全站儀在礦山井下測量中的使用

楊衛(wèi)民

（云南星焰有色金屬有限責任公司牟定郝家河銅礦， 云南牟定縣 675501）

全站儀在礦山井下測量中的使用

楊衛(wèi)民

（云南星焰有色金屬有限責任公司牟定郝家河銅礦， 云南牟定縣 675501）

使用傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、水準儀進行礦山井下測量，存在測量時間長、工作量大、測量精度低等諸多問題，因而選擇使用全站儀進行井下測量。介紹了其基本測量方法和注意事項。通過生產(chǎn)實踐證明，使用全站儀可提高測量精度，減輕測量人員的勞動強度，提高工作效率，在礦山井下使用具有明顯的優(yōu)勢。

井下測量；全站儀；測量誤差

0 前 言

井下測量的條件比地面差，井下潮濕、黑暗、空氣透視度低?？臻g狹小設(shè)備多，行人和運輸繁忙，給測量工作帶來了極大的困難。其次，礦山井下測量的對象是各種井巷、采場和采空區(qū)等工程，這些對象的空間位置隨時間變化，為了將其及時、準確、完整的反映在圖上，井下測量就必須貫穿于工程的始終。井下測圖的精度不均勻，為了滿足不同采礦工程的技術(shù)要求，井下測量具有一定的精度。在井下測量中以往使用的都是傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、水準儀、鋼尺、羅盤，不但外業(yè)測量工作量大、作業(yè)時間長，而且內(nèi)業(yè)計算工作量也很大，并且受外界影響因素多，導致測量精度低。全站儀是一種新型的測量儀器，是集光、機、電為一體的高科技測量儀器，是集水平角、垂直角、距離（平距、斜距、垂距）測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)，全站儀具有角度測量、距離測量、坐標測量、導線測量、放樣測量等多種用途。此外，內(nèi)設(shè)的專用軟件其功能還能進一步拓展。它的推廣應(yīng)用，已逐步取代了光學經(jīng)緯儀加鋼尺的傳統(tǒng)測量方法，大大提高了我國礦山測量的工作效率和自動化程度。全站儀在井下控制測量中的應(yīng)用，不但提高了量邊精度，水平角精度，而且減小了對中誤差引起的最終導線點位誤差。同時電子測角徹底改變了光學讀數(shù)的不足之處，減小了讀數(shù)誤差。

1 儀器的選擇

目前市場上的全站儀型號、功能、作用不同，基本上都可以滿足礦山測量的要求。目前從測角精度上全站儀大致分為5″、2″、1″級。測角精度越高價格也越高，所以選擇能滿足礦山工程需求的儀器可以節(jié)省投資。礦山井下工作環(huán)境一般潮濕、灰塵大，行人和運輸繁忙，所以在選擇儀器時要看儀器的防水防塵效果及穩(wěn)定性。目前市場上大多全站儀防水等級為IXP6級，作為礦山井下使用一般要求防水等級在IPX4級以上。礦山井下使用的儀器一般每年都需要由專業(yè)的測繪儀器鑒定部門進行鑒定，必須對其各項指標進行檢校。全站儀的大氣改正可根據(jù)井下的溫度、氣壓進行自動改正。但是儀器常數(shù)和棱鏡常數(shù)需要根據(jù)使用的棱鏡進行設(shè)置或測定。如果遇到地表和井下溫差過大，那么要將儀器從地表搬到井下放置一段時間，等儀器內(nèi)部溫度和外部溫度均衡后再進行測量，以免溫差太大造成儀器不穩(wěn)定，目鏡和物鏡水汽太大影響測量人員的視線。為安全起見，應(yīng)對電池提前充電或準備一些充好的備用電池；電池剩余容量顯示級別與當前的測量模式有關(guān)，在角度測量模式下，電池剩余容量夠用，并不能夠保證電池在距離模式下也能用。因為距離測量模式耗電高于角度測量模式，當從角度模式轉(zhuǎn)換為距離模式時，由于電池容量不足，有時會中止測距。

