全站儀在礦山測量中的應(yīng)用

張紅旭

（云南楚雄礦冶有限公司，云南 楚雄675000）

0 前言

在礦山建設(shè)中，特別是在井下巷道開拓過程中，測量工作是比較關(guān)鍵的，作業(yè)面掘進(jìn)到哪里，測量作業(yè)也必須馬上跟到哪里。由于受作業(yè)環(huán)境地壓大、溫度高、淋水大等因素影響，隨著巷道不斷向下延伸，使用傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀測量儀器已經(jīng)很難滿足作業(yè)精度要求。在這樣的作業(yè)環(huán)境和技術(shù)要求下，應(yīng)用新設(shè)備、新技術(shù)推進(jìn)礦山測量工作就顯得尤為重要，下面本文簡單介紹一下全站儀在礦山測量中的應(yīng)用。

1 全站儀簡介

全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，全站儀是一種全新的測量儀器，是由激光技術(shù)和機(jī)電相結(jié)合的高技術(shù)測量儀器，它可以測量垂直角、水平角、距離（斜距、平距）、高度差等各個(gè)方面的測繪儀器系統(tǒng)。由于全站儀可以一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，并且全站儀工作面廣，所以被稱為全站儀。 全站儀在礦山井巷貫通測量中有這廣泛的運(yùn)用。全站儀是一臺(tái)集光電為一體的新型測量角度測量速度的儀器，它與光學(xué)經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀相比，它具有兩個(gè)經(jīng)緯儀都有的優(yōu)點(diǎn)。 它不僅有光學(xué)經(jīng)緯儀的精準(zhǔn)性，而且也有電子經(jīng)緯儀的自動(dòng)讀書功能。 全站儀將光學(xué)度盤換為光電掃描度盤，它把傳統(tǒng)的光學(xué)測微儀器用人工讀數(shù)用電學(xué)儀器自動(dòng)記錄和自動(dòng)顯示讀數(shù)，不僅使測量尤其是測角的操作變得簡單化， 而且可以減少因人工讀數(shù)帶來的誤差。

2 全站儀在礦山井巷測量的使用方法

因?yàn)槲覀兯萌緝x的型號不同，所以我們在使用全站儀時(shí)對全站儀的操作方法上也有比較大的差別，但只要是全站儀的操作都是大同小異。 所以下面我簡單介紹一下全站儀的基本操作和使用方法。

2.1 在礦山井巷中水平角的測量

在礦山井巷測量中我們經(jīng)常遇到測量水平角的問題，全站儀如下圖所示，我們拿到全站儀打開開關(guān)，找到角度測量鍵，并將角度測量鍵按下，讓全站儀處于測度測量模式，找到要測量的目標(biāo)，并讓全站儀對準(zhǔn)目標(biāo)a。將目標(biāo)a 的方向的水平度盤的讀數(shù)設(shè)置為0°00′00″，然后再按照上面的方法找到第二個(gè)目標(biāo)b，并對準(zhǔn)第二個(gè)目標(biāo)b，此時(shí)全站儀上水平角即為顯示在水平度盤上的讀數(shù)也是這兩個(gè)方向間的水平夾角。

