對采區(qū)測量幾種方法的改進(jìn)及其與一井定向關(guān)聯(lián)的探討

孫允聰+張婷婷

1、前言

在礦山測量中，常應(yīng)用懸掛鋼絲垂線的方法將地面的坐標(biāo)和方位傳遞到井下，這種測量工作稱為立井幾何定向，常用的幾何定向分為一井定向和兩井定向，一井定向常用連接三角形法。

連接三角形法的原理如圖1（a）所示。

一井定向的實(shí)質(zhì)是在井上下的連接點(diǎn)C與C′安置儀器，將已知邊的方位角通過△ABC和△ABC′的公共邊AB傳遞到井下，AB起到連接上下兩個(gè)平面的作用。由于連接三角形的特殊性，為了保證測量結(jié)果的精度，對邊長abc（a′b′c′）、內(nèi)角αβγ（α′β′γ′）及外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)解算都有嚴(yán)格要求，在此不再贅述，如圖1（b）所示。

在采區(qū)測量中對精度的要求沒有一井定向的精度高，并且一井定向準(zhǔn)備和測量時(shí)間長，因現(xiàn)場條件制約往往滿足不了延伸三角形最有利的連接圖形條件。在有限的人力、物力下只保證必要的精度即可。可應(yīng)用一井定向的思維，采取簡易可行的測量措施達(dá)到聯(lián)系測量的目的。

2、采區(qū)測量方法簡介及改進(jìn)

采區(qū)聯(lián)系測量常用方法有以下三種：①單垂球切線法②斜線輔助垂球法③牽制垂球法。以下對其原理簡單介紹。【1】

單垂球切線法原理如圖2（a）所示。

在急傾斜巷道，無法采用雙鋼絲垂線法實(shí)施聯(lián)系測量，應(yīng)用轉(zhuǎn)化的思想，將連接三角形的一根鋼絲固定到已知連接點(diǎn)C′上使未知元素轉(zhuǎn)化成已知元素，簡化未知量，同時(shí)再應(yīng)用“以曲代直”的思想，使鋼絲C′MNPC的一側(cè)與OO′相切（接觸但無力的作用），C′O′、O′O和CO達(dá)到共面的目的，在C′點(diǎn)設(shè)站，通過實(shí)測∠D′C′O′由已知方位角αD′C′求得αC′O′再在C點(diǎn)設(shè)站由αC′O′=αCO實(shí)測∠DCO可推得αDC，再量取垂線O′O、C′O′和CO長度，即可傳遞高程和坐標(biāo)。

由于切線段數(shù)目過多會影響測量的精度，為提高精度，對上面的措施進(jìn)行改進(jìn)，減少切線段數(shù)目，也可采用“以斜代直”的思路，使AB和OO′相切，直接在A、B點(diǎn)設(shè)站，傳遞已知邊的方位角，并量出水平距離（如圖2（b）所示）。然后用鋼尺量出高度，求出高程即可完成兩水平的聯(lián)系測量。

在測量過程中，保持垂線O′O的靜止，對提高精度起重要作用。

斜線輔助垂球法如圖3所示。

在上下兩平巷間用鋼絲拉緊一條斜線A′B在A′點(diǎn)和斜線的適當(dāng)位置A點(diǎn)各掛一個(gè)垂球，使其處于自由懸掛并靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)斜線和兩垂球線處于同一豎直面內(nèi)。在上下平巷的C′點(diǎn)和C點(diǎn)安置經(jīng)緯儀進(jìn)行連接三角形測量，由于ab和a′b′的方位角相同，即可將方位角傳遞至上平巷。為了傳遞坐標(biāo)和高程，可用半圓儀測斜線A′B的傾角，丈量b b′的長度及儀器高。

由于半圓儀的測斜線傾角的精度比較低，一般估讀到1°，在精度要求較高的情況下，需要對角度測量方法進(jìn)行改進(jìn)，可在C點(diǎn)安置全站儀，量取儀器高，利用自由設(shè)站的原理，建立任意坐標(biāo)系，求出CD之間的距離，后視D點(diǎn)，在點(diǎn)a、b上放置反射片，采集點(diǎn)的坐標(biāo)，量取Aa的長度，得到A點(diǎn)坐標(biāo)，利用autoCAD圖解，即可求出斜線b b′的傾角，再量取斜線b b′長度，即可精確測出兩水平的段高。為提高精度可適當(dāng)將儀器安置在離巷道上山口較遠(yuǎn)的地方。

還可以直接量取Aa、ab、Ab的長度，通過解算三角形，求出斜線b b′的傾角。

斜線牽制垂球法如圖4所示。

在上下兩水平的測站C′點(diǎn)和C點(diǎn)拉一斜線，固定A點(diǎn)處的線繩AO′，在B點(diǎn)懸掛一垂球P并調(diào)整其位置成自由懸掛狀態(tài)，使平面C′O′A和平面CPB在同一豎直面內(nèi)。則方位角αC′O′=αBC，量出C′A和CB的距離，同時(shí)半圓儀測出斜線AB的傾角，就可傳遞坐標(biāo)和高程。

為提高精度，也可采用上述全站儀設(shè)站的方法，在平面C′O′A和平面CPB內(nèi)自由設(shè)站，建立任意坐標(biāo)系，在直線AB、BP、BC上各取兩點(diǎn)（可取B點(diǎn)和其它三點(diǎn)），通過autoCAD作圖即可精確求出斜線AB的傾角，再精確丈量C′A、AB的長度，實(shí)測直線C′A的豎直角，即可解算高程，傳遞坐標(biāo)。

3、采區(qū)測量方法與一井定向關(guān)聯(lián)的探討及思考

一井定向的應(yīng)用前提是立井定向，而在采區(qū)常用的聯(lián)系方式為豎直巷道，傾斜、急傾斜巷道，盲斜巷道和彎曲巷道，無法直接應(yīng)用一井定向的測量方式。由于豎直巷道，傾斜、急傾斜巷道和彎曲巷道的傾角較大，在無彎管目鏡的情況下，用經(jīng)緯儀、全站儀等儀器的豎直角觀測超過45°后，人眼就很難通過目鏡看清目標(biāo)，觀測極為不便，利用上述幾種改進(jìn)的方法，可將問題輕松解決，并保持必要的精度。

由此通過對上述幾種測量方法的分析我們可以得出這樣的結(jié)果：采區(qū)測量中要對一井定向的思路進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的思想可歸納為：①將一井定向的平面連接三角形轉(zhuǎn)換成豎直面內(nèi)的連接三角形，并使“未知元素”向“已知元素”靠近或轉(zhuǎn)化，以減少未知量；②利用“以斜代直”或“以曲代直”的方法，將原來的連接三角形轉(zhuǎn)化成一根斜線或一根折線，將水平面的連接三角形轉(zhuǎn)換到豎直面內(nèi)；③尋找公共邊和公共面，利用共面性進(jìn)行轉(zhuǎn)化，傳遞公共面內(nèi)的公共方位角，這是因?yàn)闇y量的水平角都是兩面角；④化繁為簡，減少計(jì)算量（如平差計(jì)算）和觀測量（如一井定向中必要的測回?cái)?shù)和必須的連接條件和觀測條件），從而減少人力和物力，但仍能達(dá)到必要的精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]張國良等.礦山測量學(xué).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.