姜永濤,王麗美,謝峰震,蔡文惠

(新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校,新疆烏魯木齊830000)

0 引 言

礦山測(cè)量井下控制測(cè)量中,平面控制一般采用導(dǎo)線測(cè)量,高程控制一般采用水準(zhǔn)測(cè)量。伴隨著科技的發(fā)展,全站儀的產(chǎn)生及其測(cè)距、測(cè)角精度的提高,使得利用井下三角高程測(cè)量代替常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量做高程控制成為可能。通過對(duì)井下三角高程測(cè)量的精度分析,結(jié)合工程實(shí)例,說明了井下三角高程測(cè)量可以替代水準(zhǔn)測(cè)量,為井下測(cè)量外業(yè)工作提供了依據(jù)。

礦山生產(chǎn)過程中,在滿足測(cè)量精度的前提下,如何能夠在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確、及時(shí)、快速地完成各項(xiàng)測(cè)量工作,盡可能減少測(cè)量外業(yè)工作對(duì)生產(chǎn)的影響和測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,是具有現(xiàn)實(shí)意義的[1]。

1 井下三角高程測(cè)量精度分析

三角高程測(cè)量是根據(jù)由測(cè)站向照準(zhǔn)點(diǎn)所觀測(cè)的高度角和兩點(diǎn)間的斜距,運(yùn)用三角公式計(jì)算兩點(diǎn)間的高差,地面上進(jìn)行三角高程測(cè)量因受到大氣折光和地球曲率[2]的影響,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這方面影響也作了很多研究,并論證了精密三角高程測(cè)量可以代替一、二等水準(zhǔn)觀測(cè)的可行性[3-4]。

在井下高程控制測(cè)量中,由于井下巷道通風(fēng)和無明顯熱源,使得巷道大氣平穩(wěn),密度均勻,大氣折光對(duì)三角高程測(cè)量的影響很小可以忽略不計(jì)。此外,礦山井下高程測(cè)量一般不用考慮地球曲率的影響,再者利用三角高程往返測(cè)量也可以消除地球曲率影響,所以井下三角高程測(cè)量也可以不考慮地球曲率的影響。礦山井下三角高程測(cè)量如圖 1所示[5]:

圖1 三角高程示意圖

式中:S為A、B兩點(diǎn)間的斜距;hAB為A、B兩點(diǎn)間的高差;α為豎直角;i為儀器高,v為目標(biāo)高。

根據(jù)誤差傳播定律,AB之間的高差中誤差為

以Nikon DTM-532C全站儀為例對(duì)井下三角高程測(cè)量的精度進(jìn)行分析[6]:

全站儀的測(cè)量精度為:2″,±2 mm+2 ppm,測(cè)程3600 m.

井下導(dǎo)線邊長(zhǎng)為500 m時(shí),儀器測(cè)距精度mS=±3 mm,采用三聯(lián)架法觀測(cè),一測(cè)回對(duì)一條邊上的三角高程測(cè)量進(jìn)行四次,根據(jù)誤差傳播定律,測(cè)距精度可看作±1.5 mm.

儀器豎直測(cè)角精度為mα=±2″,采用三聯(lián)架法,一測(cè)回對(duì)一條邊上的豎直角測(cè)量進(jìn)行四次,根據(jù)誤差傳播定律,測(cè)角精度可看作±1″。

在井下量測(cè)儀器高和覘標(biāo)高時(shí),通過采用經(jīng)過檢定的條形硬鋼尺和各方向量取儀器高和目標(biāo)高[2]可使得mi=±0.5 mm.

平巷的坡度一般為0～5°,斜巷坡度10～30°,利用三聯(lián)架法一個(gè)測(cè)回往測(cè)的精度計(jì)算如表1和表2所示:

表1 平巷三角高程精度表/mm

表2 斜巷三角高程精度表/mm

在實(shí)際井下控制測(cè)量中,一般要求為一測(cè)站上兩測(cè)回,并實(shí)施往返測(cè),由表可以得出:

平巷三角高程誤差每公里高差中誤差最大為

由公式(3)可以看出,平巷三角高程的精度達(dá)到了井下高程控制四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求:每公里高差限差±10 mm.

