连续设站三角高程测量方法在矿山测量中的应用

梁晓江

（山西焦煤汾矿集团两渡煤业公司 ，山西 灵石 031300）

矿山井下测量工程对于矿山的开拓、及生产工作都具有重要意义[1～2]。如今，随着矿山开拓速度的加快，以及生产能力的提升，对井下测量作业的作业速度及精度也有了越来越高的要求，矿山井下采用合适的测量方法，可大大的提高测量作业的质量和速度[3]。本文对连续设站三角高程测量方法在井下的应用进行了研究和探讨，在进行了实例验证。

1 井下作业情况

随着矿山井下开采的机械化，井下巷道出现了坡度大、距离长等特点，尤其是运输大巷，回风大巷的长度甚至达到3-5km，由于以上原因，在矿山井下巷道进行高程测量时，无论是开拓巷道，采取巷道，都存在空间有限，需要布设的测站较多，测量作业任务重时间长等缺点，因此在矿山井下进行测量作的方式，亟需改变和优化[4～5]。

2 三角高程测量原理

三角高程测量具有简单方便，精度高等特点，且随着一些高精度仪器的出现及测量工具的开发使用，三角高程测量已越来越方便，近年来，人们将全站仪应用到了三角高程测量中，并在矿山井下开发出了防爆型全站仪，所以在矿山测量中全站仪三角高程测量正逐步代替水准测量进行矿山作业。

在矿山井下一般采用单向观测法进行高程测量作业，其基本原理如图1所示：

图1 基本原理图

其测量基本方法为：将仪器架设至已知点A，量取已知点A至仪器横轴的垂直距离（仪器高），将觇标B′安置在待测点B，量取待测点B到觇标B′的垂直距离（觇标高），使用仪器测出A、B之间的倾角，其后根据相关公式计算A、B两点的高差。A、B两点的高差计算公式如下：

式中：h为A、B两点的高差；L为A、B两点间的斜距；α为A、B两点竖直倾角；i为仪器高度；v为高度。

井下测量作业，由于空间狭小，所以有其独特的方式，其测点可布置在巷道顶板，也可布置在巷道的底板，按照测点位于顶、底板的不同，井下三角高程测量可以分三种情况分别进行两点之间的高差计算，以向下测量时为负向上测量时为正。

第一种情况：A、B两点均在巷道底板时如图2：

图2 A B均在巷道底板

A、B两点间的高差为：

第二种情况A B两点均在巷道顶板时如图3：

图3 A B均在巷道顶板

A、B两点间的高差为：

第三种情况：A点在巷道顶板（底板）B点在巷道底板（顶板）时，如图4：

图4 A在顶板（底板）B在底板（顶板）时

A、B两点间的高差为：

3 连续设站三角高程测量原理及测量方法

三角高程测量方法虽然近年来在矿山测量中得到了广泛应用，但其具有架设仪器复杂，读取数据量多，累积误差大等缺点，基于以上原因，本文为优化井下测量作业方法，提出采用连续设站的三角高程测量，该方法尤其适用于测量较远距离的巷道，其基本原理如图5所示，以测量A、B两点的高差为例，来说明连续设站三角高程测量的基本操作方法：

1）将棱镜安置在A点和转点1处，在这两点大约中间部位架设测量仪器，对中整平后，测量A点到1点，及仪器安置位置到1点的斜距L和竖直角α，并且用钢尺量取A点处的棱镜高度；

2）将A处的棱镜移动到2点的位置，1点保持不变，在2点和1点之间取适当的位置仪2点，架设仪器，对中整平后进行观测，分别观测仪器架设点至1点，及仪器架设点至2点的斜距L和竖直角α；

3）按照以上方法，逐渐在合理的位置架设仪器，直至观测至B点，之后需量取B点棱镜高度。

图5 连续设站三角高程测量

如共需要设n站进行观测；则A-B两点之间高差即为：

采用连续设站三角高程测量时，不需要进行仪器对中，这对于场地复杂的巷道来说可极大的提高测量效率，同时，只需读取起始点A和终止点B的棱镜高度，减少了仪器误差对测量的影响。

4 测量误差

在矿山井下采用连续设站三角高程测量方法时，为提高测量精度，减小测量误差，除了采用合适的仪器及方法准确读取各项数据外，还需要注意：

1）严格按照相关规范记录数据，各项限差应符合《煤矿测量规程》中的要求；

2）在转点处安设棱镜时，应使其高度尽量一致，或者直接在地板上安置棱镜，以方便计算转点处的数据；

3）应合理设置仪器位置，后视、前视距离大致相等，且尽量长一些，以减少测站数；

4）连续测站三角高程测量方法，不适用在需要测出每个点位的高程的一般导线测量作业中，因此应根据具体情况选用该测量方法；

5）在测量A、B两点的仪器高度时，要严格按照相关测量规程中要求的方法量取；

6）在测量作业中，要保证已经安设好的棱镜，选好的点位不变更位置和高度，以免造成大误差；

7）可采用变更仪器高度法，来消除一些系统误差。

5 工程实例

如图6所示，在山西焦煤汾矿集团两渡煤业有限公司，进行西六回风下山贯通工程测量时，西六回风下山长1.8 km；水平大巷(图中粗线)有+450、+300、+150总长6.3 km,本次作业，距离长，任务重，数据量大，经过初步分析，采用一台Nikon-DTM-352C防爆型全站仪（测距精度为）、2个配套的脚架及棱镜，及一些其他相关设备，进行连续设站三角高程测量作业。该工程于2017年3月，实现贯通,该贯通实测贯通误差：平面±0.024 m;高程±0.100m。

图6 西六回风下山贯通示意图

本次贯通工程总距离为13 km，经过分析现场实际情况，其中6.8 km采用连续设站三角高程测量，在本次测量作业中，近7000m的连续设站三角高程测量路线，不到6小时就测量完成，与普通三角测量相比具有明显的优势，首先作业时间大幅缩短，效率极高，其次测量误差也被控制在规范要求的范围之内，该巷道贯通后，整体平顺，未出现错台，最终的闭合差为100mm，完全符合要求，本次测量作业取得了较好的效果。

6 结 论

1）经过多次实践，由于矿山井下巷道起伏度较大，且空间范围狭小，架设仪器不方便，基于以上原因，本文对三角高程测量的基本原理进行了初步探讨，并提出了在矿山井下采用连续设站三角高程测量的作业方法。

2）在进行连续设站三角高程测量时，也应注意数据的读取和测量方法的标准正确性，严格按照相关规范进行操作，避免造成不必要的测量误差。

3）使用连续设站三角高程测量方法成功进行了一次井下测量，测量结果表明，使用该方法可节省作业时间、减少测量误差，提高测量效率。