梁曉江

（山西焦煤汾礦集團(tuán)兩渡煤業(yè)公司 ，山西 靈石 031300）

礦山井下測(cè)量工程對(duì)于礦山的開(kāi)拓、及生產(chǎn)工作都具有重要意義[1～2]。如今，隨著礦山開(kāi)拓速度的加快，以及生產(chǎn)能力的提升，對(duì)井下測(cè)量作業(yè)的作業(yè)速度及精度也有了越來(lái)越高的要求，礦山井下采用合適的測(cè)量方法，可大大的提高測(cè)量作業(yè)的質(zhì)量和速度[3]。本文對(duì)連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量方法在井下的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討，在進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。

1 井下作業(yè)情況

隨著礦山井下開(kāi)采的機(jī)械化，井下巷道出現(xiàn)了坡度大、距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，尤其是運(yùn)輸大巷，回風(fēng)大巷的長(zhǎng)度甚至達(dá)到3-5km，由于以上原因，在礦山井下巷道進(jìn)行高程測(cè)量時(shí)，無(wú)論是開(kāi)拓巷道，采取巷道，都存在空間有限，需要布設(shè)的測(cè)站較多，測(cè)量作業(yè)任務(wù)重時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，因此在礦山井下進(jìn)行測(cè)量作的方式，亟需改變和優(yōu)化[4～5]。

2 三角高程測(cè)量原理

三角高程測(cè)量具有簡(jiǎn)單方便，精度高等特點(diǎn)，且隨著一些高精度儀器的出現(xiàn)及測(cè)量工具的開(kāi)發(fā)使用，三角高程測(cè)量已越來(lái)越方便，近年來(lái)，人們將全站儀應(yīng)用到了三角高程測(cè)量中，并在礦山井下開(kāi)發(fā)出了防爆型全站儀，所以在礦山測(cè)量中全站儀三角高程測(cè)量正逐步代替水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行礦山作業(yè)。

在礦山井下一般采用單向觀測(cè)法進(jìn)行高程測(cè)量作業(yè)，其基本原理如圖1所示：

圖1 基本原理圖

其測(cè)量基本方法為：將儀器架設(shè)至已知點(diǎn)A，量取已知點(diǎn)A至儀器橫軸的垂直距離（儀器高），將覘標(biāo)B′安置在待測(cè)點(diǎn)B，量取待測(cè)點(diǎn)B到覘標(biāo)B′的垂直距離（覘標(biāo)高），使用儀器測(cè)出A、B之間的傾角，其后根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算A、B兩點(diǎn)的高差。A、B兩點(diǎn)的高差計(jì)算公式如下：

式中：h為A、B兩點(diǎn)的高差；L為A、B兩點(diǎn)間的斜距；α為A、B兩點(diǎn)豎直傾角；i為儀器高度；v為高度。

井下測(cè)量作業(yè)，由于空間狹小，所以有其獨(dú)特的方式，其測(cè)點(diǎn)可布置在巷道頂板，也可布置在巷道的底板，按照測(cè)點(diǎn)位于頂、底板的不同，井下三角高程測(cè)量可以分三種情況分別進(jìn)行兩點(diǎn)之間的高差計(jì)算，以向下測(cè)量時(shí)為負(fù)向上測(cè)量時(shí)為正。

第一種情況：A、B兩點(diǎn)均在巷道底板時(shí)如圖2：

圖2 A B均在巷道底板

A、B兩點(diǎn)間的高差為：

第二種情況A B兩點(diǎn)均在巷道頂板時(shí)如圖3：

圖3 A B均在巷道頂板

A、B兩點(diǎn)間的高差為：

第三種情況：A點(diǎn)在巷道頂板（底板）B點(diǎn)在巷道底板（頂板）時(shí)，如圖4：

圖4 A在頂板（底板）B在底板（頂板）時(shí)

A、B兩點(diǎn)間的高差為：

3 連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量原理及測(cè)量方法

三角高程測(cè)量方法雖然近年來(lái)在礦山測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用，但其具有架設(shè)儀器復(fù)雜，讀取數(shù)據(jù)量多，累積誤差大等缺點(diǎn)，基于以上原因，本文為優(yōu)化井下測(cè)量作業(yè)方法，提出采用連續(xù)設(shè)站的三角高程測(cè)量，該方法尤其適用于測(cè)量較遠(yuǎn)距離的巷道，其基本原理如圖5所示，以測(cè)量A、B兩點(diǎn)的高差為例，來(lái)說(shuō)明連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量的基本操作方法：

1）將棱鏡安置在A點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)1處，在這兩點(diǎn)大約中間部位架設(shè)測(cè)量?jī)x器，對(duì)中整平后，測(cè)量A點(diǎn)到1點(diǎn)，及儀器安置位置到1點(diǎn)的斜距L和豎直角α，并且用鋼尺量取A點(diǎn)處的棱鏡高度；

