劉敬陶,任 權(quán)

鐵煤集團(tuán)大明煤礦地測(cè)科,遼寧鐵嶺 112700

應(yīng)用全站儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)方法與測(cè)角中誤差分析

劉敬陶,任 權(quán)

鐵煤集團(tuán)大明煤礦地測(cè)科,遼寧鐵嶺 112700

本文對(duì)全站儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的方法進(jìn)行了介紹，根據(jù)20個(gè)閉、附合導(dǎo)線(xiàn)平差結(jié)果對(duì)全站儀導(dǎo)線(xiàn)測(cè)角中誤差進(jìn)行了分析，為全站儀在礦山測(cè)量工作中更好應(yīng)用提供參考。

全站儀；導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量方法；測(cè)角中誤差分析

全站儀在礦井測(cè)量中已廣泛使用，大明礦斜井從2002年開(kāi)始將全站儀應(yīng)用到井下測(cè)量的實(shí)際工作中。全站儀的使用給大明礦斜井測(cè)量工作帶來(lái)了極大方便，它既提高了測(cè)量精度又提高了工作效率。大明礦斜井從全站儀的使用過(guò)程中總結(jié)了大量經(jīng)驗(yàn)，為今后全站儀更好的發(fā)展及應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)大明礦斜井不斷的從實(shí)踐中對(duì)全站儀的應(yīng)用進(jìn)行了探索和開(kāi)發(fā)，使全站儀能在礦井測(cè)量工作中發(fā)揮更大的作用。

1 全站儀情況簡(jiǎn)述

表1 尼康DTM531E全站儀技術(shù)參數(shù)表

1.1 全站儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的作業(yè)方法

全站儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)一般采用三架法、二架法和懸掛棱鏡法3種形式。

三架法是在后視點(diǎn)、前視點(diǎn)分別架設(shè)棱鏡，測(cè)站點(diǎn)架設(shè)全站儀進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量的作業(yè)方法，測(cè)站搬家時(shí)后視鏡站整體搬至新的前視點(diǎn)，前視測(cè)量員只將棱鏡移至儀器三角架上，測(cè)站觀(guān)測(cè)員將儀器照準(zhǔn)部移至前視三角架上。三架法作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是減少了全站儀對(duì)中整平次數(shù)，從而減小了對(duì)中誤差；其缺點(diǎn)是使用設(shè)備多，用人量至少得6人，其中儀器觀(guān)測(cè)員得3人，前后視人員移動(dòng)距離遠(yuǎn)，作業(yè)占用井巷時(shí)間長(zhǎng)。如果人員充足，也可采用四架法來(lái)提高作業(yè)速度。此方法適合基本控制導(dǎo)線(xiàn)和重要控制導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量。

二架法是在前視點(diǎn)架設(shè)棱鏡，后視點(diǎn)懸掛垂球，測(cè)站點(diǎn)架設(shè)全站儀進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量的作業(yè)方法，測(cè)站搬家時(shí)鏡站和測(cè)站整體向前搬遷。二架法作業(yè)與三架法作業(yè)比較，其優(yōu)點(diǎn)是用人量可相對(duì)減少，儀器觀(guān)測(cè)員也相應(yīng)減少，前后視人員不必往返奔波，作業(yè)占用井巷時(shí)間短；其缺點(diǎn)是距離不能往返測(cè)量。此方法適合采區(qū)和采場(chǎng)控制導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量。

懸掛棱鏡法是在后視點(diǎn)和前視點(diǎn)都懸掛棱鏡或只在前視點(diǎn)懸掛棱鏡，測(cè)站點(diǎn)架設(shè)全站儀進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量的作業(yè)方法。懸掛棱鏡法作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是使用設(shè)備最少，用人量最少，其中只需一名儀器觀(guān)測(cè)員，操作簡(jiǎn)單，作業(yè)占用井巷時(shí)間短；其缺點(diǎn)是懸掛棱鏡易轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)，不能靜態(tài)觀(guān)測(cè)，測(cè)量精度易受影響，棱鏡懸掛后要等到旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定后測(cè)量。

