某钨矿斜坡道中高程法标定腰线的全站仪应用

钟晓阳

（江西铁山垅钨业有限公司，江西 于都 342307）

0引言

某钨矿区429 m标高以上因资源枯竭已关闭，为确保矿山持续高产稳定和延长矿山服务年限，搞好矿山生产的正常衔接，429 m标高以下采用斜井、平硐开拓。

429～345中段副斜井贯通工程于2005年9月开始施工，设计429 m中段标高434.547 m至深部345 m中段标高350.618 m，副斜井工程量200 m，巷道断面7.6 m2，副斜井倾角25°，由于巷道坡度陡，断面大，给测量工作中腰线标定带来了一定的难度。以往采用经纬仪伪倾角标定腰线，因其测量精度较低，已满足不了矿山生产需求，随着测量技术的高速发展，全站仪现已普遍应用于矿山控制测量、地形测量及工程测量中[1]。利用其精确测距、测高程的优势[2]，结合利用中线点标定腰线和伪倾角标定腰线原理，在对斜坡道两帮标定腰线点进行测量时，通过对斜坡道平面及剖面进行公式推导，然后用高程法计算出各标定点与腰线之间的高差，最后准确标定出各腰线点。

1 斜坡道腰线的现场标定

1.1 标定前的准备工作

（1）在斜坡道采用全站仪对向三角高程测量方法按I级水准高程的标准做好导线点的高程测量，并采用往返两次水准高程测量，进行检测校正。

（2）准确了解施工现场的情况，尽量使全站仪架设的导线点离标定点的距离处在比较适合的位置，一般远以10 m为最佳，近不小于2 m，既要看清三菱镜刻划线，又要在仪器有效视线之内。

（3）按腰线标定要求，准备齐全所用工具和资料。

（4）对参加测量人员的进行工作技术交底，对工作人员进行简单分工和交代工作责任及工作要点。

1.2 斜坡道腰线的现场标定步骤

（1）斜坡道平面投影如图1所示，在导线点A（同时是中线点）架设全站仪，可用2 m钢卷尺在导线点A直接向下量取仪器高i。

图1 斜坡道平面投影

（2）计算出仪器高与架设全站仪导线点的所需腰线高度的差值d。

（3）照准中线点O的方向，将全站仪水平角置零。

（4）将三菱镜安置在两帮标定点上，量取棱镜高t镜，然后观测斜坡道两帮标定点1，2，3……的水平角β及高差h、平距L（两帮各3个点为一组腰线）。

（5）按计算出来的各点与腰线的差值di，用2 m钢卷尺统一向上或向下量差值di定出点1，2，3……腰线点即可。

（6）将标定完毕的点上挂上线绳，拉紧，用红油漆画出斜坡道两帮的腰线。

2 标定腰线的计算公式

2.1 中线平距的计算公式

如图1所示，式中D为标定点1在中线投影点1′与观测点A的平距，L为观测点A到标定点1的距离，β为中线与A1的水平夹角，用全站仪测得。

2.2 设站点与标定点的腰线高差理论值计算公式

斜坡道纵剖面图如图2所示。

图2 斜坡道纵剖面图

式中：h理为设站点A与标定点1的腰线高差理论值（竖直角为俯角时h理为负值，竖直角为仰角时h理为正值），α为斜坡道的坡度倾斜角。

2.3 标定点的高程计算公式

式中：H1为标定点的高程，HA为设站点的高程，i为仪器高（点下对中i为负值，点上对中i为正值），h测为标定点与全站仪的高差（竖直角为俯角时h测为负值，竖直角为仰角时h测为正值），t镜为棱镜高。

2.4 标定点腰线的高程计算公式

式中：H1腰为标定点腰线的高程，dA为仪器高与设站点A的所需腰线高度的差值，当腰线比仪器站低，则减dA；当腰线比仪器站高，则加dA。

2.5 标定点与腰线的差值d1计算公式

式中：d1为标定点与腰线的差值，当d1为正值时，则从标定点向下量取d1为腰线点，当d1为负值时，则从标定点向上量取d1为腰线点。

3 全站仪在斜坡道标定腰线的检查方法

标定腰线现场检查至关重要，因为这是测量工作性质决定的。凡是从事测量工作，在任何环节的操作都至关重要，测量上的一点点误差都会给企业和工程造成不可挽回的损失，为了避免测量事故的发生，设定了腰线的现场标定检查方法和要求[3]。

（1）视平法。将标定完毕的点上挂上线绳，拉紧，仔细查看标定的3个点是否处在同一面上，不得出现视觉上的明显差异。

（2）高差计算法。用水准仪或全站仪水平观测两腰线高差，按设计坡度或倾角计算两腰线的高差不超过设计值±7 mm。

（3）高程测定法。用水准仪或全站仪水平观测4个腰线点高程和坐标，查看是否在设计腰线的高程面上，最大误差±3 mm。

4 传统斜坡道腰线标定方法

4.1 半圆仪标定斜坡道腰线

半圆仪标定斜坡道腰线如图3所示，1点为新开斜坡道的起点。在1点系上测绳，沿巷道同侧拉向掘进方向，在帮上选定一点2，拉直测绳，悬挂半圆仪，上下移动测绳，使半圆仪的读数等于巷道的设计倾角δ，此时固定2点，连接1、2点，用油漆在巷道帮上画出腰线[4]。