2）將A處的棱鏡移動(dòng)到2點(diǎn)的位置，1點(diǎn)保持不變，在2點(diǎn)和1點(diǎn)之間取適當(dāng)?shù)奈恢脙x2點(diǎn)，架設(shè)儀器，對(duì)中整平后進(jìn)行觀測(cè)，分別觀測(cè)儀器架設(shè)點(diǎn)至1點(diǎn)，及儀器架設(shè)點(diǎn)至2點(diǎn)的斜距L和豎直角α；

3）按照以上方法，逐漸在合理的位置架設(shè)儀器，直至觀測(cè)至B點(diǎn)，之后需量取B點(diǎn)棱鏡高度。

圖5 連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量

如共需要設(shè)n站進(jìn)行觀測(cè)；則A-B兩點(diǎn)之間高差即為：

采用連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量時(shí)，不需要進(jìn)行儀器對(duì)中，這對(duì)于場(chǎng)地復(fù)雜的巷道來(lái)說(shuō)可極大的提高測(cè)量效率，同時(shí)，只需讀取起始點(diǎn)A和終止點(diǎn)B的棱鏡高度，減少了儀器誤差對(duì)測(cè)量的影響。

4 測(cè)量誤差

在礦山井下采用連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量方法時(shí)，為提高測(cè)量精度，減小測(cè)量誤差，除了采用合適的儀器及方法準(zhǔn)確讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)外，還需要注意：

1）嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范記錄數(shù)據(jù)，各項(xiàng)限差應(yīng)符合《煤礦測(cè)量規(guī)程》中的要求；

2）在轉(zhuǎn)點(diǎn)處安設(shè)棱鏡時(shí)，應(yīng)使其高度盡量一致，或者直接在地板上安置棱鏡，以方便計(jì)算轉(zhuǎn)點(diǎn)處的數(shù)據(jù)；

3）應(yīng)合理設(shè)置儀器位置，后視、前視距離大致相等，且盡量長(zhǎng)一些，以減少測(cè)站數(shù)；

4）連續(xù)測(cè)站三角高程測(cè)量方法，不適用在需要測(cè)出每個(gè)點(diǎn)位的高程的一般導(dǎo)線測(cè)量作業(yè)中，因此應(yīng)根據(jù)具體情況選用該測(cè)量方法；

5）在測(cè)量A、B兩點(diǎn)的儀器高度時(shí)，要嚴(yán)格按照相關(guān)測(cè)量規(guī)程中要求的方法量??；

6）在測(cè)量作業(yè)中，要保證已經(jīng)安設(shè)好的棱鏡，選好的點(diǎn)位不變更位置和高度，以免造成大誤差；

7）可采用變更儀器高度法，來(lái)消除一些系統(tǒng)誤差。

5 工程實(shí)例

如圖6所示，在山西焦煤汾礦集團(tuán)兩渡煤業(yè)有限公司，進(jìn)行西六回風(fēng)下山貫通工程測(cè)量時(shí)，西六回風(fēng)下山長(zhǎng)1.8 km；水平大巷(圖中粗線)有+450、+300、+150總長(zhǎng)6.3 km,本次作業(yè)，距離長(zhǎng)，任務(wù)重，數(shù)據(jù)量大，經(jīng)過(guò)初步分析，采用一臺(tái)Nikon-DTM-352C防爆型全站儀（測(cè)距精度為）、2個(gè)配套的腳架及棱鏡，及一些其他相關(guān)設(shè)備，進(jìn)行連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量作業(yè)。該工程于2017年3月，實(shí)現(xiàn)貫通,該貫通實(shí)測(cè)貫通誤差：平面±0.024 m;高程±0.100m。

圖6 西六回風(fēng)下山貫通示意圖

本次貫通工程總距離為13 km，經(jīng)過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，其中6.8 km采用連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量，在本次測(cè)量作業(yè)中，近7000m的連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量路線，不到6小時(shí)就測(cè)量完成，與普通三角測(cè)量相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，首先作業(yè)時(shí)間大幅縮短，效率極高，其次測(cè)量誤差也被控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，該巷道貫通后，整體平順，未出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，最終的閉合差為100mm，完全符合要求，本次測(cè)量作業(yè)取得了較好的效果。

6 結(jié) 論

1）經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，由于礦山井下巷道起伏度較大，且空間范圍狹小，架設(shè)儀器不方便，基于以上原因，本文對(duì)三角高程測(cè)量的基本原理進(jìn)行了初步探討，并提出了在礦山井下采用連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量的作業(yè)方法。

2）在進(jìn)行連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量時(shí)，也應(yīng)注意數(shù)據(jù)的讀取和測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)正確性，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，避免造成不必要的測(cè)量誤差。

3）使用連續(xù)設(shè)站三角高程測(cè)量方法成功進(jìn)行了一次井下測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明，使用該方法可節(jié)省作業(yè)時(shí)間、減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量效率。