成 磊，梁 征，武慧亮，陳海華

(西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西 太原 030205)

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全站儀交會(huì)投點(diǎn)在井下測(cè)量中的應(yīng)用

成 磊，梁 征，武慧亮，陳海華

(西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西 太原 030205)

從井下基本控制點(diǎn)遇到遮擋或風(fēng)流過(guò)大，無(wú)法使用垂球點(diǎn)下精確對(duì)中的困難情況考慮，提出全站儀交會(huì)投點(diǎn)及重新布設(shè)控制點(diǎn)再次進(jìn)行測(cè)量?jī)煞N解決方案。探討使用兩臺(tái)全站儀交會(huì)投點(diǎn)特殊測(cè)量方法將頂板控制點(diǎn)平面位置投影至巷道底板預(yù)埋樁上或全站儀鏡上中心進(jìn)行觀測(cè)的可行性適用性，并結(jié)合礦井工作實(shí)踐進(jìn)行點(diǎn)位精度對(duì)比分析。得出采用全站儀交會(huì)投點(diǎn)提高了工作效率，減輕了測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了礦井基本控制測(cè)量導(dǎo)線精度。

全站儀；交會(huì)投點(diǎn)；控制點(diǎn)遮擋；對(duì)中；特殊測(cè)量

井下基本控制導(dǎo)線是井下平面測(cè)量的基礎(chǔ)，是測(cè)量和標(biāo)定井下巷道、硐室、回采工作面等平面位置的基礎(chǔ)，同時(shí)滿足大型貫通測(cè)量要求。其如果出現(xiàn)錯(cuò)誤或精度難以保障，將會(huì)給礦井帶來(lái)巨大損失。伴隨礦井發(fā)展，時(shí)常會(huì)遇到控制導(dǎo)線點(diǎn)被風(fēng)水管路等物遮擋情況發(fā)生，此時(shí)導(dǎo)線的連續(xù)性受到破壞，控制導(dǎo)線的進(jìn)一步延伸發(fā)展可能受限。傳統(tǒng)解決辦法是重新布設(shè)控制點(diǎn)，再次進(jìn)行基本控制測(cè)量。其存在工作量較大、影響生產(chǎn)運(yùn)輸、條件不具備，非同一次測(cè)量，系統(tǒng)不穩(wěn)定，精度受限等困難。

全站儀交會(huì)投點(diǎn)法是一種精度可靠，操作簡(jiǎn)單的特殊測(cè)量方法。通過(guò)在控制點(diǎn)附近架設(shè)兩臺(tái)全站儀，使用交會(huì)法將受影響的頂板控制點(diǎn)平面位置投影到巷道底板預(yù)埋樁上，在測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行全站儀對(duì)中觀測(cè)。該方法不影響測(cè)量精度，不改變點(diǎn)位，減少工作量，提高工作效率。

1 全站儀交會(huì)投點(diǎn)原理

通過(guò)立體幾何可知垂直于同一水平面的兩個(gè)平面的交線同樣垂直于該水平面，平距相等且交點(diǎn)唯一。全站儀嚴(yán)格整平后望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)控制點(diǎn)，視準(zhǔn)軸可給出垂直面及水平面，兩臺(tái)儀器視準(zhǔn)軸十字絲所形成的平面交線即為控制點(diǎn)不同高程位置的平面點(diǎn)位?？刂泣c(diǎn)A被風(fēng)水管所遮擋，無(wú)法使用線繩鉛垂懸掛垂球進(jìn)行點(diǎn)下對(duì)中測(cè)量作業(yè)，見(jiàn)圖1. 全站儀交會(huì)投點(diǎn)法在C點(diǎn)處全站儀整平后瞄準(zhǔn)控制點(diǎn)A，形成豎直面ABC；D點(diǎn)處全站儀瞄準(zhǔn)控制點(diǎn)A形成豎直面ABD.因全站儀整平后形成水平面，固ABD與ABC兩平面均垂直于水平面。兩平面相交于直線AB，可推得直線AB亦垂直于水平面HIJK.由此可推出直線AB是一條垂直于水平面的鉛垂線。依據(jù)此結(jié)論，兩臺(tái)全站儀視準(zhǔn)軸十字絲交點(diǎn)永遠(yuǎn)位于直線AB上。其交點(diǎn)B即可看作控制點(diǎn)A在巷道底板或全站儀鏡上中心的投影平面位置。此時(shí)將交點(diǎn)固定于預(yù)制好的水泥樁或木樁點(diǎn)上，重復(fù)放樣直至測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心與十字絲交點(diǎn)重合一致。

