井下全站仪导线测量方法的优化及应用

张 磊

（晋能控股煤业集团晋华宫矿，山西 大同 037001）

导线测量是矿山测量工作中重要的一项内容。导线测量主要将若干个导线点连接成折线，依次测量规格边长、导线点坐标、高程等。传统煤矿井下导线主要采用全站仪进行井下测量，一般需3～5 人配合施工，但是由于井下施工条件复杂、测量工作受施工环境影响大、测量人员专业技术水平有限等影响，采用传统全站仪导线测量时存在测量效率低、精度差、劳动作业强度大以及设备损坏严重等问题，导致测量结果无法满足井下采掘施工要求，严重制约着井下巷道安全快速掘进。本文以晋华宫矿2103 运输顺槽为研究对象，针对巷道前期掘进过程中传统导线测量方法中存在的主要问题，对原导线测量方法进行合理优化，提出了“全站仪三脚架导线测量法”，力求进一步提高导线测量精度，降低测量误差，避免因测量误差导致矿山安全事故发生。

1 2103运输顺槽概述

晋能控股煤业集团晋华宫矿2103 运输顺槽位于301 采区，南至12-2 号层301 盘区回风巷，西部为8103 回采工作面，东部、北部均为实体。

2103 运输顺槽设计长度为632 m，巷道断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘进煤层为12-2 号层，煤层赋存稳定，结构简单，东部为分叉区，西部为合并区。煤层平均厚度为6.52 m，平均倾角为5°。2103 运输顺槽采用综合机械化掘进工艺，截至目前巷道已掘进240 m。

巷道掘进期间，通过导线点对巷道延伸进行控制，巷道每掘进40 m 布置1 组导线点（共计3 个），在现场由地测科对导线点进行延伸及标定。巷道掘进前期主要采用全站仪依次对导线点进行给定，但采用传统全站仪导线测量时，使用1 台全站仪、1 台三脚架以及1 台棱镜等设备进行测量，测量工序复杂、仪器对中整平次数多，导致导线测量精度低、误差率高。通过现场复测发现，2103 运输顺槽在掘进至220 m 处时巷道出现偏差，向巷道左帮设计位置偏离0.8 m，对此，晋华宫矿地测科决定对原导线测量方法进行优化改进。

2 全站仪导线测量方法优化

为了解决传统全站仪导线测量时工序复杂、测量误差率高、劳动强度大等技术难题，决定对2103 运输顺槽采用三脚架法进行导线测量优化。

2.1 测量前准备工作

1）仪器及人员配备：采用三脚架法导线测量时，需配备1 台全站仪、3 副三脚架、2 个棱镜和2 个铅锤觇标；此外，还需配备4 名测量人员，1 人观测、1 人记录、2 人对前后棱镜进行照明。

2）导线点复测：在利用三脚架法进行导线测量前，需对起始点、已知点间进行复测，并将复测结果与前一次测量结果进行对比，若复测数据无误，方可使用，若存在误差则必须及时更正；同时应对起始点、已知点位移情况进行检查，防止因采动影响而导致已知点发生位移现象。

3）仪器检查：在采用三脚架法导线测量前，应对测量设备进行检查，检查内容主要包括设备完好情况、设备内部光学元件精密度等，避免因设备损坏而导致测量精度降低，产生测量误差。

2.2 三脚架法导线测量方法

全站仪三脚架法导线测量示意图如下页图1 所示，具体测量方法为：

图1 全站仪三脚架法导线测量示意图

1）首先将3 副三脚架分别安装在A、B、C 三个导线点下方，其中A 点为起始点、B 点为已测点、C 点为待测点；三脚架整平对中后，在A 点三脚架上安装1套全站仪，在B、C 两点上安装棱镜，并进行整平对中。

2）待全站仪、棱镜安装完成后，进行角度、边长测量，测量方法与传统导线测量方法相同；待第一个测站观测完成且测量出待测点C 点坐标后，将B 点三角架移动至导线点D 下方，并对中整平，并将B 点棱镜移动至A 点三脚架上；将A 点全站仪移动至C 点上，此时B、C 点为已知点，D 点为待测点，以同样的测量方法测量出D 点坐标。

3）采用三角架法进行导线测量时，第一个测点需对3 副三脚架、1 台全站仪进行整平对中，在后续测量时只需对待测点处三脚架进行对中整平即可，直至整个巷道导线测量完成。

2.3 测量期间注意事项

1）在进行一次导线测量期间，不得变更棱镜、全站仪型号，以防仪器设备参数出现偏差导致测量误差，仪器移动后必须保证仪器中心在同一铅垂线上，从而降低铅锤误差。

2）在导线测量时移动全站仪及棱镜的过程中，严禁触碰三角架以及仪器基座，仪器及棱镜安装后必须对水准管进行校准，若发现偏差时必须重新对中整平。

3）在对测量数据进行记录时，测量人员必须严格对每一次测量站点数据进行准确复测，以提高测量数据精度，保证外业测量数据准确无误。

3 全站仪三脚架导线测量实际应用

3.1 应用优势

1）适应性强。与传统导线测量方法相比，三脚架法导线测量对施工环境要求相对较低，传统方法主要将棱镜吊挂在导线点下方，受施工环境中风流、粉尘浓度影响较大，而该方法采用将棱镜安装在三脚架上，不受环境影响；同时采用该方法时可随意设置站点，解决了传统导线点观测时视线受阻严重、能见度低等技术难题。

2）降低了劳动作业强度。采用三脚架法进行导线测量时，每次在第一个测站处对测量设备进行三次整平对中即可，在以后的测量中只需对待测点三脚架及棱镜对中整平即可，与传统导线测量相比，大大减少了测量仪器对中整平次数，降低了测量劳动作业强度，简化了测量工序，缩短了测量时间。

3）提高了导线测量精度。在巷道导线测量中，若整条巷道需要进行N 次导线测量，每次布置m 个导线点，采用传统导线测量时需对仪器整平对中次数为mN 次；而采用三脚架法进行导线测量时，只需整平对中m+（N-1）次，大大减少了测量过程中仪器对中整平次数，避免了仪器对中误差传递现象，提高了导线测量精度。

3.2 实际应用效果分析

截至2020 年9 月，2103 运输顺已掘进到位，巷道在后期掘进过程中共计布置10 个测站、30 个导线点。通过采用三脚架法进行导线测量后，每次测站测量时间由原来的3.2 h 降低为1.5 h，巷道在后期掘进过程中，巷道导线误差控制在了150 mm 以下，大大降低了导线测量误差率，有效保证了2103 运输顺槽与8103 工作面切巷的顺利贯通。

4 结语

合理优化全站仪导线测量方法对提高导线测量精度、降低测量误差具有重要意义。晋华宫矿地质科对2103 运输顺槽掘进过程中导线测量方法进行优化，采取了全站仪三脚架法，通过实际应用效果来看，采用优化后的导线测量方法后，大大提高了导线测量精度，降低了导线测量劳动强度，且该方法适用于复杂条件下的采掘工作面，满足巷道安全高效掘进需求，取得了显著应用成效。