淺析全站儀測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的日益完善，諸多新型測(cè)繪技術(shù)在礦山企業(yè)中得到了廣泛的使用，并慢慢取代了以往的測(cè)繪技術(shù)，獲得了顯著的效果。而全站儀測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的具體應(yīng)用不但確保了開(kāi)采方案設(shè)計(jì)和工作人員的安全性，而且還起到了節(jié)約人力資源的作用，繼而從根本上促進(jìn)礦山測(cè)量工作水平的全面提升。

關(guān)鍵詞：全站儀；礦山測(cè)量；應(yīng)用方法

1.引言

礦山測(cè)量工作是指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)、建設(shè)的一項(xiàng)重要工作，它與采礦、地質(zhì)工作密切配合，構(gòu)成煤礦一套完整、嚴(yán)密的生產(chǎn)技術(shù)體系，水準(zhǔn)儀與經(jīng)緯儀測(cè)量往往會(huì)出現(xiàn)測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、工作任務(wù)繁重、測(cè)量精度不準(zhǔn)等一系列問(wèn)題，所以建議礦山使用全站儀進(jìn)行測(cè)量工作，本文簡(jiǎn)要分析全站儀在礦山生產(chǎn)測(cè)量中的功能特點(diǎn)，測(cè)量方法，進(jìn)而分析全站儀測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。

2.全站儀測(cè)量的功能特點(diǎn)

全站儀是一種將光、電、機(jī)結(jié)合在一起的高技術(shù)型測(cè)量?jī)x，它將距離、垂直角、水平角、高差等測(cè)量功能進(jìn)行綜合利用，在礦山測(cè)量時(shí)主要表現(xiàn)為如下幾個(gè)方面的功能特點(diǎn)：①測(cè)量追蹤。對(duì)測(cè)距與測(cè)角進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤；②動(dòng)態(tài)測(cè)量：在測(cè)量角度與測(cè)量距離方面達(dá)到同步連續(xù)測(cè)量；③坐標(biāo)式測(cè)量。找到已知點(diǎn)，然后以此為基礎(chǔ)架設(shè)全站儀，按照測(cè)點(diǎn)及定向點(diǎn)位置，對(duì)于任意目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，從而得到目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)值；④懸高式測(cè)量?？梢园逊瓷溏R放到懸物垂點(diǎn)之下，先觀測(cè)棱鏡，再將望遠(yuǎn)鏡抬高對(duì)懸物進(jìn)行找準(zhǔn)，從而得到地面與懸物之間的垂直距離；⑤對(duì)邊式測(cè)量。能夠很快求得棱鏡點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)間的水平距離及高差；⑥按距離放樣。把設(shè)計(jì)預(yù)期距離同實(shí)際距離的差值進(jìn)行比較，然后將該距離放至實(shí)地；⑦以坐標(biāo)放樣：按照已經(jīng)明確的儀器坐標(biāo)點(diǎn)及后視坐標(biāo)點(diǎn)，就能實(shí)施三維坐標(biāo)的放樣工作，如果礦山生產(chǎn)需要，也可以采取坐標(biāo)變換的方法稍加修正；⑧高程法測(cè)量?？梢詰?yīng)用全站儀的特有功能得到未知位置高程；⑨參數(shù)設(shè)置?？梢允孪冗M(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如氣壓、溫度與棱鏡常數(shù)等。

3. 全站儀測(cè)量基本方法

近年來(lái)測(cè)繪設(shè)備的發(fā)展比較迅速，新型的測(cè)繪儀器得到了廣泛的運(yùn)用，礦山生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)量工作任務(wù)量較大，是測(cè)繪行業(yè)中比較重要的一個(gè)分支，在礦山的生產(chǎn)測(cè)量工作中也在不斷探索新型測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用。使用全站儀完成礦山生產(chǎn)工作中的測(cè)量，能夠提高測(cè)量的速度和精確度，利用全站儀在礦山中進(jìn)行測(cè)量的方法有以下幾個(gè)步驟：

