淺析全站儀在井下導線測量中的應用及精度

魏朝庭

（玉溪礦業有限公司大紅山銅礦云南玉溪653405）

淺析全站儀在井下導線測量中的應用及精度

魏朝庭

（玉溪礦業有限公司大紅山銅礦云南玉溪653405）

隨著社會經濟的快速發展，國家對礦產資源的需求不斷增大，其對礦山井下測量工作提出了更高要求。由于礦山井下測量工作存在著測量環境惡劣、測量工作面狹窄以及測量精度偏低等問題，為提高礦山井下導線測量工作質量和精度，引進了全站儀測量技術。本文著重分析了全站儀在井下導線測量中的應用及精度提高措施。

全站儀井下導線測量應用精度

1　全站儀概述

全站儀與傳統經緯儀工作原理相近，其由微處理器進行測角與測距的自動控制，能夠有效的對所測部位的坐標、高程差以及水平距離進行檢測，同時能夠對測試數據進行自動記錄等，較常規測量儀器具有獨特的功能特征，具體表現為[1]：首先，進行水平角、斜距以及豎直角等測量時僅需應用反射棱角照準一次即可，可實現測點高程、平面坐標等計算，同時將數據記錄下來；其次，全站儀較其他測量儀器設備，可通過其電子手薄、主機等通訊接口完成與其他外圍設備間的數據通訊，促進測量工作的自動化測量技術；第三，結合計算機應用軟件，全站儀處理計算數據功能可完成施工放樣、碎部測量以及導線測量等工作；第四，由于全站儀具有雙軸補償系統，其既可以有效的對儀器水平軸與豎立軸傾斜誤差進行自動測量，又可以自動修正角度觀測值。

2　井下全站儀導線測量概述

受井下導線測量環境影響，其與地面測量存在著諸多獨特特征，具體表現有[2]：首先，井下環境具有陰暗潮濕、采光條件差以及受其他工作影響等，通常將檢測點設置于坑道頂部，且長短不一，以提高檢測精度；其次，受坑道通光條件、工作面窄等影響，測量點位誤差隨著坑道掘進深度而逐漸增大；第三，井下采取導線測量形式是受井下施工面積小、前后通視情況差以及控制測量形式單一等因素決定的；第四，由于采礦對井下巷道測量精度要求較高，通常采用精度較高的導線測量形式，并且通過控制巷道貫通、新老巷道及采空區間關系進行修正，以促進礦山生產安全；第五，井下導線測量順序須按照一定順序開展，通常情況下在布設高級導線校核前，先布設低級導線對坑道掘進進行指示。

3　全站儀在井下導線測量中的實踐應用

井下導線布設按照“高級控制低級”原則開展[3]，根據《煤礦測量規程》規定，井下平面控制包括采區控制和基本控制兩種，其測支導線通常按照閉合導線或復測導線兩種形式分布。

全站儀在井下導線測量觀測方法可分為以下三種：其一，井下導線點的選點和埋點的確定，按照相鄰導線間距宜較大、設點位置盡量遠離運輸軌道一側、設點位置盡量避開存在安全隱患位置、永久點應充分采用混凝土鞏固等原則實施；其二，關于全站儀操作人員配置問題，通常選用4人，主測1人，記錄1人，照明前后1人和立棱鏡1人，井下測量前應分工明確，嚴格按照相關操作規程進行工作，確保工作質量安全；其三，采用“三聯架”方式進行導線測量，全站儀中基本儀器設備包括覘標、棱鏡以及“三聯架”，通常將三腳架與基座整平對齊后，通過移動棱鏡和儀器頭完成測量。井下導線測量方法根據井下檢測實際情況劃分，可分為三架法、四架法和省點法三種。其中，三架法具有較高的工作效率，四架法適用于突擊性導線測量工作，省點法則在三架法基礎上通過改進具有更高的工作效率。

4　全站儀井下測量誤差精度分析

全站儀在井下導線測量中應用較為廣泛，但其仍存在著諸多精確偏差或誤差，具體分析包括以下幾種[4]：

（1）關于井下測量水平角精度分析方面，其誤差產生原因主要由測量方法誤差、設備儀器檢測誤差、對中誤差等組成。其中，井下測量水平角的總中誤差包括對中誤差和測角方法誤差，即如式1所示：

