提高礦山井下全站儀導(dǎo)線測量精度的方法探討

摘 要：測繪技術(shù)的發(fā)展使礦山井下測量工作質(zhì)量得到了極大提高，但由于受井下作業(yè)環(huán)境條件的影響和限制，測量的精確度也受到了嚴(yán)重影響。針對如何提高導(dǎo)線測量精度的問題，文章對全站儀在井下導(dǎo)線測量中提高精度的方法和技巧進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：礦山井下測量；全站儀；測量精度；方法

引言

全站儀導(dǎo)線測量具有精確度高的特點，然而礦山井下測量往往受環(huán)境的影響，與地面測量有很多不同之處，表現(xiàn)在：

施工環(huán)境差，坑道往往獨頭掘進(jìn)，通視條件不好，隨著坑道掘進(jìn)，點位誤差積累越來越大；施工面狹窄，坑道測量一般只能前后通視，控制測量形式單一，大多采用導(dǎo)線測量形式；井下巷道測量精度要求高，在井下平面控制測量及井下巷道貫通測量中，導(dǎo)線測量精度的高低將對確定新老巷道及采空區(qū)之間的關(guān)系、巷道的貫通等產(chǎn)生直接的影響，在礦山的安全生產(chǎn)及搶險救災(zāi)工作中也起著重要的作用。因此，本文對全站儀在井下導(dǎo)線測量中如何提高精度的方法和技巧進(jìn)行探討。

1 全站儀特點概述

全站儀是集測角量邊為一體，由微處理器控制自動進(jìn)行測距、測角，自動歸算水平距離、高差和坐標(biāo)等，還能進(jìn)行施工放樣，自動記錄數(shù)據(jù)，使用極為方便，它幾乎可以完成各種常規(guī)測量儀器所做的工作。全站儀的工作原理與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀類似，但它又具備以下特點：

（1）只需一次照準(zhǔn)反射棱鏡，就能測得水平角、角豎直角和斜距，算出測點的平面坐標(biāo)和高程，并記錄下測量和計算的數(shù)據(jù)。

（2）通過全站儀的主機或電子手薄的通訊接口，可實現(xiàn)全站儀與計算機或其他外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊，從而使測量數(shù)據(jù)的獲取、管理和計算機繪圖形成一個完整的自動化測量系統(tǒng)。

（3）利用全站儀能夠處理計算數(shù)據(jù)功能的特點，配合相應(yīng)的應(yīng)用計算軟件可實現(xiàn)導(dǎo)線測量、碎部測量和施工放樣等計算任務(wù)。

（4）全站儀內(nèi)部有雙軸補償系統(tǒng)，可以自動測量儀器豎軸和水平軸的傾斜誤差，并對角度觀測值加以改正。

2 關(guān)于全站儀井下測量誤差分析

2.1 全站儀的儀器誤差

主要由于儀器各幾何關(guān)系不正確和檢校不完善所引起的。這主要包括：

（1）視準(zhǔn)軸誤差。這是由于視準(zhǔn)軸不垂直于儀器橫軸時產(chǎn)生的誤差。造成盤左盤右兩個位置上大小相等，符號相反。（2）橫軸誤差。這是由于橫軸不垂直于儀器豎軸的誤差。造成盤左盤右兩個位置上大小相等，符號相反。（3）豎軸誤差。這是由于儀器豎軸不鉛垂所產(chǎn)生的誤差。造成豎角越大，誤差越大，而且還和觀測方向與垂直軸傾斜方向所夾的角度有關(guān)。

2.2 全站儀在井下對中誤差

這主要是井下點位與全站儀測站中心不在同一鉛垂線上所產(chǎn)生的儀器對中誤差。其對觀測方向值的影響如圖1所示，設(shè)測站點為 B 點，實際對中的點即儀器中心點為，應(yīng)測水平角ABC，實測水平角。兩者之差即為對中誤差對水平角的影響。

圖1 全站儀在井下對中誤差

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其對觀測方向值的影響規(guī)律是：（1）與其線量對中誤差e成正比。（2）與距離成反比，邊長越短，對水平角的影響越大。

2.3 井下測量時，全站儀對鏡站的瞄準(zhǔn)誤差

這主要是使用全站儀瞄準(zhǔn)的鏡站的目標(biāo)位置偏離了實際位置所造成。其對觀測方向值的影響如圖2所示。

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其對觀測方向值的影響規(guī)律是：（1）與瞄準(zhǔn)高度、目標(biāo)傾斜角成正比；（2）與邊長成反比。

