全站仪交会投点在井下测量中的应用

成 磊，梁 征，武慧亮，陈海华

(西山煤电股份有限公司 马兰矿，山西 太原 030205)



全站仪交会投点在井下测量中的应用

成 磊，梁 征，武慧亮，陈海华

(西山煤电股份有限公司 马兰矿，山西 太原 030205)

从井下基本控制点遇到遮挡或风流过大，无法使用垂球点下精确对中的困难情况考虑，提出全站仪交会投点及重新布设控制点再次进行测量两种解决方案。探讨使用两台全站仪交会投点特殊测量方法将顶板控制点平面位置投影至巷道底板预埋桩上或全站仪镜上中心进行观测的可行性适用性，并结合矿井工作实践进行点位精度对比分析。得出采用全站仪交会投点提高了工作效率，减轻了测量劳动强度，提高了矿井基本控制测量导线精度。

全站仪；交会投点；控制点遮挡；对中；特殊测量

井下基本控制导线是井下平面测量的基础，是测量和标定井下巷道、硐室、回采工作面等平面位置的基础，同时满足大型贯通测量要求。其如果出现错误或精度难以保障，将会给矿井带来巨大损失。伴随矿井发展，时常会遇到控制导线点被风水管路等物遮挡情况发生，此时导线的连续性受到破坏，控制导线的进一步延伸发展可能受限。传统解决办法是重新布设控制点，再次进行基本控制测量。其存在工作量较大、影响生产运输、条件不具备，非同一次测量，系统不稳定，精度受限等困难。

全站仪交会投点法是一种精度可靠，操作简单的特殊测量方法。通过在控制点附近架设两台全站仪，使用交会法将受影响的顶板控制点平面位置投影到巷道底板预埋桩上，在测点上进行全站仪对中观测。该方法不影响测量精度，不改变点位，减少工作量，提高工作效率。

1 全站仪交会投点原理

通过立体几何可知垂直于同一水平面的两个平面的交线同样垂直于该水平面，平距相等且交点唯一。全站仪严格整平后望远镜瞄准控制点，视准轴可给出垂直面及水平面，两台仪器视准轴十字丝所形成的平面交线即为控制点不同高程位置的平面点位。控制点A被风水管所遮挡，无法使用线绳铅垂悬挂垂球进行点下对中测量作业，见图1. 全站仪交会投点法在C点处全站仪整平后瞄准控制点A，形成竖直面ABC；D点处全站仪瞄准控制点A形成竖直面ABD.因全站仪整平后形成水平面，固ABD与ABC两平面均垂直于水平面。两平面相交于直线AB，可推得直线AB亦垂直于水平面HIJK.由此可推出直线AB是一条垂直于水平面的铅垂线。依据此结论，两台全站仪视准轴十字丝交点永远位于直线AB上。其交点B即可看作控制点A在巷道底板或全站仪镜上中心的投影平面位置。此时将交点固定于预制好的水泥桩或木桩点上，重复放样直至测点标志中心与十字丝交点重合一致。

图1 全站仪交会投点原理图

假如需传递或检核高程，可通过两台全站仪分别观测顶板控制点标志中心倾角δ1和δ3，同时观测所投影点的平距HDAE以及HDAF以及倾角δ2和δ4，通过公式推得投点的底板高程，全站仪交会投点高差计算公式见式(1)：

(1)

2 应用实例

矿井运输斜井下部落平控制点4被风水管遮挡致使线绳不能铅垂悬挂，无法使用垂球进行点下对中测量工作，见图2. 为解决上述问题，特制定两种测量方案。第一种方案：全站仪交会投点。投影后直接架站测量；第二种方案(传统解决方案)：重新布设控制点重复测量。

2.1 第一种测量方案

1) 在距4号控制导线点5m附近架设两台全站仪，确保望远镜不被水平度盘遮挡可以精确瞄准控制点时严格整平仪器，交会角度选取90°(为提高交会投点的精度，交会角度不应小于30°且不应大于150°).