3.1測(cè)量之前全站儀的準(zhǔn)備工作

礦山生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行的生產(chǎn)測(cè)量任務(wù)一般在井下完成，在安裝儀器之前需要對(duì)給儀器自動(dòng)調(diào)整的時(shí)間，也可以根據(jù)測(cè)量時(shí)的井下的溫度T和氣壓P，按照公式進(jìn)行改正，式中的D為儀器所顯示的距離，P為井下的實(shí)際氣壓（100Pa），T為井下測(cè)距時(shí)的實(shí)際溫度（℃）。在設(shè)置棱鏡常數(shù)時(shí)，根據(jù)使用的全站儀的不同，以及所使用的棱鏡的不同，在設(shè)置時(shí)需要考慮加常數(shù)的影響。

在安裝儀器的過(guò)程中，需要對(duì)安裝地附近的巷道環(huán)境進(jìn)行考察，避免高處對(duì)儀器以及測(cè)量人員造成傷害。井下進(jìn)行的導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量一般都位于巷道的頂板上，在測(cè)量時(shí)全站儀的對(duì)中方式為點(diǎn)上對(duì)中。在對(duì)中時(shí)，應(yīng)該以光學(xué)對(duì)中器提高點(diǎn)上對(duì)中的精度，也可以借助垂球的幫助進(jìn)行對(duì)中，一般用350g的活尖垂球進(jìn)行，使用時(shí)要注意風(fēng)流對(duì)垂球垂度的影響；全站儀的對(duì)中之后需要對(duì)棱鏡進(jìn)行對(duì)中，配套的棱鏡一般沒(méi)有上對(duì)中點(diǎn)，使用全反射棱鏡進(jìn)行對(duì)中則十分方便。

一旦全站儀對(duì)中過(guò)程中存在誤差，對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性將造成巨大的影響，理論上來(lái)說(shuō)，當(dāng)對(duì)點(diǎn)過(guò)程中出現(xiàn)0.5mm的誤差，在測(cè)量高度為1.5m的點(diǎn)時(shí)，全站儀的縱軸傾斜將存在1′09″的誤差，而這樣的誤差對(duì)10m意外的目標(biāo)將產(chǎn)生10″的水平誤差，由此課件對(duì)點(diǎn)過(guò)程對(duì)測(cè)量結(jié)果的巨大影響。

3.2一般數(shù)據(jù)測(cè)量的方法

礦山生產(chǎn)測(cè)量過(guò)程中利用全站儀可以進(jìn)行一般的測(cè)量，測(cè)量人員為了提升測(cè)量效率，一般會(huì)提前計(jì)算好方位角以及距離等數(shù)據(jù)，在設(shè)置好合適的后視方位、測(cè)站坐標(biāo)及高程之后，考慮儀器的高度以及鏡站的高度，然后就可以直接讀取所測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)及高程，這樣的測(cè)量方法可以幫助井下的作業(yè)人員及時(shí)了解開(kāi)掘進(jìn)度，能夠?qū)ΦV井的施工工作進(jìn)行有效的指導(dǎo)，以保證施工過(guò)程的安全進(jìn)行。為了方便后續(xù)的施工檢查，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)要記錄好所測(cè)點(diǎn)具體信息。

3.3根據(jù)內(nèi)置程序進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)要點(diǎn)

全站儀的內(nèi)部有較多的內(nèi)置程序，根據(jù)這些內(nèi)置的程序可以完成比較復(fù)雜的測(cè)量任務(wù)，如角度、距離、以及點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，在礦井中進(jìn)行程序測(cè)量的時(shí)候，受到巷道內(nèi)環(huán)境的影響，照準(zhǔn)的方向較為局限，全站儀中的對(duì)邊測(cè)量以及面積測(cè)量基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，在礦山的生產(chǎn)過(guò)程中利用全站儀進(jìn)行程序測(cè)量時(shí)，需要靈活運(yùn)用其內(nèi)置程序，以下對(duì)應(yīng)用較多的角度以及坐標(biāo)測(cè)量方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