2.4 測距誤差

主要是從全站儀中心至反射鏡反射點之間的測距引起的誤差。測距誤差包括固定誤差（對中誤差、儀器常數(shù)和測相誤差）、比例誤差（測尺頻率誤差、光速誤差、大氣折射誤差）和周期誤差。

2.5 外界環(huán)境條件

如井下濕度、溫度、礦塵量、照明度等的變化因素，也會給測角量距帶來誤差。但由于井下條件較為穩(wěn)定，不像地面那樣受季節(jié)、天氣的變化影響，在短暫的測角時間內(nèi)可以認(rèn)為是基本穩(wěn)定的，故不考慮。

3 關(guān)于礦山井下全站儀導(dǎo)線測量的提高精度方法

3.1 一測回中采用盤左盤右進(jìn)行觀測

由上述分析可知全站儀視準(zhǔn)軸誤差、橫軸誤差對觀測方向值的影響為盤左盤右兩個位置上大小相等，符號相反。用盤左盤右觀測同一目標(biāo)時取其平均值可消除和削弱這兩項誤差帶來的影響。觀測過程中應(yīng)嚴(yán)格保持照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器氣泡居中，可消除和削弱豎軸誤差，同時亦可消除豎盤指標(biāo)差的影響，從而提高井下全站儀導(dǎo)線的精度。

3.2 井下采用三架法進(jìn)行導(dǎo)線測量

在井下平面控制測量中，一般都要進(jìn)行7″級導(dǎo)線測量。由上述分析知全站儀在井下對中誤差，對觀測方向值的影響，與其線量對中誤差e成正比。采用全站儀三架法來進(jìn)行測量導(dǎo)線測量，可減小井下對中誤差。從而提高了井下全站儀導(dǎo)線測量的精度。而且可節(jié)省前視點進(jìn)行對中整平的時間，加快測量速度。

3.3 適當(dāng)加大垂球重量，目標(biāo)盡量瞄垂球線的根部

由上述分析知，全站儀在井下測量由于照準(zhǔn)誤差嚴(yán)重影響井下測量精度，這主要由于井下測量氣流大，鏡站在點下對中，垂球擺動幅度大。因此測量時可采用適當(dāng)加大垂球重量，減小晃動，瞄準(zhǔn)時盡量瞄垂球線的根部，來提高井下全站儀導(dǎo)線測量的精度。

3.4 邊長測量時，全站儀應(yīng)注意設(shè)置為棱鏡激光模式，在氣象數(shù)據(jù)中輸入井下氣壓和溫度值，要經(jīng)常檢查常數(shù)改正是否與使用的反光鏡匹配。還應(yīng)十分注意鏡面不得有水珠或灰塵玷污。井下坑道中有瓦斯時，應(yīng)采用防爆型全站儀。無論是平巷邊長測量還是斜巷三角高程測量，都進(jìn)行往返測量，來提高井下全站儀導(dǎo)線測量的精度。

3.5 為限制測角誤差的傳遞，當(dāng)井下全站儀導(dǎo)線前進(jìn)一定距離后或短邊巷道測量，使用陀螺全站儀加測短邊陀螺方位角，提高井下全站儀導(dǎo)線測量精度。

3.6 井下導(dǎo)線測量先布設(shè)低級導(dǎo)線指示坑道掘進(jìn)，后布設(shè)高級導(dǎo)線對低等級導(dǎo)線進(jìn)行檢查校正。盡量沿坑道中線布設(shè)，邊長盡量接近相等，導(dǎo)線布為雙交叉或閉合形式，這樣提高了點位橫向精度，從而提高了井下全站儀導(dǎo)線測量的精度。

3.7 進(jìn)行礦山井下全站儀高精度導(dǎo)線測量時，導(dǎo)線邊長加入化算到坑道高程面和投影到高斯投影面的改正。這樣，減小歸化與投影所產(chǎn)生的長度變形，從而提高了井下全站儀導(dǎo)線測量的精度。

4 結(jié)束語

礦山井下全站儀導(dǎo)線測量精度的高低，直接體現(xiàn)了礦山測量工作質(zhì)量的好壞。因此，研究礦山井下全站儀導(dǎo)線測量誤差，提高測量精度，確保礦山測量成果質(zhì)量準(zhǔn)確可靠，對保障礦山安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

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