探析礦山測(cè)量中全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)的應(yīng)用

吳龍健

摘 要：隨著礦山測(cè)量難度的增加，全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)的作用日益突出。簡(jiǎn)單介紹了二者的定義，然后結(jié)合實(shí)例制訂了一套測(cè)量方案，最后對(duì)二者的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：礦山測(cè)量；全站儀；貫通誤差預(yù)計(jì)；地面導(dǎo)線(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD175.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）15-0006-02

礦山開(kāi)采工程應(yīng)以測(cè)量為前提，隨著開(kāi)采難度的加大，測(cè)量變得越來(lái)越困難，以往的測(cè)量方法和設(shè)備難以滿(mǎn)足目前開(kāi)采的新要求?，F(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)使礦山開(kāi)采有了新的發(fā)展，尤其是全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)理論的應(yīng)用，減少了測(cè)量作業(yè)量，大幅提升了測(cè)量精確度。貫通誤差預(yù)計(jì)水平直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的安全，全站儀雖然集多種先進(jìn)技術(shù)于一體，但受自身系統(tǒng)和地形、地質(zhì)條件的影響，難免會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差，不利于以后的開(kāi)采工作，所以，必須要加強(qiáng)該方面的研究，將誤差降至最低。

1 全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)

1.1 全站儀

作為一種新型測(cè)量?jī)x器，全站儀實(shí)現(xiàn)了光機(jī)電一體化，將激光、機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等多種高新技術(shù)糅合在一起，具有測(cè)距、測(cè)高差、測(cè)水平角、測(cè)垂直角多項(xiàng)功能。在使用時(shí)，只需利用一次性安裝儀器，便能夠完成全部測(cè)量工作，因此，該儀器在諸多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。光學(xué)經(jīng)緯儀使用的是光學(xué)度盤(pán)和人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)的方式；全站儀則采用的是自動(dòng)化技術(shù)，使用的是光電掃描度盤(pán)，它能夠自動(dòng)記錄并顯示讀數(shù)，操作更加簡(jiǎn)便，而且可降低誤差。

1.2 貫通誤差預(yù)計(jì)

在工程進(jìn)行貫通之前，需要預(yù)先對(duì)測(cè)量中的貫通誤差精確估算，以便采取防范措施，減少不必要的損失。貫通誤差主要包括高程誤差和水平誤差，前者多由地面和地下高程測(cè)量不精確引起；后者多由地面控制、地下導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量不精確引起。貫通誤差預(yù)計(jì)與礦井安全生產(chǎn)密切相關(guān)，在大型工程中常利用GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)平面的控制，或使用陀螺全站儀對(duì)礦井進(jìn)行定向。

2 實(shí)例中的平面和高程控制測(cè)量方案

2.1 實(shí)例分析

某礦山在開(kāi)采中因井下溫度過(guò)高而加大了開(kāi)采難度，固有的通風(fēng)系統(tǒng)難以解決這一問(wèn)題，為此，需將A，B兩井貫通，以作通風(fēng)之用。A為北主斜井，B為西回風(fēng)斜井，原本相互獨(dú)立的兩個(gè)礦井，貫通后的巷道共長(zhǎng)2 524 m，呈半圓拱形，寬度為2.85 m，斜長(zhǎng)480 m。另外，有兩個(gè)點(diǎn)的高程是已知的，分別為1 640 m、1 608 m。

2.2 平面和高程控制測(cè)量方案

該工程選擇的是DTM-532型尼康全站儀，在測(cè)量中可將測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄保存。以不被井下風(fēng)流影響的棱鏡作為觀(guān)察目標(biāo)，在測(cè)距和測(cè)角方面較為精確，讀錯(cuò)率、記錯(cuò)率有所降低，且可直接將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。按照相關(guān)規(guī)定，水平方向上的貫通誤差應(yīng)控制在0.5 m以?xún)?nèi)，垂直方向則不得超過(guò)0.2 m。

