礦井聯系測量的新方法

李方超

(中國礦業大學環境與測繪學院 江蘇 徐州 221116)

礦井聯系測量的新方法

李方超

(中國礦業大學環境與測繪學院 江蘇 徐州 221116)

傳統的聯系測量采用的機械法，采用在豎井內懸掛重錘線，并與幾何圖形相連接而進行坐標和方位角傳遞的豎井定向測量，此方法會影響礦井的材料輸送，生產，通風甚至安全。本文采用全站儀和垂準儀相結合通過測距儀的方法將高程導入井底。采用對垂準儀光線的觀測，利用前方交會的解算思想通過全站儀直接解算出平面坐標，即可完成平面聯系測量。

聯系測量；導入高程；垂準儀；前方交會

將礦區地面平面坐標系統和高程系統傳遞到井下的測量，稱為聯系測量。將地面平面坐標系統傳遞到井下的測量稱平面聯系測量，簡稱定向。將地面高程系統傳遞到井下的測量稱高程聯系測量，也稱導入高程。聯系測量結果是作為整個井下平面測量系統的基礎，保證了地面和井下使用同一個坐標系統進行計算和繪圖，同時可以解決各項采礦工程問題。

一、外業測量

(1)在豎井底部靠近礦井邊緣處(為了不影響其他作業)找一點O1架設垂準儀，嚴格對中整平，打開垂準儀，讓垂準儀發出一束可見激光直通礦井頂部O2；(2)在礦井頂部O2點附件架設棱鏡(所用棱鏡應為棱鏡頭略微向前的棱鏡)，目的是使垂準儀的光線可以照射到棱鏡上；(3)在近井點A處架設全站儀，用鋼尺量測儀器高(即為BA)。調整全站儀鏡頭，讓全站儀鏡頭找準垂準儀的光線；(4)拿一紙片放在全站儀目鏡的后方，調整棱鏡讓垂準儀的光線通過棱鏡的折射后依次穿過全站儀的物鏡中心到達紙片并使其亮度最大，此時，全站儀和垂準儀的光線反向重合。

二、內業

(一)全站儀操作說明

測距時的距離改正。全站儀通常是開機后將觀測時的溫度和氣壓輸入全站儀，儀器自動對距離進行溫度和氣壓改正。測定氣溫通常使用通風干濕溫度計，測定氣壓通常使用空盒氣壓表。由于此處這里測得距離為地面到井底，所以這里的氣壓和溫度改正取地面和井底的平均值。氣溫讀數需讀數至至1度，氣壓需讀數至1mmHg。

(二)平面以及高程解算

1.高程解算

由外業測量可以直接得到

BO2+O1O2=r,BA=h,O1O2=r-BO2

所以

H01=H-O1O2,X01=X,Y01=Y

即O1(X,Y,(H-O1O2))

2.平面坐標解算

根據已知點C、D的坐標C(XC,YC)和D(XD,YD)，通過平面直角坐標系反算，可獲得CD邊的坐標方位角αCD和SCD，由坐標方位角αCD和觀測角α可推算出坐標方位角αCM，由正弦定理可知CM的邊長SCM。

三、精度分析

(一)高程精度

這里測高程的方法是采用測距儀測出距離進而測出高程，故采用這種方法的誤差就是光電測距儀的誤差。

測距儀大都采用相位測距，所測距離是用下式計算的：

其中C0表示真空中光速，n表示大氣的群折射率，f表示調制頻率，N表示整周期個數，Δφ表示不足整周期的相位尾數，K—剩余加常數。

故上式上式中各要素與邊長D的中誤差MD之間的關系式可寫成

由上式可以看出，測距中誤差MD由兩部分組成：一部分是與被測距離D成正比的誤差，即上式等號右邊前三項誤差；另一部分是與被測距離D無關的誤差，即上式等號右邊的后兩項誤差。

故測距誤差可以用下式表示

MD=±(A+B*D)

此式即全站儀的標稱精度為(A+Bppm)

故測量值與真值存在如下關系

dh=-sinθ*O1O2dθ+cosθ*d*O1O2

根據誤差傳播定理有mn為：

(二)平面精度

由解算前方交會的結果得

XM=[XC*cotβ+XD*cotβ+(YD-YC)]/(cotα+cotβ)

YM=[YC*cotβ+YD*cotβ+(XD-XC)]/(cotα+cotβ)

其中：

根據誤差傳播定理則：

當交會角的測量誤差相等時，即mα=mβ=m

考慮到測角誤差的單位為“秒”,而點位誤差的單位一般為長度單位,可以由可進一步推得交會點M的點位誤差精度評定公式為:

(三)起算邊方位角精度

坐標反算公式是通過已知得兩點坐標反求邊長和方位角[7]。礦井幾乎所有測量路線都采用支導線，控制點的坐標方位角的精度對礦井巷道的掘進、開拓、貫通以及井下救援尤為重要，所以必須進行礦井坐標起算邊的精度進行評定。

[1]張國良.礦山測量學[M].中國礦業大學出版社,2016.

[2]陳于恒.陀螺儀與礦井定向測量[J].化工礦物與加工,1976(5):18-28+17.

[3]戚啟勛.地球科學辭典[M].季風出版社,1984.

[4]高井祥.數字測圖原理與方法[M].中國礦業大學出版社,2010.

[5]鄭文華.礦山測量學[M].煤炭工業出版社,2014.

[6]張書畢.測量平差.第2版[M].中國礦業大學出版社,2013.