全站儀在礦山測量中的應(yīng)用

摘要：高科技設(shè)備不僅能加快工程的進(jìn)度，還可以提供施工的質(zhì)量，在礦山測量上也是如此，各項儀器應(yīng)用到其中發(fā)揮著巨大的作用。文章以全站儀為例，從全站儀的特性和優(yōu)點入手，首先分析了全站儀在礦山井巷測量的使用方法，然后研究了全站儀在礦山測量中的應(yīng)用，以期為相關(guān)的研究提供可參考的意見。

關(guān)鍵詞：全站儀；礦山測量；井巷測量；礦山建設(shè)；測量工具 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD175 文章編號：1009-2374（2016）36-0195-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.097

1 全站儀的特性和優(yōu)點

測量工作是礦山建設(shè)中的重點，發(fā)揮著決定性的作用，可以直接影響到礦山建設(shè)的質(zhì)量。一般而言，礦山建設(shè)到哪里，測量工作就會跟進(jìn)到哪里。尤其是在井下巷道的開拓中，作業(yè)環(huán)境受到多種因素的影響，必須依靠測量工作為其提供作業(yè)的根據(jù)。在傳統(tǒng)的礦山建設(shè)中，測量主要是用經(jīng)緯儀作為工具，但是當(dāng)前已經(jīng)不能滿足實際需求。因為現(xiàn)代化的礦山建設(shè)會挖到更深的地方，環(huán)境壓力較大，漏水也較多，溫度較高。基于這種現(xiàn)狀，全站儀應(yīng)運而生，解決了傳統(tǒng)測量工具存在的問題。

全站儀的全名為全站型電子速測儀，是一種新型的測量儀器。全站儀由機電技術(shù)和激光技術(shù)結(jié)合而生，科技含量較高，能夠測量水平距離、高度差、斜面距離、水平角和垂直角，集合了測繪儀器的系統(tǒng)，可以快速準(zhǔn)確地測量各種需要的數(shù)值。也正是因為全站儀可以一次安置就實現(xiàn)所有需要數(shù)據(jù)的測量，再加上其適用的范圍較廣，所以被稱為全站儀。和傳統(tǒng)的電子經(jīng)緯儀和光學(xué)經(jīng)緯儀相比，全站儀擁有兩者的所有優(yōu)點，不僅準(zhǔn)確性較高，還可以電子顯示數(shù)值，使測量操作極大地簡化，也提升了測量的準(zhǔn)確度。因此，全站儀在礦山測量中的應(yīng)用越來越廣泛，已然成為核心的測量工具。

2 全站儀在礦山井巷測量的使用方法

全站儀雖然因為使用的要求不同而有不同的型號，但是其操作的方法卻大同小異。因此根據(jù)全站儀在礦山井巷測量的內(nèi)容，下文將著重分析其使用的方法：

2.1 水平角的測量

全站儀最主要的用途就是測量水平角，這也是礦山井巷測量中最主要的項目。基于這種使用的方向，在實際使用此方法時，首次打開全站儀的開關(guān)，等待其出現(xiàn)操作的界面。全站儀啟動完成之后，選擇角度測量的按鈕，讓整個全站儀處在測量角度的模式下。之后就是找到需要測量的目標(biāo)，然后把全站儀對準(zhǔn)目標(biāo)的一個邊界A，同時將邊界A的角度調(diào)整為0°。同樣的方法，再將全站儀對準(zhǔn)測量對象的另一個邊界B。這時全站儀顯示讀數(shù)就是兩個方向的水平夾角。

由于人為操作的原因，可能存在讀數(shù)的誤差，為了消除誤差，讓測量的結(jié)果更加精確，就可以采取多次測量取平均數(shù)的方法。通過測量的次數(shù)增加，去掉極限偏差值，然后把結(jié)果取平均數(shù)，就可以取到最接近真實情況的數(shù)值。

2.2 距離的測量

距離的測量較為復(fù)雜，特別是較長的距離，需要考慮多種因素對測量結(jié)果的影響。在測量開始之前，要設(shè)置好全站儀棱鏡上的參數(shù)，并且把棱鏡參數(shù)輸入到全站儀中。這樣全站儀的內(nèi)部系統(tǒng)就可以自動對測量距離進(jìn)行更正，減小測量的誤差。