2.2.1 井下高程測(cè)量方案

按照五等電磁波測(cè)距三角高程的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，在重要的巷道掘進(jìn)中，通過(guò)全站儀標(biāo)定腰線(xiàn)。掘進(jìn)至300～800 m時(shí)，依次對(duì)永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)、永久水準(zhǔn)點(diǎn)的高程進(jìn)行測(cè)量。使用此方法不斷向前測(cè)設(shè)，直至巷道掘進(jìn)頭外12～18 m。

2.2.2 井下平面測(cè)量方案

根據(jù)工程要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙給出的坡度、方向和已知控制點(diǎn)，使用全站儀測(cè)設(shè)方向和三角高程，基本控制導(dǎo)線(xiàn)采用15〞導(dǎo)線(xiàn)，并在巷道中鋪設(shè)30〞導(dǎo)線(xiàn)作為掘向依據(jù)。

2.2.3 井下高程導(dǎo)入方案

導(dǎo)入高程指的是將地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的高程經(jīng)豎井或斜井傳遞到井下高程測(cè)量起點(diǎn)，該工程通過(guò)斜井導(dǎo)入。先借助全站儀測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的角度和傾斜長(zhǎng)度，然后根據(jù)三角原理計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差，接著測(cè)定傾斜巷道中的水準(zhǔn)點(diǎn)和永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)的高程。在全站儀導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)開(kāi)始測(cè)量三角高程。工程中采用的絲法測(cè)量，測(cè)回?cái)?shù)應(yīng)為3.

3 平面和高程貫通測(cè)量誤差和方案評(píng)價(jià)

3.1 高程貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)

3.1.1 誤差分析

從測(cè)量過(guò)程中分析了可能產(chǎn)生誤差的原因，例如：①全站儀系統(tǒng)瞄準(zhǔn)時(shí)的誤差；②外界環(huán)境影響，包括空氣透明度較低、測(cè)量時(shí)全站儀輕微晃動(dòng)而形成誤差；③井下水準(zhǔn)管居中方面的誤差。

3.1.2 誤差參數(shù)確定和誤差預(yù)計(jì)

在貫通中，巷道的垂直角較小，因此需保證儀器測(cè)鏡的精確。將測(cè)距誤差控制在1 mm以?xún)?nèi)，垂直角中誤差mar=±2〞，大氣垂直折光中誤差mh=±0.05.由于測(cè)量中采用的是電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量方法，因此，mar和mh較為關(guān)鍵。該工程為對(duì)向觀(guān)測(cè)，所以無(wú)需考慮大氣垂直折光中的誤差，而垂直角觀(guān)測(cè)的精度也比較高。

地面三角高程，上、下平巷中高程測(cè)量誤差引起的K點(diǎn)高程誤差，電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量可按下式進(jìn)行計(jì)算：

mh=±0.025S . （1）

式（1）中，S——地面三角高程和山下平巷高程測(cè)量的路線(xiàn)總長(zhǎng)度。

K點(diǎn)在高程上的預(yù)計(jì)誤差為：

摘 要：隨著礦山測(cè)量難度的增加，全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)的作用日益突出。簡(jiǎn)單介紹了二者的定義，然后結(jié)合實(shí)例制訂了一套測(cè)量方案，最后對(duì)二者的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：礦山測(cè)量；全站儀；貫通誤差預(yù)計(jì)；地面導(dǎo)線(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD175.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）15-0006-02

礦山開(kāi)采工程應(yīng)以測(cè)量為前提，隨著開(kāi)采難度的加大，測(cè)量變得越來(lái)越困難，以往的測(cè)量方法和設(shè)備難以滿(mǎn)足目前開(kāi)采的新要求?，F(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)使礦山開(kāi)采有了新的發(fā)展，尤其是全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)理論的應(yīng)用，減少了測(cè)量作業(yè)量，大幅提升了測(cè)量精確度。貫通誤差預(yù)計(jì)水平直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的安全，全站儀雖然集多種先進(jìn)技術(shù)于一體，但受自身系統(tǒng)和地形、地質(zhì)條件的影響，難免會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差，不利于以后的開(kāi)采工作，所以，必須要加強(qiáng)該方面的研究，將誤差降至最低。

1 全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)

