井下全站仪导线测量方法优化及效果

闫志强

（西山煤电集团西曲矿，山西 太原 030200）

导线测量是矿山测量中重要一项内容。 井下导线测量是指将井下采掘巷道内各个测量点连接成折线，根据起始点坐标、方位角推测各个测点的坐标位置[1-3]，从而为巷道掘进提供依据。目前井下常用全站仪进行导线测量，全站仪相比传统经纬仪、水准仪具有测距长、测量精度高、自动化水平高以及劳动强度低等优点[4]；但由于受施工条件及作业环境的影响，全站仪导线测量还存在一些问题，主要表现在测量效率低等。 本文重点从提高全站仪导线测量效率着手，对井下全站仪导线测量方法进行合理优化。

1 矿井测量任务及全站仪的应用

1.1 矿山测量任务

矿山测量工作是煤矿建设、采掘施工、开拓延伸等工作的重要环节[5]。通过矿山测量可对矿井建立地面、井下测量控制系统，为井下采掘施工提供可靠的依据，利用测量资料、图纸等可为井下各个施工环节，特别是一通三防、矿山救援等提供便利[6]，从而满足矿山安全生产的需要。 煤矿建立测量控制系统后，在开采设计阶段，通过矿山测量工作为矿建工作提供准确的施工依据；矿井开采期间，通过矿山测量工作可对采掘工作面布置、 巷道贯通等提供依据。

1.2 全站仪正确使用

在矿山测量中必须正确使用全站仪，才能降低测量误差，提高测量精度和工作效率。 全站仪正确使用方法如下：

（1）由于全站仪属于精密仪器，全站仪结构相对较复杂，在导线测量中，使用前必须消除仪器对准误差、视准轴误差、纵轴误差等。

（2）由于井上下温度存在差异，全站仪带至井下打开仪器箱后，必须放置0.5 h 左右方可进行测量工作。

（3）由于井下地质条件复杂，安装仪器时必须将三脚架安装在坚硬的底板上，仪器在安装三脚架后应准确对中整平。

（4）由于井下光线昏暗，受采掘施工影响，测点布设应适当控制距离，保证相邻两测点可相互通视；测点布设后安装棱镜时应采取挡风措施，避免棱镜晃动。

2 全站仪导线测量方法优化

西曲矿28301 回风顺槽设计长度为1 287 m，巷道每掘进100 m 进行一次导线点延伸，采用全站仪进行导线测量。 已知导线点为A、B 两点，其中D 点为待测点，B 点与D 点不通视。

2.1 常规井下导线测量

（1）首先在B 点架设全站仪，对A 点安装棱镜，同时在B、D 两点间设置C 点，在C 点同样安装棱镜，对A 点仪器进行对中、整平，并观察A、C两点，测出C 点坐标。

（2）第一测站观测完成后，将从全站仪B 点移至C 点并进行对中、整平，然后在B、D 两点安装棱镜，分别对B、D 两点进行观察，其中B、C 两点为已知点，从而可准确测出D 点坐标，如图1 所示，整个测量工作完成。

图1 传统全站仪导线测量施工平面

2.2 导线测量方法优化

全站仪导线测量方法优化，需准备三脚架三副，全站仪一台及棱镜两台。 具体测量方法如下：

（1）首先在已知点A 点安装棱镜，在B 点安装全站仪，同时在B、D 两点间设置一个转点C，在C点同样安装一个棱镜，如图2 所示。对A、B 两点棱镜及仪器进行对中整平，对C 点棱镜进行精确整平即可，然后对C 点进行观测。

图2 全站仪导线测量优化施工平面

（2）C 点观测后松开仪器照准部与基座的连接扭板，取下仪器照准部，并移动至C 点三脚架上，无需对中、整平，将A 点棱镜移至B 点上，将A点三脚架移至D 点上，安装棱镜进行对中整平，然后进行观测，从而测出D 点坐标。

2.3 测量方法优化创新点

优化后的导线测量方法与传统常规测量方法主要存在以下几方面异同点：

（1）相同之处：整个测量过程中两种方法都是用全站仪进行完成的，在测量过程中若存在视线阻挡现象，都需设置转点；同时两种测量方法虽然棱镜以及三脚架数量不同，但是对中、整平后测量方法相同。

（2）不同之处：①常规方法采用吊挂棱镜的方法进行观察，棱镜吊挂在顶板上，吊挂难度大，且受巷道风流影响，棱镜出现摆动现象，对测量精度影响大；而优化后的测量方法棱镜安装在三脚架上，受气候条件影响小。②常规测量方法每进行一站测量时，需对仪器以及棱镜进行对中、整平，测量劳动量大、误差率高；而优化后的测量方法只需对后视点棱镜进行对中即可。

2.4 测量注意事项

（1）井下导线测量采用的全站仪、三脚架、基座等型号、参数等必须统一，确保在测量变换基站时，测量仪器仍然处于统一铅垂线上，避免仪器误差。

（2）测站变换时，仪器或棱镜安装后应对对中、整平情况进行检查，若发现仪器对中偏离较大时，需重新整平、对中。

（3）由于井下测量地点人员流动性大，且测量地点受光线、施工、风流等影响大，在测量过程中每个测站必须安排专人看管，确保测量仪器不被移动。

（4）井下导线测量时，由于导线点布置在顶板上，对于特殊地段，如爆破区域、构造区域或回采应力区域，应注意已知测点位移情况，避免已知导线点误导入。

3 应用效果分析

3.1 导线测量方法优化后的优点

（1）减少仪器对中、整平次数：与传统导线测量方法相比，优化后只需在起始站对仪器对中、整平即可，大大减少了仪器对中、整平次数，降低了因二次设站进行对中、整平时出现误差传递，提高了测量精度。

（2）降低了对中误差：全站仪导线测量方法优化后，在进行导线测量对仪器基座及前后棱镜基座位置保持不变；在进行测点变换时全站仪与棱镜中心位置不变，因而减少对中次数的同时降低了对中误差对测量结果的影响。

（3）提高了测量效率：测量方法优化后只需一次对中、整平，在其他测点测量时只需移动全站仪及棱镜位置即可，减少了仪器安装时间，降低了作业强度，提高了测量效率。

3.2 应用效果

28301 回风顺槽采用综合机械化掘进，巷道每掘进100 m 后，需及时进行导线点延伸，由于巷道内机电设备安装数量多且空间有限，巷道每次延伸布置3 个测点，测点平均间距为33 m。 采用传统全站仪导线测量时，每个测点进行观测所用时间为0.8 h，每进行一次导线延伸时需用时2.6 h，每次测量时需4 人，测量精度为89%；而导线测量方法优化后，第一个测点用时为0.8 h，后面测点用时仅为0.3 h，每进行一次导线延伸时需用时1.7 h，且优化后每次井下导线测量工作只需3 人，测量精度提高至98%。

4 结语

采掘施工中由于作业空间受限，作业条件差，且施工作业影响等，导致井下导线测量工作难度大、作业效率低，且测量误差率高。 因此，在煤矿生产过程中对测量方法优化很有必要。 通过对28301 回风顺槽测量方法进行优化后，有效提高了导线测量工作效率，解决了传统导线测量时受作业环境影响大、对中误差率高等技术难题，减少了偶然误差，提高了测量精度，缩短了导线测量时间，提高了测量效率，为井下复杂条件下导线测量提供实践依据。