連續(xù)設(shè)站三角高程測量方法在礦山測量中的應(yīng)用

梁曉江

（山西焦煤汾礦集團兩渡煤業(yè)公司 ，山西 靈石 031300）

礦山井下測量工程對于礦山的開拓、及生產(chǎn)工作都具有重要意義[1～2]。如今，隨著礦山開拓速度的加快，以及生產(chǎn)能力的提升，對井下測量作業(yè)的作業(yè)速度及精度也有了越來越高的要求，礦山井下采用合適的測量方法，可大大的提高測量作業(yè)的質(zhì)量和速度[3]。本文對連續(xù)設(shè)站三角高程測量方法在井下的應(yīng)用進行了研究和探討，在進行了實例驗證。

1 井下作業(yè)情況

隨著礦山井下開采的機械化，井下巷道出現(xiàn)了坡度大、距離長等特點，尤其是運輸大巷，回風(fēng)大巷的長度甚至達到3-5km，由于以上原因，在礦山井下巷道進行高程測量時，無論是開拓巷道，采取巷道，都存在空間有限，需要布設(shè)的測站較多，測量作業(yè)任務(wù)重時間長等缺點，因此在礦山井下進行測量作的方式，亟需改變和優(yōu)化[4～5]。

2 三角高程測量原理

三角高程測量具有簡單方便，精度高等特點，且隨著一些高精度儀器的出現(xiàn)及測量工具的開發(fā)使用，三角高程測量已越來越方便，近年來，人們將全站儀應(yīng)用到了三角高程測量中，并在礦山井下開發(fā)出了防爆型全站儀，所以在礦山測量中全站儀三角高程測量正逐步代替水準測量進行礦山作業(yè)。

在礦山井下一般采用單向觀測法進行高程測量作業(yè)，其基本原理如圖1所示：

圖1 基本原理圖

其測量基本方法為：將儀器架設(shè)至已知點A，量取已知點A至儀器橫軸的垂直距離（儀器高），將覘標(biāo)B′安置在待測點B，量取待測點B到覘標(biāo)B′的垂直距離（覘標(biāo)高），使用儀器測出A、B之間的傾角，其后根據(jù)相關(guān)公式計算A、B兩點的高差。A、B兩點的高差計算公式如下：

式中：h為A、B兩點的高差；L為A、B兩點間的斜距；α為A、B兩點豎直傾角；i為儀器高度；v為高度。

井下測量作業(yè)，由于空間狹小，所以有其獨特的方式，其測點可布置在巷道頂板，也可布置在巷道的底板，按照測點位于頂、底板的不同，井下三角高程測量可以分三種情況分別進行兩點之間的高差計算，以向下測量時為負向上測量時為正。

第一種情況：A、B兩點均在巷道底板時如圖2：

圖2 A B均在巷道底板

A、B兩點間的高差為：

第二種情況A B兩點均在巷道頂板時如圖3：

圖3 A B均在巷道頂板

A、B兩點間的高差為：

第三種情況：A點在巷道頂板（底板）B點在巷道底板（頂板）時，如圖4：

圖4 A在頂板（底板）B在底板（頂板）時

A、B兩點間的高差為：

3 連續(xù)設(shè)站三角高程測量原理及測量方法

三角高程測量方法雖然近年來在礦山測量中得到了廣泛應(yīng)用，但其具有架設(shè)儀器復(fù)雜，讀取數(shù)據(jù)量多，累積誤差大等缺點，基于以上原因，本文為優(yōu)化井下測量作業(yè)方法，提出采用連續(xù)設(shè)站的三角高程測量，該方法尤其適用于測量較遠距離的巷道，其基本原理如圖5所示，以測量A、B兩點的高差為例，來說明連續(xù)設(shè)站三角高程測量的基本操作方法：

1）將棱鏡安置在A點和轉(zhuǎn)點1處，在這兩點大約中間部位架設(shè)測量儀器，對中整平后，測量A點到1點，及儀器安置位置到1點的斜距L和豎直角α，并且用鋼尺量取A點處的棱鏡高度；

2）將A處的棱鏡移動到2點的位置，1點保持不變，在2點和1點之間取適當(dāng)?shù)奈恢脙x2點，架設(shè)儀器，對中整平后進行觀測，分別觀測儀器架設(shè)點至1點，及儀器架設(shè)點至2點的斜距L和豎直角α；