距離的測量利用的是光在空氣中的傳播，而傳播的速度會受到較多因素的影響。一般而言，在測量距離的時候要考慮到物體的熱脹冷縮，因為大氣的氣壓、環(huán)境的溫度和大氣更正值等都會對測量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。因此，在測量開始之前，就要將上述的幾個參數(shù)輸入到全站儀中。全站儀也在不斷的發(fā)展和完善中，當(dāng)前較為先進(jìn)的全站儀，在輸入氣壓溫度的數(shù)值后，會自動地計算氣壓更正值，然后把這個數(shù)值輸入到程序中，測量的結(jié)果會根據(jù)更正值進(jìn)行調(diào)整，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時在測量開始前，還需要將儀器的高度和棱鏡的高度也輸入到全站儀中，然后開始測量。具體的測量方法是，找準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，打開全站儀的開關(guān)，找到測量距離的任務(wù)菜單，按下測量的按鈕，之后就會自動地進(jìn)行各項數(shù)值的測量。當(dāng)結(jié)束之后，全站儀的顯示屏上就會自動的顯示斜距、平距和高度差等數(shù)值。同樣的，為了保證結(jié)果的精確性，仍然可以采用多次測量取平均值的方法。

2.3 坐標(biāo)的測量

坐標(biāo)的測量是為了建立三維的模型，方便礦山井巷的三維建模，這是在時代的發(fā)展中演變出的較為先進(jìn)的方法。利用計算機軟件可以在電腦上模擬出礦山井巷施工的各種具體情況，預(yù)先做出設(shè)計，可以更好地方便施工。同時，建立三維模型還可以用三維坐標(biāo)來表示施工的具體位置，提升井巷建設(shè)的質(zhì)量。礦山井巷的坐標(biāo)測量，可以很好地體現(xiàn)出全站儀的優(yōu)勢，把高科技的力量發(fā)揮在礦山井巷測量中。

利用全站儀測量礦山井巷，主要分為兩個大的步驟：首先就是確定好坐標(biāo)的原點，這需要根據(jù)工程的實際需要和環(huán)境限制靈活地給出方案。確定坐標(biāo)原點也是進(jìn)行坐標(biāo)測量的首要任務(wù)，然后圍繞坐標(biāo)原點建立相應(yīng)的三維坐標(biāo)；其次就是具體方位和角度的確定，可以利用極坐標(biāo)找出后視點方向的水平度盤讀數(shù)來確定方位角。其實這個過程是全站儀的自動計算，只需要手動地找出后視角，然后確定極坐標(biāo)，之后全站儀的內(nèi)部程序就會自動計算和修正。和測量距離相通，在測量坐標(biāo)的時候，也要在全站儀內(nèi)設(shè)置棱鏡常數(shù)，避免大氣壓力和大氣溫度對測量結(jié)果的精確性產(chǎn)生影響。之后是同樣的輸入儀器高度和棱鏡高度，在菜單中找到坐標(biāo)測量的任務(wù)，按下按鈕就可以得到需要的三維坐標(biāo)。

3 全站儀在礦山測量中的應(yīng)用

3.1 測繪地形圖

測繪地形圖是礦山測量最核心的部分，因為后續(xù)的施工都是根據(jù)地形圖展開的。若地形圖出了誤差或者結(jié)果不夠準(zhǔn)確，就會影響到整個礦山施工的質(zhì)量。所以礦山測量的地形圖繪制都會經(jīng)過多次審核與檢查，確保其準(zhǔn)確性。同時為了進(jìn)一步提升測繪地形圖的準(zhǔn)確性，就會用到各種儀器設(shè)備，全站儀就是最常用的一種。因為全站儀不僅可以自動測量，極大地提升地形圖測繪的速度，還可以根據(jù)科學(xué)的修整給測繪的精確度提供保障。

全站儀有一項功能為數(shù)據(jù)采集和碎部點采集，這是一個自動化的過程，在確定好測量目標(biāo)范圍后，測量者只需要根據(jù)全站儀的顯示做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄，并且根據(jù)數(shù)據(jù)繪制一張草圖。同時，在記錄的過程中還要明確各點之間的位置關(guān)系。之后就是利用收集到的數(shù)據(jù)，在室內(nèi)將結(jié)果上傳到計算機中，軟件就可以直接形成相應(yīng)的地形圖。這一過程中，電腦軟件會根據(jù)收集的數(shù)據(jù)自動修整，減少了人為因素的誤差，同時也極大地節(jié)省了時間，以往需要一周的地形圖繪制，在幾個小時內(nèi)就可以完成，對工程進(jìn)度的提升有著極大的作用。

