礦山井下全站儀導(dǎo)線測量對中方法淺談

崔團(tuán)團(tuán) 高永濤 賈周云

陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與測繪工程學(xué)院

1 引言

對于礦山井下測量目前所使用的主要方法是導(dǎo)線測量。但導(dǎo)線測量在礦山井下的測量方式有兩個(gè)關(guān)鍵問題：儀器對中困難和懸掛垂球不穩(wěn)定，這兩個(gè)問題直未能解決。對于儀器對中目前有全站儀對中和覘標(biāo)對中，儀器對中誤差是水平角觀測的主要誤差來源，特別是短邊導(dǎo)線測角，對中誤差即使達(dá)到±1mm，兩條邊都為20m的測角誤差高達(dá)±20mm[1]；對于懸掛垂球線不穩(wěn)定，這給瞄準(zhǔn)帶來了困難，增加了瞄準(zhǔn)誤差和觀測時(shí)間。本文主要考慮導(dǎo)線測量時(shí)這兩個(gè)關(guān)鍵問題，采用激光鉛垂儀將礦井巷道頂板布置的導(dǎo)線點(diǎn)傳遞到巷道底板，方便導(dǎo)線測量地對中和測站設(shè)置速度，并針對某礦井巷道實(shí)際測量結(jié)果（分使用懸掛垂球和使用激光鉛垂儀）進(jìn)行比對分析，提出激光鉛垂儀可以作為井下導(dǎo)線測量儀器對中的一種有效輔助設(shè)備。

2 井下常用全站儀導(dǎo)線測量方法探究

2.1 井下導(dǎo)線測量

礦山井下最常用的測量形式是全站儀測角測距導(dǎo)線測量，即通過測量各導(dǎo)線點(diǎn)水平角、垂直角和距離，并量取儀器高和覘標(biāo)高，然后再進(jìn)行導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)平差計(jì)算，以此來確定各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。根據(jù)礦山測量規(guī)范要求，全站儀導(dǎo)線方法所測量的水平角、垂直角和距離至少需要一個(gè)測回，從而使每個(gè)觀測量之間都有相應(yīng)地自我檢核，內(nèi)業(yè)平差計(jì)算得到各導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)，它們的精度也會有較大提高。特別是在短距離導(dǎo)線測量時(shí)，我們對于測量水平角可以進(jìn)行上、下半測回或多個(gè)測回取平均值的測量方式，可有效地減小短距離測量時(shí)水平角測量所帶來的誤差影響[2]。

2.2 井下導(dǎo)線測量出現(xiàn)的具體問題

導(dǎo)線點(diǎn)位置在礦山井下巷道這樣的環(huán)境下，一般為了減少行人和車輛的破壞，都會將導(dǎo)線點(diǎn)設(shè)置在穩(wěn)定的頂板巖石上。但是這樣的設(shè)置方法有不足之處，一是頂板較高，造成對中困難，每次進(jìn)行儀器、覘標(biāo)設(shè)置時(shí)，都是采用懸掛垂球的方法完成儀器地對中，測量過程中為了減小對中誤差對結(jié)果的影響，一般只能增加對中次數(shù)[3]；二是儀器對中精確度不高從而對測角影響較大。那么如何及準(zhǔn)確又快速地安置好儀器，這是礦山井下導(dǎo)線測量工作的效率和精度保證。市面上的全站儀、半站儀、經(jīng)緯儀多數(shù)都是儀器下對中整平，因此本文研究將頂板導(dǎo)線點(diǎn)傳遞到巷道底板，這樣就可以大大提高工作效率和精度，又能符合大多數(shù)儀器操作，下面介紹此方法的具體實(shí)施和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

3 井下激光鉛垂儀輔助全站儀導(dǎo)線測量的方法

激光鉛垂儀是一種專用的鉛直定位儀器。多適用于高層建筑物、煙囪及高塔架的鉛直定位測量[4]。激光鉛垂儀輔助全站儀對中投測方法如下。

（1）在頂板導(dǎo)線點(diǎn)下安置激光鉛垂儀，并利用激光鉛垂儀頂端所發(fā)射的激光束進(jìn)行點(diǎn)下對中，通過調(diào)節(jié)三腳架基座整平螺旋，使圓水準(zhǔn)氣泡和管水準(zhǔn)器氣泡嚴(yán)格居中。

（2）在巷道底板上放置接受靶。

（3）打開激光器底端激光電源，激光鉛垂儀發(fā)射鉛直激光束，通過發(fā)射望遠(yuǎn)鏡螺旋調(diào)焦，使激光束會聚成紅色光斑，投射到接受靶上。

（4）移動接受靶，使靶心與紅色光斑重合，然后進(jìn)行固定接受靶，此時(shí)，靶心位置即為頂板導(dǎo)線點(diǎn)投測到地面位置的投測點(diǎn)。

按照以上方法將儀器進(jìn)行對中整平安置好之后，我們就可以開始進(jìn)行礦山井下導(dǎo)線測量了。在井下測量角度的方法和地面上測量角度的方法是一樣的，多采用測回法。