圖1

2.2 全站儀在礦山井巷中對距離的測量

在測量距離之前，我們要設(shè)置好全站儀上棱鏡的常數(shù)，并且在測量距離之前我們必須將棱鏡常數(shù)輸入到全站儀這臺(tái)儀器上來，此時(shí)這臺(tái)儀器會(huì)根據(jù)內(nèi)部程序自動(dòng)對所要測量的距離進(jìn)行更正，以保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 根據(jù)物體熱脹冷縮的原理，在測量物體長度或者距離之前，我們要將大氣的更正值或者氣溫、氣壓值輸入到全站儀這臺(tái)儀器當(dāng)中。因?yàn)楣庠诳諝庵袀鞑ニ俣葧?huì)因?yàn)榇髿獾臏囟群蜌鈮褐档母淖兌艿接绊懀九_(tái)全站儀大氣氣溫和氣壓16℃和770mmHg，將此時(shí)的大氣氣壓改為0ppm。 在實(shí)際測量時(shí)， 我們可以輸入大氣溫度和氣壓值，全站儀的內(nèi)部設(shè)置有將大氣氣溫和大氣氣壓的值改為正值的程序會(huì)自動(dòng)計(jì)算大氣更正值， 并且也會(huì)將測量的距離值的結(jié)果進(jìn)行更正。測量出儀器的高度和光學(xué)棱鏡的高度，并將儀器的高度和光學(xué)棱鏡的高度輸入到全站儀中去。在距離的測量時(shí)，要找準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，打開全站儀的開關(guān)，在菜單中找到測量距離的開關(guān)，并按下測量距離的按鍵，當(dāng)測量目標(biāo)完成時(shí)全站儀上會(huì)自動(dòng)顯示斜距、平距、高差等數(shù)據(jù)。

2.3 全站儀在礦山井巷中對坐標(biāo)的測量

（1）在用全站儀測量等位坐標(biāo)時(shí)，先要選定一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)，并根據(jù)要測定的站點(diǎn)建立出一個(gè)三維坐標(biāo)。

（2）當(dāng)三維坐標(biāo)建設(shè)好后，我們開始找出后視點(diǎn)的坐標(biāo)或者使用極坐標(biāo)找出后視點(diǎn)方向的水平度盤的讀數(shù)是它的方位角。當(dāng)選定好后視點(diǎn)的坐標(biāo)后，全站儀根據(jù)內(nèi)部的某些程序會(huì)自動(dòng)的計(jì)算出后視點(diǎn)的方位角，直接讀出水平度盤上的讀數(shù)就是后視點(diǎn)的方位角。 還是同測量角度距離一樣，在測量坐標(biāo)上也要設(shè)置棱鏡的常數(shù)，當(dāng)然因?yàn)槿緝x使用的是光學(xué)經(jīng)緯儀，光在空氣中傳播會(huì)受到大氣溫度和大氣壓力的影響，所以我們在測量坐標(biāo)上也要更改大氣的氣溫和氣壓。 再將量儀器高和棱鏡高輸入到全站儀中，然后再照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，在菜單鍵中找到坐標(biāo)測量鍵，并將其按下，全站儀就開始測距，最后讀出全站儀上顯示的讀數(shù)就是測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

3 全站儀在礦山測量中的應(yīng)用

全站儀在礦山井巷中德應(yīng)用非常廣泛，通常用到的全站儀是全能型全站儀，全站儀圖片如圖2 所示：

圖2

3.1 全站儀在礦山測量中的應(yīng)用

在礦區(qū)較小范圍內(nèi)一般是控制測量和地形測量，但對于一些大型井巷貫通測量、工業(yè)廣場平面的測繪中就需要多次使用到如上圖所示全站儀，通過實(shí)踐證明，在礦山井巷中我們使用全站儀有著傳統(tǒng)光學(xué)儀器所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，不僅測量速度快、測量效率高，而且測量的數(shù)據(jù)精度非常高。

在傳統(tǒng)的控制測量中我們一般的手段是采用三角鎖控制法，但現(xiàn)在科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)在大部分的測量都是采用GPS 測設(shè)，但是GPS測設(shè)有時(shí)受外業(yè)條件的限制無法布設(shè)，如果我們采用該全站儀進(jìn)行控制測量，不僅可使作業(yè)簡易、速度快、精度高，而且采用導(dǎo)線測量的方法即可滿足控制測量的要求。

免棱鏡全站儀對于地形和工程測量也都具有重要作用，例如對于人們無法攀登的懸崖陡壁的地形測量、 地下大型工程的斷面測量、建筑物的變形測量等，采用免棱鏡全站儀測量可以大大節(jié)約時(shí)間，提高勞動(dòng)效率。

