免棱鏡全站儀在井下采空區(qū)測(cè)量的應(yīng)用

冷 冰

（赤峰柴胡欄子黃金礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024039）

礦山開采的過(guò)程中，測(cè)量是涉及全程工作的。礦山的測(cè)量學(xué)是集測(cè)量、地質(zhì)和開采為一體的綜合性學(xué)科，從而研究礦山生產(chǎn)過(guò)程中的一系列問題，當(dāng)前我國(guó)的采礦業(yè)在不斷的發(fā)展，測(cè)量?jī)x器也與時(shí)俱進(jìn)的不斷更新。在礦山的開采過(guò)程中，設(shè)備的應(yīng)用加快了采礦業(yè)的步伐，對(duì)于井下采空區(qū)的管理和測(cè)量也提出了更高的要求，需要準(zhǔn)確的掌握采空區(qū)的高度以及位置，這樣才能夠?yàn)楹罄m(xù)工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，保證礦山開采的有序進(jìn)行。

1 免棱鏡全站儀的測(cè)量原理及特征

免棱鏡全站儀是一種無(wú)棱鏡測(cè)量距離的技術(shù)，具有脈沖和相位兩種測(cè)量方法。其中，脈沖式的測(cè)量距離比較遠(yuǎn)，通過(guò)發(fā)射和接收的信號(hào)時(shí)間間隔為依據(jù)來(lái)計(jì)算出目標(biāo)物的距離，將多次測(cè)評(píng)結(jié)果進(jìn)行平均，從而得到測(cè)量的最終結(jié)果，而相位式的測(cè)量準(zhǔn)確度會(huì)更高一些，利用不同頻率的信號(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)發(fā)射和接收信號(hào)的相位差值來(lái)進(jìn)行測(cè)量，最后利用公式計(jì)算出目標(biāo)物間的距離。

免棱鏡全站儀有很多的優(yōu)勢(shì)，第一在一定的測(cè)量范圍內(nèi)，如果目標(biāo)物符合使用免棱鏡測(cè)量的條件，免棱鏡全站儀就能夠?qū)崿F(xiàn)單機(jī)測(cè)量的模式，并且在測(cè)量人員很難達(dá)到的位置，比如懸崖峭壁等地進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量。第二保證了測(cè)量人員的人身安全，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度和效率。第三免棱鏡全站儀的測(cè)量高程能夠體現(xiàn)出施工結(jié)束后的精準(zhǔn)度，其測(cè)量的速度是普通全站儀的十倍之多，大大的提高了效率，減少了整個(gè)工程的時(shí)間成本。

2 免棱鏡全站儀的使用條件

首先免棱鏡全站儀適用于視野良好、反射介質(zhì)高的地方，如果反射介質(zhì)較暗或者習(xí)慣性太強(qiáng)，那么其反射條件必然不好，會(huì)降低反射程度，因此不適合免棱鏡全站儀的使用。其次免棱鏡全站儀是以無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)的，無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)適用于反射面裸露在外的測(cè)量進(jìn)行高程測(cè)量，比如巖石、房屋、礦業(yè)的采空區(qū)等視線可及的地面物，并不適合在叢林分布密集的視野不開闊地區(qū)測(cè)量。最后免棱鏡測(cè)量的過(guò)程需要避免激光的直射，因?yàn)榧す庵鄙鋾?huì)造成儀器的損傷，從而降低了儀器的使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山開采的測(cè)量?jī)x器也在不斷的發(fā)展，免棱鏡全站儀的穩(wěn)定性更好，適應(yīng)性更強(qiáng)，防爆能力更高，與傳統(tǒng)的全站儀相比，不需要使用反射棱鏡就能夠完成所有的測(cè)量工作，其強(qiáng)大的性能得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在礦區(qū)的測(cè)量、井下采空區(qū)的控制、通道的局部測(cè)量方面都可以應(yīng)用，既能夠節(jié)省測(cè)量的時(shí)間，又可以降低測(cè)量工人的工作強(qiáng)度，同時(shí)也大幅度提高了礦山開采作業(yè)的效率。免棱鏡全站儀的出現(xiàn)，能夠最大限度的控制誤差以及提升測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3 免棱鏡全站儀在井下采空區(qū)的測(cè)量方法