圖1 全站儀交會(huì)投點(diǎn)原理圖

假如需傳遞或檢核高程，可通過(guò)兩臺(tái)全站儀分別觀測(cè)頂板控制點(diǎn)標(biāo)志中心傾角δ1和δ3，同時(shí)觀測(cè)所投影點(diǎn)的平距HDAE以及HDAF以及傾角δ2和δ4，通過(guò)公式推得投點(diǎn)的底板高程，全站儀交會(huì)投點(diǎn)高差計(jì)算公式見(jiàn)式(1)：

(1)

2 應(yīng)用實(shí)例

礦井運(yùn)輸斜井下部落平控制點(diǎn)4被風(fēng)水管遮擋致使線繩不能鉛垂懸掛，無(wú)法使用垂球進(jìn)行點(diǎn)下對(duì)中測(cè)量工作，見(jiàn)圖2. 為解決上述問(wèn)題，特制定兩種測(cè)量方案。第一種方案：全站儀交會(huì)投點(diǎn)。投影后直接架站測(cè)量；第二種方案(傳統(tǒng)解決方案)：重新布設(shè)控制點(diǎn)重復(fù)測(cè)量。

2.1 第一種測(cè)量方案

1) 在距4號(hào)控制導(dǎo)線點(diǎn)5m附近架設(shè)兩臺(tái)全站儀，確保望遠(yuǎn)鏡不被水平度盤遮擋可以精確瞄準(zhǔn)控制點(diǎn)時(shí)嚴(yán)格整平儀器，交會(huì)角度選取90°(為提高交會(huì)投點(diǎn)的精度，交會(huì)角度不應(yīng)小于30°且不應(yīng)大于150°).

2) 兩臺(tái)全站儀同時(shí)瞄準(zhǔn)4號(hào)控制點(diǎn)標(biāo)志中心

(線繩出口)，置盤水平角度為0°00′00″(假如需傳遞或檢核高程，可通過(guò)兩臺(tái)全站儀觀測(cè)傾角以及平距)。

3) 撥動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，調(diào)節(jié)垂直螺旋將十字絲或激光調(diào)于巷道底板B位置，在對(duì)應(yīng)位置釘入可靠木樁(務(wù)必確保木樁牢固穩(wěn)定)。假如設(shè)備數(shù)量足夠，可以使用兩臺(tái)全站儀直接交會(huì)出第三臺(tái)觀測(cè)全站儀的鏡上中心，消除定釘及對(duì)中的誤差)。

4) 為提高交會(huì)投點(diǎn)精度，在兩臺(tái)全站儀視準(zhǔn)軸木樁交點(diǎn)位置上釘入鋸有十字絲的測(cè)釘。

5) 依據(jù)兩臺(tái)全站儀正倒鏡視準(zhǔn)軸交會(huì)中心位置進(jìn)行精確調(diào)整，反復(fù)調(diào)校直至測(cè)釘十字中心與兩臺(tái)全站儀視準(zhǔn)軸交點(diǎn)位置完全一致。

6) 此時(shí)測(cè)釘十字中心恰位于兩臺(tái)全站儀視準(zhǔn)軸豎絲交線位置，即測(cè)點(diǎn)交會(huì)投影至巷道底板點(diǎn)完成。

7) 在此測(cè)釘十字中心上架設(shè)全站儀反復(fù)進(jìn)行整平對(duì)中，合格后進(jìn)行觀測(cè)。

8) 架站測(cè)量完成后，可使用一臺(tái)全站儀不同地點(diǎn)架設(shè)，進(jìn)行重復(fù)投點(diǎn)檢查測(cè)量過(guò)程中底板測(cè)釘中心是否有位移。

2.2 第二種測(cè)量方案

1) 首先在原控制點(diǎn)4附近使用鉆機(jī)重新打眼，在頂板重新埋設(shè)銅棒基本控制點(diǎn)。

2) 待水泥凝固測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)量。

3) 測(cè)量順序如下：自地面控制點(diǎn)近井點(diǎn)2架站進(jìn)行檢查角測(cè)量→近井點(diǎn)3→落底點(diǎn)4→5→6→7.

