全站仪在矿山井下测量中的使用

2012-04-02杨卫民

采矿技术 2012年2期

关键词：棱镜全站仪测距

杨卫民

（云南星焰有色金属有限责任公司牟定郝家河铜矿，云南牟定县 675501）

全站仪在矿山井下测量中的使用

杨卫民

（云南星焰有色金属有限责任公司牟定郝家河铜矿，云南牟定县 675501）

使用传统的经纬仪、水准仪进行矿山井下测量，存在测量时间长、工作量大、测量精度低等诸多问题，因而选择使用全站仪进行井下测量。介绍了其基本测量方法和注意事项。通过生产实践证明，使用全站仪可提高测量精度，减轻测量人员的劳动强度，提高工作效率，在矿山井下使用具有明显的优势。

井下测量；全站仪；测量误差

0 前言

井下测量的条件比地面差，井下潮湿、黑暗、空气透视度低。空间狭小设备多，行人和运输繁忙，给测量工作带来了极大的困难。其次，矿山井下测量的对象是各种井巷、采场和采空区等工程，这些对象的空间位置随时间变化，为了将其及时、准确、完整的反映在图上，井下测量就必须贯穿于工程的始终。井下测图的精度不均匀，为了满足不同采矿工程的技术要求，井下测量具有一定的精度。在井下测量中以往使用的都是传统的经纬仪、水准仪、钢尺、罗盘，不但外业测量工作量大、作业时间长，而且内业计算工作量也很大，并且受外界影响因素多，导致测量精度低。全站仪是一种新型的测量仪器，是集光、机、电为一体的高科技测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（平距、斜距、垂距）测量功能于一体的测绘仪器系统，全站仪具有角度测量、距离测量、坐标测量、导线测量、放样测量等多种用途。此外，内设的专用软件其功能还能进一步拓展。它的推广应用，已逐步取代了光学经纬仪加钢尺的传统测量方法，大大提高了我国矿山测量的工作效率和自动化程度。全站仪在井下控制测量中的应用，不但提高了量边精度，水平角精度，而且减小了对中误差引起的最终导线点位误差。同时电子测角彻底改变了光学读数的不足之处，减小了读数误差。

1 仪器的选择

目前市场上的全站仪型号、功能、作用不同，基本上都可以满足矿山测量的要求。目前从测角精度上全站仪大致分为5″、2″、1″级。测角精度越高价格也越高，所以选择能满足矿山工程需求的仪器可以节省投资。矿山井下工作环境一般潮湿、灰尘大，行人和运输繁忙，所以在选择仪器时要看仪器的防水防尘效果及稳定性。目前市场上大多全站仪防水等级为IXP6级，作为矿山井下使用一般要求防水等级在IPX4级以上。矿山井下使用的仪器一般每年都需要由专业的测绘仪器鉴定部门进行鉴定，必须对其各项指标进行检校。全站仪的大气改正可根据井下的温度、气压进行自动改正。但是仪器常数和棱镜常数需要根据使用的棱镜进行设置或测定。如果遇到地表和井下温差过大，那么要将仪器从地表搬到井下放置一段时间，等仪器内部温度和外部温度均衡后再进行测量，以免温差太大造成仪器不稳定，目镜和物镜水汽太大影响测量人员的视线。为安全起见，应对电池提前充电或准备一些充好的备用电池；电池剩余容量显示级别与当前的测量模式有关，在角度测量模式下，电池剩余容量够用，并不能够保证电池在距离模式下也能用。因为距离测量模式耗电高于角度测量模式，当从角度模式转换为距离模式时，由于电池容量不足，有时会中止测距。

2 仪器的架设

2.1 全站仪的对中

矿山井下测量的导线点一般都设置在巷道顶板，因此仪器要在点下对中，这就要求全站仪望远镜上刻有仪器中心，即镜上中心。由于井下风大，最好在镜上中心安装光学对中器，这样既便于点上对中，又可提高对中精度。在井下安装仪器之前，应对两帮和顶板进行检查，处理浮石，以免砸坏仪器和伤及测量人员。由于井下黑暗，且来往人员和车辆多，因此安置仪器后必须有专人看护。矿山井下测量仪器对中时需要借助垂球进行对中。为了减小井下风流使垂球摆动而产生对中误差，一般选用350g的活动尖垂球进行对中。如果没有350g的垂球，那么需要对风流进行遮挡或者关掉风机。