2) 两台全站仪同时瞄准4号控制点标志中心

(线绳出口)，置盘水平角度为0°00′00″(假如需传递或检核高程，可通过两台全站仪观测倾角以及平距)。

3) 拨动望远镜，调节垂直螺旋将十字丝或激光调于巷道底板B位置，在对应位置钉入可靠木桩(务必确保木桩牢固稳定)。假如设备数量足够，可以使用两台全站仪直接交会出第三台观测全站仪的镜上中心，消除定钉及对中的误差)。

4) 为提高交会投点精度，在两台全站仪视准轴木桩交点位置上钉入锯有十字丝的测钉。

5) 依据两台全站仪正倒镜视准轴交会中心位置进行精确调整，反复调校直至测钉十字中心与两台全站仪视准轴交点位置完全一致。

6) 此时测钉十字中心恰位于两台全站仪视准轴竖丝交线位置，即测点交会投影至巷道底板点完成。

7) 在此测钉十字中心上架设全站仪反复进行整平对中，合格后进行观测。

8) 架站测量完成后，可使用一台全站仪不同地点架设，进行重复投点检查测量过程中底板测钉中心是否有位移。

2.2 第二种测量方案

1) 首先在原控制点4附近使用钻机重新打眼，在顶板重新埋设铜棒基本控制点。

2) 待水泥凝固测点稳定后再进行测量。

3) 测量顺序如下：自地面控制点近井点2架站进行检查角测量→近井点3→落底点4→5→6→7.

4) 至此测量外业工作完成，进行内业计算检核。由于是矿井的首级控制边长需加入高斯投影及海平面两改正数。

对两种方案的测量情况进行对比，见表1.

表1 两种方案测量情况对比表

通过表1可以得出，全站仪交会投点减少了占用井筒影响生产运输的时间，提高了工作效率，减轻了测量劳动强度，在没有重新埋设新点、不重新内业计算、不改变既有测量导线系统的情况下实现导线的延伸发展。

3 误差分析

综合考虑现今仪器轴系加工水平、检校能力以及测量方法正倒镜的抵消，只要采用检定合格的全站仪，mi与mv对交会投点的精度影响甚微，基本上可以忽略。井下垂球对中方法的线量误差一般为1.2～1.5 mm，光学对中的线量偏差一般为0.8～1.0 mm，交会投点的对中误差me要优于垂球对中精度。

通过在地面及井下固定点多次投点试验得出，全站仪交会投点精度完全能够满足井下基本控制导线的测量精度要求。

4 结束语

使用类似地面铅垂竖立国旗杆的原理衍变为全站仪交会投影井下控制点，解决控制点被风水管路等遮挡线绳无法铅垂悬挂，无法进行垂球对中而又不想重新布设控制点的井下测量实际困难。在风流速度过大，挡风措施难以有效保证垂球对中精度的情况下采用全站仪交会投点可提高矿井基本控制测量导线精度。

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Application of Total Station Point of Intersection in Underground Survey

CHENG Lei, LIANG Zheng, WU Huiliang, CHEN Haihua

Underground basic control points often encounter the case of occlusion or air flow is too large, can not use the plummet method for precise centring. The paper presents two solutions as the total station intersection point positioning and the re-deployment of control points for the re-measurement. The paper discusses the feasibility and applicability of using the two sets of total station to project the intersection point of the roof on the floor, or observe directly on the screen of the device, and conducting comparison job based on the practical condition of the coal mine. This paper discusses the feasibility of using the two stations to plan the intersection of the roof control point and the center of the roadway on the floor of the roadway or the total station, and combine with the mine work practice. Precision contrast analysis. The using of the total station system increases the working efficiency, reduces the labor intensity, and improve the accuracy of the basic control point.

Total station; Intersection cultellation; Control point cover; Centring; Special measurement

2017-02-01

成 磊(1983—)，男，山西古县人，2007年毕业于太原理工大学阳泉学院，工程师，主要从事矿山测量工作

(E-mail)357577017@qq.com

TD178

B

1672-0652(2017)03-0035-03