2 儀器的架設(shè)

2.1 全站儀的對中

礦山井下測量的導線點一般都設(shè)置在巷道頂板，因此儀器要在點下對中，這就要求全站儀望遠鏡上刻有儀器中心，即鏡上中心。由于井下風大，最好在鏡上中心安裝光學對中器，這樣既便于點上對中，又可提高對中精度。在井下安裝儀器之前，應(yīng)對兩幫和頂板進行檢查，處理浮石，以免砸壞儀器和傷及測量人員。由于井下黑暗，且來往人員和車輛多，因此安置儀器后必須有專人看護。礦山井下測量儀器對中時需要借助垂球進行對中。為了減小井下風流使垂球擺動而產(chǎn)生對中誤差，一般選用350g的活動尖垂球進行對中。如果沒有350g的垂球，那么需要對風流進行遮擋或者關(guān)掉風機。

2.2 棱鏡對中

全站儀的配套棱鏡組都沒有上對中點，目前各儀器廠家已經(jīng)生產(chǎn)出懸掛式360°全反射棱鏡，運用到礦山井下測量是非常方便的，它可以直接懸掛到導線點上，對提高測量精度有一定的幫助。如果選用普通棱鏡，那么測量人員就需要對棱鏡仔細地對中，因為對中誤差會對整個測量過程產(chǎn)生非常大的影響。對中結(jié)束后將相應(yīng)的坐標、儀器及棱鏡高度輸入全站儀。需要注意的是，全站儀瞄準后視點在程序沒有確認以前是不能旋轉(zhuǎn)全站儀的，否則所測結(jié)果將是錯誤的。

3 測 量

3.1 一般測量

使用全站儀在礦山井下測量時，可提前在內(nèi)業(yè)計算好方位角、距離等數(shù)據(jù)，到工作面可以直接設(shè)置儀器的水平角和垂直角進行測量。在測量過程中全站儀可以直接顯示角度和距離，能夠更方便準確標定中腰線。在一般測量中，儀器所顯示的距離、角度、相對坐標是不存入儀器內(nèi)存的，測量人員可根據(jù)施工需要記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 角度測量

井下測角時，除了在測點下安好儀器外，還要在與測點相鄰的前后視點上掛垂球線作為瞄準的標志。由于井下黑暗，必須將礦燈放在垂球線后面照亮垂球線繩。為了減少風流對垂球的影響，可用1～2kg重的大垂球，并將它放在小水桶內(nèi)或用擋風布擋住。望遠鏡瞄準時，應(yīng)盡量瞄準垂球線的上部。瞄準時，應(yīng)先用望遠鏡大致瞄準照亮垂球線的燈光后再對光，才容易在視線內(nèi)找到垂球線。因為井下巷道中燈光很多，為了避免找錯目標，常用“燈語”與前后視人員聯(lián)系。還要用燈光照亮十字絲，才能精確瞄準目標。需注意的是照明光源不能直對全站儀方向，避免光線刺眼使儀器操作者不能準確地尋找測量目標。水平角觀測時，為了提高測量精度，常需要觀測兩個或更多的測回，以減弱度盤分劃誤差對觀測方向值的影響。全站儀里面有內(nèi)置程序左右角設(shè)置，避免來回轉(zhuǎn)換正倒鏡，在測角時利用此程序可以消除正倒鏡的2次誤差。