在礦山開采過(guò)程中，首先要對(duì)井下采空區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)的排查，從而掌握實(shí)際的生產(chǎn)情況。由于每個(gè)礦山的經(jīng)營(yíng)方式有所差異，各個(gè)礦山之間的井口也是相對(duì)獨(dú)立的，即使有統(tǒng)一的管理制度，但是每個(gè)礦山的實(shí)際情況不同，采取的都是分開管理，屬于不同的礦業(yè)主。整個(gè)礦山的進(jìn)口不知一個(gè)，而井下開采更是秩序混亂，從而會(huì)造成很多的安全隱患，而且整個(gè)開采場(chǎng)地沒有一個(gè)合理的整體設(shè)計(jì)，原先的井下采空區(qū)測(cè)量數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失，各個(gè)采礦商之間的關(guān)系也沒有人能夠給予正確的答案，這就會(huì)經(jīng)常發(fā)生兩個(gè)采礦區(qū)域的分歧。由于采礦場(chǎng)所相對(duì)狹窄，周邊的空區(qū)也有很大的影響，因此一定要做好礦區(qū)頂板巖石的加牢加固，這樣才能夠保障整個(gè)開采過(guò)程的安全性。為了保證采礦順利進(jìn)行，就需要對(duì)礦區(qū)的采高度進(jìn)行定期的測(cè)量，保證礦區(qū)人行通天井和貫通位置符合標(biāo)準(zhǔn)，地質(zhì)人員可以根據(jù)礦區(qū)實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行井下地質(zhì)的編輯和錄入，從而在保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度之外，掌握整個(gè)礦山的整體分布情況。

傳統(tǒng)的礦區(qū)測(cè)量采用的是極坐標(biāo)法，從運(yùn)輸通道的測(cè)量點(diǎn)通過(guò)羅盤和皮尺來(lái)檢測(cè)出前進(jìn)的方向角度和距離，逐步從天井延伸到礦區(qū)中的各個(gè)方向，直到測(cè)量出礦區(qū)橫縱兩個(gè)方向的位置和距離，根據(jù)已有的基礎(chǔ)導(dǎo)線來(lái)測(cè)量出礦區(qū)的所有數(shù)據(jù)，并投影出來(lái)。這種方法能夠測(cè)量出采空區(qū)的現(xiàn)狀圖，需要強(qiáng)調(diào)的是采空區(qū)的測(cè)量人員一定要按照基礎(chǔ)導(dǎo)線走遍整個(gè)采空區(qū)，否則不安全因素就會(huì)增加。頂板巖石與采礦區(qū)內(nèi)礦地高度不一致，而每次放礦時(shí)的工人操作并沒有完全按照規(guī)定進(jìn)行，因此其中會(huì)存在不少的存放問題。這是威脅測(cè)量人員人身安全最重要的兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，因此必須要?jiǎng)?chuàng)新測(cè)量方法，避免或減少礦業(yè)開采過(guò)程中產(chǎn)生的一系列危險(xiǎn)。

利用免棱鏡全站儀，在測(cè)量室發(fā)射出紅外線光束，形成一個(gè)小的斑點(diǎn)，再根據(jù)這個(gè)斑點(diǎn)進(jìn)行瞄準(zhǔn)測(cè)量，通過(guò)全站儀都能夠讀出測(cè)試點(diǎn)的坐標(biāo)。在運(yùn)輸通道內(nèi)，測(cè)出天井口臨時(shí)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，將儀器放置在這個(gè)控制點(diǎn)上，利用免棱鏡全站儀進(jìn)行瞄準(zhǔn)，找到控制點(diǎn)進(jìn)行定向，將天井與通道連成一線直到采空區(qū)的防線線出現(xiàn)。利用免棱鏡全站儀來(lái)找準(zhǔn)兩個(gè)控制點(diǎn)間的坐標(biāo)，因?yàn)樘炀加行辈?，而角度通常接近直角，從而仰角?huì)大于測(cè)量點(diǎn)的距離，這樣是無(wú)法得到測(cè)量數(shù)據(jù)的，在兩個(gè)坐標(biāo)同時(shí)按下，此時(shí)儀器上會(huì)有一條紅外線光束，可以調(diào)整下測(cè)量的精準(zhǔn)度，在全站儀中讀出到數(shù)據(jù)。如果全站儀中配備了彎管目鏡，就能夠直接通過(guò)這一目鏡而非紅外線光束來(lái)進(jìn)行另外兩點(diǎn)的測(cè)量，如果天井的角度比較直，可以采用這種方法向礦區(qū)傳遞測(cè)量的數(shù)據(jù)，在測(cè)量之前一定要保持屋內(nèi)的視野很好。

