房配电所。 8 按真方位 7 3 。 ， 4 4断面， 2 5 。 上坡 2 3 m， 施工 出绞车房通道。 6技 术经济效 果 1 支护方式 、 方法 ， 对破碎顶板进行有效支护。 2 下分层掘进 留有足 够 的 自由面 和施 工空 间 ， 可以进行有效的整体打眼、 爆破 ， 最后， 进行齐帮， 既节 省人工效率， 又节省材料。 3 上分 层快速施 工 和支 护 ， 减 少 了破 碎 围岩在 空气中的暴露时间， 有效提高了职工现场施工的安全 系数， 消除了事故隐患， 有效保护了现场慈工人员的人 身安全。 4 通过筛选最佳施工方案 ， 大大简化了施工工 序， 改善了安全作业环境， 降低了工人的劳动强度， 并 为提高单进和施工速度创造了条件， 在经济上、 安全上 同样是合理的。 上接第1 8 2页 由于受井下的风速影响垂球易摆动， 因而此时要尽量保持垂球 的稳定 ， 在风 比较大 的地方 ， 在瞄准时， 可以用望远镜的竖线来瞄准垂球摆动的中 间位置， 也就是垂球摆动的最低点， 这样可以减少瞄准 误差。 2 当测回数大于 1 时， 测角方法误差值为最大误 差值的 l 倍， 因此， 为提高测角精度， 应多测几个测 回， 取它们的平均值作为最终的测量依据。 1 ． 3仪器对 中误差 仪器对中误差是由于仪器中心与测站点标志中心 不重合所引起的测角误差。仪器对中误差与其线量对 中误差成正比， 与所测角的两边长成反比， 与所测角的 大小有关， 在所测角为01 8 0 。 时， 仪器对中误差随角 度的增大而增大。 2 用经纬 仪测量 垂直 角的误差 测量垂直角的误差同测量水平角的误差一样， 也 包括仪器误差、 测量方法误差和对中误差三部分。但 是， 仪器误差和对中误差对垂直角的影响很小， 故不必 考虑。校正后剩余的竖盘始读数可用正、 倒镜两个镜 位观测来消除。因此， 测量垂直角误差的主要来源是 测量方法误差。用测回法正倒镜观测某个方向求其垂 直角时， 要用望远镜十字丝的水平中丝瞄准垂球线上 的标记或瞄准觇标中心。用 n 个测回观测垂直角的误 差 m 8为 ／ m ； 砌 √ ■ 式中 一瞄准误差 ； m 一 读数误差， 其估算方法同前； m ， 一竖盘水准管居中误差 ， 竖盘采用自动安平补 偿器的经纬仪， 可取 ／ 7 ／, ， 2 。 3 总结 在井下进行测量的过程中， 经纬仪发挥着重大的 作用， 它的优点是投资小， 它本身的体积小， 重量轻， 携 带方便操作上也比较简单， 技术比较成熟， 又能够满足 井下测量的精度 ， 特别在井下它的优势尤为明显。全 站仪在地面上的测量占据了更大的优势， 然而在井下 的测量当中， 全站仪不能充分发挥它的优势， 再加上它 的投资比较高， 体积大． 重量大， 携带的东西多， 受条件 的影响也很大， 但是经纬仪也受到钢尺测距的影响。 随着科技的发展， 全站仪的进一步更新换代应能逐步 代替井下经纬仪， 但是两者在测角误差的原理上是基 本相同的， 因而在这里讨论测角误差分析是很有价值 的。 参考文献 [ 1 ] 范爱民， 邱立存． 矿山测量的研究发展方向． 测绘报， 1 9 9 8 2 ． [ 2 ] 罗志清． 测量学 经纬仪的测量方法和精度． 云南大学出版社， 2 0 0 6． [ 3 ] 张国良 矿山测量学 井下经纬仪的测角精度分析和测量方法， 中国矿业大学 出版社发行科．