淺談360°懸掛式棱鏡在井下控制測量中的應用

白福有

摘要：井下全站儀導線常用三架法，攜帶的測量儀器用具多，所需人員多，降低了測量工作效率。采用360°懸掛式棱鏡可以改變三架法測量模式，減輕外業勞作強度，提高工作效率。文章介紹了懸掛棱鏡在卡房分礦11-8主巷貫通測量中的應用，并對其控制精度進行評定。

關鍵詞：全站儀；360°懸掛式棱鏡；井下導線控制測量

1、前言

隨著時代的進步， 全站儀逐步應用于井下測量中。它集電子測角、光電測距、微機處理為一體，簡化了測量步驟，縮短了測量時間。與經緯儀導線比較，具有操作簡單，功能完備，測角、測距精度高，速度快等優點，備受礦山測量人員的青睞。但在進行控制導線測量時攜帶用具多，增加了作業人員，降低了測量工作效率。為了減輕測量人員的外業工作強度，提高井下測量工作效率，通過對全站儀導線測量方法進行分析，提出在前、后視點上拴懸掛棱鏡替代三架法的測量方法，并對其控制精度進行分析。全站儀配合懸掛棱鏡的測量方法在卡房分礦11-8主巷貫通工程中得到了實踐和應用，該工程的準確貫通證實了采用此種測量方法進行控制導線測量，其精度是可行的。

2、常規全站儀導線測量方法

在井下使用全站儀進行控制導線測量時，要對傾角和距離進行對向觀測，常用三架法進行導線測量。如圖1所示：

2.1 三架法

在前視點和后視點上都架設棱鏡，全站儀架設于測站點進行控制導線測量的作業方法，稱為三架法。后視鏡站跟隨測站搬家全部移動至新的前視點上，測站和前視支架都不移動，觀測員把全站儀移到前視支架上，前視測量員僅需把棱鏡移到測站支架上。全站儀三角法需攜帶全站儀1臺、三角架3個、基座棱鏡2個及其它測量用具，至少需要6人。

2.2 平面控制測量

井下平面控制系統只能以導線的形式敷設，一般分為高級控制、基本控制和采區控制三類。各類導線均可采用測回法觀測水平角，測回次數視儀器測角精度，導線等級而定。水平角測量、距離測量都瞄準棱鏡中心，因此全站儀和前后棱鏡基座整平、對中誤差是水平角測量誤差的主要來源。電磁波通過空氣的速度和通過棱鏡表面至棱鏡中心的速度并不一致。在距離測量時，要盡量使測線垂直于棱鏡面。

2.3 高程控制測量

井下全站儀高程控制點一般共用導線控制點。其工作原理是：利用全站儀測出全站儀中心至棱鏡中心的距離和傾角，同時量取儀低和鏡低，根據三角學原理推算出兩點間的高差，漸而根據已知點推算出待測高程。傾角觀測應采用對向觀測，一般可采用一個測回。

3、360°懸掛式棱鏡測量方法

360°懸掛式棱鏡的外觀如圖2所示，規格大小不同，可根據實際需要選擇，棱鏡常數可在基本控制導線上測出或采用“三站法”測出。圖（2）為萊卡360°棱鏡，棱鏡面直徑46毫米，重650克。

在前視點和后視點上懸掛棱鏡，全站儀架設于測站點進行導線測量的作業方法，稱為懸掛棱鏡法。如圖3所示。

懸掛棱鏡法與常規全站儀導線測量方法相同，但為了提高水平角的測角精度，應先瞄準懸掛棱鏡的垂線，進行定向后，再用垂直微調調至棱鏡中心觀測距離和傾角。

4、懸掛棱鏡法的優缺點

懸掛棱鏡法只需攜帶全站儀1臺、三角架1個、懸掛棱鏡2個及其它測量用具，前后視棱鏡照明采用固定式照火時，3人就能進行作業，且除觀測員和記錄員外，對其它作業人員的工作技能要求不高。優點：（1）作業占用巷道的時間短；（2）攜帶設備少，作業人員少；（3）操作簡單，前后視無需鏡上對中，減少了測角誤差。缺點：（1）懸掛棱鏡容易擺動和旋轉，無法進行靜態觀測；（2）用鋼尺量取鏡低時，垂線容易受到拉伸，對高程的誤差影響大。

5、懸掛棱鏡法的應用與實踐

卡房分礦11-8主巷貫通工程是一項重要的有軌運輸系統開拓工程。工程由2110m中段運輸平巷通過斜井與2055m中段運輸平巷貫通，貫通距離全長3.7公里，貫通盲距1.15公里，貫通精度要求高。通過查閱原始記錄，發現控制導線的測量方法不同，有經緯儀導線和全站儀導線兩種，全站儀導線使用的儀器、棱鏡不同，導線控制精度整體不高。為了確保工程準確貫通，結合坑口測量人員少的實際情況，采用360°懸掛式棱鏡對現有控制導線進行了初復測。

5.1 測量方法

為了減小導線的方位角累結誤差和點位誤差，采用最近一條5秒級導線邊作為起始邊對相關貫通導線進行初復測，同時采用其中一個導線點的坐標和高程作為起算數據。數據采集由同一個人采用尼康2.M全站儀按5秒級導線要求進行觀測，水平角測2個測回，一測回2C互差小于13秒，測回差小于9秒；距離測量進行對向觀測，每條邊讀4個數，互差小于3毫米，同時讀取1個平距作為檢查，對向觀測平距互差小于3毫米；豎直角測量進行對向觀測，每站1測回，指標差小于10秒，高差互差小于10毫米。鏡低在觀測前后各量1次，互差小于4毫米。

5.2貫通前導線精度評定

工程掘進至貫通盲距剩余100米時，以兩邊迎頭導線點的坐標反算方位角標定中線，利用兩導線點的高差、平距計算出坡度標定腰線。2055m中段導線長1417.7米，共16站，初復測方位角閉合差、坐標較差、高程差見表1。

3、高程閉合差fh容

高程閉合差fh=58毫米<158毫米，符合《云錫礦山測量技術規定》井下5秒級導線三角高程控制精度要求。

2110-2055m中段導線長2266.8米，共37站，初復測方位角閉合差、坐標較差、高程差見表2。

各項容許閉合差計算同上，經計算導線全長相對閉合差K= ，高程閉合差fh=33毫米，各項限差符合井下5秒級控制導線精度要求。

5.3貫通后導線精度評定

工程貫通后，把中腰線延到通口處量得中線偏差4厘米，腰線偏差7厘米 ，實際貫通偏差小于工程允許貫通偏差。導線進行聯接測量后，導線形式由支導線形成了附合導線，其測量成果見表3。

高程閉合差fh=29毫米<182毫米，符合《云錫礦山測量技術規定》井下5秒級導線三角高程控制精度要求。

可見，采用360°懸掛式棱鏡替代支架棱鏡，其精度可達到井下5秒級控制導線的要求。

6、結束語

360°懸掛式棱鏡在卡房分礦11-8主巷貫通工程中的成功應用，證實了其方法的可靠性和可行性。該測量方法改變了傳統的全站儀“三腳架法”測量模式，占用巷道時間短，減輕了外業勞作強度，減少了作業人員，提高了工作效率，可為礦山企業降低生產成本。

參考文獻

[1]張國良.礦山測量學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006.

[2]邵自修.工程測量[M].北京：冶金工業出版社，1999.