角度測(cè)量是礦山生產(chǎn)測(cè)量中的重要部分，測(cè)量中的精確度將直接影響到方位角的大小，從而增大最弱點(diǎn)以及最弱邊測(cè)量中的誤差，在測(cè)量的大小時(shí)，以水平制動(dòng)按鈕和微動(dòng)螺旋聚焦精確對(duì)照后視點(diǎn)，在測(cè)量模式下將后視點(diǎn)的方向設(shè)置為0，HAR處顯示為0°0′0″，然后精確照準(zhǔn)前視點(diǎn)，此時(shí)所顯示的角度即為該兩點(diǎn)之間的夾角。角度的計(jì)算原理是依據(jù)兩點(diǎn)之間的坐標(biāo)以及距離，設(shè)，則A、B之間的距離，當(dāng)y2- y1>0，x2- x1>0時(shí)：，當(dāng)y2- y1<0，x2- x1>0時(shí)： 當(dāng)x2- x1<0時(shí)：，這些計(jì)算過(guò)程由全站儀的內(nèi)置程序完成。

4.全站儀在礦山生產(chǎn)測(cè)量中運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)

4.1提高井下測(cè)量的精確度

井下測(cè)量的誤差有儀器誤差、對(duì)中誤差以及測(cè)量誤差三種，儀器誤差和測(cè)量誤差可以通過(guò)選擇合適的測(cè)試方法，降低到可以忽略的程度，因此測(cè)量過(guò)程中的主要誤差是對(duì)中誤差，在應(yīng)用全站儀進(jìn)行井下測(cè)量的過(guò)程中，可以使測(cè)點(diǎn)之間的間距延長(zhǎng)到100-400米，減少了測(cè)站的數(shù)目就很大程度上降低了積累誤差，從而提高了測(cè)量的精確度。

在礦山生產(chǎn)施工過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生需要運(yùn)用高程測(cè)量法的情況。舊式的高程測(cè)量法有三角測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量等。這兩種辦法各具特色，但是均存在一定弊端，水準(zhǔn)測(cè)量能夠直接得到高程，測(cè)量的精準(zhǔn)度也很高，但是因?yàn)槭艿降V山的特殊地形地貌所限，作業(yè)工作量很大，測(cè)量速度不夠快。三角測(cè)量法不必受到地形地貌限制，測(cè)繪速度較快，但是測(cè)量精度不高，而且要量取儀器自身標(biāo)高，更容易出現(xiàn)誤差。全站儀與跟蹤桿相互配合的高程測(cè)量法愈加普及，有效克服了三角測(cè)量法的不足。這種新方法有水準(zhǔn)置站法的任意性?xún)?yōu)勢(shì)，也防止了三角測(cè)量法的誤差過(guò)大弊端，施測(cè)速度快、測(cè)量結(jié)果精度高。

4.2減輕了井下測(cè)量人員的工作量

傳統(tǒng)的測(cè)量方法一個(gè)測(cè)量小組至少需要五個(gè)人左右，測(cè)量時(shí)需要反復(fù)調(diào)整儀器的精確度，利用全站儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，只需三人即可完成測(cè)量任務(wù)，利用四架法進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)中之后，搬遷測(cè)量站之后只需再進(jìn)行一次對(duì)中，通過(guò)全站儀自帶的儲(chǔ)存裝置，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行電子存檔，既減少了數(shù)據(jù)計(jì)算和整理過(guò)程中可能存在的誤差，也使測(cè)量人員的工作量大大減少，有效提高了礦山內(nèi)各巷道平行作業(yè)的能力。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在開(kāi)展礦山測(cè)量工作中的顯著特征就是測(cè)量工程量大、難度系數(shù)高，而全站儀測(cè)量技術(shù)的應(yīng)運(yùn)而生妥善處理了很多突發(fā)情況。 在礦山生產(chǎn)的測(cè)量工作當(dāng)中，全站儀可以把導(dǎo)線(xiàn)誤差減小至最降低，提高了測(cè)量的工作效率，減少了井下施測(cè)工作量和工作時(shí)間，也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。與此同時(shí)，全站儀自身所具備的電子測(cè)角技術(shù)也會(huì)極大地降低技術(shù)人員的讀數(shù)操作誤差，由此可見(jiàn)，全站儀為礦山工程施工提供了強(qiáng)而有力的技術(shù)保障。

作者簡(jiǎn)介：

盧建平（1969.8），男，助理工程師，2014年畢業(yè)于四川科技職工大學(xué)煤礦開(kāi)采技術(shù)，現(xiàn)任山西朔州山陰中煤順通北祖煤業(yè)地測(cè)科副科長(zhǎng)，主要從事礦井地質(zhì)測(cè)量及管理工作。