浅谈360°悬挂式棱镜在井下控制测量中的应用

2018-01-07白福有

科学与技术 2018年6期

白福有

摘要：井下全站仪导线常用三架法，携带的测量仪器用具多，所需人员多，降低了测量工作效率。采用360°悬挂式棱镜可以改变三架法测量模式，减轻外业劳作强度，提高工作效率。文章介绍了悬挂棱镜在卡房分矿11-8主巷贯通测量中的应用，并对其控制精度进行评定。

关键词：全站仪；360°悬挂式棱镜；井下导线控制测量

1、前言

随着时代的进步，全站仪逐步应用于井下测量中。它集电子测角、光电测距、微机处理为一体，简化了测量步骤，縮短了测量时间。与经纬仪导线比较，具有操作简单，功能完备，测角、测距精度高，速度快等优点，备受矿山测量人员的青睐。但在进行控制导线测量时携带用具多，增加了作业人员，降低了测量工作效率。为了减轻测量人员的外业工作强度，提高井下测量工作效率，通过对全站仪导线测量方法进行分析，提出在前、后视点上拴悬挂棱镜替代三架法的测量方法，并对其控制精度进行分析。全站仪配合悬挂棱镜的测量方法在卡房分矿11-8主巷贯通工程中得到了实践和应用，该工程的准确贯通证实了采用此种测量方法进行控制导线测量，其精度是可行的。

2、常规全站仪导线测量方法

在井下使用全站仪进行控制导线测量时，要对倾角和距离进行对向观测，常用三架法进行导线测量。如图1所示：

2.1 三架法

在前视点和后视点上都架设棱镜，全站仪架设于测站点进行控制导线测量的作业方法，称为三架法。后视镜站跟随测站搬家全部移动至新的前视点上，测站和前视支架都不移动，观测员把全站仪移到前视支架上，前视测量员仅需把棱镜移到测站支架上。全站仪三角法需携带全站仪1台、三角架3个、基座棱镜2个及其它测量用具，至少需要6人。

2.2 平面控制测量

井下平面控制系统只能以导线的形式敷设，一般分为高级控制、基本控制和采区控制三类。各类导线均可采用测回法观测水平角，测回次数视仪器测角精度，导线等级而定。水平角测量、距离测量都瞄准棱镜中心，因此全站仪和前后棱镜基座整平、对中误差是水平角测量误差的主要来源。电磁波通过空气的速度和通过棱镜表面至棱镜中心的速度并不一致。在距离测量时，要尽量使测线垂直于棱镜面。

2.3 高程控制测量

井下全站仪高程控制点一般共用导线控制点。其工作原理是：利用全站仪测出全站仪中心至棱镜中心的距离和倾角，同时量取仪低和镜低，根据三角学原理推算出两点间的高差，渐而根据已知点推算出待测高程。倾角观测应采用对向观测，一般可采用一个测回。

3、360°悬挂式棱镜测量方法

360°悬挂式棱镜的外观如图2所示，规格大小不同，可根据实际需要选择，棱镜常数可在基本控制导线上测出或采用“三站法”测出。图（2）为莱卡360°棱镜，棱镜面直径46毫米，重650克。

在前视点和后视点上悬挂棱镜，全站仪架设于测站点进行导线测量的作业方法，称为悬挂棱镜法。如图3所示。

悬挂棱镜法与常规全站仪导线测量方法相同，但为了提高水平角的测角精度，应先瞄准悬挂棱镜的垂线，进行定向后，再用垂直微调调至棱镜中心观测距离和倾角。

4、悬挂棱镜法的优缺点

悬挂棱镜法只需携带全站仪1台、三角架1个、悬挂棱镜2个及其它测量用具，前后视棱镜照明采用固定式照火时，3人就能进行作业，且除观测员和记录员外，对其它作业人员的工作技能要求不高。优点：（1）作业占用巷道的时间短；（2）携带设备少，作业人员少；（3）操作简单，前后视无需镜上对中，减少了测角误差。缺点：（1）悬挂棱镜容易摆动和旋转，无法进行静态观测；（2）用钢尺量取镜低时，垂线容易受到拉伸，对高程的误差影响大。

5、悬挂棱镜法的应用与实践

卡房分矿11-8主巷贯通工程是一项重要的有轨运输系统开拓工程。工程由2110m中段运输平巷通过斜井与2055m中段运输平巷贯通，贯通距离全长3.7公里，贯通盲距1.15公里，贯通精度要求高。通过查阅原始记录，发现控制导线的测量方法不同，有经纬仪导线和全站仪导线两种，全站仪导线使用的仪器、棱镜不同，导线控制精度整体不高。为了确保工程准确贯通，结合坑口测量人员少的实际情况，采用360°悬挂式棱镜对现有控制导线进行了初复测。

5.1 测量方法

为了减小导线的方位角累结误差和点位误差，采用最近一条5秒级导线边作为起始边对相关贯通导线进行初复测，同时采用其中一个导线点的坐标和高程作为起算数据。数据采集由同一个人采用尼康2.M全站仪按5秒级导线要求进行观测，水平角测2个测回，一测回2C互差小于13秒，测回差小于9秒；距离测量进行对向观测，每条边读4个数，互差小于3毫米，同时读取1个平距作为检查，对向观测平距互差小于3毫米；竖直角测量进行对向观测，每站1测回，指标差小于10秒，高差互差小于10毫米。镜低在观测前后各量1次，互差小于4毫米。

5.2贯通前导线精度评定

工程掘进至贯通盲距剩余100米时，以两边迎头导线点的坐标反算方位角标定中线，利用两导线点的高差、平距计算出坡度标定腰线。2055m中段导线长1417.7米，共16站，初复测方位角闭合差、坐标较差、高程差见表1。

3、高程闭合差fh容

高程闭合差fh=58毫米<158毫米，符合《云锡矿山测量技术规定》井下5秒级导线三角高程控制精度要求。

2110-2055m中段导线长2266.8米，共37站，初复测方位角闭合差、坐标较差、高程差见表2。

各项容许闭合差计算同上，经计算导线全长相对闭合差K= ，高程闭合差fh=33毫米，各项限差符合井下5秒级控制导线精度要求。

5.3贯通后导线精度评定

工程贯通后，把中腰线延到通口处量得中线偏差4厘米，腰线偏差7厘米，实际贯通偏差小于工程允许贯通偏差。导线进行联接测量后，导线形式由支导线形成了附合导线，其测量成果见表3。

高程闭合差fh=29毫米<182毫米，符合《云锡矿山测量技术规定》井下5秒级导线三角高程控制精度要求。

可见，采用360°悬挂式棱镜替代支架棱镜，其精度可达到井下5秒级控制导线的要求。

6、结束语

360°悬挂式棱镜在卡房分矿11-8主巷贯通工程中的成功应用，证实了其方法的可靠性和可行性。该测量方法改变了传统的全站仪“三脚架法”测量模式，占用巷道时间短，减轻了外业劳作强度，减少了作业人员，提高了工作效率，可为矿山企业降低生产成本。