平面聯繫測量的任務是將地面的平面坐標和方位角傳遞到井下經緯儀導線的起始點和起始邊上，使井上下採用同一坐標系統。在平面聯繫測量中，方位角的傳遞有著重要的意義。
基本介紹
- 中文名：平面聯繫測量
- 外文名：Plane contact measurement
- 學科：水利工程
- 領域：測量
- 坐標：井上下採用同一坐標系統
- 特點：方位角的傳遞有著重要的意義
簡介,平面聯繫測量的方法,一井定向,兩井定向,陀螺經緯儀定向,
簡介
平面聯繫測量的任務是將地面的平面坐標和方位角傳遞到井下經緯儀導線的起始點和起始邊上，使井上下採用同一坐標系統。
圖4-1在平面聯繫測量中，方位角的傳遞有著重要的意義。圖4-1a中，點1、2、3、4/5為井下導線點的正確位置，而由於聯繫測量誤差影響而使1點偏離至1´點，偏離距離為e，則其他各點也同樣偏離正確位置一段同樣的距離e。這說明起始點的位置誤差對導線其他各點的影響不隨導線的延長而增大，為一常量。但起始邊方位角誤差影響則不同，如圖4-1b所示，由於平面聯繫測量使起始邊1-2的方位角產生了誤差，使其成為1-2´，如果不考慮井下導線測量的誤差，即井下導線的幾何形狀不變，則誤差使原來導線繞1點轉了一個角度而成為1、2、3、4、5的位置。
由此可見，離起點越遠，由起始邊方位角誤差所引起的導線各點點位誤差就越大。至於坐標誤差一般不超過20mm，影響甚微。這說明，在平面聯繫測量中，方位角傳遞的誤差是主要的。因此把平面聯繫測量簡稱為礦井定向，並用井下導線起始邊方位角的誤差作為衡量礦井定向精度的標準。我國《煤礦測量試行規程》中規定，採用幾何方法定向時，通過一個立井兩次獨立定向所求得的井下起始邊方位角互差不得超過2´。
平面聯繫測量的方法
礦井定向（即平面聯繫測量）的方法有以下幾種：
（1）通過平硐或斜井的幾何定向；
（2）通過一個立井的幾何定向（即一井定向）；
（3）通過兩個立井的幾何定向（即兩井定向）；
（4）陀螺經緯儀定向。
前三種屬於幾何方法，後一種屬於物理方法。
一井定向
通過一個豎井的幾何定向，就是在井筒內懸掛兩根鋼絲，鋼絲的一端固定在井口上方，另一端繫上重錘自由懸掛至定向水平。再按地面坐標系統求出兩根鋼絲的平面坐標及其連線的方位角；在定向水平通過測量把垂線與井下永久導線點聯繫起來，這項工作稱為連線。這樣便能將地面的坐標和方向傳遞到井下，從而達到定向的目的。因此，整個定向工作分為投點與連線兩部分，現分敘如下。
1.投點
所謂投點，就是在井筒中懸掛重錘線至定向水平。在由地面向井下定向水平投點時，由於井筒內風流、滴水等因素的影響，致使鋼絲偏斜。
僅1mm的投點誤差，卻能引起方位角誤差達2´多。要減少投向誤差，必須加大兩垂球線間的距離和減少投點誤差e。但由於井筒直徑有限，兩垂線間的距離不能無限增大，一般不超過3-5m。因此，在投點時必須採取措施減少投點誤差。通常用下述方法：
1）採用高強度小直徑的鋼絲，以便加大垂球重量（一般30-50kg），並減少對風流的阻力；
2）將重錘置於穩定液中，以減少鋼絲擺動；
3）測量時，應關閉風門或暫停扇風機，並給鋼絲安上擋風套筒，以減少風流的影響等等。
此外，掛上重錘線後，還應檢查鋼絲是否自由懸掛。常見的檢查方法有比距法（比較井上、下兩鋼絲間距）、信號圈法（自地面沿鋼絲下放小鐵絲圈，看是否受阻）、鐘擺法（使鋼絲擺動，觀察擺動周期是否正常）等。確認鋼絲自由懸掛後，即可開始連線工作。
2.連線
連線的方法很多，我國普遍採用連線三角形法和瞄直法。瞄直法精度低，僅適用於小型礦井。
1）連線三角形法
連線三角形法的內業包括解三角形和導線計算兩部分。根據上述角度和丈量的邊長，將井上下看成一條由E—D—C—A—B—C´—D´—E´組成的導線，按一般導線的計算方法求出井下起始邊的方位角和起始點的坐標。
為了校核，一井定向應獨立進行兩次，兩次獨立定向求得的井下起始邊的方位角互差不得超過2´。當外界條件較差時，在滿足採礦工程要求的前提下，互差可放寬至3´。
2）瞄直法
