陈晓东
山东省烟台莱州市三山岛金矿 山东 莱州 261400
摘要：随着科学技术的发展，矿山地下测量精度要求的不断提高，全站仪开始大量应用于矿山地下测量工作当中，全站仪的交会法测量使用为矿山地下测量工作抒写了崭新篇章，矿上地下测量工作也有了前所未有的转折。
关键词：全站仪；交会法测量;下矿山
引言
传统的测量方法主要包括前方交会、后方交会、侧方交会，通常情况下，这些测量方法必须在良好的通视情况下才能获取可信的测量结果。但是受地下作业环境的影响，已知点之间通常很难达到这种要求，也就无法获取为未知点三维坐标，为解决这一情况，提出了全站仪测角量边交会法，把全站仪安置在待定点上，通过观测待定点与两已知点的水平夹角及距离、高差，利用数学三角函数原理求出待定点三维坐标及各边方位角。
1矿山地下测量的特点
与露天矿测量不同，矿山地下环境条件差，空气不流通、潮湿阴暗、空间小、设备多，机车、行人来往繁忙，还有地下爆破的粉尘、炮烟、噪音、积水等诸多影响，给地下测量带来了极大的困难。由于地下特殊的环境，点位都标记在巷道顶板上，因此必须采用与地面不同的点下对中的方法进行对中。矿山地下测量贯穿于整个工程的始终，各种巷道、采场和采空区的空间位置随着时间也一直在变化，这些变化都必须经过测量才能在图上及时、准确、完整的更新展示出来。地下巷道测量的主要方法是导线测量，且一般以支导线的布设形式为主，当巷道贯通后，进行联测才可布设闭合导线或附和导线。地下巷道贯通是很精密的工程，一旦出错将引发工程事故，对工作人员的人身安全也会造成伤害。因此，地下巷道对测量精度的要求很高。
2全站仪后方交会测量法的特点
(1)计算过程简单快捷且计算量小。传统方法由于井上、井下部分需要仪器测量及人工丈量的夹角、线距、边长较多，导致数据多、计算量大。使用全站仪后方交会法，只需仪器测量及人工丈量井下部分的夹角和边长，而且可以用支导线的方式直接算出3根棉线的坐标，其计算过程简单快捷;井上部分导入点的坐标则无需计算，可利用仪器本身功能直接测出。
(2)操作过程简单。相比较于传统方法，井上部分利用悬挂式棱镜代替棉线垂球后无需使用仪器及人工丈量夹角、线距及边长。只需使用全站仪照准悬挂棱镜，利用全站仪的后方交会功能可直接测出导入点的坐标，其过程与原理简单可靠，使测量过程操作量减少，劳动强度降低。
(3)提高测量精度。由于悬挂棱镜的细花杆长度短，且是硬质金属，利用悬挂棱镜代替棉线可明显减小摆动幅度和避免旋转，从而提高测量精度。同时由于省去了人工丈量边长和线距的环节，降低了人为因素造成的测量误差，使得测量数据更加精确。
3矿山生产中全站仪的应用要点
3.1确定测量模式
在矿山测量工作中，常见的测量方法是跟踪测量，为了提高测量精度，需要科学确定测量模式。测量模式的确定通常要考虑项目实际需要，确保全站仪的测量模式能够满足项目的实际公差要求，从而有效提高测量精度，提高整个项目的测量质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2科学设置全站仪各项技术参数
在设置全站仪的各项技术参数时，为了确保各项技术参数的平稳有效运行必须设置正确，如地球大气层的曲率、高度和平均温度数据输入该地区的主要站后，输入的数据是由系统自动，和棱镜参数应结合棱镜模型参数是合理的。
3.3全面考虑具体测量项目
由于全站仪在具体使用过程中，不同的测量项目实际测量方法有所不同。比如地下矿山的测量则需要考虑矿区总体规划、矿区地形图设计单位提供的数据等。只有全面考虑到了具体测量项目的要求，才能够确保全站仪发挥最佳作用。
4全站仪后方交会测量法及其应用