由式1可以看出，對中誤差已成為井下測量水平角誤差的主要因素，且二者呈反比。經實踐證明，若導線邊長較短時，應將檢測儀器與覘標對齊，以防止檢測角度產生誤差。

（2）關于井下測量垂直角精度分析方面，其誤差產生原因同樣主要由測量方法誤差、設備儀器檢測誤差、對中誤差等組成，但主要受測量方法誤差決定。井下導線邊垂直角測量主要為了將斜導線邊長轉化為水平投影邊長和在斜巷中采用三角高程方法求相鄰導線點間高差。在進行水平邊長化算時，測量傾角的誤差應小于10’’/ sinó；在進行三角高程計算時，測量傾角的誤差應小于15’’/cosó。可見，進行水平邊長化算時，測量傾角誤差隨著傾角增大而減小；而進行三角高程計算時，測量精度隨著傾角降低而增大。

（3）關于全站儀測距精度分析方面，由于其利用光電測距，其誤差主要包含調制頻率誤差、氣象參數誤差、測相誤差、儀器和棱鏡對中誤差、照準誤差、光速誤差、周期誤差以及儀器加常數測定誤差等。其中，調制頻率誤差產生主要由于電子元件老化所致，通常利用檢定儀器、程常數測定、修正距離等實現調制頻率誤差的減小或消除；氣象參數誤差在當標準狀態與實際氣壓氣溫差距較大時，同時井下光電測距較小時，進行誤差修正方有意義；測相誤差以在大氣傳輸中信噪比誤差和自動樹脂測相系統誤差為主，其中前者受監測距離外界自然環境影響明顯，后者則由檢測儀器與精度決定；儀器和棱鏡對中誤差對測距誤差影響顯著，其受檢測間距影響明顯，特別是對中誤差對短邊影響，應在檢測過程中提高對中檢測精度；照準誤差的消除主要通過保障發射軸與視準軸的平行性，通過采用電瞄準形式提升照準精度；光速誤差屬于全站儀測距誤差影響因素之一，但其影響可忽略不計；周期誤差主要由測距儀內部串繞信號與測距信號混合后造成信號相位不正確而造成的誤差，其受測距信號周期變化影響，具有不可消除性，通常通過對測定儀器周期誤差定期測定來修正測距誤差；儀器加常數測定誤差主要受加常數測定不精確影響，通常采用定期對加常數進行測定的方法進行修正。

5　提高全站儀在井下導線測量精度的方法

針對當前全站儀在井下導線測量應用中存在的誤差，筆者結合自身工作經驗，為提高其測量精度，提出了以下幾點建議方法，具體有[5]：

首先，采用盤左盤右方式在一測回中進行觀測，這是因為采用盤左盤右觀測同一目標時，通過進行平均值取值時，可有效的減弱或消除盤左盤右兩項誤差影響。同時，通過保持水準器氣泡居中，可對豎軸誤差進行消除，從而促進全站儀導線精度的提升。

其次，采用三架法進行井下導線測量，其可以有效降低井下對中誤差，并促進井下全站儀導線測量精度的提升，同時有效提高檢測工作質量和效率。

第三，通過增加垂球重量以促進其與垂球根部相吻合，這是由于重量增大，其晃動降低，有利于全站儀導線測量精度提高。

此外，進行邊長測量時，通過定期修正檢查常數方式，促進其與反光鏡相匹配；采用陀螺全站儀加冊短邊陀螺方位角，促進其測量精度提高；按照先布設低級導線指示再布設高級導線指示原則對坑道掘進進行校正，促進其測量精度提高。

6　小結

總而言之，礦山資源的開發和利用離不開井下測量工作質量的開展和保障，作為井下測量工作的重中之重工作，井下全站儀導線測量精度的提高對整個礦山井下工作的開展具有極其關鍵的影響。因此，應加大相關研究，促進全站儀在井下導線測量中實踐應用，并且提升其測量精度。

[1]魏祥平，程志強等，全站儀在井下測量中的應用[J].江西煤炭科技，2008年第2期：18-19.

[2]王喜奎，蔣鐵軍等，礦山井下全站儀導線測量提高精度的方法探討[J].甘肅科技，2013年3月，第29卷第5期：39-41.

[3]陳拴住，全站儀在井下導線測量中的應用及其精度分析[J].問題探討，2011年8月，第20卷第8期：102-104.

[4]王會然，全站儀在井下測量中的應用[J].礦業工程，2010年8月：122-124.

[5]解風光，滕盛遠，提高礦山井下全站儀導線測量精度的方法探討[J].科技創新與應用，2013年第28期：97.

P631.2+23[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-280-2