連續設站三角高程測量方法在礦山測量中的應用

梁曉江

（山西焦煤汾礦集團兩渡煤業公司 ，山西 靈石 031300）

礦山井下測量工程對于礦山的開拓、及生產工作都具有重要意義[1～2]。如今，隨著礦山開拓速度的加快，以及生產能力的提升，對井下測量作業的作業速度及精度也有了越來越高的要求，礦山井下采用合適的測量方法，可大大的提高測量作業的質量和速度[3]。本文對連續設站三角高程測量方法在井下的應用進行了研究和探討，在進行了實例驗證。

1 井下作業情況

隨著礦山井下開采的機械化，井下巷道出現了坡度大、距離長等特點，尤其是運輸大巷，回風大巷的長度甚至達到3-5km，由于以上原因，在礦山井下巷道進行高程測量時，無論是開拓巷道，采取巷道，都存在空間有限，需要布設的測站較多，測量作業任務重時間長等缺點，因此在礦山井下進行測量作的方式，亟需改變和優化[4～5]。

2 三角高程測量原理

三角高程測量具有簡單方便，精度高等特點，且隨著一些高精度儀器的出現及測量工具的開發使用，三角高程測量已越來越方便，近年來，人們將全站儀應用到了三角高程測量中，并在礦山井下開發出了防爆型全站儀，所以在礦山測量中全站儀三角高程測量正逐步代替水準測量進行礦山作業。

在礦山井下一般采用單向觀測法進行高程測量作業，其基本原理如圖1所示：

圖1 基本原理圖

其測量基本方法為：將儀器架設至已知點A，量取已知點A至儀器橫軸的垂直距離（儀器高），將覘標B′安置在待測點B，量取待測點B到覘標B′的垂直距離（覘標高），使用儀器測出A、B之間的傾角，其后根據相關公式計算A、B兩點的高差。A、B兩點的高差計算公式如下：

式中：h為A、B兩點的高差；L為A、B兩點間的斜距；α為A、B兩點豎直傾角；i為儀器高度；v為高度。

井下測量作業，由于空間狹小，所以有其獨特的方式，其測點可布置在巷道頂板，也可布置在巷道的底板，按照測點位于頂、底板的不同，井下三角高程測量可以分三種情況分別進行兩點之間的高差計算，以向下測量時為負向上測量時為正。

第一種情況：A、B兩點均在巷道底板時如圖2：

圖2 A B均在巷道底板

A、B兩點間的高差為：

第二種情況A B兩點均在巷道頂板時如圖3：

圖3 A B均在巷道頂板

A、B兩點間的高差為：

第三種情況：A點在巷道頂板（底板）B點在巷道底板（頂板）時，如圖4：

圖4 A在頂板（底板）B在底板（頂板）時

A、B兩點間的高差為：

3 連續設站三角高程測量原理及測量方法

三角高程測量方法雖然近年來在礦山測量中得到了廣泛應用，但其具有架設儀器復雜，讀取數據量多，累積誤差大等缺點，基于以上原因，本文為優化井下測量作業方法，提出采用連續設站的三角高程測量，該方法尤其適用于測量較遠距離的巷道，其基本原理如圖5所示，以測量A、B兩點的高差為例，來說明連續設站三角高程測量的基本操作方法：

1）將棱鏡安置在A點和轉點1處，在這兩點大約中間部位架設測量儀器，對中整平后，測量A點到1點，及儀器安置位置到1點的斜距L和豎直角α，并且用鋼尺量取A點處的棱鏡高度；

2）將A處的棱鏡移動到2點的位置，1點保持不變，在2點和1點之間取適當的位置儀2點，架設儀器，對中整平后進行觀測，分別觀測儀器架設點至1點，及儀器架設點至2點的斜距L和豎直角α；

3）按照以上方法，逐漸在合理的位置架設儀器，直至觀測至B點，之后需量取B點棱鏡高度。

圖5 連續設站三角高程測量

如共需要設n站進行觀測；則A-B兩點之間高差即為：

采用連續設站三角高程測量時，不需要進行儀器對中，這對于場地復雜的巷道來說可極大的提高測量效率，同時，只需讀取起始點A和終止點B的棱鏡高度，減少了儀器誤差對測量的影響。

4 測量誤差

在礦山井下采用連續設站三角高程測量方法時，為提高測量精度，減小測量誤差，除了采用合適的儀器及方法準確讀取各項數據外，還需要注意：

1）嚴格按照相關規范記錄數據，各項限差應符合《煤礦測量規程》中的要求；

2）在轉點處安設棱鏡時，應使其高度盡量一致，或者直接在地板上安置棱鏡，以方便計算轉點處的數據；

3）應合理設置儀器位置，后視、前視距離大致相等，且盡量長一些，以減少測站數；

4）連續測站三角高程測量方法，不適用在需要測出每個點位的高程的一般導線測量作業中，因此應根據具體情況選用該測量方法；

5）在測量A、B兩點的儀器高度時，要嚴格按照相關測量規程中要求的方法量取；

6）在測量作業中，要保證已經安設好的棱鏡，選好的點位不變更位置和高度，以免造成大誤差；

7）可采用變更儀器高度法，來消除一些系統誤差。

5 工程實例

如圖6所示，在山西焦煤汾礦集團兩渡煤業有限公司，進行西六回風下山貫通工程測量時，西六回風下山長1.8 km；水平大巷(圖中粗線)有+450、+300、+150總長6.3 km,本次作業，距離長，任務重，數據量大，經過初步分析，采用一臺Nikon-DTM-352C防爆型全站儀（測距精度為）、2個配套的腳架及棱鏡，及一些其他相關設備，進行連續設站三角高程測量作業。該工程于2017年3月，實現貫通,該貫通實測貫通誤差：平面±0.024 m;高程±0.100m。

圖6 西六回風下山貫通示意圖

本次貫通工程總距離為13 km，經過分析現場實際情況，其中6.8 km采用連續設站三角高程測量，在本次測量作業中，近7000m的連續設站三角高程測量路線，不到6小時就測量完成，與普通三角測量相比具有明顯的優勢，首先作業時間大幅縮短，效率極高，其次測量誤差也被控制在規范要求的范圍之內，該巷道貫通后，整體平順，未出現錯臺，最終的閉合差為100mm，完全符合要求，本次測量作業取得了較好的效果。

6 結 論

1）經過多次實踐，由于礦山井下巷道起伏度較大，且空間范圍狹小，架設儀器不方便，基于以上原因，本文對三角高程測量的基本原理進行了初步探討，并提出了在礦山井下采用連續設站三角高程測量的作業方法。

2）在進行連續設站三角高程測量時，也應注意數據的讀取和測量方法的標準正確性，嚴格按照相關規范進行操作，避免造成不必要的測量誤差。

3）使用連續設站三角高程測量方法成功進行了一次井下測量，測量結果表明，使用該方法可節省作業時間、減少測量誤差，提高測量效率。