全站儀及貫通誤差預(yù)計(jì)在礦山測量中的應(yīng)用研究

＊王紅元

（福建省煤電股份有限公司 福建 364000）

全站儀又稱為全站電子測距儀，對水平角、垂直角、距離、高低差都有較高的精準(zhǔn)度，因此現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于大型建筑或地下施工等精密工程的數(shù)據(jù)測量中，與傳統(tǒng)測距相比，除集多功能測量為一體外，其安裝過程與操作方式十分便捷簡單，具備較高的作業(yè)效率和應(yīng)用價(jià)值。貫通工程開展前，便對施工地點(diǎn)可能出現(xiàn)的高程貫通誤差（儀器本身或地下濕度、含塵量、溫度以及光線變化）進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，以期得到精準(zhǔn)、完整的真實(shí)數(shù)據(jù)。因此，兩者聯(lián)合應(yīng)用可有效保障礦山測量所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.工程實(shí)例

為了更直觀的了解全站儀及貫通誤差預(yù)計(jì)在礦山測量的實(shí)際效果，本文以我市2018年一礦井項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目貫通工程分為14采礦區(qū)的300m上山軌道、斜長100m的-110車場、斜長82m的-100m總回風(fēng)上山、斜長410m的-70m水平北翼總回風(fēng)巷構(gòu)成，采用兩線挖掘，貫通點(diǎn)處于-100m總回風(fēng)上山與-70m水平北翼總回風(fēng)巷連接處，取2.5m半圓拱形巷道，擁有3600m的貫通導(dǎo)線。

2.全站儀在礦山測量中的具體應(yīng)用

(1)地下平面測量

為保障本次礦山測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，防止工作人員出現(xiàn)誤讀誤記，因此采用了以棱鏡為觀測目標(biāo)的全站儀，對所測角度以及距離進(jìn)行校準(zhǔn)。依照相關(guān)規(guī)程，可存在水平與垂直方向上±20cm至±30cm的誤差，在地下平面測量時(shí)，工作人員應(yīng)先制定詳細(xì)的測量方案，明確測量方向與坡度，在當(dāng)前控制點(diǎn)基礎(chǔ)上，選用15"，導(dǎo)線作為測量中的基本控制導(dǎo)線，然后采用全站儀對水平角以及三角高程進(jìn)行精準(zhǔn)測量。如測量井巷的角度＜30°并且測回相同，半測回差值為20"，兩測回差值為13"，那么兩次測回差值應(yīng)＜30"。如井巷傾角＞30°時(shí)，應(yīng)用全站儀出現(xiàn)測回相同的情況下，半測回差值為30"，兩測回差值為19"，那么兩次測回差值應(yīng)＜44"。如需使用全站儀測量導(dǎo)線的邊長，則首先要使測角與紅外線一體化，隨后進(jìn)行超過3次的往返測回，如測得數(shù)據(jù)差值＜10mm，則表明數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可記錄存儲。在出現(xiàn)導(dǎo)線邊長相同的情況下，進(jìn)行多次往返測量，在平局差值為1/6000邊長時(shí)表明讀數(shù)準(zhǔn)確。值得一提的是，使用全站儀期間，工作人員還需對測量時(shí)地區(qū)的氣壓以及氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在隨后修訂中對邊長進(jìn)行校正。

(2)地下高程測量

對地下高程進(jìn)行測量前，工作人員首先使用全站儀依照電磁波測距三角高程標(biāo)準(zhǔn)對巷道進(jìn)行腰線精準(zhǔn)標(biāo)定。在巷道掘進(jìn)至300-800m時(shí)，進(jìn)行永久導(dǎo)線點(diǎn)以及水準(zhǔn)點(diǎn)高程的精確測量，重復(fù)此過程直至巷道進(jìn)程處于頭外12m-18m之間。

3.貫通誤差預(yù)計(jì)在礦山測量中的應(yīng)用

(1)地下高程誤差預(yù)計(jì)

根據(jù)以往的報(bào)道顯示，地下高程的誤差多是由工作人員未進(jìn)行全站儀望遠(yuǎn)斜瞄準(zhǔn)校準(zhǔn)，或因粗心未檢查全站儀是否處于水平面上。且可能存在水準(zhǔn)管居中氣泡干擾或巷道空氣灰塵較多，透明度受到影響等自然因素。為減少人為誤差，工作人員首先應(yīng)使各導(dǎo)線點(diǎn)的標(biāo)識更為清晰，隨后掘進(jìn)至貫通點(diǎn)20m處后減小掘進(jìn)面積，改用小斷面掘進(jìn)方式以保障貫通巷道的質(zhì)量。由于貫通途中，巷道垂直角基本處于較小狀態(tài)，為保障儀器測鏡的精準(zhǔn)度，測距誤差則應(yīng)＜1mm，且地下高程的測量方法一般應(yīng)用電磁波測距三角高程，因此在垂直角較小的情況下，發(fā)生垂直角誤差與大氣垂直折光誤差的幾率便會增大，控制該地段的誤差是整個(gè)測量環(huán)節(jié)的重中之重。根據(jù)相關(guān)規(guī)程，巷道垂直角誤差應(yīng)＜2°，大氣垂直折光誤差不能超過0.05。在實(shí)際測量過程中，為減少可能出現(xiàn)的三角高程誤差，工作人員在展開測量前，應(yīng)先按照國家相關(guān)規(guī)程做好前期準(zhǔn)備工作，選擇適合的全站儀并在每次測量前對精度進(jìn)行校準(zhǔn)，如需使用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)，首先應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注水準(zhǔn)管氣泡的位置，使其在測量時(shí)處于居中狀態(tài)。巷道棱鏡應(yīng)處鉛垂面并調(diào)整至合適高度，以確保在測量上山、下山巷道時(shí)有足夠的照明供應(yīng)。