1.2 大明礦斜井用全站儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的方法

1.2.1 大明礦斜井自然狀況

大明礦斜井始建于1958年，經(jīng)多年開(kāi)采后，現(xiàn)在礦井共有三個(gè)水平，-35水平、-120水平、-410水平，現(xiàn)開(kāi)采水平為-410水平。大明礦斜井地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層多、塊段小、煤層薄，采場(chǎng)距主副井距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)采場(chǎng)距-410井底車(chē)場(chǎng)5千多米，入升井時(shí)間長(zhǎng)，入井到-410車(chē)場(chǎng)得20分鐘。這些因素造成大明礦斜井采場(chǎng)拉門(mén)換角多，施工導(dǎo)線(xiàn)頻繁，測(cè)量作業(yè)時(shí)間短等諸多不便。

大明礦斜井現(xiàn)有5家掘進(jìn)隊(duì)，測(cè)量人員只有8人，除去日常施工測(cè)量人員，施工導(dǎo)線(xiàn)人員比較緊張。近幾年測(cè)量人員調(diào)出調(diào)入頻繁，測(cè)量專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)素質(zhì)降低，操作能力下降。鑒于此，大明礦斜井必須選擇適全本礦情況的測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的方法，以滿(mǎn)足礦井生產(chǎn)需要。

1.2.2 大明礦斜井用全站儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的方法

為克服生產(chǎn)作業(yè)條件差的不利因素，減少攜帶測(cè)量設(shè)備數(shù)量，加快測(cè)量速度，大明礦斜井采用電子記錄配合全站儀操作、前視懸掛反射片測(cè)距的方法進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量（基本導(dǎo)線(xiàn)控制測(cè)量時(shí)前、后視均懸掛反射片）。

1）電子手簿記錄

全站儀施工導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，用全站儀記錄有一定缺陷，一是檢查角超限施測(cè)點(diǎn)位后不能倒站測(cè)量，二是無(wú)法記錄點(diǎn)位左右支距等信息，三是目標(biāo)高、儀器高、后視點(diǎn)和后視方位角被編輯后，系統(tǒng)不會(huì)重新計(jì)算坐標(biāo)，這樣坐標(biāo)數(shù)據(jù)就不能提取使用。電子手簿記錄將克服這些缺陷。電子手簿通過(guò)預(yù)設(shè)程序可實(shí)現(xiàn)已知點(diǎn)檢查功能、倒站功能、各項(xiàng)限差不符合重測(cè)功能、抹方位、找點(diǎn)功能，實(shí)量數(shù)據(jù)輸入后重新計(jì)算等。使用電子手簿，儀器觀(guān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄由兩人配合完成，只有讀數(shù)、記錄輸入過(guò)程，減少了全站儀按鍵次數(shù)，可提高測(cè)量速度。

2）反射片替代棱鏡做全站儀測(cè)距的協(xié)作目標(biāo)

反射片是棱鏡的一種替代品，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與反射棱鏡基本相似，是由許多微型反射體組成的。反射片有20mm×20mm×0.4mm、30mm×30mm×0.4mm等不同規(guī)格。為了使反射片能夠替代棱鏡應(yīng)用，可取一厚度1 mm左右的硬質(zhì)塑料板做成與反射片等寬，長(zhǎng)度為寬度2倍的長(zhǎng)方形，取中間位置把反射片粘牢。在硬塑料板的兩端各做一與線(xiàn)繩等粗的圓孔，保證圓孔中心位于反射片的中軸線(xiàn)上，并可在線(xiàn)繩上上下移動(dòng)，如圖1。

