隔爆型全站仪在矿山测量中的应用

张 磊

（晋能控股煤业集团晋华宫矿，山西 大同 037001）

引言

全站仪属于高精度光学仪器，是矿山测量中主要设备之一，与传统测量仪器如经纬仪、水准仪相比，全站仪可对角度、距离以及高程进行测量，具有体积小、携带方便、测量精度高、测量劳动作业强度小以及自动化水平高等优点，被广泛应用于矿山测量中；但是在实际井下测量过程中，由于施工环境空间有限、光线昏暗、视线受阻以及操作技术水平、维护水平等影响，全站仪在测量过程中经常出现故障，不仅影响着测量效率，而且降低了测量精度，很容易造成矿山测量安全事故，如大型巷道贯通测量出现故障误差，很容易与空巷、盲巷贯通，近距离巷道掘进，若出现测量误差时很容易导致顶板垮落等；所以提高全站仪测量精度，降低设备故障率，对煤矿井下安全高效生产具有重要意义。

1 隔爆型全站仪结构及特点

1.1 全站仪结构组成

目前煤矿企业常用的是徕卡TPS1200 型矿用隔爆型全站仪，矿用全站仪主要分为光学部分、机械部分、电子部分以及补偿部分等四部分组成；其中光学部分主要指的是视镜部分，主要用于观测；机械部分主要由水平控制装置和垂直控制装置两部分组成；电子部分结构相对复杂，主要由主控制器、储存装置、马达板等部分组成，主控制器是电子部分核心部件，主控制器直接影响着角度、距离、高程测量精度，马达板主要控制数据输出、输入正常运行；补偿部分主要分为摆式补偿器和液体补偿器。

1.2 全站仪结构特点

1）显示内容丰富：矿用隔爆型全站仪形式内容丰富，可切换多种语言，测量过程中各类数据可直观通过显示器显示，而且仪器在测量过程中一旦出现死机、卡顿现象时，只需重启系统即可，无需重装系统。

2）功能齐全：经纬仪或水准仪只可进行距离或高程测量，测量方式相对单一，而全站仪可进行距离、角度以及高程测量，功能齐全，测量时仪器携带方面，降低了测量人员劳动作业强度。

3）自动化水平高：相比其他测量仪器，全站仪自动化水平高，测量时操作简单，测量数据精度高，而且在实际井下测量过程中全站仪对电磁以及高次谐波抗干扰能力强[1]。

4）远程追踪控制功能：矿用全站仪内部安装智能化装置，可实现超级搜索功能以及对全站仪进行识别、远程追踪等功能。

2 矿用全站仪常见故障及处理措施

2.1 导线测距故障原因及处理措施

2.1.1 故障原因

全站仪测距故障主要包括近距离或远距离都无法测距以及近距离可以测距远距离无法测距两种。

1）远近距离无法测距原因：全站仪在进行测距时利用电子测速仪发出光波，然后根据光波发射至接收时间以及光速从而准确计算出两点之间距离；但是在实际测量中由于设备故障如开机出错或内部设定参数丢失，以及受测量环境影响，造成全站仪内部光学元件精密度降低等，导致全站仪无法测距。

2）远距离无法测距原因：全站仪能近距离测距但是不能远距离测距时，很可能是全站仪内部二极管老化、设备内部光学元件损坏以及发射轴、照准轴、接收轴出现对准误差等原因造成的。

2.1.2 故障处理措施

为了避免出现全站仪无法测距现象，在进行井下导线测量前应采用专用的光电同轴调试设备对全站仪测距系统进行准确调试，调试内容主要包括检测二极管老化现象、视准轴误差情况等；定期打开全站仪，清理内部光学元件，防止受煤尘、污渍磨损，若光学元件磨损无法进行修复时必须及时进行更换；同时在测量前应对全站仪视准轴、照准轴、竖轴等进行调整，防止轴系误差。

2.2 测角故障原因及处理措施

2.2.1 测量故障原因

井下全站仪导线测量时出现测角误差主要原因是仪器轴系误差产生的，其中轴系误差主要包括着视准轴、竖轴以及横轴等误差超差造成。

1）视准轴超差误差故障：由于全站仪在安装时安装不当或者对中整平不到位，造成视准轴内部照准十字丝偏离了设计中心位置，造成水准轴与水平轴无法相交，从而导致测量结果产生误差。

2）竖轴误差超差故障：竖轴误差超差故障与视准轴超差误差故障原因相同，都是因仪器安装不规范造成的，全站仪安装规范状态下仪器竖直度盘读数为90°，当安装不规范时，仪器竖直度盘指针偏离设计位置，在测量时很容易产生误差[2-3]。

3）横轴误差超差故障：该类故障主要是由于全站仪对中时不到位或者仪器自身缺陷如水平轴直径不均等原因造成的。

2.2.2 故障处理措施

根据故障原因可知，三轴误差超差故障主要属于机械故障，全站仪在使用过程中受环境震动、环境污染、人为操作不当等都会导致此类故障；所以为了避免此类故障，在全站仪井下测量时，必须严格安装测量规范进行仪器安装、整平以及对中，通过显示栏定期对仪器相关参数进行调整。

2.3 其他故障及处理措施

1）开机故障：全站仪无法开机主要原因是电池接触不良、电路损坏以及开关按键损坏等，一旦出现仪器开启故障时首先应检查电池是否有电以及电池接触情况，若电池无故障应及时对全站仪内部电路板导电情况进行检查。

2）制动轴故障：全站仪在调校过程中微动旋钮出现松脱以及照准镜转动轴卡塞等都会造成制动轴故障；一旦全站仪出现制动轴故障后应及时对转动轴润滑情况进行检查，若制动轴出现变形时应及时进行更换。

3 实际应用效果分析

晋能控股煤业集团晋华宫矿305 采区南翼皮带巷东部为870 水平大巷，南部为301 盘区、西、北部均为实体、巷道为河北7-1 号层305 盘区巷道。巷道设计长度为891 m，巷道断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘进煤层为7-1 号层，煤层平均倾角为5°，煤层平均厚度为2.67 m，含夹矸一层，平均厚度0.66 m，结构简单。

南翼皮带巷采用综合机械化掘进工艺，截止目前巷道已掘进350 m，巷道在前期掘进过程中主要采用隔爆型全站仪进行井下导线测量以及高程测量，巷道每掘进30 m 安装一组导线点，控制巷道走向以及巷道高程等，由于巷道掘进过程中巷道内布置机械设备数量多、巷道内空间有限以及巷道内粉尘浓度高、风速大，导致全站仪导线测量时故障率高，造成测量精度低，通过实测发现巷道掘进至310 m处时巷道中线偏差达0.7 m；截止2020 年11 月巷道已掘进到位，通过对全站仪常见故障采取合理有效的预防措施后，巷道在后期掘进过程中采用全站仪导线测量时仪器故障率大大降低，导线测量误差控制在允许范围内，有效保证了巷道安全快速掘进。

4 结语

全站仪作为精密测量设备，在矿山测量工作中起着重要作用，在矿山测量工作中只有合理分析全站仪常见故障类型，并根据实际情况采取合理有效的预防措施，才能降低全站仪故障率，保证全站仪测量精度，避免因测量设备故障导致测量结果误差，从而造成矿山测量事故发生。