3.3 距離測量

全站儀的測距原理一般分為脈沖式和相位式，目前大部分儀器采用脈沖式測距。脈沖式測距是利用光波在大氣中的傳播速度和往返時間進行計算所得，所以在測距時要注意棱鏡后面不應(yīng)有反光鏡和其他強光源等干擾，以免影響測量數(shù)據(jù)。在測距前一定要在儀器內(nèi)設(shè)置棱鏡常數(shù)，一旦設(shè)置了棱鏡常數(shù)，則關(guān)機后該常數(shù)仍被保存。不同的儀器配置的棱鏡參數(shù)是不同的，所以在使用前一定要注意。特別是不同廠家的儀器和棱鏡是有區(qū)別的。全站儀測距克服了鋼尺測量的許多缺點，邊長遠遠超過50 m，減少了測站，提高了測量精度。測量規(guī)范要求當巷道掘一段距離時應(yīng)該布設(shè)控制點，但是由于井下受潮濕、能見度、照明等影響比較大，所以在直線巷道中應(yīng)不大于100m為宜。

3.4 坐標測量

全站儀在井下使用最大的好處就是能夠通過內(nèi)部軟件計算直接顯示測量坐標。有兩種方式：一是普通模式下根據(jù)儀器點得到的相對坐標；二是通過設(shè)置儀器點坐標和后視方向測量得到的坐標。通過第二種坐標測量可以隨時檢查施工的準確度，如果發(fā)現(xiàn)問題可以立即糾正。現(xiàn)在的全站儀都具有存儲功能，可以在內(nèi)業(yè)的時候?qū)⒁阎鴺溯斎雰x器進行存儲，作業(yè)時就可以在相應(yīng)菜單調(diào)出使用，這樣大大縮短了測站的架設(shè)時間，提高了工作效率。

3.5 放樣測量

使用全站儀進行放樣有兩種方法：一是利用已知坐標求出方位角和距離放樣；二是利用全站儀自身放樣程序進行放樣。利用第二種放樣方法比較快捷簡單，在放樣過程中儀器還會顯示棱鏡應(yīng)該往前往后還是向左向右，并且能夠測量出誤差結(jié)果來提示操作人員。在礦山井下放樣中通常會遇到像天井這樣的大傾角工程放樣，傾角過大會導致儀器無法測量，為了解決這個問題可以給全站儀配置彎管目鏡。配置前應(yīng)該全面了解所用儀器的廠家、型號，以免尺寸有誤。

3.6 高程測量

礦山井下高程測量一般選用水準儀進行，但是越來越多的單位開始利用全站儀三角高程代替水準儀測量。全站儀三角高程測量同經(jīng)緯儀三角高程測量原理相同。最大的優(yōu)點是在測定控制點的平面位置過程中同時測定其高程，與水準測量相比，能一次測定距離較遠或高差較大的兩點間的高差。不用觀測垂直角，可直接讀出高差值。

4 結(jié)束語

（1）全站儀測距大大減小了導線終點的縱向誤差，同時可增加導線的平均邊長，減少觀測垂直角，直接讀出距離、高差值及坐標，提高了測量的工作效率。

（2）全站儀電子測角將大大減小讀數(shù)誤差，而且由于測距平均邊長的增加，減少了對中次數(shù)及對中誤差和測角方法誤差，提高了測角精度。

（3）由于量邊精度的提高及平均邊長的增長，減小了距離誤差，井下三角高程測量方法完全符合《規(guī)程》要求，從而取代了井下水準測量，大大提高了工作效率，減少了井下施測工作量和工作時間，降低了勞動強度。

（4）全站儀的應(yīng)用可提高工作效率，同時可提高測量的精度，在礦山井下使用具有明顯的優(yōu)勢。

［1］周立吾，張國良，林家聰.礦山測量學［M］.徐州：中國礦業(yè)學院出版社，1985.

［2］武漢測繪學院《測量學》編寫組.測量學（修證本）［M］.北京：測繪出版社，1985.

［3］武漢測繪學院控制測量教研組，同濟大學大地測量教研室.控制測量學［M］.北京：測繪出版社，1986.

［4］李青岳.工程測量學［M］.北京：測繪出版社，1985.

2012－02－02）

楊衛(wèi)民（1968－），男，湖南邵東人，高級工程師，從事測量技術(shù)工作。