1-反射片縱軸線(xiàn) 2-反射片上孔口 3-反射片反光面 4-照準(zhǔn)中心 5-反射片下孔口

井下測(cè)量過(guò)程中，用線(xiàn)繩從制作好的反射片上孔穿入，下孔穿出，線(xiàn)繩下方懸掛垂球，上方懸掛于測(cè)點(diǎn)上。待垂球穩(wěn)定后，將反射片照準(zhǔn)面朝向儀器方向，從側(cè)方把反射片照亮。根據(jù)井下實(shí)際情況調(diào)整反射片的高度，只要保證反射片完全處于全站儀視線(xiàn)之內(nèi)即可測(cè)量。由于井下環(huán)境容易造成反射片面污損，在觀(guān)測(cè)時(shí)要把反射片面擦拭干凈。安裝方法見(jiàn)圖2。

1-巷道頂板 2-測(cè)量控制點(diǎn) 3-線(xiàn)繩 4-微棱鏡標(biāo)板上孔口 5-微棱鏡標(biāo)板反光面 6-微棱鏡標(biāo)板下孔口 7-塑料板 8-錘球

經(jīng)實(shí)際測(cè)量，規(guī)格為20mm ×20mm的反射片在地面的最大測(cè)程為135m（規(guī)格大一點(diǎn)的測(cè)程可更遠(yuǎn)）。井下條件好的區(qū)域最大測(cè)程與地面基本相同，受粉塵、霧氣等因素影響，或者反射片出現(xiàn)磨損后，測(cè)程會(huì)稍有減小。為保證測(cè)角精度和使用方便，井下導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)間距以50m～90m為宜。

經(jīng)實(shí)踐證明，利用反射片替代棱鏡測(cè)距完全能滿(mǎn)足井下測(cè)量精度。反射片體積小，重量輕，攜帶方便，易于調(diào)節(jié)，開(kāi)闊了測(cè)量視野，減少了測(cè)站時(shí)間，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了作業(yè)人員，給礦山測(cè)量工作帶來(lái)了極大的方便。

1.2.3 全站儀測(cè)導(dǎo)線(xiàn)存在的問(wèn)題和應(yīng)注意的事項(xiàng)

電子手簿采用的是夏普PCE500計(jì)算器，產(chǎn)品已不生產(chǎn)，暫時(shí)沒(méi)有可替換產(chǎn)品。儀器觀(guān)測(cè)員讀取觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，記錄員記錄，讀記過(guò)程易出錯(cuò)。人員穿著的工作服上有反光膜，反射能力強(qiáng)，在測(cè)距時(shí)測(cè)線(xiàn)上要清凈人員，避免測(cè)錯(cuò)距離。前視測(cè)量員要保證垂球穩(wěn)定時(shí)再觀(guān)測(cè)，并加強(qiáng)擋風(fēng)措施，塵大、霧氣重的地方要適當(dāng)縮短測(cè)點(diǎn)間距離。

2 全站儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)測(cè)角中誤差分析

為了掌握全站儀導(dǎo)線(xiàn)測(cè)角的實(shí)際精度，根據(jù)大明礦斜井近幾年實(shí)測(cè)的18個(gè)閉（附）合導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量資料，計(jì)算了全站儀測(cè)角中誤差，見(jiàn)表2。由計(jì)算結(jié)果分析，大明煤礦斜井采用的全站儀測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)方法完全滿(mǎn)足采區(qū)導(dǎo)線(xiàn)精度要求。

表2 測(cè)角中誤差計(jì)算

3 結(jié)論

隨著全站儀技術(shù)的不斷提高，無(wú)協(xié)作目標(biāo)全站儀和可編程全站儀的陸續(xù)推出，開(kāi)發(fā)適合全站儀導(dǎo)線(xiàn)的測(cè)量程序，實(shí)現(xiàn)全站儀的自記錄，是礦山井工測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)，巷道特征點(diǎn)取消量尺操作，直接由全站儀測(cè)出并記錄，可彌補(bǔ)數(shù)據(jù)管理上的缺陷。

TD17

A

1674-6708（2010）21-0173-02

劉敬陶，主任工程師，工作單位：大明煤礦工程地測(cè)大隊(duì)