免棱镜全站仪在井下采空区测量的应用

2021-11-29冷冰

中国金属通报 2021年9期

冷冰

（赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司，内蒙古赤峰 024039）

矿山开采的过程中，测量是涉及全程工作的。矿山的测量学是集测量、地质和开采为一体的综合性学科，从而研究矿山生产过程中的一系列问题，当前我国的采矿业在不断的发展，测量仪器也与时俱进的不断更新。在矿山的开采过程中，设备的应用加快了采矿业的步伐，对于井下采空区的管理和测量也提出了更高的要求，需要准确的掌握采空区的高度以及位置，这样才能够为后续工作提供准确的数据资料，保证矿山开采的有序进行。

1 免棱镜全站仪的测量原理及特征

免棱镜全站仪是一种无棱镜测量距离的技术，具有脉冲和相位两种测量方法。其中，脉冲式的测量距离比较远，通过发射和接收的信号时间间隔为依据来计算出目标物的距离，将多次测评结果进行平均，从而得到测量的最终结果，而相位式的测量准确度会更高一些，利用不同频率的信号对载波信号进行调整，通过发射和接收信号的相位差值来进行测量，最后利用公式计算出目标物间的距离。

免棱镜全站仪有很多的优势，第一在一定的测量范围内，如果目标物符合使用免棱镜测量的条件，免棱镜全站仪就能够实现单机测量的模式，并且在测量人员很难达到的位置，比如悬崖峭壁等地进行数据的测量。第二保证了测量人员的人身安全，提高了测量的准确度和效率。第三免棱镜全站仪的测量高程能够体现出施工结束后的精准度，其测量的速度是普通全站仪的十倍之多，大大的提高了效率，减少了整个工程的时间成本。

2 免棱镜全站仪的使用条件

首先免棱镜全站仪适用于视野良好、反射介质高的地方，如果反射介质较暗或者习惯性太强，那么其反射条件必然不好，会降低反射程度，因此不适合免棱镜全站仪的使用。其次免棱镜全站仪是以无棱镜测量技术为基础的，无棱镜测量技术适用于反射面裸露在外的测量进行高程测量，比如岩石、房屋、矿业的采空区等视线可及的地面物，并不适合在丛林分布密集的视野不开阔地区测量。最后免棱镜测量的过程需要避免激光的直射，因为激光直射会造成仪器的损伤，从而降低了仪器的使用寿命。随着科学技术的不断发展，矿山开采的测量仪器也在不断的发展，免棱镜全站仪的稳定性更好，适应性更强，防爆能力更高，与传统的全站仪相比，不需要使用反射棱镜就能够完成所有的测量工作，其强大的性能得到了进一步的发展。在矿区的测量、井下采空区的控制、通道的局部测量方面都可以应用，既能够节省测量的时间，又可以降低测量工人的工作强度，同时也大幅度提高了矿山开采作业的效率。免棱镜全站仪的出现，能够最大限度的控制误差以及提升测量的准确度。

3 免棱镜全站仪在井下采空区的测量方法

在矿山开采过程中，首先要对井下采空区进行重点的排查，从而掌握实际的生产情况。由于每个矿山的经营方式有所差异，各个矿山之间的井口也是相对独立的，即使有统一的管理制度，但是每个矿山的实际情况不同，采取的都是分开管理，属于不同的矿业主。整个矿山的进口不知一个，而井下开采更是秩序混乱，从而会造成很多的安全隐患，而且整个开采场地没有一个合理的整体设计，原先的井下采空区测量数据严重缺失，各个采矿商之间的关系也没有人能够给予正确的答案，这就会经常发生两个采矿区域的分歧。由于采矿场所相对狭窄，周边的空区也有很大的影响，因此一定要做好矿区顶板岩石的加牢加固，这样才能够保障整个开采过程的安全性。为了保证采矿顺利进行，就需要对矿区的采高度进行定期的测量，保证矿区人行通天井和贯通位置符合标准，地质人员可以根据矿区实际测量的数据进行井下地质的编辑和录入，从而在保证测量数据的精准度之外，掌握整个矿山的整体分布情况。