測回法的測量步驟如下：①全站儀在盤左狀態(tài)下瞄準(zhǔn)后視棱鏡，水平度盤置零，按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)儀器，照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)前視棱鏡并讀數(shù)；②將全站儀置于盤右狀態(tài)下，先照準(zhǔn)前視棱鏡并進(jìn)行讀數(shù)，然后按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)儀器，照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)后視棱鏡并進(jìn)行讀數(shù)。將兩個(gè)半測回所得角度進(jìn)行求平均值，以此作為最終測得的角度值。

測量了水平角度之后，我們還需要兩點(diǎn)之間距離的測量數(shù)據(jù)，兩點(diǎn)之間距離的測量，我們使用全站儀的測距功能，會很快計(jì)算出兩點(diǎn)之間的斜距和平距[5]。

井下導(dǎo)線測量外業(yè)完成后，需進(jìn)行內(nèi)業(yè)平差計(jì)算，內(nèi)業(yè)平差計(jì)算是根據(jù)外業(yè)導(dǎo)線測量所測得的數(shù)據(jù)：水平角和距離，計(jì)算出導(dǎo)線各邊的方位角和各導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)。整個(gè)內(nèi)業(yè)平差計(jì)算按照以下順序進(jìn)行：

（1）檢查整理外業(yè)記錄。在井下進(jìn)行導(dǎo)線測量過程時(shí)，都必須對所測得的數(shù)據(jù)按照規(guī)范要求進(jìn)行檢核，不符合要求時(shí)必須進(jìn)行重新觀測，直到滿足規(guī)范要求為止。外業(yè)記錄本經(jīng)檢查無誤后，準(zhǔn)備開始內(nèi)業(yè)平差計(jì)算的工作[6]。

（2）角度閉合差限差。礦山井下導(dǎo)線測量的布設(shè)形式如果為單一地附合導(dǎo)線和閉合導(dǎo)線，可直接采用簡易的近似平差方法。如果各單一導(dǎo)線組成了導(dǎo)線網(wǎng)，則應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)線網(wǎng)平差。礦山井下導(dǎo)線測量計(jì)算出來的坐標(biāo)方位角閉合差限差見表1[7]。

表1 井下導(dǎo)線測量坐標(biāo)方位角閉合差限差

4 激光鉛錘儀輔助全站儀導(dǎo)線測量應(yīng)用

圖1 部分采掘區(qū)平面圖

圖1 為某礦業(yè)股份有限公司401 采掘布置平面圖。該煤礦煤層埋藏較深，整個(gè)區(qū)域可采的厚～巨厚煤層，埋深390m～620m，厚度3.70m～26.02m，平均16.13m。煤層厚度總體東北部區(qū)域煤層較厚，由中東部向南、向西逐漸變薄，變化規(guī)律明顯[8]。本次實(shí)驗(yàn)我們在不影響煤礦生產(chǎn)進(jìn)度的前提下，導(dǎo)線測量實(shí)驗(yàn)選取在中央二號輔運(yùn)大巷，布置附合導(dǎo)線，從FY1、FY2、FY3 已知高精度控制點(diǎn)開始，測求FY16、FY17、FY18 三個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，全程共總長度1800m。導(dǎo)線測量過程中分別進(jìn)行激光鉛錘儀輔助儀器對中整平和垂球?qū)χ姓竭M(jìn)行礦山井下測量，兩種方案完成全站儀導(dǎo)線測量的定向和測量，統(tǒng)計(jì)兩種方法所用的時(shí)間和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的精度，并對其進(jìn)行對比分析。

按照上述方法分激光鉛錘儀輔助儀器對中整平和垂球?qū)χ姓降膶?dǎo)線測量，兩種方式所測量的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較，其結(jié)果比較如表2。

表2 井下導(dǎo)線測量結(jié)果

從上表中可看出，本次實(shí)驗(yàn)礦山井下全站儀導(dǎo)線測量所使用激光鉛垂儀進(jìn)行對中整平的方法，其導(dǎo)線測量的結(jié)果比垂球?qū)χ姓竭M(jìn)行的導(dǎo)線測量結(jié)果整體精度較高，具體的表現(xiàn)在X坐標(biāo)上數(shù)值相差較大，Y坐標(biāo)數(shù)值上相差較小，從數(shù)據(jù)和實(shí)際外業(yè)環(huán)境來看是由于在X坐標(biāo)方向垂球?qū)χ姓竭^程中受井下通風(fēng)方向影響較大，其垂球擺動沿著風(fēng)向擺動所造成的；另外速度方面激光鉛垂儀方法其速度比垂球?qū)χ姓椒椒繙y站節(jié)省2min～3min。以上結(jié)果說明本次實(shí)驗(yàn)提出的使用激光鉛垂儀對中整平方法進(jìn)行的導(dǎo)線測量是一種提高導(dǎo)線測量精度的有效方法。

5 結(jié)語

全站儀導(dǎo)線測量是礦山井下測量最常用的方法之一，其布點(diǎn)方式靈活方便，精度可控性強(qiáng)。從以上對于全站儀對中整平的方法研究來看，使用激光鉛垂儀對中整平方法進(jìn)行的導(dǎo)線測量結(jié)果比垂球?qū)χ姓竭M(jìn)行的導(dǎo)線測量結(jié)果精度高，可以作為礦山井下導(dǎo)線測量精度提高的一種有效方法。但對于井下風(fēng)力較小的巷道使用垂球?qū)χ幸仁褂眉す忏U垂儀對中整平方法進(jìn)行的導(dǎo)線測量速度要快。