連續(xù)設(shè)站三角高程測量方法在礦山測量中的應(yīng)用

梁曉江

（山西焦煤汾礦集團(tuán)兩渡煤業(yè)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(chǎn)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(chǎn)能力的提升，對井下測量作業(yè)的作業(yè)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(yè)的質(zhì)量和速度[3]。本文對連續(xù)設(shè)站三角高程測量方法在井下的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討，在進(jìn)行了實例驗證。

1 井下作業(yè)情況

隨著礦山井下開采的機(jī)械化，井下巷道出現(xiàn)了坡度大、距離長等特點，尤其是運輸大巷，回風(fēng)大巷的長度甚至達(dá)到3-5km，由于以上原因，在礦山井下巷道進(jìn)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(shè)的測站較多，測量作業(yè)任務(wù)重時間長等缺點，因此在礦山井下進(jìn)行測量作的方式，亟需改變和優(yōu)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(xiàn)及測量工具的開發(fā)使用，三角高程測量已越來越方便，近年來，人們將全站儀應(yīng)用到了三角高程測量中，并在礦山井下開發(fā)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(zhǔn)測量進(jìn)行礦山作業(yè)。

在礦山井下一般采用單向觀測法進(jìn)行高程測量作業(yè)，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(shè)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(biāo)B′安置在待測點B，量取待測點B到覘標(biāo)B′的垂直距離（覘標(biāo)高），使用儀器測出A、B之間的傾角，其后根據(jù)相關(guān)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(yè)，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(jìn)行兩點之間的高差計算，以向下測量時為負(fù)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(xù)設(shè)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(yīng)用，但其具有架設(shè)儀器復(fù)雜，讀取數(shù)據(jù)量多，累積誤差大等缺點，基于以上原因，本文為優(yōu)化井下測量作業(yè)方法，提出采用連續(xù)設(shè)站的三角高程測量，該方法尤其適用于測量較遠(yuǎn)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(xù)設(shè)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(zhuǎn)點1處，在這兩點大約中間部位架設(shè)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(dāng)?shù)奈恢脙x2點，架設(shè)儀器，對中整平后進(jìn)行觀測，分別觀測儀器架設(shè)點至1點，及儀器架設(shè)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(shè)儀器，直至觀測至B點，之后需量取B點棱鏡高度。

圖5 連續(xù)設(shè)站三角高程測量

如共需要設(shè)n站進(jìn)行觀測；則A-B兩點之間高差即為：

采用連續(xù)設(shè)站三角高程測量時，不需要進(jìn)行儀器對中，這對于場地復(fù)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(xù)設(shè)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(zhǔn)確讀取各項數(shù)據(jù)外，還需要注意：

1）嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范記錄數(shù)據(jù)，各項限差應(yīng)符合《煤礦測量規(guī)程》中的要求；

2）在轉(zhuǎn)點處安設(shè)棱鏡時，應(yīng)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(zhuǎn)點處的數(shù)據(jù)；

3）應(yīng)合理設(shè)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(shù)；

4）連續(xù)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(dǎo)線測量作業(yè)中，因此應(yīng)根據(jù)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(yán)格按照相關(guān)測量規(guī)程中要求的方法量取；

6）在測量作業(yè)中，要保證已經(jīng)安設(shè)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(tǒng)誤差。

5 工程實例

如圖6所示，在山西焦煤汾礦集團(tuán)兩渡煤業(yè)有限公司，進(jìn)行西六回風(fēng)下山貫通工程測量時，西六回風(fēng)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(yè)，距離長，任務(wù)重，數(shù)據(jù)量大，經(jīng)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(guān)設(shè)備，進(jìn)行連續(xù)設(shè)站三角高程測量作業(yè)。該工程于2017年3月，實現(xiàn)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(fēng)下山貫通示意圖

本次貫通工程總距離為13 km，經(jīng)過分析現(xiàn)場實際情況，其中6.8 km采用連續(xù)設(shè)站三角高程測量，在本次測量作業(yè)中，近7000m的連續(xù)設(shè)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(yōu)勢，首先作業(yè)時間大幅縮短，效率極高，其次測量誤差也被控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，該巷道貫通后，整體平順，未出現(xiàn)錯臺，最終的閉合差為100mm，完全符合要求，本次測量作業(yè)取得了較好的效果。

6 結(jié) 論

1）經(jīng)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(shè)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(jìn)行了初步探討，并提出了在礦山井下采用連續(xù)設(shè)站三角高程測量的作業(yè)方法。

2）在進(jìn)行連續(xù)設(shè)站三角高程測量時，也應(yīng)注意數(shù)據(jù)的讀取和測量方法的標(biāo)準(zhǔn)正確性，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，避免造成不必要的測量誤差。

3）使用連續(xù)設(shè)站三角高程測量方法成功進(jìn)行了一次井下測量，測量結(jié)果表明，使用該方法可節(jié)省作業(yè)時間、減少測量誤差，提高測量效率。