一种两井定向测量及解算方法

摘要

一种两井定向测量及解算方法，其测量方法主要包括以下几个过程：（1）把两井筒中的两根钢丝当作已知点；（2）虚拟定向角，把虚拟的定向角当作观测值，其精度等同于井下角度观测值的精度，即根据坐标轴旋转法计算假定坐标系中AB边的方位角；（3）列出纵、横坐标条件方程，根据测量条件平差法原理进行曲平差；（4）根据角度平差值计算连接导线每条边的方位角。

权利要求

1.一种两井定向测量及解算方法，其特征是：其测量方法主要包括以下几个过程：(1)把两井筒中的两根钢丝当作已知点；(2)虚拟定向角，把虚拟的定向角当作观测值，其精度等同于井下角度观测值的精度，即根据坐标轴旋转法计算假定坐标系中AB边的方位角；(3)列出纵、横坐标条件方程，根据测量条件平差法原理进行曲平差；(4)根据角度平差值计算连接导线每条边的方位角；

A、B为两个竖井中的两根垂球线点，A、B两点的坐标由地面连接导线测量确定，在连通两个竖井的井下巷道中敷设由已知点A、B构成的无定向附合导线，在导线的左端虚拟一个观测值X0(右)，X0(右)为定向角，通过两个纵横坐标条件，以A为坐标原点， 边为X″轴，建立假定直角坐标系X″AY″，由A、B两点的地面坐标反算求得：X″A＝0，Y″A＝0，式中 由A、B两点的地面坐标反算求得，R是地球曲率半径，H为井筒深度，Y″B＝0；

导线的边长值分别为：S1、S2、S3、……Sn，导线的左角观测值分别为：β1、β2、β3、……βn-1，各导线边的方位角分别为：(12)″、(23)″、(34)″、……(nB)″，根据坐标附合导线建立纵横坐标条件方程如下：

由条件方程组成法方程得：

式中， 虚拟观测值的精度近似等同井下角度观测值的精度，

因量边系统误差对两井定向精度没有影

响，故 fx＝X′B(算)－X′B，fY＝Y′B(算)—Y′B，或 在假定坐标系X′AY′中求得井下导线终点的坐标X′B、Y′B，根据条件方程和法方程求得观测值与虚拟观测值的改正数及其平差值。

说明书

一种两井定向测量及解算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种矿山地下井方位测量技术，特别是一种两井定向测量及解算方法。

背景技术

[0002] 影响两井定向精度的主要因素是井下量边误差，特别是当导线边与两井联线垂直时，因此，在进行两井定向时，尽可能把井下导线布设成近似直伸形，目的是为了使量边误差与边长值对两井定向精度的影响降低到最少，当井下连接导线为曲折形时，主要依靠提高井上井下量边的外业精度或采用边条件平差法，但实践证明，边条件平差法并不能有效地提高两井定向成果的解算精度和准确度，另外，井下量边精度的提高也是有限的。

发明内容

[0003] 本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种两井定向测量及解算方法，它能够消除井下测量误差对井下连接导线终点产生的纵向位移和横向位移，从而能够显著地提高井下定向边方位角的精度和准确度，同时不受井下导线形状的限制，即它能够适用于任何形状的井下连接导线。

[0004] 本发明的技术方案是：一种两井定向测量及解算方法，其测量方法主要包括以下几个过程：(1)把两井筒中的两根钢丝当作已知点；(2)虚拟定向角，把虚拟的定向角当作观测值，其精度等同于井下角度观测值的精度，即根据坐标轴旋转法计算假定坐标系中AB边的方位角；(3)列出纵、横坐标条件方程，根据测量条件平差法原理进行曲平差；(4)根据角度平差值计算连接导线每条边的方位角。

[0005] A、B为两个竖井中的两根垂球线点，A、B两点的坐标由地面连接导线测量确定，在连通两个竖井的井下巷道中敷设由已知点A、B构成的无定向附合导线，在导线的左端虚拟一个观测值X0(右)(即定向角)，通过两个纵横坐标条件，以A为坐标原点， 边为X″轴，建立假定直角坐标系X″AY″，由A、B两点的地面坐标反算求得：XA＝0，Y″A＝0，(式中 由A、B两点的地面坐标反算求得，R是地球曲率半
径，H为井筒深度)，Y′B＝0。

[0006] 导线的边长值分别为：S1、S2、S3、……Sx，导线的左角观测值分别为：β1、β2、β3、……βx-1，各导线边的方位角分别为：(12)″、(23)″、(34)″、……(nB)″，我们可以根据坐标附合导线建立纵横坐标条件方程如下：

[0007]

[0008]

[0009] 由条件方程组成法方程得：

[0010]

[0011]