图3 半圆仪标定斜坡道腰线

4.2 利用中线点标定斜坡道腰线

利用中线点标定斜坡道腰线如图4所示。

（1）在中线点1安置经纬仪，使竖盘读数为巷道的设计倾角δ，此时的望远镜视线方向与腰线平行。然后瞄准掘进方向以标定的中线点2、3、4的垂球线，分别做临时记号。

（2）由式（6）计算K值

图4 利用中线点标定斜坡道腰线

式中：H1为1点的高程；H1′为1点处轨面设计高程；i为仪器高；h为轨面到腰线点的铅垂距离。

（3） 由中线点上的记号 2′、3′、4′分别向下量 K值，得到的 2″、3″、4″即为所求的腰线点。

4.3 用伪倾角标定斜坡道腰线

伪倾角与真倾角的关系：

式中：β为中线点及原腰线点之间的水平夹角，该角用经纬仪测得；δ为设计巷道的真倾角。

利用伪倾角标定腰线如图5所示，方法如下[3]：

（1）在B点安置仪器，测出B点至中线点A及原腰线点1之间的水平夹角β1，如图5（b）所示。

（2）根据水平夹角 β1和真倾角 δ，按式（7）计算的伪倾角 δ′。

（3）瞄准1点，固定水平度盘，上下移动望远镜，使竖盘读数为δ′，在巷道帮上做记号1′，用小钢卷尺量出1′到腰线点1的铅垂距离K，如图5（a）所示。

（4）转动照准部，瞄准新设的中线点C，然后松开照准部瞄准在巷道帮上拟设腰线点处，测出β2角，如图 5（b）所示。

（5）根据水平角 β2和真倾角 δ2，计算得伪倾角 δ2′。

（6）用望远镜照准拟设腰线处，并使竖盘读数为δ2′，在巷道帮上做记号 2′，用小钢卷尺从 2′向上量出距离K，即得到新标定的腰线点2。

（7）用测绳连接1、2两点，用油漆沿测绳画出腰线。

图6 利用伪倾角标定腰线

5 全站仪高程法标定腰线与传统标定腰线方法之比较

根据斜坡巷道的性质和用途不同，腰线的标定方法可采用不同的仪器和方法，故对全站仪高程法斜坡道标定腰线与传统腰线标定方法进行了比较。

（1）对于新开的巷道，开口子时可以用半圆仪标定腰线，但由于其精度较低，巷道掘进4～8 m后，必须按要求用相应的仪器重新标定腰线。

（2）水准仪标定腰线主要用于倾角小于8°的主要巷道，而斜坡道倾角一般大于8°，用其标定腰线的话，因需要摆的站数较多，造成精度较低，所以水准仪不适用于斜坡道标定腰线。

（3）利用中线点标定腰线的方法，虽然操作简单易行，但有多方面的因素造成其精度较低。一是该方法利用中线点垂球线做临时记号比较容易出现误差，甚至是出现粗差；二是用半圆仪分别从腰线点拉一条垂直中线的水平线到两帮，把中线上的腰线点转设到两帮上，半圆仪本身测量精度较低，也很难做到这条水平线与中线垂直。

（4）用伪倾角标定斜坡道腰线的方法是最常用，也是精度相对较高的一种测量方法，但也有其不足的方面。一是该方法利用原腰线点作为计算铅垂距离K的起算依据，而腰线点的测量精度一般是较低的，容易造成后标定腰线点的系统误差；二是用伪倾角标定斜坡道腰线的方法必须以竖盘读数的精度来保证标定腰线点的精度，而矿山井下测量用的经纬仪往往竖盘读数的精度最没有保证。

（5）全站仪高程法斜坡道标定腰线的方法，其原理是利用全站仪高精度测距、测高程的特点，再结合利用中线点标定腰线与用伪倾角标定斜坡道腰线的方法于一体。其优点首先起算数据由于是经全站仪对向三角高程测量方法按I级水准高程的标准做好导线点的高程测量，并采用往返两次水准高程测量进行检测校正，所以精度远高于用伪倾角标定斜坡道腰线时起算数据所采用的原腰线点精度；其次标定的腰线点只作为这一次指导掘进用，下次起始数据还是用按I级水准高程的标准进行高程测量的导线点，所以避免了系统误差；其三可以在斜坡道两帮任意标定点，不会因为两帮凹凸不平而留死角，具有精度高、用时短、操作简单易行的最大特点。

6 结束语

在某钨矿区429～345中段副斜井贯通工程施工中，斜坡道用全站仪对向三角高程测量传递高程，并用水准仪进行检测，腰线则全部采用全站仪高程法标定。2006年1月该副斜井工程顺利贯通后，现场实测腰线误差仅35 mm，其精度符合测量规范要求，充分说明了运用全站仪高程法标定腰线精度高、用时短、方便可行。对倾斜巷道施工掘进来说，用全站仪高程法标定腰线在巷道两帮上，在使用上非常便利，用全站仪标定比水准仪和经纬仪标定更为方便，更为准确，所以该方法值得推广使用。

[1] 陈 峰．三角高程测量替代水准测量初探[J].铁道勘测与设计，2006，（6）：45-46.

[2] 勒海亮，赵长胜，韩奎峰.全站仪三角高程替代四等水准测量精度分析[J].辽宁工程技术大学学报，2004，（5）：606-608.

[3] 宋和清.伪倾角标定腰线在锡铁山铅锌矿斜坡道工程中的应用[J].采矿技术，2006，（4）：97.

[4] 李永智．巷道腰线的标定[J]．中国锰业，2009，（1）：49-51.