煤矿全站仪导线测量误差分析及技术措施研究

徐 宁

（晋能控股煤业集团南河煤矿，山西 晋城 048400）

煤矿全站仪导线测量是矿井测试中最常用的测量方法之一，其具备了测试准确度较高等优势，但因为井下测量作业环境较差、人员视野受限、多是独头掘进巷道测试，使得在开展井下全站仪导线测试时会出现控制测量单一、测试仪器受到风流环境影响较大、测量准确度低等问题。而矿山内部分重大工程测试（如贯通测试、平面控制测量等）对准确度的要求较高，一旦导线测试准确度下降，将严重威胁着后期采掘工作面的布局和施工安全。因此，煤矿在进行全站仪导线测量时应该合理分析可能影响测量准确度的误差来源，并且针对实际状况制定合理可行的技术对策。

1 全站仪导线测量工作特性

1.1 全站仪导线测量工作特点

1）与传统经纬仪、水准仪相比，全站仪在井下实施导线测量时，无需人工对测量角度、距离、高度等测量参数进行合理计算，而是通过仪器内部计算器便可准确进行计算，并可通过仪器显示器进行显示。

2）矿用全站仪存在与外部设备连接的通信接口，通过数据线可与外部设备如计算机、打印机、扫描仪等进行连接，从而可直接将全站仪野外实测数据传送至外界设备，便于测量数据内业整理以及矿图绘制等。

3）全站仪内部安装有双轴自动补偿控制系统，全站仪在井下测量过程中可利用该系统对竖轴以及水平轴误差进行调整，从而降低仪器内部误差。

1.2 在导线测量中具有的优点

1）全站仪在进行井下导线测量时，全站仪测距长，为经纬仪测距的3～5 倍，通过减少测站数量以及设备安装次数，以降低测量过程中对中整平误差以及测站传递误差。

2）与传统测量仪器相比，全站仪具有自动化水平高、测量速度快、测量精度高、测距长以及受环境影响小等优点，而且全站仪导线测量时的测量数据可实时显示，解决了传统人工记录数据时出现误差高、劳动强度大等技术难题。

2 全站仪导线测量误差分析

2.1 全站仪测点对中误差

在进行井下导线测量时，由于测量区域空间有限，且受采掘工作面影响较大，全站仪在导线测量时经常出现对中误差。以南河煤矿15109 运输顺槽为例，在进行导线测量时，根据图1 所示，A 点为全站仪对中点，B 点位前视点（已测点），C 点为待测点，其中∠BAC 为准确测量时观测角，AB、BC 为实测距离。当全站仪出现对中误差时，A1为仪器对中偏差后安装位置，则A1A 为偏心距离，α 为实测角度，所以实测偏心角误差Δ=∠β+∠γ，且偏心角、偏心距离与观测边长长度成正比。

图1 全站仪导线测量对中误差示意图

2.2 全站仪仪器误差

仪表磨损误差：在井下导线测量时，由于测量人员对设备保护不当，仪器及配套装置经常损坏，如全站仪照准部受煤矸磨损、三脚架松动、仪器外壳损坏以及仪器震动等影响，使其内部发生损坏，导致测量时仪器无法正常使用，影响测量结果。

仪器内部测量误差：由于全站仪保护不当，未定期进行矫正以及受仪器震动等影响，仪器内部出现误差，最常见的全站仪内部误差主要有视准轴误差、横轴误差以及竖轴误差等，仪器内部误差很难及时发现，测量时对测量精度影响最大。

2.3 全站仪照准偏差、测距误差

全站仪照准偏差：在进行导线测量时，采用全站仪照准部照准待测点棱镜时，由于测量人员照准时出现偏差，导致测量结果与实际出现偏差，照准误差可通过多次测量求平均值消除。

全站仪测距误差：测距误差是测量仪器与测点之间水平距测量误差，测距误差分为周期偏差、仪器误差和比例误差等。

2.4 环境误差

导线测量环境误差指的是在测量过程中受井下风流、粉尘、光线等气候环境以及施工环境等影响，在测量过程中对测量结果产生影响，但是在实际井下全站仪导线测量时，测量时间在2～3 h，单次测量周期相对较短，可忽略环境对测量精度的影响。

3 提高全站仪导线测量精度技术措施

3.1 降低偏心差

使用偏心测量仪：将偏心仪安装在全站仪基座上，偏心仪主要由刻度盘、角度盘等部分组成。偏心仪呈圆形，分为内外刻度，其中外壳度盘直径为120 mm，内刻度盘直径为110 mm；在进行导线测量时，偏心仪与全站仪配合使用，通过偏心仪可直观读出仪器偏心距，并可直接调整，从而缩短了仪器对中时间，降低对中误差。

优化导线测量方法：在进行传统的导线测量时，每个测站需要对1 台测量仪器和1 台测量棱镜进行对中整平，测量时先对前视点进行观察，观测后将前视点仪器移动至后视点进行观察，测站观测后将仪器移动至后视点对中整平，再进行下一个测站观测，该方法需对仪器进行多次对中整平，存在误差率高、测量工序复杂问题。为了提高测量精度，可对原测量方法进行优化，采用三脚架法，即采用1 台全站仪、2台棱镜进行测量，在第一站观测时需对棱镜和全站仪对中整平，第一测站观测完后只需将全站仪移动至后视点棱镜上，前视点棱镜移动至原仪器三脚架上，对后视点进行一次对中整平即可，从而减少仪器对中整平次数。

3.2 消除仪器误差

在井下进行全站仪导线测量过程中，会出现视准轴或横轴误差，其主要表现在全站仪观测数值时盘左、盘右观测值相同但是符号相反，因此为减少仪器误差，对盘左、盘右观测数值取平均即可。

全站仪竖轴误差主要是由于全站仪对中不合格造成的，所以在井下导线测量时，必须严格对全站仪进行对中整平。在进行仪器对中时，需要2 名测量人员同时进行操作，1 人对中1 人观察，从而减少误操作现象。

3.3 规范测量方法

在进行导线布设时，先布设低级导线，后布设高级导线，并采用高级导线对低级导线进行校准，同时为了进一步提高测点横向距离准确度，巷道内布设导线网时可采用双交叉网结构。

为了防止井下导线测量时出现测角误差传递现象，可采用陀螺仪加测边长，同时为了防止井下气流对棱镜或垂球影响，可采用大质量垂球进行井下照准。

对于井下高精度的导线测量，应防止归化与投影产生的长度变化，在实测时应对导线边长加入化算的巷道高程面与投影的高斯投影面进行准确修正，从而提高导线边长测量精准度。

全站仪导线边长测量时采用双棱镜激光模式，同时在测量前，测量人员应深入测量现场，对场地温度、气压、气流进行测定，并在仪器中进行校准。

4 结语

南河煤矿地测防治水科对全站仪导线测量误差进行分析，且提出了合理有效地提高全站仪导线测量精度技术措施，并在15109 运输顺槽中进行应用，通过实际应用效果来看，采取措施后，井下全站仪导线测量精度由原来的87%提高至98%以上，大大提高了导线测量精度，降低了测量误差，避免了因测量误差而导致生产事故的发生，保证了井下掘进施工的安全顺利开展。