2.2 棱镜对中

全站仪的配套棱镜组都没有上对中点，目前各仪器厂家已经生产出悬挂式360°全反射棱镜，运用到矿山井下测量是非常方便的，它可以直接悬挂到导线点上，对提高测量精度有一定的帮助。如果选用普通棱镜，那么测量人员就需要对棱镜仔细地对中，因为对中误差会对整个测量过程产生非常大的影响。对中结束后将相应的坐标、仪器及棱镜高度输入全站仪。需要注意的是，全站仪瞄准后视点在程序没有确认以前是不能旋转全站仪的，否则所测结果将是错误的。

3 测量

3.1 一般测量

使用全站仪在矿山井下测量时，可提前在内业计算好方位角、距离等数据，到工作面可以直接设置仪器的水平角和垂直角进行测量。在测量过程中全站仪可以直接显示角度和距离，能够更方便准确标定中腰线。在一般测量中，仪器所显示的距离、角度、相对坐标是不存入仪器内存的，测量人员可根据施工需要记录相关数据。

3.2 角度测量

井下测角时，除了在测点下安好仪器外，还要在与测点相邻的前后视点上挂垂球线作为瞄准的标志。由于井下黑暗，必须将矿灯放在垂球线后面照亮垂球线绳。为了减少风流对垂球的影响，可用1～2kg重的大垂球，并将它放在小水桶内或用挡风布挡住。望远镜瞄准时，应尽量瞄准垂球线的上部。瞄准时，应先用望远镜大致瞄准照亮垂球线的灯光后再对光，才容易在视线内找到垂球线。因为井下巷道中灯光很多，为了避免找错目标，常用“灯语”与前后视人员联系。还要用灯光照亮十字丝，才能精确瞄准目标。需注意的是照明光源不能直对全站仪方向，避免光线刺眼使仪器操作者不能准确地寻找测量目标。水平角观测时，为了提高测量精度，常需要观测两个或更多的测回，以减弱度盘分划误差对观测方向值的影响。全站仪里面有内置程序左右角设置，避免来回转换正倒镜，在测角时利用此程序可以消除正倒镜的2次误差。

3.3 距离测量

全站仪的测距原理一般分为脉冲式和相位式，目前大部分仪器采用脉冲式测距。脉冲式测距是利用光波在大气中的传播速度和往返时间进行计算所得，所以在测距时要注意棱镜后面不应有反光镜和其他强光源等干扰，以免影响测量数据。在测距前一定要在仪器内设置棱镜常数，一旦设置了棱镜常数，则关机后该常数仍被保存。不同的仪器配置的棱镜参数是不同的，所以在使用前一定要注意。特别是不同厂家的仪器和棱镜是有区别的。全站仪测距克服了钢尺测量的许多缺点，边长远远超过50 m，减少了测站，提高了测量精度。测量规范要求当巷道掘一段距离时应该布设控制点，但是由于井下受潮湿、能见度、照明等影响比较大，所以在直线巷道中应不大于100m为宜。

3.4 坐标测量

全站仪在井下使用最大的好处就是能够通过内部软件计算直接显示测量坐标。有两种方式：一是普通模式下根据仪器点得到的相对坐标；二是通过设置仪器点坐标和后视方向测量得到的坐标。通过第二种坐标测量可以随时检查施工的准确度，如果发现问题可以立即纠正。现在的全站仪都具有存储功能，可以在内业的时候将已知坐标输入仪器进行存储，作业时就可以在相应菜单调出使用，这样大大缩短了测站的架设时间，提高了工作效率。

3.5 放样测量

使用全站仪进行放样有两种方法：一是利用已知坐标求出方位角和距离放样；二是利用全站仪自身放样程序进行放样。利用第二种放样方法比较快捷简单，在放样过程中仪器还会显示棱镜应该往前往后还是向左向右，并且能够测量出误差结果来提示操作人员。在矿山井下放样中通常会遇到像天井这样的大倾角工程放样，倾角过大会导致仪器无法测量，为了解决这个问题可以给全站仪配置弯管目镜。配置前应该全面了解所用仪器的厂家、型号，以免尺寸有误。