淺析全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量中的應(yīng)用及精度

魏朝庭

（玉溪礦業(yè)有限公司大紅山銅礦云南玉溪653405）

淺析全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量中的應(yīng)用及精度

魏朝庭

（玉溪礦業(yè)有限公司大紅山銅礦云南玉溪653405）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)礦產(chǎn)資源的需求不斷增大，其對(duì)礦山井下測(cè)量工作提出了更高要求。由于礦山井下測(cè)量工作存在著測(cè)量環(huán)境惡劣、測(cè)量工作面狹窄以及測(cè)量精度偏低等問(wèn)題，為提高礦山井下導(dǎo)線測(cè)量工作質(zhì)量和精度，引進(jìn)了全站儀測(cè)量技術(shù)。本文著重分析了全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量中的應(yīng)用及精度提高措施。

全站儀井下導(dǎo)線測(cè)量應(yīng)用精度

1　全站儀概述

全站儀與傳統(tǒng)經(jīng)緯儀工作原理相近，其由微處理器進(jìn)行測(cè)角與測(cè)距的自動(dòng)控制，能夠有效的對(duì)所測(cè)部位的坐標(biāo)、高程差以及水平距離進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)能夠?qū)y(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄等，較常規(guī)測(cè)量?jī)x器具有獨(dú)特的功能特征，具體表現(xiàn)為[1]：首先，進(jìn)行水平角、斜距以及豎直角等測(cè)量時(shí)僅需應(yīng)用反射棱角照準(zhǔn)一次即可，可實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)高程、平面坐標(biāo)等計(jì)算，同時(shí)將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)；其次，全站儀較其他測(cè)量?jī)x器設(shè)備，可通過(guò)其電子手薄、主機(jī)等通訊接口完成與其他外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊，促進(jìn)測(cè)量工作的自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)；第三，結(jié)合計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，全站儀處理計(jì)算數(shù)據(jù)功能可完成施工放樣、碎部測(cè)量以及導(dǎo)線測(cè)量等工作；第四，由于全站儀具有雙軸補(bǔ)償系統(tǒng)，其既可以有效的對(duì)儀器水平軸與豎立軸傾斜誤差進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，又可以自動(dòng)修正角度觀測(cè)值。

2　井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量概述

受井下導(dǎo)線測(cè)量環(huán)境影響，其與地面測(cè)量存在著諸多獨(dú)特特征，具體表現(xiàn)有[2]：首先，井下環(huán)境具有陰暗潮濕、采光條件差以及受其他工作影響等，通常將檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置于坑道頂部，且長(zhǎng)短不一，以提高檢測(cè)精度；其次，受坑道通光條件、工作面窄等影響，測(cè)量點(diǎn)位誤差隨著坑道掘進(jìn)深度而逐漸增大；第三，井下采取導(dǎo)線測(cè)量形式是受井下施工面積小、前后通視情況差以及控制測(cè)量形式單一等因素決定的；第四，由于采礦對(duì)井下巷道測(cè)量精度要求較高，通常采用精度較高的導(dǎo)線測(cè)量形式，并且通過(guò)控制巷道貫通、新老巷道及采空區(qū)間關(guān)系進(jìn)行修正，以促進(jìn)礦山生產(chǎn)安全；第五，井下導(dǎo)線測(cè)量順序須按照一定順序開(kāi)展，通常情況下在布設(shè)高級(jí)導(dǎo)線校核前，先布設(shè)低級(jí)導(dǎo)線對(duì)坑道掘進(jìn)進(jìn)行指示。

3　全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量中的實(shí)踐應(yīng)用

井下導(dǎo)線布設(shè)按照“高級(jí)控制低級(jí)”原則開(kāi)展[3]，根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定，井下平面控制包括采區(qū)控制和基本控制兩種，其測(cè)支導(dǎo)線通常按照閉合導(dǎo)線或復(fù)測(cè)導(dǎo)線兩種形式分布。