3）按照以上方法，逐漸在合理的位置架設(shè)儀器，直至觀測至B點，之后需量取B點棱鏡高度。

圖5 連續(xù)設(shè)站三角高程測量

如共需要設(shè)n站進行觀測；則A-B兩點之間高差即為：

采用連續(xù)設(shè)站三角高程測量時，不需要進行儀器對中，這對于場地復(fù)雜的巷道來說可極大的提高測量效率，同時，只需讀取起始點A和終止點B的棱鏡高度，減少了儀器誤差對測量的影響。

4 測量誤差

在礦山井下采用連續(xù)設(shè)站三角高程測量方法時，為提高測量精度，減小測量誤差，除了采用合適的儀器及方法準確讀取各項數(shù)據(jù)外，還需要注意：

1）嚴格按照相關(guān)規(guī)范記錄數(shù)據(jù)，各項限差應(yīng)符合《煤礦測量規(guī)程》中的要求；

2）在轉(zhuǎn)點處安設(shè)棱鏡時，應(yīng)使其高度盡量一致，或者直接在地板上安置棱鏡，以方便計算轉(zhuǎn)點處的數(shù)據(jù)；

3）應(yīng)合理設(shè)置儀器位置，后視、前視距離大致相等，且盡量長一些，以減少測站數(shù)；

4）連續(xù)測站三角高程測量方法，不適用在需要測出每個點位的高程的一般導(dǎo)線測量作業(yè)中，因此應(yīng)根據(jù)具體情況選用該測量方法；

5）在測量A、B兩點的儀器高度時，要嚴格按照相關(guān)測量規(guī)程中要求的方法量取；

6）在測量作業(yè)中，要保證已經(jīng)安設(shè)好的棱鏡，選好的點位不變更位置和高度，以免造成大誤差；

7）可采用變更儀器高度法，來消除一些系統(tǒng)誤差。

5 工程實例

如圖6所示，在山西焦煤汾礦集團兩渡煤業(yè)有限公司，進行西六回風(fēng)下山貫通工程測量時，西六回風(fēng)下山長1.8 km；水平大巷(圖中粗線)有+450、+300、+150總長6.3 km,本次作業(yè)，距離長，任務(wù)重，數(shù)據(jù)量大，經(jīng)過初步分析，采用一臺Nikon-DTM-352C防爆型全站儀（測距精度為）、2個配套的腳架及棱鏡，及一些其他相關(guān)設(shè)備，進行連續(xù)設(shè)站三角高程測量作業(yè)。該工程于2017年3月，實現(xiàn)貫通,該貫通實測貫通誤差：平面±0.024 m;高程±0.100m。

圖6 西六回風(fēng)下山貫通示意圖

本次貫通工程總距離為13 km，經(jīng)過分析現(xiàn)場實際情況，其中6.8 km采用連續(xù)設(shè)站三角高程測量，在本次測量作業(yè)中，近7000m的連續(xù)設(shè)站三角高程測量路線，不到6小時就測量完成，與普通三角測量相比具有明顯的優(yōu)勢，首先作業(yè)時間大幅縮短，效率極高，其次測量誤差也被控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，該巷道貫通后，整體平順，未出現(xiàn)錯臺，最終的閉合差為100mm，完全符合要求，本次測量作業(yè)取得了較好的效果。

6 結(jié) 論

1）經(jīng)過多次實踐，由于礦山井下巷道起伏度較大，且空間范圍狹小，架設(shè)儀器不方便，基于以上原因，本文對三角高程測量的基本原理進行了初步探討，并提出了在礦山井下采用連續(xù)設(shè)站三角高程測量的作業(yè)方法。

2）在進行連續(xù)設(shè)站三角高程測量時，也應(yīng)注意數(shù)據(jù)的讀取和測量方法的標(biāo)準正確性，嚴格按照相關(guān)規(guī)范進行操作，避免造成不必要的測量誤差。

3）使用連續(xù)設(shè)站三角高程測量方法成功進行了一次井下測量，測量結(jié)果表明，使用該方法可節(jié)省作業(yè)時間、減少測量誤差，提高測量效率。