隔爆型全站儀在礦山測量中的應用

張 磊

（晉能控股煤業集團晉華宮礦，山西 大同 037001）

引言

全站儀屬于高精度光學儀器，是礦山測量中主要設備之一，與傳統測量儀器如經緯儀、水準儀相比，全站儀可對角度、距離以及高程進行測量，具有體積小、攜帶方便、測量精度高、測量勞動作業強度小以及自動化水平高等優點，被廣泛應用于礦山測量中；但是在實際井下測量過程中，由于施工環境空間有限、光線昏暗、視線受阻以及操作技術水平、維護水平等影響，全站儀在測量過程中經常出現故障，不僅影響著測量效率，而且降低了測量精度，很容易造成礦山測量安全事故，如大型巷道貫通測量出現故障誤差，很容易與空巷、盲巷貫通，近距離巷道掘進，若出現測量誤差時很容易導致頂板垮落等；所以提高全站儀測量精度，降低設備故障率，對煤礦井下安全高效生產具有重要意義。

1 隔爆型全站儀結構及特點

1.1 全站儀結構組成

目前煤礦企業常用的是徠卡TPS1200 型礦用隔爆型全站儀，礦用全站儀主要分為光學部分、機械部分、電子部分以及補償部分等四部分組成；其中光學部分主要指的是視鏡部分，主要用于觀測；機械部分主要由水平控制裝置和垂直控制裝置兩部分組成；電子部分結構相對復雜，主要由主控制器、儲存裝置、馬達板等部分組成，主控制器是電子部分核心部件，主控制器直接影響著角度、距離、高程測量精度，馬達板主要控制數據輸出、輸入正常運行；補償部分主要分為擺式補償器和液體補償器。

1.2 全站儀結構特點

1）顯示內容豐富：礦用隔爆型全站儀形式內容豐富，可切換多種語言，測量過程中各類數據可直觀通過顯示器顯示，而且儀器在測量過程中一旦出現死機、卡頓現象時，只需重啟系統即可，無需重裝系統。

2）功能齊全：經緯儀或水準儀只可進行距離或高程測量，測量方式相對單一，而全站儀可進行距離、角度以及高程測量，功能齊全，測量時儀器攜帶方面，降低了測量人員勞動作業強度。

3）自動化水平高：相比其他測量儀器，全站儀自動化水平高，測量時操作簡單，測量數據精度高，而且在實際井下測量過程中全站儀對電磁以及高次諧波抗干擾能力強[1]。

4）遠程追蹤控制功能：礦用全站儀內部安裝智能化裝置，可實現超級搜索功能以及對全站儀進行識別、遠程追蹤等功能。

2 礦用全站儀常見故障及處理措施

2.1 導線測距故障原因及處理措施

2.1.1 故障原因

全站儀測距故障主要包括近距離或遠距離都無法測距以及近距離可以測距遠距離無法測距兩種。

1）遠近距離無法測距原因：全站儀在進行測距時利用電子測速儀發出光波，然后根據光波發射至接收時間以及光速從而準確計算出兩點之間距離；但是在實際測量中由于設備故障如開機出錯或內部設定參數丟失，以及受測量環境影響，造成全站儀內部光學元件精密度降低等，導致全站儀無法測距。

2）遠距離無法測距原因：全站儀能近距離測距但是不能遠距離測距時，很可能是全站儀內部二極管老化、設備內部光學元件損壞以及發射軸、照準軸、接收軸出現對準誤差等原因造成的。

2.1.2 故障處理措施

為了避免出現全站儀無法測距現象，在進行井下導線測量前應采用專用的光電同軸調試設備對全站儀測距系統進行準確調試，調試內容主要包括檢測二極管老化現象、視準軸誤差情況等；定期打開全站儀，清理內部光學元件，防止受煤塵、污漬磨損，若光學元件磨損無法進行修復時必須及時進行更換；同時在測量前應對全站儀視準軸、照準軸、豎軸等進行調整，防止軸系誤差。

2.2 測角故障原因及處理措施

2.2.1 測量故障原因

井下全站儀導線測量時出現測角誤差主要原因是儀器軸系誤差產生的，其中軸系誤差主要包括著視準軸、豎軸以及橫軸等誤差超差造成。

1）視準軸超差誤差故障：由于全站儀在安裝時安裝不當或者對中整平不到位，造成視準軸內部照準十字絲偏離了設計中心位置，造成水準軸與水平軸無法相交，從而導致測量結果產生誤差。

2）豎軸誤差超差故障：豎軸誤差超差故障與視準軸超差誤差故障原因相同，都是因儀器安裝不規范造成的，全站儀安裝規范狀態下儀器豎直度盤讀數為90°，當安裝不規范時，儀器豎直度盤指針偏離設計位置，在測量時很容易產生誤差[2-3]。

3）橫軸誤差超差故障：該類故障主要是由于全站儀對中時不到位或者儀器自身缺陷如水平軸直徑不均等原因造成的。

2.2.2 故障處理措施

根據故障原因可知，三軸誤差超差故障主要屬于機械故障，全站儀在使用過程中受環境震動、環境污染、人為操作不當等都會導致此類故障；所以為了避免此類故障，在全站儀井下測量時，必須嚴格安裝測量規范進行儀器安裝、整平以及對中，通過顯示欄定期對儀器相關參數進行調整。

2.3 其他故障及處理措施

1）開機故障：全站儀無法開機主要原因是電池接觸不良、電路損壞以及開關按鍵損壞等，一旦出現儀器開啟故障時首先應檢查電池是否有電以及電池接觸情況，若電池無故障應及時對全站儀內部電路板導電情況進行檢查。

2）制動軸故障：全站儀在調校過程中微動旋鈕出現松脫以及照準鏡轉動軸卡塞等都會造成制動軸故障；一旦全站儀出現制動軸故障后應及時對轉動軸潤滑情況進行檢查，若制動軸出現變形時應及時進行更換。

3 實際應用效果分析

晉能控股煤業集團晉華宮礦305 采區南翼皮帶巷東部為870 水平大巷，南部為301 盤區、西、北部均為實體、巷道為河北7-1 號層305 盤區巷道。巷道設計長度為891 m，巷道斷面規格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進煤層為7-1 號層，煤層平均傾角為5°，煤層平均厚度為2.67 m，含夾矸一層，平均厚度0.66 m，結構簡單。

南翼皮帶巷采用綜合機械化掘進工藝，截止目前巷道已掘進350 m，巷道在前期掘進過程中主要采用隔爆型全站儀進行井下導線測量以及高程測量，巷道每掘進30 m 安裝一組導線點，控制巷道走向以及巷道高程等，由于巷道掘進過程中巷道內布置機械設備數量多、巷道內空間有限以及巷道內粉塵濃度高、風速大，導致全站儀導線測量時故障率高，造成測量精度低，通過實測發現巷道掘進至310 m處時巷道中線偏差達0.7 m；截止2020 年11 月巷道已掘進到位，通過對全站儀常見故障采取合理有效的預防措施后，巷道在后期掘進過程中采用全站儀導線測量時儀器故障率大大降低，導線測量誤差控制在允許范圍內，有效保證了巷道安全快速掘進。

4 結語

全站儀作為精密測量設備，在礦山測量工作中起著重要作用，在礦山測量工作中只有合理分析全站儀常見故障類型，并根據實際情況采取合理有效的預防措施，才能降低全站儀故障率，保證全站儀測量精度，避免因測量設備故障導致測量結果誤差，從而造成礦山測量事故發生。