[0012] 式中， 虚拟观测值的精度近似等同井下角度观测值的精度，

[0013] 因量边系统误差对两井定向精度没有影响，故 fx＝X′B(算)-X′B，fY＝Y′B(算)-Y′B，
或 在假定坐标系X′A Y′中可以
求得井下导线终点的坐标X′B、Y′B，根据条件方程和法方程可以求得观测值与虚拟观测值的改正数及其平差值。

[0014] 本发明与现有技术相比具有如下特点：消除了井下测量误差对井下连接导线终点产生的纵向位移和横向位移，从而能够显著地提高井下定向边方位角的精度和准确度，不受井下导线形状的限制，它适用于任何形状的井下连接导线。

[0015] 以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

[0016] 附图1为井下无定向附合导线布设图；

[0017] 附图2为两井定向的井上、井下连接图。

[0018] 变量说明：S1、S2、S3、……Sn表示井下导线的各条边长观测值，β1、β2、β3、……βn-1表示井下导线的各个角度观测值(左角)，(12)″、(23)″、(34)″、……(nB)″表示各条导线边的方位角， 表示各条边长观测值的改正数， 表示各个角度观测值的改正数， 表示虚拟观测值(“右”指右角)的改正数，在假定直角坐标系X″A Y″中，根据虚拟右角与边长及角度观测值可以求出每个导线点坐标，(x″1，y″1)、(x″2，y″2)、(x″3，y″3)、(x″n，y″n)、(X″B(算)，Y″B(算))表示各个导线点的纵、横坐标，[0019] fX、fY分别表示纵横坐标闭合差，ka、kb为法方程的联系系数；mβ表示角度观测值或虚拟观测值的中误差， 表示各条边长观测值的中误差，a、b分别表示井下量边系统误差系数和量边偶然误差系数， 分别表示各个角度观测值与虚拟观
测值的权， 表示各条边长观测值的权

具体实施方式

[0020] 如附图1所示：A、B为两个竖井中的两根垂球线点，A、B两点的坐标由地面连接导线测量确定，在连通两个竖井的井下巷道中敷设由已知点A、B构成的无定向附合导线，在导线的左端虚拟一个观测值X0(右)(即定向角)，通过两个纵横坐标条件，以A为坐标原点， 边为X″轴，建立假定直角坐标系X″AY″，由A、B两点的地面坐标反算求得：X″A＝0，Y″A＝0，(式中 由A、B两点的地面坐标反算求得，R是地球曲率半径，H为井筒深度)，Y″B＝0。

[0021] 导线的边长值分别为：S1、S2、S3、……Sn，导线的左角观测值分别为：β1、β2、β3、……βx-1，各导线边的方位角分别为：(12)″、(23)″、(34)″、……(nB)″，我们可以根据坐标附合导线建立纵横坐标条件方程如下：

[0022]

[0023]

[0024]

[0025] 由条件方程组成法方程得：

[0026]

[0027]

[0028] 式中， 虚拟观测值的精度近似等同井下角度观测值的精度，

[0029] 因量边系统误差对两井定向精度没有影响，故 fx＝X′B(算)-X′B，fY＝Y′B(算)-Y′B，
或 在假定坐标系X′A Y′中可以
求得井下导线终点的坐标X′B、Y′B，根据条件方程和法方程可以求得观测值与虚拟观测值的改正数及其平差值。

[0030] 实例一：如附图2所示，图中实线为井上5秒级导线，单虚线为井下7秒级导线，双虚线为井下加测陀螺方位的定向边。井下导线量边偶然误差系数a＝0.0004，b＝0.00005，两井垂球线间距为54.6米，井筒深为200米，井筒垂球线投点的线量误差为e＝±1mm，近井点1到煤仓的方位角272°37′50″，近井点1的坐标为XI＝9208.973m，YI＝8439.580m，井下定向边6-7使用JT15陀螺经纬仪加测陀螺方位角，其一次定向中误差为±17.1秒，定向边的陀螺方位角为55°46′00.4″，井上井下的观测数据见表1。

[0031] 表1两井定向时井上井下观测数据表

[0032]

[0033] 采用电脑EXCEL编程计算的方法，计算结果见表2。

[0034] 表2

[0035]

[0036] 实例二：某矿单井定向及井下井上连接导线如图2所示，从一井几何定向测量资料中得知，井筒深为496米，地面测角采用苏光J2，测角中误差为±5秒，地面长边用标称精度(5±5×10-6)×D(毫米)的测距仪观测，连接三角形中的连接边用钢尺丈量，地面量边精度可取M1＝±5毫米，井下量边误差参数为a＝0.0004，b＝0.00005，投点误差取±1.1毫米，定向边1～2的方位角为96°40′12″，定向边5～6的方位角为140°35′30″，井筒A的钢丝坐标为X＝5597.854，Y＝9366.949，井筒B的钢丝坐标为X＝5514.440，Y＝9485.415，其它观测数据见表3。

[0037] 表3两井定向时井下观测数据表

[0038]

[0039] 采用电脑EXCEL编程计算的方法，计算的结果见表4。

[0040] 表4

[0041]