淺析煤礦測(cè)量的方法與原理

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，煤礦測(cè)量突破了傳統(tǒng)意義上的含義，不僅僅包括地下測(cè)量，而且也包括地上測(cè)量，從而最大限度的保障了人民的安全。本文主要介紹了煤礦測(cè)量的常用方法的原理，主要包括極坐標(biāo)法、小角法、前方交會(huì)法、后方交會(huì)法，通過詳細(xì)介紹各自方法的原理，以及操作過程和精度指標(biāo)分析，展示了各自方法的特點(diǎn)，因此在以后工作過程中可根據(jù)具體實(shí)際情況進(jìn)行選擇合適的方法，具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】煤礦；測(cè)量；方法；原理

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及軟件工程的快速發(fā)展，測(cè)繪專業(yè)領(lǐng)域也得到了空前的發(fā)展，煤礦測(cè)量已由傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、光電測(cè)距儀、平板儀及手工記錄計(jì)算的方法，逐步轉(zhuǎn)變?nèi)緝x、電子水準(zhǔn)儀、GPS等先進(jìn)的現(xiàn)代儀器，為測(cè)繪行業(yè)帶來了質(zhì)的突變。雖然先進(jìn)的儀器使得測(cè)繪工作者更為方便、高效，但我們必須全面了解測(cè)量方法的相關(guān)原理，才能更好的為現(xiàn)代煤礦測(cè)量工作服務(wù)[1，2]。

1 煤礦測(cè)量方法

煤礦測(cè)量，主要依托全站儀，因此全站儀常用的方法主要有極坐標(biāo)法、小角度法、前方交會(huì)法、后方交會(huì)法等。下面根據(jù)本人工作經(jīng)歷，具體對(duì)各自方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1 極坐標(biāo)法

根據(jù)極坐標(biāo)的原理，以2個(gè)已知點(diǎn)建立坐標(biāo)軸，并以其中1個(gè)點(diǎn)為極點(diǎn)作為極坐標(biāo)系，測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)到極點(diǎn)之間的距離，測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)與極點(diǎn)連線和兩個(gè)已知點(diǎn)連線夾角的方法。如圖1所示：

假設(shè)，需測(cè)定某點(diǎn)C坐標(biāo)，首先必須先計(jì)算已知點(diǎn)A、B的方位角：

采用全站儀進(jìn)行極坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，具體操作步驟如下：

（1）在測(cè)站點(diǎn)A點(diǎn)安置全站儀，對(duì)中整平，然后開機(jī)，首先要對(duì)儀器進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，主要有溫度、氣壓、濕度、棱鏡常數(shù)、對(duì)比度等：緊接在程序中選擇測(cè)量模式為“放樣”。

（2）首先輸入已知點(diǎn)A的點(diǎn)號(hào)，測(cè)站點(diǎn)儀器高度，以及A點(diǎn)的三維坐標(biāo)坐標(biāo)，并照準(zhǔn)后視點(diǎn)B點(diǎn)，輸入A點(diǎn)到B點(diǎn)的方位角，或者是輸入后視點(diǎn)B點(diǎn)的已知坐標(biāo)，然后照準(zhǔn)B點(diǎn)，讀出數(shù)據(jù)，作為檢核，使測(cè)出的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)差距很小[3]。

（3）輸入待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后在儀器上顯示出當(dāng)前視線方向與待定方向之間的水平夾角，當(dāng)該夾角接近0度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)水平微動(dòng)螺旋使夾角為0°。

（4）指揮將棱鏡立于視線方向上，按“測(cè)設(shè)”鍵，全站儀即測(cè)量出測(cè)站至棱鏡的水平距離，并計(jì)算出該距離與設(shè)計(jì)距離的差值，在儀器上顯示出來。

（5）儀器操作員根據(jù)計(jì)算的距離偏差指揮持鏡員，持鏡員按照此距離靠近或遠(yuǎn)離儀器，直到偏差量滿足要求時(shí)，并在地面上打入帶有小鐵釘?shù)哪緲丁?/p>

（6）木樁固定后，將棱鏡架設(shè)在木樁頂板的小鐵釘上，儀器操作人員回到常規(guī)測(cè)量界面，測(cè)定出該點(diǎn)坐標(biāo)。

該方法在礦山地下工程測(cè)量比較常用，且該方法比較靈活，限制條件比較少，適合長(zhǎng)距離傳遞。

1.2 小角度法

由于礦山地下開采，形成了采空區(qū)，由于采空區(qū)上方巖層長(zhǎng)期下沉，導(dǎo)致地表沉陷，使得地表產(chǎn)生沉陷、曲率變形、水平位移、傾斜變形等，嚴(yán)重影響了礦區(qū)人民的安全狀況。因此我們必須對(duì)礦區(qū)地區(qū)地表進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)了解該處地表變形情況，其中除了我們進(jìn)行常規(guī)的沉降測(cè)量外，還需對(duì)水平位移變形情況進(jìn)行觀測(cè)，由于礦山在監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)，主要是沿著開采區(qū)走向與傾斜斷面進(jìn)行布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，因此小角法是一種很實(shí)用的方法。