3.2 用邊角后方交會(huì)的方法

在井下掘進(jìn)工程中布設(shè)臨時(shí)控制點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)可以將控制點(diǎn)布設(shè)洞壁上，避免放炮對控制點(diǎn)的破壞，用邊角后方布設(shè)控制點(diǎn)放樣可大大提高放樣速度，明顯提高生產(chǎn)效率。 邊角后方交會(huì)導(dǎo)線測量原理如下：

圖3

已知A、B 兩導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，求C 點(diǎn)的坐標(biāo)。把儀器架在與A、B、C點(diǎn)通視的任意一點(diǎn)D 處，把A、B、D、C 點(diǎn)看成是一條導(dǎo)線，只要知道a、b、LBD、LDC，就能求出C 點(diǎn)的坐標(biāo)。

在D 點(diǎn)架儀器可以觀測a、b、LDA、LBD、LDC， 因此只有a 待求。在△ABD 中求a。

求出a 后就可以按正常導(dǎo)線計(jì)算公式求出C 點(diǎn)坐標(biāo)。

在D 點(diǎn)架設(shè)儀器，C 點(diǎn)高程的推算可以用該全站儀內(nèi)置的對邊測量程序直接測出A、B、C 三點(diǎn)之間的高差， 據(jù)此可以很方便計(jì)算出C點(diǎn)高程。

由于上述方法不需在B 點(diǎn)架設(shè)儀器，而該全站儀又具有免棱鏡功能，B 點(diǎn)也不需架設(shè)棱鏡， 因此在礦山井巷的測量中可以將臨時(shí)點(diǎn)布設(shè)洞壁上，極大提高了井下測量的自主性和靈活性。

3.3 測繪地形圖

在測繪地形圖的工作中， 充分發(fā)揮了該全站儀的自動(dòng)測量的功能，讓測圖速度大大提高，并在實(shí)踐過程中采用的方法為：首先使用全站儀數(shù)據(jù)采集功能采集碎部點(diǎn)，記錄者作好草圖，并記錄好各點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，然后回到室內(nèi)將實(shí)測結(jié)果傳輸至計(jì)算機(jī)內(nèi)，最后由相應(yīng)的成圖軟件直接成圖。

在使用上述方法實(shí)測六苴銅礦尾礦庫地形圖和曇華木卡拉河地形圖時(shí)，原計(jì)劃十天的工作三天就完成了，而且由于該全站儀具有免棱鏡測量功能， 在尾礦庫中一些人不能到的地區(qū)也能直接測量到，使此次測圖的精度有了很大的提高， 更能準(zhǔn)確地反映出尾礦庫的現(xiàn)狀。不僅如此，在以后尾礦庫日常的監(jiān)測中，該全站儀也發(fā)揮了獨(dú)特的作用。

3.4 豎井聯(lián)系測量

在六苴銅礦3# 豎井與各馬頭門的聯(lián)系測量中， 使用該全站儀的免棱鏡功能，直接用它測量出井口聯(lián)系點(diǎn)與投點(diǎn)鋼絲之間的距離（緊貼鋼絲放置反光板），大大提高了工作效率，也提高了測量精度。

4 結(jié)束語

通過上文的介紹，我們對全站儀在礦山測量中的應(yīng)用有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解，同時(shí)我們也了解到全站儀功能的強(qiáng)大與先進(jìn)，讓我們認(rèn)識(shí)到“科技是第一生產(chǎn)力”這一事實(shí)。所以，作為專業(yè)技術(shù)人員，我們應(yīng)該好好學(xué)習(xí)并積極應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，更好地為礦山建設(shè)服務(wù)。

［1］王瑞峰.全站儀及貫通誤差預(yù)計(jì)在礦山測量中的應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2011(10).

［2］王久宏,姜平偉.全站儀平距放樣功能在井下的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2012(01).

［3］姜平偉,王久宏,何玉龍.三架法在沖擊地壓工作面貫通測量中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2011(12).