在連線三角形中，如使C和C´點位於AB的延長線上，即成瞄直法，此種情況下，只要在C與C´點安置經緯儀，測出CA、AB、BC´邊長，就可完成定向任務。但實際上要把連線點C和C´精確地設在AB線上是比較困難的。只有非常熟練的測量人員操作，才能達到精度要求。因此，這種方法僅在精度要求不高的小型礦井定向中才較為適用。
兩井定向
當一個礦有兩個立井，且在定向水平有巷道相通並能進行測量時，定向工作應採用兩井定向方法。兩井定向就是在兩個豎井中各掛一根垂線，然後在地面和井下定向水平用導線測量的方法把兩根垂線連線起來，從而把地面坐標系統中的平面坐標和方位角傳遞到井下。
兩井定向時，兩垂線之間的距離比一井定向大得多。兩井定向由投點誤差引起的投向誤差大大減少，井下起始邊方位角的精度也隨之提高，這就是兩井定向的最大優點。而一井定向受井筒直徑限制，兩垂線間距離則小得多。所以，凡有條件的礦井，在選擇定向測量方案時，應首先考慮用兩井定向。
同一井定向一樣，兩井定向的全部工作包括投點、連線和內業計算。
1.投點
投點的方法與一井定向相同，但因兩井定向投點誤差對方位角的影響小，投點精度要求較低，而且每個井筒中只懸掛一根鋼絲，所以投點工作比一井定向簡單，而且占用井筒時間短。
2.連線
由近井點向兩懸垂線A、B布設經緯儀導線，測定A、B點位置。如果兩井筒相距較遠，可在兩井筒附近各設一個近井點，分別與A、B點相連線，而不在兩井間布設導線。井下連線時，則通過測量導線A—1—2—3—4—B將定向水平的兩垂球線連線起來。
3.內業計算
由於在一個井筒內僅投下一個點，因此，井下導線邊的方位角，就不能象一井定向那樣直接推算出來。為此，須在井下採用假定坐標系統的方法，並經過換算，才能獲得與地面坐標系統一致的方位角。
陀螺經緯儀定向
立井採用幾何方法定向時，因占用井筒而影響生產，且設備多，組織工作複雜，需要較多的人力、物力。用陀螺經緯儀定向就可克服上述缺點，且可大大提高定向精度。
1.陀螺經緯儀的工作原理
陀螺經緯儀是由陀螺儀和經緯儀結合而成的定向儀器，可以精確地測出某一邊的天文方位角，再加入子午線收斂角就可求出坐標方位角。
所謂陀螺，是指高速旋轉的鋼體。以陀螺製成的儀器稱為陀螺儀；沒有任何外力作用，並具有三個自由度的陀螺儀稱為自由陀螺儀。自由陀螺儀具有定軸性和進動性兩個特徵。定軸性是指陀螺軸不受外力作用時，它的方向始終指向初始恆定方向；進動性是指陀螺軸受外力作用而產生規律地偏轉的效應。
礦用陀螺經緯儀採用的是具有兩個完全自由度和一個不完全自由度的所謂鐘擺式陀螺儀。
陀螺儀由於具有定軸性和進動性兩個特徵，它在地球自轉作用的影響下，其軸繞測站的子午線作簡諧擺動，擺的平衡位置就是子午線方向。將陀螺儀與經緯儀結合起來，利用陀螺儀定出子午線方向；經緯儀測出定向邊與子午線的夾角，這樣就可以測出地面或井下任意邊的大地方位角。
2.陀螺北方向值的觀測
陀螺北方向指的是陀螺子午線方向，即陀螺軸在擺動平衡位置所指的方向。陀螺北方向值的觀測通常採用逆轉點法。所謂逆轉點，是指陀螺軸繞子午線擺動時偏離子午線最遠處的東西兩個位置，分別稱為東、西逆轉點。按逆轉點法觀測陀螺北方向值的方法如下：
在測站上安置儀器，觀測前將水平微動螺旋置於行程中間位置，並於正鏡位置將經緯儀照準部對準近似北方，然後啟動陀螺。此時在陀螺儀目鏡視場中可以看到游標線在擺動。用水平微動螺旋使經緯儀照準部轉動，平穩勻速地跟蹤游標線的擺動，使目鏡視場中分劃板上的零刻度線與游標線隨時重合。當游標達到東西逆轉點時，讀取經緯儀水平度盤上的讀數。
3.陀螺經緯儀定向
定向前應選好在地面測定儀器常數的已知邊，在井下選好測定方位角的定向邊。定向邊的長度應大於30m，陀螺儀定向的作業過程如下：
由於儀器結構本身的誤差，致使陀螺經緯儀所測定的陀螺子午線和真子午線不重合，二者的夾角（即方向差值）稱為儀器常數，用△表示。在井下定向測量前和測量後，應在地面同一條已知這（一般是近井點的後視邊）上各測3次儀器常數。所測出的儀器常數互差應小於2´。測定儀器常數實質上就是測定已知邊的陀螺方位角，根據已知邊陀螺方位角，便可求出儀器常數△。
