免棱鏡全站儀在井下采空區測量的應用

冷 冰

（赤峰柴胡欄子黃金礦業有限公司，內蒙古 赤峰 024039）

礦山開采的過程中，測量是涉及全程工作的。礦山的測量學是集測量、地質和開采為一體的綜合性學科，從而研究礦山生產過程中的一系列問題，當前我國的采礦業在不斷的發展，測量儀器也與時俱進的不斷更新。在礦山的開采過程中，設備的應用加快了采礦業的步伐，對于井下采空區的管理和測量也提出了更高的要求，需要準確的掌握采空區的高度以及位置，這樣才能夠為后續工作提供準確的數據資料，保證礦山開采的有序進行。

1 免棱鏡全站儀的測量原理及特征

免棱鏡全站儀是一種無棱鏡測量距離的技術，具有脈沖和相位兩種測量方法。其中，脈沖式的測量距離比較遠，通過發射和接收的信號時間間隔為依據來計算出目標物的距離，將多次測評結果進行平均，從而得到測量的最終結果，而相位式的測量準確度會更高一些，利用不同頻率的信號對載波信號進行調整，通過發射和接收信號的相位差值來進行測量，最后利用公式計算出目標物間的距離。

免棱鏡全站儀有很多的優勢，第一在一定的測量范圍內，如果目標物符合使用免棱鏡測量的條件，免棱鏡全站儀就能夠實現單機測量的模式，并且在測量人員很難達到的位置，比如懸崖峭壁等地進行數據的測量。第二保證了測量人員的人身安全，提高了測量的準確度和效率。第三免棱鏡全站儀的測量高程能夠體現出施工結束后的精準度，其測量的速度是普通全站儀的十倍之多，大大的提高了效率，減少了整個工程的時間成本。

2 免棱鏡全站儀的使用條件

首先免棱鏡全站儀適用于視野良好、反射介質高的地方，如果反射介質較暗或者習慣性太強，那么其反射條件必然不好，會降低反射程度，因此不適合免棱鏡全站儀的使用。其次免棱鏡全站儀是以無棱鏡測量技術為基礎的，無棱鏡測量技術適用于反射面裸露在外的測量進行高程測量，比如巖石、房屋、礦業的采空區等視線可及的地面物，并不適合在叢林分布密集的視野不開闊地區測量。最后免棱鏡測量的過程需要避免激光的直射，因為激光直射會造成儀器的損傷，從而降低了儀器的使用壽命。隨著科學技術的不斷發展，礦山開采的測量儀器也在不斷的發展，免棱鏡全站儀的穩定性更好，適應性更強，防爆能力更高，與傳統的全站儀相比，不需要使用反射棱鏡就能夠完成所有的測量工作，其強大的性能得到了進一步的發展。在礦區的測量、井下采空區的控制、通道的局部測量方面都可以應用，既能夠節省測量的時間，又可以降低測量工人的工作強度，同時也大幅度提高了礦山開采作業的效率。免棱鏡全站儀的出現，能夠最大限度的控制誤差以及提升測量的準確度。

3 免棱鏡全站儀在井下采空區的測量方法

在礦山開采過程中，首先要對井下采空區進行重點的排查，從而掌握實際的生產情況。由于每個礦山的經營方式有所差異，各個礦山之間的井口也是相對獨立的，即使有統一的管理制度，但是每個礦山的實際情況不同，采取的都是分開管理，屬于不同的礦業主。整個礦山的進口不知一個，而井下開采更是秩序混亂，從而會造成很多的安全隱患，而且整個開采場地沒有一個合理的整體設計，原先的井下采空區測量數據嚴重缺失，各個采礦商之間的關系也沒有人能夠給予正確的答案，這就會經常發生兩個采礦區域的分歧。由于采礦場所相對狹窄，周邊的空區也有很大的影響，因此一定要做好礦區頂板巖石的加牢加固，這樣才能夠保障整個開采過程的安全性。為了保證采礦順利進行，就需要對礦區的采高度進行定期的測量，保證礦區人行通天井和貫通位置符合標準，地質人員可以根據礦區實際測量的數據進行井下地質的編輯和錄入，從而在保證測量數據的精準度之外，掌握整個礦山的整體分布情況。