1.1 全站儀

作為一種新型測(cè)量?jī)x器，全站儀實(shí)現(xiàn)了光機(jī)電一體化，將激光、機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等多種高新技術(shù)糅合在一起，具有測(cè)距、測(cè)高差、測(cè)水平角、測(cè)垂直角多項(xiàng)功能。在使用時(shí)，只需利用一次性安裝儀器，便能夠完成全部測(cè)量工作，因此，該儀器在諸多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。光學(xué)經(jīng)緯儀使用的是光學(xué)度盤(pán)和人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)的方式；全站儀則采用的是自動(dòng)化技術(shù)，使用的是光電掃描度盤(pán)，它能夠自動(dòng)記錄并顯示讀數(shù)，操作更加簡(jiǎn)便，而且可降低誤差。

1.2 貫通誤差預(yù)計(jì)

在工程進(jìn)行貫通之前，需要預(yù)先對(duì)測(cè)量中的貫通誤差精確估算，以便采取防范措施，減少不必要的損失。貫通誤差主要包括高程誤差和水平誤差，前者多由地面和地下高程測(cè)量不精確引起；后者多由地面控制、地下導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量不精確引起。貫通誤差預(yù)計(jì)與礦井安全生產(chǎn)密切相關(guān)，在大型工程中常利用GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)平面的控制，或使用陀螺全站儀對(duì)礦井進(jìn)行定向。

2 實(shí)例中的平面和高程控制測(cè)量方案

2.1 實(shí)例分析

某礦山在開(kāi)采中因井下溫度過(guò)高而加大了開(kāi)采難度，固有的通風(fēng)系統(tǒng)難以解決這一問(wèn)題，為此，需將A，B兩井貫通，以作通風(fēng)之用。A為北主斜井，B為西回風(fēng)斜井，原本相互獨(dú)立的兩個(gè)礦井，貫通后的巷道共長(zhǎng)2 524 m，呈半圓拱形，寬度為2.85 m，斜長(zhǎng)480 m。另外，有兩個(gè)點(diǎn)的高程是已知的，分別為1 640 m、1 608 m。

2.2 平面和高程控制測(cè)量方案

該工程選擇的是DTM-532型尼康全站儀，在測(cè)量中可將測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄保存。以不被井下風(fēng)流影響的棱鏡作為觀(guān)察目標(biāo)，在測(cè)距和測(cè)角方面較為精確，讀錯(cuò)率、記錯(cuò)率有所降低，且可直接將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。按照相關(guān)規(guī)定，水平方向上的貫通誤差應(yīng)控制在0.5 m以?xún)?nèi)，垂直方向則不得超過(guò)0.2 m。

2.2.1 井下高程測(cè)量方案

按照五等電磁波測(cè)距三角高程的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，在重要的巷道掘進(jìn)中，通過(guò)全站儀標(biāo)定腰線(xiàn)。掘進(jìn)至300～800 m時(shí)，依次對(duì)永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)、永久水準(zhǔn)點(diǎn)的高程進(jìn)行測(cè)量。使用此方法不斷向前測(cè)設(shè)，直至巷道掘進(jìn)頭外12～18 m。

2.2.2 井下平面測(cè)量方案

根據(jù)工程要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙給出的坡度、方向和已知控制點(diǎn)，使用全站儀測(cè)設(shè)方向和三角高程，基本控制導(dǎo)線(xiàn)采用15〞導(dǎo)線(xiàn)，并在巷道中鋪設(shè)30〞導(dǎo)線(xiàn)作為掘向依據(jù)。

2.2.3 井下高程導(dǎo)入方案

導(dǎo)入高程指的是將地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的高程經(jīng)豎井或斜井傳遞到井下高程測(cè)量起點(diǎn)，該工程通過(guò)斜井導(dǎo)入。先借助全站儀測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的角度和傾斜長(zhǎng)度，然后根據(jù)三角原理計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差，接著測(cè)定傾斜巷道中的水準(zhǔn)點(diǎn)和永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)的高程。在全站儀導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)開(kāi)始測(cè)量三角高程。工程中采用的絲法測(cè)量，測(cè)回?cái)?shù)應(yīng)為3.