(2)平面貫通測量誤差預(yù)計(jì)

礦山測量過程中，高程上的貫通相遇點(diǎn)受地下導(dǎo)線測量誤差影響導(dǎo)致出現(xiàn)水平誤差的概率較高，針對此類誤差，工作人員可采用下列公式進(jìn)行誤差預(yù)計(jì)。

公式中的Mx'β結(jié)果表示受地下導(dǎo)線測量影響。在水平方向上出現(xiàn)貫通相遇點(diǎn)誤差，而∑表示從垂直角度上，貫通相遇點(diǎn)與各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)連線的投影長度平方和，工作人員在測量結(jié)束后將結(jié)果代入該公式，并在電子圖上直接量取Ryi值，即可計(jì)算出地下導(dǎo)線誤差影響出現(xiàn)的水平誤差。少數(shù)情況下可能會出現(xiàn)水平方向上貫通相遇點(diǎn)誤差，將上述公式更變變量得到，公式中Mx'l結(jié)果表示受地下導(dǎo)線測變誤差影響所產(chǎn)生的水平貫通相遇點(diǎn)誤差，∑/cos2x'表示水平軸與各個(gè)導(dǎo)線形成夾角余弦平方，工作人員在數(shù)據(jù)測量完成后，即可代入公式結(jié)合點(diǎn)組圖上計(jì)算出誤差值。從上文可以了解到，地下貫通誤差主要體現(xiàn)在兩方面，其一為影響巷道貫通處水平方向上的誤差，其二為造成上下錯(cuò)位的豎直誤差，由于在未貫通之前無法對導(dǎo)線進(jìn)行連接且不能通視，因此貫通支線前的測角量邊就顯得十分重要，需要提前分析各個(gè)階段可能產(chǎn)生誤差的原因并制定解決預(yù)案。在進(jìn)行誤差校準(zhǔn)過程中，工作人員首先對各項(xiàng)所測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，精確計(jì)算影響貫通測量的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)，對水平及垂直軸上的貫通相遇點(diǎn)進(jìn)行數(shù)次誤差預(yù)計(jì)，最后取2倍中間誤差。在掘程結(jié)束后，為驗(yàn)證所測平面方案是否合理，還要對貫通完成后的閉合巷道進(jìn)行精準(zhǔn)的導(dǎo)線測量。

(3)高程測量的注意事項(xiàng)及建議

在三角高程測量過程中，由于所測邊長的長度直接影響到豎直角的大小，因此在測量時(shí)盡量選擇小豎直角、與短邊長進(jìn)行傳遞高程，在條件允許下，可多次進(jìn)行測量，使得測距與測角的精度提高?？s小三角高程誤差不僅需要工作人員的專業(yè)知識水平達(dá)標(biāo)，還需其在測量前期便做好準(zhǔn)備工作，以測量標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)際出發(fā)點(diǎn)，通過選用符合項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)的全站儀，以及測量前對現(xiàn)場進(jìn)行仔細(xì)勘察，尋找可能出現(xiàn)的干擾項(xiàng)以及誤差因素，檢驗(yàn)并校準(zhǔn)儀器的精度與運(yùn)行狀態(tài)，做到從源頭上預(yù)防測量結(jié)果偏差的問題。在進(jìn)行望遠(yuǎn)瞄準(zhǔn)時(shí)，首先，使儀器處于水平面上，其次，觀察水準(zhǔn)管氣泡是否始終處于居中狀態(tài)。還要注意加長數(shù)、乘長數(shù)、氣溫，測區(qū)所處海拔高度及折光系數(shù)等因素影響，盡量選擇在陰天或天氣較為穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行測量。

(4)平面測量注意事項(xiàng)及建議

《工程測量規(guī)范》要求視線離地不小于1.5m。以免出現(xiàn)視距誤差達(dá)0.09-0.05m的誤差。另外人員走動(dòng)、吹風(fēng)等因素都會造成豎角3s左右的抖動(dòng)。即使沒有這些外界因素，工作人員的心跳也會造成儀器讀數(shù)2s的跳動(dòng)。使用中一旦發(fā)現(xiàn)儀器豎角有2s跳動(dòng)，表明儀器三角架未穩(wěn)定架固。同時(shí)要求讀數(shù)時(shí)，其余人員遠(yuǎn)離儀器，不得隨意走動(dòng)。

4.結(jié)束語

對礦山特別是處于地下使用全站儀進(jìn)行測量，能使得測量數(shù)據(jù)的精度與準(zhǔn)確性得到有效提高，對提高工作效率有積極意義。還能在不斷實(shí)踐中提高工作人員的思想素質(zhì)以及實(shí)際操作能力。測量屬于精密學(xué)科，因此在實(shí)際操作過程中更應(yīng)該提高注意力，在科學(xué)的規(guī)章制度下以最佳狀態(tài)做好測量工作，并在諸多實(shí)踐過程中提高自身的理論知識水平和全站儀的測量技術(shù)水平?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步必然會使全站儀的測量技術(shù)得到更新發(fā)展，在裝好質(zhì)量管理以及儀器維護(hù)的同時(shí)，還需緊隨科學(xué)發(fā)展的步伐，布設(shè)更為合理的測量方案，積極學(xué)習(xí)預(yù)計(jì)誤差的計(jì)算方式，使得所參項(xiàng)目得到質(zhì)量保障。