传统的矿区测量采用的是极坐标法，从运输通道的测量点通过罗盘和皮尺来检测出前进的方向角度和距离，逐步从天井延伸到矿区中的各个方向，直到测量出矿区横纵两个方向的位置和距离，根据已有的基础导线来测量出矿区的所有数据，并投影出来。这种方法能够测量出采空区的现状图，需要强调的是采空区的测量人员一定要按照基础导线走遍整个采空区，否则不安全因素就会增加。顶板岩石与采矿区内矿地高度不一致，而每次放矿时的工人操作并没有完全按照规定进行，因此其中会存在不少的存放问题。这是威胁测量人员人身安全最重要的两个风险，因此必须要创新测量方法，避免或减少矿业开采过程中产生的一系列危险。

利用免棱镜全站仪，在测量室发射出红外线光束，形成一个小的斑点，再根据这个斑点进行瞄准测量，通过全站仪都能够读出测试点的坐标。在运输通道内，测出天井口临时控制点的坐标，将仪器放置在这个控制点上，利用免棱镜全站仪进行瞄准，找到控制点进行定向，将天井与通道连成一线直到采空区的防线线出现。利用免棱镜全站仪来找准两个控制点间的坐标，因为天井都有斜波，而角度通常接近直角，从而仰角会大于测量点的距离，这样是无法得到测量数据的，在两个坐标同时按下，此时仪器上会有一条红外线光束，可以调整下测量的精准度，在全站仪中读出到数据。如果全站仪中配备了弯管目镜，就能够直接通过这一目镜而非红外线光束来进行另外两点的测量，如果天井的角度比较直，可以采用这种方法向矿区传递测量的数据，在测量之前一定要保持屋内的视野很好。

测量好控制点后，就需要对矿区周围的环境和顶板进行测量了。在已经测量好的其中一个点上放置测量仪器，将两个点连接成线后进行方向的定论。按照地形和地质的测量程序设置测量点、后视点的坐标以及仪器的高度，将棱镜高度设置为0，这样才能够开始采集新的数据。采集数据时要对矿区周围的环境进行数据的收集，按照一定的顺序进行排列，采集数据点的距离要固定，而对于相对复杂的矿区需要在图纸中标记出来，这样便于后期成图后的连接。边界轮廓的测量完成后，需要对矿区的顶板进行测量，测量的距离也是固定的，一定要做到不遗漏和不重复。

通过公式计算出实际测量点的数据后，将其传输到计算机中，利用画图软件将坐标点以及矿区的实际测量数据以电子版的形式呈现出来，再与草图进行对正，从而保证数据的精准度。

如果天井有一定的弧度，则测试的结果会发生反转，导致天井的弯曲，随着矿区不断的挖掘，这就需要重新测量矿区更高一层的平面图数据。而天井顶部与底部是不同直接看到的，而放置仪器又不方便，只能通过人工的测量，用皮尺和罗盘测量出控制点的方位和距离等。通过数据的传递，在矿区中选择一个制高点，作为矿区的测量点，后面的测量工作都在这个区域进行。

在矿山的采空区进行测量，其精准度的误差要控制在十秒左右。由于矿区的长度在60m附近，距离不是太长，测量矿区角度产生的误差值可以适当的放宽条件。目前的全站仪测量精度是非常高的，测量角度的误差也仅仅有1秒左右，距离控制在了毫米以内。使用全站仪来测量出矿区的方位角度、距离等，通过采集矿区附近的步伐距离等就能够达到测量的要求。使用传统的罗盘仪和皮尺测量时，磁偏角和天井之间的铁梯不可避免，这就导致了测量数据的偏差，这时可以在运输的通道中的控制点进行测量磁偏角度和实际角度，将两者进行比较，可以计算出此处的此片角度，要求测量次数要多，这样才能够更精确。