3 平面和高程貫通測(cè)量誤差和方案評(píng)價(jià)

3.1 高程貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)

3.1.1 誤差分析

從測(cè)量過(guò)程中分析了可能產(chǎn)生誤差的原因，例如：①全站儀系統(tǒng)瞄準(zhǔn)時(shí)的誤差；②外界環(huán)境影響，包括空氣透明度較低、測(cè)量時(shí)全站儀輕微晃動(dòng)而形成誤差；③井下水準(zhǔn)管居中方面的誤差。

3.1.2 誤差參數(shù)確定和誤差預(yù)計(jì)

在貫通中，巷道的垂直角較小，因此需保證儀器測(cè)鏡的精確。將測(cè)距誤差控制在1 mm以?xún)?nèi)，垂直角中誤差mar=±2〞，大氣垂直折光中誤差mh=±0.05.由于測(cè)量中采用的是電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量方法，因此，mar和mh較為關(guān)鍵。該工程為對(duì)向觀(guān)測(cè)，所以無(wú)需考慮大氣垂直折光中的誤差，而垂直角觀(guān)測(cè)的精度也比較高。

地面三角高程，上、下平巷中高程測(cè)量誤差引起的K點(diǎn)高程誤差，電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量可按下式進(jìn)行計(jì)算：

mh=±0.025S . （1）

式（1）中，S——地面三角高程和山下平巷高程測(cè)量的路線(xiàn)總長(zhǎng)度。

K點(diǎn)在高程上的預(yù)計(jì)誤差為：

摘 要：隨著礦山測(cè)量難度的增加，全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)的作用日益突出。簡(jiǎn)單介紹了二者的定義，然后結(jié)合實(shí)例制訂了一套測(cè)量方案，最后對(duì)二者的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：礦山測(cè)量；全站儀；貫通誤差預(yù)計(jì)；地面導(dǎo)線(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD175.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）15-0006-02

礦山開(kāi)采工程應(yīng)以測(cè)量為前提，隨著開(kāi)采難度的加大，測(cè)量變得越來(lái)越困難，以往的測(cè)量方法和設(shè)備難以滿(mǎn)足目前開(kāi)采的新要求?，F(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)使礦山開(kāi)采有了新的發(fā)展，尤其是全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)理論的應(yīng)用，減少了測(cè)量作業(yè)量，大幅提升了測(cè)量精確度。貫通誤差預(yù)計(jì)水平直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的安全，全站儀雖然集多種先進(jìn)技術(shù)于一體，但受自身系統(tǒng)和地形、地質(zhì)條件的影響，難免會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差，不利于以后的開(kāi)采工作，所以，必須要加強(qiáng)該方面的研究，將誤差降至最低。

1 全站儀和貫通誤差預(yù)計(jì)

1.1 全站儀

作為一種新型測(cè)量?jī)x器，全站儀實(shí)現(xiàn)了光機(jī)電一體化，將激光、機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等多種高新技術(shù)糅合在一起，具有測(cè)距、測(cè)高差、測(cè)水平角、測(cè)垂直角多項(xiàng)功能。在使用時(shí)，只需利用一次性安裝儀器，便能夠完成全部測(cè)量工作，因此，該儀器在諸多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。光學(xué)經(jīng)緯儀使用的是光學(xué)度盤(pán)和人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)的方式；全站儀則采用的是自動(dòng)化技術(shù)，使用的是光電掃描度盤(pán)，它能夠自動(dòng)記錄并顯示讀數(shù)，操作更加簡(jiǎn)便，而且可降低誤差。

1.2 貫通誤差預(yù)計(jì)

在工程進(jìn)行貫通之前，需要預(yù)先對(duì)測(cè)量中的貫通誤差精確估算，以便采取防范措施，減少不必要的損失。貫通誤差主要包括高程誤差和水平誤差，前者多由地面和地下高程測(cè)量不精確引起；后者多由地面控制、地下導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量不精確引起。貫通誤差預(yù)計(jì)與礦井安全生產(chǎn)密切相關(guān)，在大型工程中常利用GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)平面的控制，或使用陀螺全站儀對(duì)礦井進(jìn)行定向。

