礦山測量中同時給定巷道中腰線方法的探討

謝小平

（義馬煤業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河南 三門峽 472300）

礦山測量中，激光指向儀因其亮度高，且具有良好的方向性、單色性，被廣泛應(yīng)用于巷道中腰線標(biāo)定。傳統(tǒng)激光指向儀給中、腰線，是在經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀分別放樣出巷道的中線、腰線的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)激光指向儀，使激光束通過中線且平行于腰線而實現(xiàn)的。其中，激光束方向的反復(fù)檢核不但需花費大量時間，且方向調(diào)整僅靠三個中、腰線點來控制，調(diào)整的程度無法精確量化，自由程度較大，造成指向精度下降。本文利用激光指向儀配合全站儀，探討一種可以同時給定巷道中線和腰線方法。

1 傳統(tǒng)激光指向儀給中線、腰線的步驟

1）根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》要求，選擇位置安裝激光指向儀。

2）用經(jīng)緯儀給出巷道中線，中線不得少于3個，點間距不少于30m，調(diào)節(jié)儀器，使激光指向儀通過中線。

3）用水準(zhǔn)儀在中線的垂線上給出腰線，并作記號，腰線點不得少于3個，點間距不少于30m。調(diào)節(jié)儀器，使激光束平行于巷道腰線。

4）反復(fù)檢核激光束給出的巷道中線和腰線，直至合乎要求為止。

2 新方法施測方案及實施步驟

2.1 施測方案

（1）直接或間接測量架設(shè)激光指向儀點（出光孔中心）的三維坐標(biāo)S（XS，YS，HS）。

（2）計算S點所在巷道橫斷面的位置信息，距中線I和距底板高差h（見圖1）。

圖1 S點在巷道橫斷面中的位置

（3）在巷道掘進(jìn)窩面，歸化放樣一點A，使其在所在橫斷面的位置為距中線IA=I和距底板高差hA=h。

（4）調(diào)整激光指向儀，使激光束指向A 點。SA 即為巷道掘進(jìn)方向。

2.2 方案的實施

2.2.1 利用Casio fx-5800計算器編程

式中：“X0”，“Y0”，為巷道起點坐標(biāo)；“FWJ”為巷道設(shè)計掘進(jìn)方向的方位角；“BPDL”為變坡點相對起點的進(jìn)尺；“BPDG”為巷道變坡點高程：“PD”為邊坡后的坡度，“K”為巷寬的一半。

輸入變量“X1”，“Y1”為測量點S（A）點；“H1”為測量點S或A 點高程。

計算結(jié)果顯示L、I、Q 分別表示S（A）點的進(jìn)尺、距中線和距底板高差。

2.2.2 具體步驟

（1）準(zhǔn)備工作。改裝激光指向儀（以YHJ-800-3.6（A）為例），要求指向儀橫向、縱向的旋轉(zhuǎn)軸均通過出光孔中心；在機(jī)體上安置反射貼片，貼片豎直方向中線與激光指向儀縱向旋轉(zhuǎn)軸重合。

量取貼片中心至機(jī)體表面2cm，并由激光指向儀YHJ-800-3.6（A）外形尺寸（Φ46×230×110）mm，可知貼片中心至出光孔中心的高程修正值為-43mm。

（2）按照《煤礦測量規(guī)程》要求，在礦井巷道內(nèi)安置激光指向儀。

（3）架設(shè)全站儀，測量反射貼片中心坐標(biāo)S＇（XS＇，YS＇，HS＇），根據(jù)激光指向儀結(jié)構(gòu)，推算出光孔中心的坐標(biāo)S（XS，YS，HS），其中XS=XS＇，YS=YS＇，HS=HS＇-0.043。

（4）坐標(biāo)S（XS，YS，HS）輸入計算器，得S點距中線I和距底板設(shè)計高程的高差h。

（5）測量巷道掘進(jìn)窩面一點A＇坐標(biāo)，輸入程序可得A＇點距中線IA＇和距底板高差hA＇。

（6）根據(jù)修正數(shù)△I=IA＇-I，△h=hA＇-h，移動A＇點，使△I和△h趨近于0。

（7）重復(fù)5.6步，直至△I≦0.001m，且△h≦0.001 m，此時A＇即為歸化放樣的點A，程序中的L 即為A 點相對巷道起點的進(jìn)尺。

（8）調(diào)整激光束使之指向窩面A 點，激光束指向即為掘進(jìn)方向。

3 精度估計及比較

1）傳統(tǒng)經(jīng)緯儀標(biāo)定中腰線，采用直接法放樣，不能形成多余觀測，還受到標(biāo)志線穩(wěn)定性誤差的影響。應(yīng)用本方法，直接測量激光指向儀光孔中心坐標(biāo)，提高了點位精度。

2）窩面定向點采用歸化法放樣，相對于經(jīng)緯儀標(biāo)定中腰線采用的直接法放樣，是將無多余觀測的直接放樣的方法，轉(zhuǎn)換成以能夠進(jìn)行多余觀測的測量為主的一種放樣方法，通過多測回觀測來提高放樣的精度。

3）兩種方法放樣出的中線精度比較

（1）傳統(tǒng)方法中因三點是同一測站下直接放樣的，可假設(shè)直接放樣三點的橫向貫通誤差的中誤差為m1=m2=m3=m直，橫向誤差引起的方位角偏差△a12、△a23、△a13可按下式估算（見圖2）。

圖2 方位角偏差的計算

又因△a12，△a23、△a13是小角，根據(jù)小角近似公式

激光束過三點，在不考慮照準(zhǔn)誤差的情況下，其方位角為△a12，△a23、△a13的平均數(shù)。

（2）設(shè)測量光孔中心在橫向貫通方向的中誤差為m測，設(shè)歸化法放樣點在橫向貫通方向的中誤差為m歸。

同（1）可估算激光束與設(shè)計方位角之間的偏差△a新=

由圖2和（1）、（2）分析知，l新＞l13=2l，m測＜m直，m歸＜m直，

由上可知，新方法在中線放樣的精度上高于傳統(tǒng)方法。

根據(jù)《工程測量規(guī)范》，三角高程測量可代替四等水準(zhǔn)測量，且井下施測邊長普遍較短，無需進(jìn)行球氣差改正的情況下，其精度可以滿足巷道高程施工放樣的要求。

4 結(jié)語

本文利用全站儀可相對于經(jīng)緯測角，同時還可進(jìn)行精確距離測量的功能，探討了使用激光指向儀同時標(biāo)定巷道中線和腰線的新方法。與傳統(tǒng)方法相比，具有精度高、方便靈活的特點；在熟練操作后，可節(jié)約施測時間；用編制程序計算同時，還可得出窩面A 點的進(jìn)尺，不用再單獨進(jìn)行收尺，提高勞動效率；同時有助于新技術(shù)、新裝備的功能的開發(fā)使用，更好服務(wù)礦井生產(chǎn)。

〔1〕于喜東，等.礦山測量工〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

〔2〕顧孝烈，等.測量學(xué)〔M〕.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2006.

〔3〕覃 輝，顧長虹.CASIO fx-5800P 編程計算器公路與鐵路施工測量程序（第2版）〔M〕.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011.