礦井測量中測量精度控制與優化

摘要：本文通過介紹與分析礦井測量中影響測量精度原理，結合礦井測量具體步驟進行對各個步驟的測量方案優化，如：制定與優化聯系測量的具體方案、井下測量的控制與優化方法等內容。并且提出了利用計算機輔助進行對礦井測量精度的有效控制與優化。為今后的礦井測量工作提出一套新的測量方案。

關鍵詞：聯系測量 激光鉛垂儀 測角誤差

中國是世界上礦產資源較豐富的國家之一，隨著我國地下采礦近幾年來的迅猛發展。礦井逐漸的發展成大采深、高地壓、長走向的條件。在此情況下，礦井測量中測量精度控制與優化逐漸成為地下開采過程中的一個主要的環節。正如在礦井貫通過程中，在井巷開挖之前，圍巖均會處于一種自然平衡的狀態，但是在巷道的開挖過程中由于破壞了一部分圍巖導致了圍巖原有的天然應力平衡產生的破壞了，從而可能產生了周圍巖層的應力重新分布導致部分圍巖出現應力集中現象，圍巖在應力水平一定的情況下發生了蠕變現象。在這種情況下巷道的底板及邊幫都產生了位移，這就使布置在巷道頂底板及兩幫的各類測點隨著巷道的蠕變而發生偏移，偏移量隨著時間的增長而增大。礦井測點所測量出來的數據就越不可靠，由于礦井中的圍巖在巷道開采中的蠕變現象從而導致測點不精確的現象。此類現象多發生于礦井測量過程中，增加了測量工作的難度[1]。所以由上面所述的情況來看，只有通過改善測量方法、優化礦井測量方案、妥善利用計算機輔助方法等方式提高礦井測量的測量精度，從而達到對礦井測量精度的控制與優化目的。

1 制定與優化聯系測量的具體方案

要做好礦井測量過程中對測量精度控制與優化，首要的工作就是做好將礦區地面平面坐標和高程系統傳遞到井下的測量工作，此工作在礦井測量中稱作聯系測量。這樣才會對將來測量出的數據精度進行有效的、有目的的控制。在此情況下對于礦井測量工作中的聯系測量的開始階段，必須編制與優化聯系測量技術方案。從而解決礦山的聯系測量出現精度差、效率低等不良現象?，F階段礦井聯系測量階段施工中常會用到一井定向測量。此方法通常分為地面測量和井下測量兩個部分，具體做法為在待測量井筒內懸掛兩根鋼絲繩，將鋼絲的首端牢牢的固定在井口的上方，末端自由懸掛一個重錘自至定向水平。帶此項工作完成后，進行地面測量工作。在近井點部位按照導線測量的方式通過經緯儀測量兩根鋼絲所在的地面坐標的位置以及兩個鋼絲的確定點連線的方位角。通過在井下選定一個定向水平結合兩鋼絲測量坐標以及對應點連線的方位角、連接三角形角度和距離等觀測值，按照導線測量的計算方法，求出由井下起始的導線點的地面標和起始導線邊的方位角。由此可以通過測量事先井筒上下一致的目的。其量邊誤差為■，其中ma代表量邊誤差；?漬為每邊丈量次數；?自為算術平均數與實際值之差[2]。可見通過精度計算，這種方法的誤差相對較大。經過現代科技的發展，在工程實踐中可以運用激光的特性來優化與控制測量的精度。部分礦山已經在豎井施工中運用了激光鉛垂儀。這個儀器是專門為垂直定向而設計的，其基本工作原理與鋼絲法一井定向相似。但是這種方法可以改變由于井下通風致使鋼絲擺動而引起定向測量過程中的較大誤差，并且可以改善在鋼絲較長的情況下鋼絲不停地擺動需要增設很多附屬設備的缺點。