測(cè)量好控制點(diǎn)后，就需要對(duì)礦區(qū)周圍的環(huán)境和頂板進(jìn)行測(cè)量了。在已經(jīng)測(cè)量好的其中一個(gè)點(diǎn)上放置測(cè)量?jī)x器，將兩個(gè)點(diǎn)連接成線后進(jìn)行方向的定論。按照地形和地質(zhì)的測(cè)量程序設(shè)置測(cè)量點(diǎn)、后視點(diǎn)的坐標(biāo)以及儀器的高度，將棱鏡高度設(shè)置為0，這樣才能夠開始采集新的數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)時(shí)要對(duì)礦區(qū)周圍的環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，按照一定的順序進(jìn)行排列，采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離要固定，而對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的礦區(qū)需要在圖紙中標(biāo)記出來(lái)，這樣便于后期成圖后的連接。邊界輪廓的測(cè)量完成后，需要對(duì)礦區(qū)的頂板進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的距離也是固定的，一定要做到不遺漏和不重復(fù)。

通過(guò)公式計(jì)算出實(shí)際測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，利用畫圖軟件將坐標(biāo)點(diǎn)以及礦區(qū)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)以電子版的形式呈現(xiàn)出來(lái)，再與草圖進(jìn)行對(duì)正，從而保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

如果天井有一定的弧度，則測(cè)試的結(jié)果會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致天井的彎曲，隨著礦區(qū)不斷的挖掘，這就需要重新測(cè)量礦區(qū)更高一層的平面圖數(shù)據(jù)。而天井頂部與底部是不同直接看到的，而放置儀器又不方便，只能通過(guò)人工的測(cè)量，用皮尺和羅盤測(cè)量出控制點(diǎn)的方位和距離等。通過(guò)數(shù)據(jù)的傳遞，在礦區(qū)中選擇一個(gè)制高點(diǎn)，作為礦區(qū)的測(cè)量點(diǎn)，后面的測(cè)量工作都在這個(gè)區(qū)域進(jìn)行。

在礦山的采空區(qū)進(jìn)行測(cè)量，其精準(zhǔn)度的誤差要控制在十秒左右。由于礦區(qū)的長(zhǎng)度在60m附近，距離不是太長(zhǎng)，測(cè)量礦區(qū)角度產(chǎn)生的誤差值可以適當(dāng)?shù)姆艑挆l件。目前的全站儀測(cè)量精度是非常高的，測(cè)量角度的誤差也僅僅有1秒左右，距離控制在了毫米以內(nèi)。使用全站儀來(lái)測(cè)量出礦區(qū)的方位角度、距離等，通過(guò)采集礦區(qū)附近的步伐距離等就能夠達(dá)到測(cè)量的要求。使用傳統(tǒng)的羅盤儀和皮尺測(cè)量時(shí)，磁偏角和天井之間的鐵梯不可避免，這就導(dǎo)致了測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差，這時(shí)可以在運(yùn)輸?shù)耐ǖ乐械目刂泣c(diǎn)進(jìn)行測(cè)量磁偏角度和實(shí)際角度，將兩者進(jìn)行比較，可以計(jì)算出此處的此片角度，要求測(cè)量次數(shù)要多，這樣才能夠更精確。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，我國(guó)礦業(yè)的發(fā)展越來(lái)越好，科技的進(jìn)步催生了一系列新型的測(cè)量?jī)x器，其中以免棱鏡全站儀為代表。免棱鏡全站儀在井下采空區(qū)的測(cè)量不僅保證了測(cè)量的準(zhǔn)確度，更重要的是保證了礦山開采過(guò)程中的安全性，取得了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益。