全站儀還有一項傳統(tǒng)方式無法比擬的優(yōu)點，就是可以測量地形條件不允許人為測量的環(huán)境。如礦山的尾礦庫，一直是地形圖測繪的難點，但利用全站儀就可以很好地解決各種難題，精確地反映尾礦庫的現(xiàn)狀。之后的尾礦庫變動檢測，全站儀也可以發(fā)揮其優(yōu)點，快速準(zhǔn)確地反映實際情況。

3.2 豎井聯(lián)系測量

豎井是礦山中的重要組成部分，而且由于豎井的特殊性，其數(shù)量較多，在礦山的分布較廣。所以在傳統(tǒng)的測量中，豎井聯(lián)系測量一直是較大的工程，需要耗費大量的人力物力，得到的結(jié)果還不一定精確。但是在應(yīng)用全站儀之后，就可以很好地測量豎井聯(lián)系，不僅耗時短，得到的結(jié)果也較為精確。

全站儀有一項功能為免棱鏡測量功能，在測量點放置反光板，就可以快速地得到相應(yīng)位置關(guān)系數(shù)值。在豎井聯(lián)系測量中，就可以很好地發(fā)揮全站儀這一功能的優(yōu)點，在井口聯(lián)系點和投點鋼絲之間放置反光板，然后就可以利用全站儀的測量功能，快速得到距離數(shù)值，大大地縮短了測量的時間，同時提高了測量的精度。在布置豎井的時候也可以利用全站儀的這一功能，利用免棱鏡的測量功能，進(jìn)行多次距離和方位測量，尋找出最佳的豎井位置，提高礦山施工的質(zhì)量。

3.3 其他應(yīng)用

全站儀除了豎井聯(lián)系測量和測繪地形圖外，在礦山測量中還有很多的作用。如小范圍的控制測量和地形測量，都有著傳統(tǒng)光學(xué)儀器無法替代的作用。在提升測量速度的同時增加了測量的精度。因為在傳統(tǒng)的控制測量中，使用的是三角鎖控制法，操作的步驟較為繁雜，而且測量結(jié)果還不夠精確。而現(xiàn)代化的GPS測量又有著作業(yè)環(huán)境的限制，無法發(fā)揮出應(yīng)有的作用，因而全站儀就替代了傳統(tǒng)的方法和GPS測量。利用全站儀進(jìn)行控制測量，不僅操作較為簡單，還有著精度高和速度快的優(yōu)點，很好地滿足了控制測量的各項需求。

全站儀在礦山測量中還有著以下兩種應(yīng)用：（1）環(huán)境限制的工程測量。一些礦山的地勢較為險峻，懸崖峭壁四周環(huán)繞。這些環(huán)境限制了人為的測量方式。然而工程測量又需要這些地形的具體數(shù)據(jù)，因此就可以利用全站儀的免棱鏡測量功能節(jié)約時間，保障施工人員的人身安全，同時也得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果；（2）爆破點的測量。礦山避免不了用炸藥進(jìn)行定點的爆破，這是為了減小工程的難度，加快施工的進(jìn)度。但是在爆破的時候，往往因為位置的不合理而對控制點產(chǎn)生不同程度的破壞。因此可以利用全站儀的邊角后方交匯方法，確定最佳的爆破位置。這種方法不僅科學(xué)合理，還方便了施工對爆破的控制，保護(hù)控制點，減少了因為人為誤差而造成的不必要損失。最重要的是，最佳爆破位置的確定，能夠確保施工的安全，減少工程中的安全隱患，也方便了工程爆破的靈活進(jìn)行。

4 結(jié)語

全站儀是高科技的產(chǎn)品，它有著傳統(tǒng)光學(xué)經(jīng)緯儀無法比擬的優(yōu)點。礦山的測量又有著工程量大和測量難度高的特點，因此將全站儀應(yīng)用在礦產(chǎn)測量中有著很大的作用。本文針對全站儀的特點和目前的實際情況分析了全站儀的使用方法和其在礦山測量中的具體應(yīng)用，希望通過這些研究給全站儀的推廣提供一些可參考的意見，同時也為礦山測量的發(fā)展提供一個方向。

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作者簡介：黃成彬（1984-），男（壯族），廣西南寧人，廣西岑溪市龍灣礦業(yè)有限責(zé)任公司物理探礦助理工程師，研究方向：礦山的測量技術(shù)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）