此儀器的測量偷點步驟為：①將激光儀的接收板放置在距離井筒壁3-10m處的臨時支撐架上；②將兩個激光鉛垂儀置置于井底中，向井上的接收板發射激光進行投點。③將激光鉛垂儀定時的旋轉120°，并且記錄每旋轉120°時在接收板上的投點位置。記錄投點后取其中較精確的三點，將其組成的三角形的內切圓中心確定為投點最終位置。④利用投點連接所形成的三角形進行坐標與起始方位的計算。當這種技術進行測量時激光鉛垂儀必須要事先進行水準管整平工作，否則會導致儀器不平整，從而導致測量出現較大的誤差。目前我國礦山常用的激光鉛垂儀的長水準器角值大多數是20″/2mm，根據這個指標我們可以準確的求出弧形水準管對應的半徑R：■，其中l與?茲為水準管分劃l毫米所對應的圓心角?茲。有此公式求得弧形水準管對應的半徑R。由于在整平儀器時人眼會出現最小分辨率為0.1mm的誤差，所水準管的誤差最小也為0.1mm，則圓心角?茲可以求出：?茲＝（0.1/1000）/R，從而就可以求出由于整平工作所引起的誤差為：m激=?茲×（R+H+h），其中H為井筒深度；h為接收板到地面的距離。根據工程實際中的運算這種方法的測量誤差一般為0.006~0.009之間，遠遠小于傳統測量方案。

2 井下測量的控制與優化方法

井下測量的控制與優化方案主要包括平面和高程控制測量兩部分的內容。平面測量控制主要是對經緯儀導線的誤差控制，高程測量誤差控制主要是對水準和三角高程的誤差進行有效控制。井下經緯儀導線的誤差是由于在利用經緯儀測量過程中測角和量邊存在著一定的誤差，從而導致了井下經緯儀導線測量的誤差產生。這些情況所導致的誤差可以分為測角誤差和量邊誤差，但是在實際的測量工作中引起測量精度誤差的主要因素是測角誤差。所以準確的控制測角誤差就可以對誤差精度進行有效的控制與優化。

其誤差來源是[3]：①儀器誤差，也就是由于儀器本身在制造過程中所造成的不可避免的誤差；②測角方法誤差，這種情況是由于瞄準和讀數方法不正確所導致的誤差；③外界條件所引起的誤差。

由于井下的條件相對較惡劣通風、照明、礦塵、井下溫度等因素都有可能會導致測量精度相對較低的后果。通過工程經驗計算可以求得井下經緯儀測垂直角的誤差通常為：■，其中mc為瞄準所產生的誤差；me為讀數估算所產生的誤差；mr為豎盤水準管居中所產生的誤差；n為測回觀測垂直角的次數。由此可以看出測角誤差影響范圍廣因素多。為了更好的優化與控制測量精度，就需要不斷的將經緯儀替更新為全站儀，這種儀器除了要人工進行瞄準工作以外，其他工作都可以用儀器自行完成。這大大的減少了測量誤差，調高了測量精度。實踐證明當利用測距精度為±（3+9qqm·s）mm、測角精度在±2級以上的全站儀進行單程測量的情況下，測量精度可以達到4級水準，從而滿足了井下水準測量精度要求。

3 計算機輔助對礦井測量精度優化

隨著計算機輔助運用到工程的每一個角落，礦井測量精度的控制與優化也離不開計算機輔助?，F階段主要運用CAD強大的繪圖功能來輔助井下巷道測量中的導線、施工放樣線的設計與標定工作。利用傳統方法反算導線點的坐標，逐個求出導線點與設計中心線的距離，然后再將其進行井下的標定，此方法在工作當中不可避免的會產生偶然誤差，所以通過測量各個點位的控制坐標將其輸入CAD圖形中[4]，測量距離。這樣會大大減少工作強度，同時優化了測量的精度。

參考文獻：

[1]羅志清.《測量學》經緯儀的測量方法和精度[M].云南大學出版社，2009.

[2]李宏森.聯系三角形測量在隧道豎井中的應用[J].工程建設與管理，2009，3（6）:21-33.

[3]張國良.《礦山測量學》井下經緯儀的測角精度分析和測量方法，中國礦業大學出版社發行科..

[4]張夠花.CAD系統在礦山生產管理中的應用[J].礦業研究與開發，

2009(6).