小角度法是將儀器安置于穩(wěn)定點(diǎn)，測(cè)定視準(zhǔn)線位移點(diǎn)間的微小夾角和水平距離。如圖2，利用全站儀精確測(cè)出基準(zhǔn)線與置鏡點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)視線之間的微小角度，并按式（4）計(jì)算偏離值：

小角度法觀測(cè)時(shí)，要盡量將觀測(cè)墩埋設(shè)在兩端基點(diǎn)的連線上，使觀測(cè)角度微小，以減小正弦函數(shù)泰勒級(jí)數(shù)展開的舍入誤差。

1.3 前方交會(huì)法

前方交會(huì)就是利用已知坐標(biāo)條件求出未知點(diǎn)的一種比較實(shí)用的方法。在煤礦測(cè)量中，由于煤礦地質(zhì)地貌條件復(fù)雜，因此往往致使測(cè)站點(diǎn)無法與前方測(cè)點(diǎn)通視，經(jīng)常需要用前方交會(huì)的方法來預(yù)計(jì)待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)和待測(cè)邊邊長(zhǎng)。

因此，必須選擇遠(yuǎn)離變形區(qū)且穩(wěn)固的目標(biāo)作為定向點(diǎn)，測(cè)站點(diǎn)與定向點(diǎn)的距離要求大于交會(huì)邊的長(zhǎng)度，觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在能進(jìn)行多個(gè)方向觀測(cè)的位置。前方交會(huì)的角度最好滿足30°≤α≤150°，否則觀測(cè)出的位移量受測(cè)角誤差的影響較大。如圖3，假設(shè)對(duì)工作基點(diǎn)C進(jìn)行校核時(shí)，可在穩(wěn)定區(qū)埋設(shè)2～3個(gè)基點(diǎn)，用前方交會(huì)法檢定C的穩(wěn)定性[4，5]。

1.4 后方交會(huì)法

在礦山測(cè)量作業(yè)過程中，特別是在年代較久或廢舊礦區(qū)開展工作，經(jīng)常遇到如下情況：

（1）測(cè)區(qū)已知控制點(diǎn)相互通視條件差；

（2）在礦區(qū)所布設(shè)的控制網(wǎng)，因考慮圖形條件、控制范圍、通視等，已知點(diǎn)大多位于較高的山上，攜帶儀器不方便，或有些測(cè)點(diǎn)架設(shè)儀器很困難。雖然GPS在測(cè)繪工作中以得到普遍應(yīng)用，但由于各作業(yè)單位的實(shí)際情況及林區(qū)衛(wèi)星信號(hào)接受等諸多因素。為解決上述問題，我們?cè)诠ぷ鲗?shí)踐中，經(jīng)常采用全站儀測(cè)邊后方交會(huì)來測(cè)設(shè)測(cè)站，然后進(jìn)行工程放樣或測(cè)量等工作[6]。

測(cè)邊后方交會(huì)一般在待定點(diǎn)上架設(shè)儀器，在已知點(diǎn)上擺設(shè)棱鏡，假設(shè)已知點(diǎn)為A（Xa、Yb）、B（Xb、Yb），待定點(diǎn)為P， 通過測(cè)量出已知點(diǎn)到待定點(diǎn)之間的距離分別為Sa、Sb.

2 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，礦山測(cè)量逐步走向自能化。論文結(jié)合本人的生產(chǎn)實(shí)際情況，主要介紹了現(xiàn)在礦山測(cè)量依托全站儀常用的測(cè)量方法，在礦山測(cè)量生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中，現(xiàn)代礦山測(cè)量不僅僅是狹義上的施工放樣，隨著科學(xué)的發(fā)展，逐步發(fā)展到了地表監(jiān)測(cè)等，因此極坐標(biāo)、前方交會(huì)、后方交會(huì)以及小角度法是最為常用也是最為熟悉的方法，論文通過對(duì)這些方法的原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，分析了各自方法的特點(diǎn)，因此在以后工作過程中，可根據(jù)自身?xiàng)l件進(jìn)行擇優(yōu)選擇。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫國(guó)華，叢培東.地質(zhì)勘探工程測(cè)量方法今夕談[J].科技信息，2012（09）.

[2]張清.論礦山測(cè)量中新測(cè)繪技術(shù)及其特點(diǎn)[J].山西建筑，2012（03）.

[3]張維寬，張永勝，孟紅何.全站儀極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)物探網(wǎng)的一種新方法[J].價(jià)值工程，2012（11）.

[4]曾慶琦.淺談小型礦山測(cè)量方法及其應(yīng)用[J].北京測(cè)繪，2013（03）.

[5]李巖，張永波.前方交會(huì)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科學(xué)，2012（01）.

[6]葛雪康，李光奎，蔡志勇.后方交會(huì)法在施工放樣中的應(yīng)用[J].江蘇建筑，1999（02）.

[責(zé)任編輯：謝慶云]