2 實(shí)例中的平面和高程控制測(cè)量方案

2.1 實(shí)例分析

某礦山在開(kāi)采中因井下溫度過(guò)高而加大了開(kāi)采難度，固有的通風(fēng)系統(tǒng)難以解決這一問(wèn)題，為此，需將A，B兩井貫通，以作通風(fēng)之用。A為北主斜井，B為西回風(fēng)斜井，原本相互獨(dú)立的兩個(gè)礦井，貫通后的巷道共長(zhǎng)2 524 m，呈半圓拱形，寬度為2.85 m，斜長(zhǎng)480 m。另外，有兩個(gè)點(diǎn)的高程是已知的，分別為1 640 m、1 608 m。

2.2 平面和高程控制測(cè)量方案

該工程選擇的是DTM-532型尼康全站儀，在測(cè)量中可將測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄保存。以不被井下風(fēng)流影響的棱鏡作為觀(guān)察目標(biāo)，在測(cè)距和測(cè)角方面較為精確，讀錯(cuò)率、記錯(cuò)率有所降低，且可直接將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。按照相關(guān)規(guī)定，水平方向上的貫通誤差應(yīng)控制在0.5 m以?xún)?nèi)，垂直方向則不得超過(guò)0.2 m。

2.2.1 井下高程測(cè)量方案

按照五等電磁波測(cè)距三角高程的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，在重要的巷道掘進(jìn)中，通過(guò)全站儀標(biāo)定腰線(xiàn)。掘進(jìn)至300～800 m時(shí)，依次對(duì)永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)、永久水準(zhǔn)點(diǎn)的高程進(jìn)行測(cè)量。使用此方法不斷向前測(cè)設(shè)，直至巷道掘進(jìn)頭外12～18 m。

2.2.2 井下平面測(cè)量方案

根據(jù)工程要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙給出的坡度、方向和已知控制點(diǎn)，使用全站儀測(cè)設(shè)方向和三角高程，基本控制導(dǎo)線(xiàn)采用15〞導(dǎo)線(xiàn)，并在巷道中鋪設(shè)30〞導(dǎo)線(xiàn)作為掘向依據(jù)。

2.2.3 井下高程導(dǎo)入方案

導(dǎo)入高程指的是將地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的高程經(jīng)豎井或斜井傳遞到井下高程測(cè)量起點(diǎn)，該工程通過(guò)斜井導(dǎo)入。先借助全站儀測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的角度和傾斜長(zhǎng)度，然后根據(jù)三角原理計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差，接著測(cè)定傾斜巷道中的水準(zhǔn)點(diǎn)和永久導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)的高程。在全站儀導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)開(kāi)始測(cè)量三角高程。工程中采用的絲法測(cè)量，測(cè)回?cái)?shù)應(yīng)為3.

3 平面和高程貫通測(cè)量誤差和方案評(píng)價(jià)

3.1 高程貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)

3.1.1 誤差分析

從測(cè)量過(guò)程中分析了可能產(chǎn)生誤差的原因，例如：①全站儀系統(tǒng)瞄準(zhǔn)時(shí)的誤差；②外界環(huán)境影響，包括空氣透明度較低、測(cè)量時(shí)全站儀輕微晃動(dòng)而形成誤差；③井下水準(zhǔn)管居中方面的誤差。

3.1.2 誤差參數(shù)確定和誤差預(yù)計(jì)

在貫通中，巷道的垂直角較小，因此需保證儀器測(cè)鏡的精確。將測(cè)距誤差控制在1 mm以?xún)?nèi)，垂直角中誤差mar=±2〞，大氣垂直折光中誤差mh=±0.05.由于測(cè)量中采用的是電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量方法，因此，mar和mh較為關(guān)鍵。該工程為對(duì)向觀(guān)測(cè)，所以無(wú)需考慮大氣垂直折光中的誤差，而垂直角觀(guān)測(cè)的精度也比較高。

地面三角高程，上、下平巷中高程測(cè)量誤差引起的K點(diǎn)高程誤差，電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量可按下式進(jìn)行計(jì)算：

mh=±0.025S . （1）

式（1）中，S——地面三角高程和山下平巷高程測(cè)量的路線(xiàn)總長(zhǎng)度。

K點(diǎn)在高程上的預(yù)計(jì)誤差為：