4) 至此測(cè)量外業(yè)工作完成，進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算檢核。由于是礦井的首級(jí)控制邊長(zhǎng)需加入高斯投影及海平面兩改正數(shù)。

對(duì)兩種方案的測(cè)量情況進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1.

表1 兩種方案測(cè)量情況對(duì)比表

通過(guò)表1可以得出，全站儀交會(huì)投點(diǎn)減少了占用井筒影響生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，提高了工作效率，減輕了測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度，在沒(méi)有重新埋設(shè)新點(diǎn)、不重新內(nèi)業(yè)計(jì)算、不改變既有測(cè)量導(dǎo)線系統(tǒng)的情況下實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的延伸發(fā)展。

3 誤差分析

綜合考慮現(xiàn)今儀器軸系加工水平、檢校能力以及測(cè)量方法正倒鏡的抵消，只要采用檢定合格的全站儀，mi與mv對(duì)交會(huì)投點(diǎn)的精度影響甚微，基本上可以忽略。井下垂球?qū)χ蟹椒ǖ木€量誤差一般為1.2～1.5 mm，光學(xué)對(duì)中的線量偏差一般為0.8～1.0 mm，交會(huì)投點(diǎn)的對(duì)中誤差me要優(yōu)于垂球?qū)χ芯取?/p>

通過(guò)在地面及井下固定點(diǎn)多次投點(diǎn)試驗(yàn)得出，全站儀交會(huì)投點(diǎn)精度完全能夠滿足井下基本控制導(dǎo)線的測(cè)量精度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

使用類似地面鉛垂豎立國(guó)旗桿的原理衍變?yōu)槿緝x交會(huì)投影井下控制點(diǎn)，解決控制點(diǎn)被風(fēng)水管路等遮擋線繩無(wú)法鉛垂懸掛，無(wú)法進(jìn)行垂球?qū)χ卸植幌胫匦虏荚O(shè)控制點(diǎn)的井下測(cè)量實(shí)際困難。在風(fēng)流速度過(guò)大，擋風(fēng)措施難以有效保證垂球?qū)χ芯鹊那闆r下采用全站儀交會(huì)投點(diǎn)可提高礦井基本控制測(cè)量導(dǎo)線精度。

[1] 楊柳坤.全站儀邊角測(cè)量交會(huì)法在井巷測(cè)量中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014(36)：23-24.

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Application of Total Station Point of Intersection in Underground Survey

CHENG Lei, LIANG Zheng, WU Huiliang, CHEN Haihua

Underground basic control points often encounter the case of occlusion or air flow is too large, can not use the plummet method for precise centring. The paper presents two solutions as the total station intersection point positioning and the re-deployment of control points for the re-measurement. The paper discusses the feasibility and applicability of using the two sets of total station to project the intersection point of the roof on the floor, or observe directly on the screen of the device, and conducting comparison job based on the practical condition of the coal mine. This paper discusses the feasibility of using the two stations to plan the intersection of the roof control point and the center of the roadway on the floor of the roadway or the total station, and combine with the mine work practice. Precision contrast analysis. The using of the total station system increases the working efficiency, reduces the labor intensity, and improve the accuracy of the basic control point.

Total station; Intersection cultellation; Control point cover; Centring; Special measurement

2017-02-01

成 磊(1983—)，男，山西古縣人，2007年畢業(yè)于太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院，工程師，主要從事礦山測(cè)量工作

(E-mail)357577017@qq.com

TD178

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1672-0652(2017)03-0035-03