全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量觀測(cè)方法可分為以下三種：其一，井下導(dǎo)線點(diǎn)的選點(diǎn)和埋點(diǎn)的確定，按照相鄰導(dǎo)線間距宜較大、設(shè)點(diǎn)位置盡量遠(yuǎn)離運(yùn)輸軌道一側(cè)、設(shè)點(diǎn)位置盡量避開(kāi)存在安全隱患位置、永久點(diǎn)應(yīng)充分采用混凝土鞏固等原則實(shí)施；其二，關(guān)于全站儀操作人員配置問(wèn)題，通常選用4人，主測(cè)1人，記錄1人，照明前后1人和立棱鏡1人，井下測(cè)量前應(yīng)分工明確，嚴(yán)格按照相關(guān)操作規(guī)程進(jìn)行工作，確保工作質(zhì)量安全；其三，采用“三聯(lián)架”方式進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，全站儀中基本儀器設(shè)備包括覘標(biāo)、棱鏡以及“三聯(lián)架”，通常將三腳架與基座整平對(duì)齊后，通過(guò)移動(dòng)棱鏡和儀器頭完成測(cè)量。井下導(dǎo)線測(cè)量方法根據(jù)井下檢測(cè)實(shí)際情況劃分，可分為三架法、四架法和省點(diǎn)法三種。其中，三架法具有較高的工作效率，四架法適用于突擊性導(dǎo)線測(cè)量工作，省點(diǎn)法則在三架法基礎(chǔ)上通過(guò)改進(jìn)具有更高的工作效率。

4　全站儀井下測(cè)量誤差精度分析

全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量中應(yīng)用較為廣泛，但其仍存在著諸多精確偏差或誤差，具體分析包括以下幾種[4]：

（1）關(guān)于井下測(cè)量水平角精度分析方面，其誤差產(chǎn)生原因主要由測(cè)量方法誤差、設(shè)備儀器檢測(cè)誤差、對(duì)中誤差等組成。其中，井下測(cè)量水平角的總中誤差包括對(duì)中誤差和測(cè)角方法誤差，即如式1所示：

由式1可以看出，對(duì)中誤差已成為井下測(cè)量水平角誤差的主要因素，且二者呈反比。經(jīng)實(shí)踐證明，若導(dǎo)線邊長(zhǎng)較短時(shí)，應(yīng)將檢測(cè)儀器與覘標(biāo)對(duì)齊，以防止檢測(cè)角度產(chǎn)生誤差。

（2）關(guān)于井下測(cè)量垂直角精度分析方面，其誤差產(chǎn)生原因同樣主要由測(cè)量方法誤差、設(shè)備儀器檢測(cè)誤差、對(duì)中誤差等組成，但主要受測(cè)量方法誤差決定。井下導(dǎo)線邊垂直角測(cè)量主要為了將斜導(dǎo)線邊長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為水平投影邊長(zhǎng)和在斜巷中采用三角高程方法求相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間高差。在進(jìn)行水平邊長(zhǎng)化算時(shí)，測(cè)量?jī)A角的誤差應(yīng)小于10’’/ sinó；在進(jìn)行三角高程計(jì)算時(shí)，測(cè)量?jī)A角的誤差應(yīng)小于15’’/cosó。可見(jiàn)，進(jìn)行水平邊長(zhǎng)化算時(shí)，測(cè)量?jī)A角誤差隨著傾角增大而減小；而進(jìn)行三角高程計(jì)算時(shí)，測(cè)量精度隨著傾角降低而增大。