傳統的礦區測量采用的是極坐標法，從運輸通道的測量點通過羅盤和皮尺來檢測出前進的方向角度和距離，逐步從天井延伸到礦區中的各個方向，直到測量出礦區橫縱兩個方向的位置和距離，根據已有的基礎導線來測量出礦區的所有數據，并投影出來。這種方法能夠測量出采空區的現狀圖，需要強調的是采空區的測量人員一定要按照基礎導線走遍整個采空區，否則不安全因素就會增加。頂板巖石與采礦區內礦地高度不一致，而每次放礦時的工人操作并沒有完全按照規定進行，因此其中會存在不少的存放問題。這是威脅測量人員人身安全最重要的兩個風險，因此必須要創新測量方法，避免或減少礦業開采過程中產生的一系列危險。

利用免棱鏡全站儀，在測量室發射出紅外線光束，形成一個小的斑點，再根據這個斑點進行瞄準測量，通過全站儀都能夠讀出測試點的坐標。在運輸通道內，測出天井口臨時控制點的坐標，將儀器放置在這個控制點上，利用免棱鏡全站儀進行瞄準，找到控制點進行定向，將天井與通道連成一線直到采空區的防線線出現。利用免棱鏡全站儀來找準兩個控制點間的坐標，因為天井都有斜波，而角度通常接近直角，從而仰角會大于測量點的距離，這樣是無法得到測量數據的，在兩個坐標同時按下，此時儀器上會有一條紅外線光束，可以調整下測量的精準度，在全站儀中讀出到數據。如果全站儀中配備了彎管目鏡，就能夠直接通過這一目鏡而非紅外線光束來進行另外兩點的測量，如果天井的角度比較直，可以采用這種方法向礦區傳遞測量的數據，在測量之前一定要保持屋內的視野很好。

測量好控制點后，就需要對礦區周圍的環境和頂板進行測量了。在已經測量好的其中一個點上放置測量儀器，將兩個點連接成線后進行方向的定論。按照地形和地質的測量程序設置測量點、后視點的坐標以及儀器的高度，將棱鏡高度設置為0，這樣才能夠開始采集新的數據。采集數據時要對礦區周圍的環境進行數據的收集，按照一定的順序進行排列，采集數據點的距離要固定，而對于相對復雜的礦區需要在圖紙中標記出來，這樣便于后期成圖后的連接。邊界輪廓的測量完成后，需要對礦區的頂板進行測量，測量的距離也是固定的，一定要做到不遺漏和不重復。

通過公式計算出實際測量點的數據后，將其傳輸到計算機中，利用畫圖軟件將坐標點以及礦區的實際測量數據以電子版的形式呈現出來，再與草圖進行對正，從而保證數據的精準度。

如果天井有一定的弧度，則測試的結果會發生反轉，導致天井的彎曲，隨著礦區不斷的挖掘，這就需要重新測量礦區更高一層的平面圖數據。而天井頂部與底部是不同直接看到的，而放置儀器又不方便，只能通過人工的測量，用皮尺和羅盤測量出控制點的方位和距離等。通過數據的傳遞，在礦區中選擇一個制高點，作為礦區的測量點，后面的測量工作都在這個區域進行。

在礦山的采空區進行測量，其精準度的誤差要控制在十秒左右。由于礦區的長度在60m附近，距離不是太長，測量礦區角度產生的誤差值可以適當的放寬條件。目前的全站儀測量精度是非常高的，測量角度的誤差也僅僅有1秒左右，距離控制在了毫米以內。使用全站儀來測量出礦區的方位角度、距離等，通過采集礦區附近的步伐距離等就能夠達到測量的要求。使用傳統的羅盤儀和皮尺測量時，磁偏角和天井之間的鐵梯不可避免，這就導致了測量數據的偏差，這時可以在運輸的通道中的控制點進行測量磁偏角度和實際角度，將兩者進行比較，可以計算出此處的此片角度，要求測量次數要多，這樣才能夠更精確。

4 結語

實踐證明，我國礦業的發展越來越好，科技的進步催生了一系列新型的測量儀器，其中以免棱鏡全站儀為代表。免棱鏡全站儀在井下采空區的測量不僅保證了測量的準確度，更重要的是保證了礦山開采過程中的安全性，取得了經濟效益的同時，也實現了社會效益。