全站儀交會投點在井下測量中的應用

成 磊，梁 征，武慧亮，陳海華

(西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西 太原 030205)

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全站儀交會投點在井下測量中的應用

成 磊，梁 征，武慧亮，陳海華

(西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西 太原 030205)

從井下基本控制點遇到遮擋或風流過大，無法使用垂球點下精確對中的困難情況考慮，提出全站儀交會投點及重新布設控制點再次進行測量兩種解決方案。探討使用兩臺全站儀交會投點特殊測量方法將頂板控制點平面位置投影至巷道底板預埋樁上或全站儀鏡上中心進行觀測的可行性適用性，并結合礦井工作實踐進行點位精度對比分析。得出采用全站儀交會投點提高了工作效率，減輕了測量勞動強度，提高了礦井基本控制測量導線精度。

全站儀；交會投點；控制點遮擋；對中；特殊測量

井下基本控制導線是井下平面測量的基礎，是測量和標定井下巷道、硐室、回采工作面等平面位置的基礎，同時滿足大型貫通測量要求。其如果出現錯誤或精度難以保障，將會給礦井帶來巨大損失。伴隨礦井發展，時常會遇到控制導線點被風水管路等物遮擋情況發生，此時導線的連續性受到破壞，控制導線的進一步延伸發展可能受限。傳統解決辦法是重新布設控制點，再次進行基本控制測量。其存在工作量較大、影響生產運輸、條件不具備，非同一次測量，系統不穩定，精度受限等困難。

全站儀交會投點法是一種精度可靠，操作簡單的特殊測量方法。通過在控制點附近架設兩臺全站儀，使用交會法將受影響的頂板控制點平面位置投影到巷道底板預埋樁上，在測點上進行全站儀對中觀測。該方法不影響測量精度，不改變點位，減少工作量，提高工作效率。

1 全站儀交會投點原理

通過立體幾何可知垂直于同一水平面的兩個平面的交線同樣垂直于該水平面，平距相等且交點唯一。全站儀嚴格整平后望遠鏡瞄準控制點，視準軸可給出垂直面及水平面，兩臺儀器視準軸十字絲所形成的平面交線即為控制點不同高程位置的平面點位。控制點A被風水管所遮擋，無法使用線繩鉛垂懸掛垂球進行點下對中測量作業，見圖1. 全站儀交會投點法在C點處全站儀整平后瞄準控制點A，形成豎直面ABC；D點處全站儀瞄準控制點A形成豎直面ABD.因全站儀整平后形成水平面，固ABD與ABC兩平面均垂直于水平面。兩平面相交于直線AB，可推得直線AB亦垂直于水平面HIJK.由此可推出直線AB是一條垂直于水平面的鉛垂線。依據此結論，兩臺全站儀視準軸十字絲交點永遠位于直線AB上。其交點B即可看作控制點A在巷道底板或全站儀鏡上中心的投影平面位置。此時將交點固定于預制好的水泥樁或木樁點上，重復放樣直至測點標志中心與十字絲交點重合一致。

圖1 全站儀交會投點原理圖

假如需傳遞或檢核高程，可通過兩臺全站儀分別觀測頂板控制點標志中心傾角δ1和δ3，同時觀測所投影點的平距HDAE以及HDAF以及傾角δ2和δ4，通過公式推得投點的底板高程，全站儀交會投點高差計算公式見式(1)：

(1)

2 應用實例

礦井運輸斜井下部落平控制點4被風水管遮擋致使線繩不能鉛垂懸掛，無法使用垂球進行點下對中測量工作，見圖2. 為解決上述問題，特制定兩種測量方案。第一種方案：全站儀交會投點。投影后直接架站測量；第二種方案(傳統解決方案)：重新布設控制點重復測量。

2.1 第一種測量方案

1) 在距4號控制導線點5m附近架設兩臺全站儀，確保望遠鏡不被水平度盤遮擋可以精確瞄準控制點時嚴格整平儀器，交會角度選取90°(為提高交會投點的精度，交會角度不應小于30°且不應大于150°).

