礦井聯(lián)系測(cè)量的新方法

李方超

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院 江蘇 徐州 221116)

礦井聯(lián)系測(cè)量的新方法

李方超

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院 江蘇 徐州 221116)

傳統(tǒng)的聯(lián)系測(cè)量采用的機(jī)械法，采用在豎井內(nèi)懸掛重錘線，并與幾何圖形相連接而進(jìn)行坐標(biāo)和方位角傳遞的豎井定向測(cè)量，此方法會(huì)影響礦井的材料輸送，生產(chǎn)，通風(fēng)甚至安全。本文采用全站儀和垂準(zhǔn)儀相結(jié)合通過測(cè)距儀的方法將高程導(dǎo)入井底。采用對(duì)垂準(zhǔn)儀光線的觀測(cè)，利用前方交會(huì)的解算思想通過全站儀直接解算出平面坐標(biāo)，即可完成平面聯(lián)系測(cè)量。

聯(lián)系測(cè)量；導(dǎo)入高程；垂準(zhǔn)儀；前方交會(huì)

將礦區(qū)地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)傳遞到井下的測(cè)量，稱為聯(lián)系測(cè)量。將地面平面坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到井下的測(cè)量稱平面聯(lián)系測(cè)量，簡(jiǎn)稱定向。將地面高程系統(tǒng)傳遞到井下的測(cè)量稱高程聯(lián)系測(cè)量，也稱導(dǎo)入高程。聯(lián)系測(cè)量結(jié)果是作為整個(gè)井下平面測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)，保證了地面和井下使用同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和繪圖，同時(shí)可以解決各項(xiàng)采礦工程問題。

一、外業(yè)測(cè)量

(1)在豎井底部靠近礦井邊緣處(為了不影響其他作業(yè))找一點(diǎn)O1架設(shè)垂準(zhǔn)儀，嚴(yán)格對(duì)中整平，打開垂準(zhǔn)儀，讓垂準(zhǔn)儀發(fā)出一束可見激光直通礦井頂部O2；(2)在礦井頂部O2點(diǎn)附件架設(shè)棱鏡(所用棱鏡應(yīng)為棱鏡頭略微向前的棱鏡)，目的是使垂準(zhǔn)儀的光線可以照射到棱鏡上；(3)在近井點(diǎn)A處架設(shè)全站儀，用鋼尺量測(cè)儀器高(即為BA)。調(diào)整全站儀鏡頭，讓全站儀鏡頭找準(zhǔn)垂準(zhǔn)儀的光線；(4)拿一紙片放在全站儀目鏡的后方，調(diào)整棱鏡讓垂準(zhǔn)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(dá)紙片并使其亮度最大，此時(shí)，全站儀和垂準(zhǔn)儀的光線反向重合。

二、內(nèi)業(yè)

(一)全站儀操作說明

測(cè)距時(shí)的距離改正。全站儀通常是開機(jī)后將觀測(cè)時(shí)的溫度和氣壓輸入全站儀，儀器自動(dòng)對(duì)距離進(jìn)行溫度和氣壓改正。測(cè)定氣溫通常使用通風(fēng)干濕溫度計(jì)，測(cè)定氣壓通常使用空盒氣壓表。由于此處這里測(cè)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(shù)需讀數(shù)至至1度，氣壓需讀數(shù)至1mmHg。

(二)平面以及高程解算

1.高程解算

由外業(yè)測(cè)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(biāo)解算

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

三、精度分析

(一)高程精度

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

測(cè)距儀大都采用相位測(cè)距，所測(cè)距離是用下式計(jì)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(diào)制頻率，N表示整周期個(gè)數(shù)，Δφ表示不足整周期的相位尾數(shù)，K—剩余加常數(shù)。

故上式上式中各要素與邊長(zhǎng)D的中誤差MD之間的關(guān)系式可寫成

由上式可以看出，測(cè)距中誤差MD由兩部分組成：一部分是與被測(cè)距離D成正比的誤差，即上式等號(hào)右邊前三項(xiàng)誤差；另一部分是與被測(cè)距離D無關(guān)的誤差，即上式等號(hào)右邊的后兩項(xiàng)誤差。

故測(cè)距誤差可以用下式表示

MD=±(A+B*D)

此式即全站儀的標(biāo)稱精度為(A+Bppm)

故測(cè)量值與真值存在如下關(guān)系

dh=-sinθ*O1O2dθ+cosθ*d*O1O2

根據(jù)誤差傳播定理有mn為：

(二)平面精度

由解算前方交會(huì)的結(jié)果得

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

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

其中：

根據(jù)誤差傳播定理則：

當(dāng)交會(huì)角的測(cè)量誤差相等時(shí)，即mα=mβ=m

考慮到測(cè)角誤差的單位為“秒”,而點(diǎn)位誤差的單位一般為長(zhǎng)度單位,可以由可進(jìn)一步推得交會(huì)點(diǎn)M的點(diǎn)位誤差精度評(píng)定公式為:

(三)起算邊方位角精度

坐標(biāo)反算公式是通過已知得兩點(diǎn)坐標(biāo)反求邊長(zhǎng)和方位角[7]。礦井幾乎所有測(cè)量路線都采用支導(dǎo)線，控制點(diǎn)的坐標(biāo)方位角的精度對(duì)礦井巷道的掘進(jìn)、開拓、貫通以及井下救援尤為重要，所以必須進(jìn)行礦井坐標(biāo)起算邊的精度進(jìn)行評(píng)定。

[1]張國(guó)良.礦山測(cè)量學(xué)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2016.

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

[3]戚啟勛.地球科學(xué)辭典[M].季風(fēng)出版社,1984.

[4]高井祥.數(shù)字測(cè)圖原理與方法[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2010.

[5]鄭文華.礦山測(cè)量學(xué)[M].煤炭工業(yè)出版社,2014.

[6]張書畢.測(cè)量平差.第2版[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2013.