淺析煤礦測量的方法與原理

【摘 要】隨著科學技術的發展以及人民生活水平的提高，煤礦測量突破了傳統意義上的含義，不僅僅包括地下測量，而且也包括地上測量，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量的常用方法的原理，主要包括極坐標法、小角法、前方交會法、后方交會法，通過詳細介紹各自方法的原理，以及操作過程和精度指標分析，展示了各自方法的特點，因此在以后工作過程中可根據具體實際情況進行選擇合適的方法，具有一定的指導意義。

【關鍵詞】煤礦；測量；方法；原理

0 引言

隨著計算機技術以及軟件工程的快速發展，測繪專業領域也得到了空前的發展，煤礦測量已由傳統的經緯儀、水準儀、光電測距儀、平板儀及手工記錄計算的方法，逐步轉變全站儀、電子水準儀、GPS等先進的現代儀器，為測繪行業帶來了質的突變。雖然先進的儀器使得測繪工作者更為方便、高效，但我們必須全面了解測量方法的相關原理，才能更好的為現代煤礦測量工作服務[1，2]。

1 煤礦測量方法

煤礦測量，主要依托全站儀，因此全站儀常用的方法主要有極坐標法、小角度法、前方交會法、后方交會法等。下面根據本人工作經歷，具體對各自方法進行詳細介紹。

1.1 極坐標法

根據極坐標的原理，以2個已知點建立坐標軸，并以其中1個點為極點作為極坐標系，測定觀測點到極點之間的距離，測定觀測點與極點連線和兩個已知點連線夾角的方法。如圖1所示：

假設，需測定某點C坐標，首先必須先計算已知點A、B的方位角：

采用全站儀進行極坐標測量時，具體操作步驟如下：

（1）在測站點A點安置全站儀，對中整平，然后開機，首先要對儀器進行相關參數設置，主要有溫度、氣壓、濕度、棱鏡常數、對比度等：緊接在程序中選擇測量模式為“放樣”。

（2）首先輸入已知點A的點號，測站點儀器高度，以及A點的三維坐標坐標，并照準后視點B點，輸入A點到B點的方位角，或者是輸入后視點B點的已知坐標，然后照準B點，讀出數據，作為檢核，使測出的數據與設計數據差距很小[3]。

（3）輸入待測點的坐標，然后在儀器上顯示出當前視線方向與待定方向之間的水平夾角，當該夾角接近0度時，轉動水平微動螺旋使夾角為0°。

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

（5）儀器操作員根據計算的距離偏差指揮持鏡員，持鏡員按照此距離靠近或遠離儀器，直到偏差量滿足要求時，并在地面上打入帶有小鐵釘的木樁。

（6）木樁固定后，將棱鏡架設在木樁頂板的小鐵釘上，儀器操作人員回到常規測量界面，測定出該點坐標。

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

1.2 小角度法

由于礦山地下開采，形成了采空區，由于采空區上方巖層長期下沉，導致地表沉陷，使得地表產生沉陷、曲率變形、水平位移、傾斜變形等，嚴重影響了礦區人民的安全狀況。因此我們必須對礦區地區地表進行監控，及時了解該處地表變形情況，其中除了我們進行常規的沉降測量外，還需對水平位移變形情況進行觀測，由于礦山在監測設計時，主要是沿著開采區走向與傾斜斷面進行布設監測點，因此小角法是一種很實用的方法。

小角度法是將儀器安置于穩定點，測定視準線位移點間的微小夾角和水平距離。如圖2，利用全站儀精確測出基準線與置鏡點到觀測點視線之間的微小角度，并按式（4）計算偏離值：

小角度法觀測時，要盡量將觀測墩埋設在兩端基點的連線上，使觀測角度微小，以減小正弦函數泰勒級數展開的舍入誤差。

1.3 前方交會法

前方交會就是利用已知坐標條件求出未知點的一種比較實用的方法。在煤礦測量中，由于煤礦地質地貌條件復雜，因此往往致使測站點無法與前方測點通視，經常需要用前方交會的方法來預計待測點坐標和待測邊邊長。

因此，必須選擇遠離變形區且穩固的目標作為定向點，測站點與定向點的距離要求大于交會邊的長度，觀測點埋設在能進行多個方向觀測的位置。前方交會的角度最好滿足30°≤α≤150°，否則觀測出的位移量受測角誤差的影響較大。如圖3，假設對工作基點C進行校核時，可在穩定區埋設2～3個基點，用前方交會法檢定C的穩定性[4，5]。

1.4 后方交會法

在礦山測量作業過程中，特別是在年代較久或廢舊礦區開展工作，經常遇到如下情況：

（1）測區已知控制點相互通視條件差；

（2）在礦區所布設的控制網，因考慮圖形條件、控制范圍、通視等，已知點大多位于較高的山上，攜帶儀器不方便，或有些測點架設儀器很困難。雖然GPS在測繪工作中以得到普遍應用，但由于各作業單位的實際情況及林區衛星信號接受等諸多因素。為解決上述問題，我們在工作實踐中，經常采用全站儀測邊后方交會來測設測站，然后進行工程放樣或測量等工作[6]。

測邊后方交會一般在待定點上架設儀器，在已知點上擺設棱鏡，假設已知點為A（Xa、Yb）、B（Xb、Yb），待定點為P， 通過測量出已知點到待定點之間的距離分別為Sa、Sb.

2 結論

隨著科學技術的發展，礦山測量逐步走向自能化。論文結合本人的生產實際情況，主要介紹了現在礦山測量依托全站儀常用的測量方法，在礦山測量生產實際當中，現代礦山測量不僅僅是狹義上的施工放樣，隨著科學的發展，逐步發展到了地表監測等，因此極坐標、前方交會、后方交會以及小角度法是最為常用也是最為熟悉的方法，論文通過對這些方法的原理進行了詳細介紹，分析了各自方法的特點，因此在以后工作過程中，可根據自身條件進行擇優選擇。

【參考文獻】

[1]孫國華，叢培東.地質勘探工程測量方法今夕談[J].科技信息，2012（09）.

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

[3]張維寬，張永勝，孟紅何.全站儀極坐標法測設物探網的一種新方法[J].價值工程，2012（11）.

[4]曾慶琦.淺談小型礦山測量方法及其應用[J].北京測繪，2013（03）.

[5]李巖，張永波.前方交會在礦山測量中的應用[J].中小企業管理與科學，2012（01）.

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

[責任編輯：謝慶云]