2) 兩臺全站儀同時瞄準4號控制點標志中心

(線繩出口)，置盤水平角度為0°00′00″(假如需傳遞或檢核高程，可通過兩臺全站儀觀測傾角以及平距)。

3) 撥動望遠鏡，調節垂直螺旋將十字絲或激光調于巷道底板B位置，在對應位置釘入可靠木樁(務必確保木樁牢固穩定)。假如設備數量足夠，可以使用兩臺全站儀直接交會出第三臺觀測全站儀的鏡上中心，消除定釘及對中的誤差)。

4) 為提高交會投點精度，在兩臺全站儀視準軸木樁交點位置上釘入鋸有十字絲的測釘。

5) 依據兩臺全站儀正倒鏡視準軸交會中心位置進行精確調整，反復調校直至測釘十字中心與兩臺全站儀視準軸交點位置完全一致。

6) 此時測釘十字中心恰位于兩臺全站儀視準軸豎絲交線位置，即測點交會投影至巷道底板點完成。

7) 在此測釘十字中心上架設全站儀反復進行整平對中，合格后進行觀測。

8) 架站測量完成后，可使用一臺全站儀不同地點架設，進行重復投點檢查測量過程中底板測釘中心是否有位移。

2.2 第二種測量方案

1) 首先在原控制點4附近使用鉆機重新打眼，在頂板重新埋設銅棒基本控制點。

2) 待水泥凝固測點穩定后再進行測量。

3) 測量順序如下：自地面控制點近井點2架站進行檢查角測量→近井點3→落底點4→5→6→7.

4) 至此測量外業工作完成，進行內業計算檢核。由于是礦井的首級控制邊長需加入高斯投影及海平面兩改正數。

對兩種方案的測量情況進行對比，見表1.

表1 兩種方案測量情況對比表

通過表1可以得出，全站儀交會投點減少了占用井筒影響生產運輸的時間，提高了工作效率，減輕了測量勞動強度，在沒有重新埋設新點、不重新內業計算、不改變既有測量導線系統的情況下實現導線的延伸發展。

3 誤差分析

綜合考慮現今儀器軸系加工水平、檢校能力以及測量方法正倒鏡的抵消，只要采用檢定合格的全站儀，mi與mv對交會投點的精度影響甚微，基本上可以忽略。井下垂球對中方法的線量誤差一般為1.2～1.5 mm，光學對中的線量偏差一般為0.8～1.0 mm，交會投點的對中誤差me要優于垂球對中精度。

通過在地面及井下固定點多次投點試驗得出，全站儀交會投點精度完全能夠滿足井下基本控制導線的測量精度要求。

4 結束語

使用類似地面鉛垂豎立國旗桿的原理衍變為全站儀交會投影井下控制點，解決控制點被風水管路等遮擋線繩無法鉛垂懸掛，無法進行垂球對中而又不想重新布設控制點的井下測量實際困難。在風流速度過大，擋風措施難以有效保證垂球對中精度的情況下采用全站儀交會投點可提高礦井基本控制測量導線精度。

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[3] 吳能偉.基于方向余弦交會測量的誤差分析[J].中國儀器儀表，2015(12):42-44.

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Application of Total Station Point of Intersection in Underground Survey

CHENG Lei, LIANG Zheng, WU Huiliang, CHEN Haihua

Underground basic control points often encounter the case of occlusion or air flow is too large, can not use the plummet method for precise centring. The paper presents two solutions as the total station intersection point positioning and the re-deployment of control points for the re-measurement. The paper discusses the feasibility and applicability of using the two sets of total station to project the intersection point of the roof on the floor, or observe directly on the screen of the device, and conducting comparison job based on the practical condition of the coal mine. This paper discusses the feasibility of using the two stations to plan the intersection of the roof control point and the center of the roadway on the floor of the roadway or the total station, and combine with the mine work practice. Precision contrast analysis. The using of the total station system increases the working efficiency, reduces the labor intensity, and improve the accuracy of the basic control point.

Total station; Intersection cultellation; Control point cover; Centring; Special measurement

2017-02-01

成 磊(1983—)，男，山西古縣人，2007年畢業于太原理工大學陽泉學院，工程師，主要從事礦山測量工作

(E-mail)357577017@qq.com

TD178

B

1672-0652(2017)03-0035-03