在待测点设站，向三个已知控制点观测两个水平夹角α、β，从而计算待测点的坐标，即为后方交会。图中A、B、C为已知控制点，是新方法中三根棉线的坐标，P点为待测点，是坐标导入点。如果观测了PA和PC之间的夹角α，以及PB和PC之间的夹角β，这样P点同时位于△PAC和△PBC的两个外接圆上，必定是两个外接圆的两个交点之一。由于C点也是两个交点之一，则P点便唯一确认。后方交会的前提是待测点P不能位于由已知点A、B、C所决定的外接圆(称为危险园)的圆周上，否则P点将不能唯一确定，若接近危险圆(待定点P至危险圆圆周的距离小于危险圆半径的1/5)，则P点的可靠性将降低，在使用后方交会法时应尽量避免上述情况。
4.1吊线
首先在人行天井顶板上悬吊3根棉线，为保证测量精度及满足测量要求，3根棉线应构成较好的三角形，棉线之间的相互距离应尽量大于0.5m，且3根棉线与坐标导入点不能构成危险圆。在棉线悬挂过程中应避免与梯子、梯子平台、岩壁等接触。
4.2地下棉线坐标点测量
利用主平巷中的已知坐标高程的控制点A、C，在C处安置全站仪，以控制点A为后视点观测并计算出仪器与3根棉线之间的方位角α1、α2、α3，用钢尺丈量出仪器与3根棉线之间的水平距离C1、C2、C3。在丈量距离时首先将全站仪水平角调到0°00'00″，然后对准3根棉线，在全站仪十字丝中心对到的棉线处插入铁钉作为全站仪与棉线水平的标志，然后用钢尺量取该距离，在量距时应至少丈量3次取平均值作为仪器与3根棉线之间的水平距离。观测结束后可现场采用支导线的原理，利用已知控制点A、C，仪器与棉线的方位角及水平距离计算出1，2，3三根棉线的坐标。为保证棉线坐标的准确性，测角、量距、计算需要进行3次以上，然后取计算结果的平均值作为3根棉线的坐标，此棉线坐标也是3根棉线悬挂点的坐标。
4.3导入点坐标测量
在井上副层中主要利用后方交会法原理，利用求得的棉线悬挂点的坐标作为后方交会测量的3个已知控制点来求出未知点的坐标。其方法与测量过程如下:
在－20m副层的天井两端巷道的顶板上各做一个导线点作为平巷中的坐标高程导入点，如图1中的a，b点。此时可以将天井顶板上的3根棉线拆掉，换成悬挂式棱镜。首先调节小棱镜至水平状态，待悬挂棱镜花杆稳定不摆动后，在a点架设全站仪，b点架设棱镜，两端仪器对中整平后打开全站仪，进入后方交会测量界面，将3根棉线点的坐标输入全站仪并照准3个棱镜中心，利用全站仪后方交会功能直接测出a点的坐标。然后全站仪照准b点棱镜，测量并计算出b点坐标，完成a、b两点坐标导入。同样，为保证测量精度，此过程应至少操作3次以上，取数据的平均值作为最终结果。
4.4高程导入
高程导入的方式与传统方法一致，此过程需要在拆除棉线前完成。
4.5测量精度
全站仪后方交会测量本身精度是比较高的，但在设置坐标导入点时要注意导入点与棉线之间的夹角，为保证精度，其夹角一般控制在30°～120°。使用该方法进行联系测量，一般可达±5mm精度。实践证明用2s、2+2ppm级的全站仪，放样距离在150m之内，其放样点位中误差可保证在±3mm。
结束语
根据分析，采用全站仪边角交会方法获得的未知点三维坐标是满足精度要求的，因此该方法能够满足日常指导施工的应用。但是要做为主运输巷内长距离传递坐标的控制点资料还需要进一步提高测量观测精度。
参考文献
[1]康志红.全站仪在煤矿地下平面控制测量中的应用[J].内蒙古煤炭经济. 2018(12)
[2]董浩浩.全站仪联合RTK在矿山测量中的应用[J].陕西煤炭.2018(04)
[3]杨建军.煤矿测量中全站仪的应用实践浅谈[J].能源与节能.2018(08)
论文作者:陈晓东
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/14
标签：测量论文; 棉线论文; 坐标论文; 全站仪论文; 棱镜论文; 地下论文; 精度论文; 《防护工程》2018年第30期论文;