（3）關(guān)于全站儀測(cè)距精度分析方面，由于其利用光電測(cè)距，其誤差主要包含調(diào)制頻率誤差、氣象參數(shù)誤差、測(cè)相誤差、儀器和棱鏡對(duì)中誤差、照準(zhǔn)誤差、光速誤差、周期誤差以及儀器加常數(shù)測(cè)定誤差等。其中，調(diào)制頻率誤差產(chǎn)生主要由于電子元件老化所致，通常利用檢定儀器、程常數(shù)測(cè)定、修正距離等實(shí)現(xiàn)調(diào)制頻率誤差的減小或消除；氣象參數(shù)誤差在當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與實(shí)際氣壓氣溫差距較大時(shí)，同時(shí)井下光電測(cè)距較小時(shí)，進(jìn)行誤差修正方有意義；測(cè)相誤差以在大氣傳輸中信噪比誤差和自動(dòng)樹(shù)脂測(cè)相系統(tǒng)誤差為主，其中前者受監(jiān)測(cè)距離外界自然環(huán)境影響明顯，后者則由檢測(cè)儀器與精度決定；儀器和棱鏡對(duì)中誤差對(duì)測(cè)距誤差影響顯著，其受檢測(cè)間距影響明顯，特別是對(duì)中誤差對(duì)短邊影響，應(yīng)在檢測(cè)過(guò)程中提高對(duì)中檢測(cè)精度；照準(zhǔn)誤差的消除主要通過(guò)保障發(fā)射軸與視準(zhǔn)軸的平行性，通過(guò)采用電瞄準(zhǔn)形式提升照準(zhǔn)精度；光速誤差屬于全站儀測(cè)距誤差影響因素之一，但其影響可忽略不計(jì)；周期誤差主要由測(cè)距儀內(nèi)部串繞信號(hào)與測(cè)距信號(hào)混合后造成信號(hào)相位不正確而造成的誤差，其受測(cè)距信號(hào)周期變化影響，具有不可消除性，通常通過(guò)對(duì)測(cè)定儀器周期誤差定期測(cè)定來(lái)修正測(cè)距誤差；儀器加常數(shù)測(cè)定誤差主要受加常數(shù)測(cè)定不精確影響，通常采用定期對(duì)加常數(shù)進(jìn)行測(cè)定的方法進(jìn)行修正。

5　提高全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量精度的方法

針對(duì)當(dāng)前全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量應(yīng)用中存在的誤差，筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，為提高其測(cè)量精度，提出了以下幾點(diǎn)建議方法，具體有[5]：

首先，采用盤左盤右方式在一測(cè)回中進(jìn)行觀測(cè)，這是因?yàn)椴捎帽P左盤右觀測(cè)同一目標(biāo)時(shí)，通過(guò)進(jìn)行平均值取值時(shí)，可有效的減弱或消除盤左盤右兩項(xiàng)誤差影響。同時(shí)，通過(guò)保持水準(zhǔn)器氣泡居中，可對(duì)豎軸誤差進(jìn)行消除，從而促進(jìn)全站儀導(dǎo)線精度的提升。

其次，采用三架法進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量，其可以有效降低井下對(duì)中誤差，并促進(jìn)井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度的提升，同時(shí)有效提高檢測(cè)工作質(zhì)量和效率。

第三，通過(guò)增加垂球重量以促進(jìn)其與垂球根部相吻合，這是由于重量增大，其晃動(dòng)降低，有利于全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度提高。

此外，進(jìn)行邊長(zhǎng)測(cè)量時(shí)，通過(guò)定期修正檢查常數(shù)方式，促進(jìn)其與反光鏡相匹配；采用陀螺全站儀加冊(cè)短邊陀螺方位角，促進(jìn)其測(cè)量精度提高；按照先布設(shè)低級(jí)導(dǎo)線指示再布設(shè)高級(jí)導(dǎo)線指示原則對(duì)坑道掘進(jìn)進(jìn)行校正，促進(jìn)其測(cè)量精度提高。

6　小結(jié)

總而言之，礦山資源的開(kāi)發(fā)和利用離不開(kāi)井下測(cè)量工作質(zhì)量的開(kāi)展和保障，作為井下測(cè)量工作的重中之重工作，井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度的提高對(duì)整個(gè)礦山井下工作的開(kāi)展具有極其關(guān)鍵的影響。因此，應(yīng)加大相關(guān)研究，促進(jìn)全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量中實(shí)踐應(yīng)用，并且提升其測(cè)量精度。

[1]魏祥平，程志強(qiáng)等，全站儀在井下測(cè)量中的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2008年第2期：18-19.

[2]王喜奎，蔣鐵軍等，礦山井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量提高精度的方法探討[J].甘肅科技，2013年3月，第29卷第5期：39-41.

[3]陳拴住，全站儀在井下導(dǎo)線測(cè)量中的應(yīng)用及其精度分析[J].問(wèn)題探討，2011年8月，第20卷第8期：102-104.

[4]王會(huì)然，全站儀在井下測(cè)量中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程，2010年8月：122-124.

[5]解風(fēng)光，滕盛遠(yuǎn)，提高礦山井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度的方法探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013年第28期：97.

P631.2+23[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-280-2