斜巷三角高程誤差每公里高差中誤差最大為

由以上分析可知,利用測(cè)量精度2",±2 mm+2 ppm的全站儀實(shí)施井下導(dǎo)線控制,進(jìn)行的三角高程測(cè)量精度完全可以滿足井下四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。

2 三角高程測(cè)量礦山工程應(yīng)用實(shí)例

礦山測(cè)量工程實(shí)例中,常用“三連架”或“四連架”法。此類方法[7]的優(yōu)點(diǎn)是可以提高井下測(cè)量速度、減少儀器對(duì)中誤差、同一站儀器高和覘標(biāo)高之間相差常數(shù)等,因此,在礦山井下控制測(cè)量中被廣泛應(yīng)用。根據(jù)筆者在礦山測(cè)量實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn),應(yīng)用該方法需注意以下幾個(gè)方面:

1)工程施工前應(yīng)進(jìn)行全站儀檢驗(yàn)校正;

2)儀器基座型號(hào)應(yīng)與棱鏡基座型號(hào)一致、標(biāo)準(zhǔn);

3)檢校儀器和棱鏡的上對(duì)中器。

本節(jié)以一個(gè)大型貫通項(xiàng)目和一個(gè)小型礦山的兩井聯(lián)系測(cè)量項(xiàng)目來說明井下三角高程測(cè)量的精度。

2.1 某大型煤礦貫通實(shí)例

貫通示意圖如圖2所示。

圖2 某大型煤礦貫通示意圖

圖中:貫通巷道為西六回風(fēng)下山,長(zhǎng)1.8 km;水平大巷(圖中粗線)有-400、-650、-800總長(zhǎng)6.3 km,分別采用了四等水準(zhǔn)觀測(cè)和三角高程測(cè)量;所有下山均采用三角高程測(cè)量。該工程于2009年3月順利、高精度貫通,該貫通實(shí)測(cè)貫通誤差:平面±0.025 m;高程±0.100 m.

對(duì)貫通工作中的高程測(cè)量分析得出:貫通總距離13 km,高程控制測(cè)量方面有6.3 km水準(zhǔn)測(cè)量,6.8 km三角高程測(cè)量,貫通誤差為0.100 m,達(dá)到了井下貫通設(shè)計(jì)的高程精度要求。

-400、-650、-800水平大巷的水準(zhǔn)觀測(cè)結(jié)果和三角高程互差如下表:

表3 水平大巷的水準(zhǔn)觀測(cè)結(jié)果和三角高程互差

由表3可知:

1)水平巷道的水準(zhǔn)觀測(cè)結(jié)果和三角高程結(jié)果基本一致,互差很小;

2)只利用井下三角高程測(cè)量也可以滿足貫通的垂直精度要求。

2.2 某小型煤礦井下控制實(shí)例

圖3 小型煤礦井下控制示意圖

某小型煤礦井下控制如下圖所示:圖中粗線部分為地面導(dǎo)線,點(diǎn)號(hào)為J3、JE、Y78、Z1、T4、T5;圖中細(xì)線為井下導(dǎo)線,點(diǎn)號(hào)為1～29。整個(gè)導(dǎo)線采用三聯(lián)架法施測(cè),其中井下導(dǎo)線長(zhǎng)1.5 km,地面導(dǎo)線長(zhǎng)0.7 km,采用三角高程測(cè)量實(shí)施井下高程控制,高差閉合差為4.2 cm,精度較高,達(dá)到了礦方要求。

3 結(jié) 論

通過理論分析和實(shí)例驗(yàn)證了井下三角高程測(cè)量的精度,論證了井下三角高程測(cè)量可以替代四等水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施井下高程控制。采用適當(dāng)?shù)姆椒ê痛胧?可以利用導(dǎo)線測(cè)量做平面和高程控制,這大大減少了井下測(cè)量的外業(yè)工作量和井下測(cè)量耽誤生產(chǎn)的時(shí)間,提高了工作效率,對(duì)礦山測(cè)量有指導(dǎo)意義和實(shí)際價(jià)值。

[1] 孫 鑫.全站儀在井下三角高程測(cè)量中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2006.6(1):118-119.

[2] 張 勇,王 波.全站儀三角高程新方法及精度估算[J].測(cè)繪工程,2007,16(6):46-48.

[3] 張正祿,鄧 勇,羅長(zhǎng)林,等.精密三角高程代替一等水準(zhǔn)測(cè)量的研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)?信息科學(xué)版,2006,31(1):5-8.

[4] 周水渠.精密三角高程測(cè)量代替二等水準(zhǔn)測(cè)量的嘗試[J].測(cè)繪信息與工程,1999(3):25-29.

[5] 翟 翊,侯欽濤.三角高程測(cè)量計(jì)算公式的討論[J].測(cè)繪通報(bào),2004,(3):11-12.

[6] 李芹芳.測(cè)繪工程基礎(chǔ)[M].人民交通出版社,2007.

[7] 李志超,張偉東.應(yīng)用全站儀進(jìn)行三角高程測(cè)量的新方法[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2009,15(3):206.