楊衛(wèi)民

（云南星焰有色金屬有限責(zé)任公司牟定郝家河銅礦， 云南牟定縣 675501）

全站儀在礦山井下測(cè)量中的使用

楊衛(wèi)民

（云南星焰有色金屬有限責(zé)任公司牟定郝家河銅礦， 云南牟定縣 675501）

使用傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行礦山井下測(cè)量，存在測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、工作量大、測(cè)量精度低等諸多問題，因而選擇使用全站儀進(jìn)行井下測(cè)量。介紹了其基本測(cè)量方法和注意事項(xiàng)。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，使用全站儀可提高測(cè)量精度，減輕測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，在礦山井下使用具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

井下測(cè)量；全站儀；測(cè)量誤差

0 前 言

井下測(cè)量的條件比地面差，井下潮濕、黑暗、空氣透視度低。空間狹小設(shè)備多，行人和運(yùn)輸繁忙，給測(cè)量工作帶來(lái)了極大的困難。其次，礦山井下測(cè)量的對(duì)象是各種井巷、采場(chǎng)和采空區(qū)等工程，這些對(duì)象的空間位置隨時(shí)間變化，為了將其及時(shí)、準(zhǔn)確、完整的反映在圖上，井下測(cè)量就必須貫穿于工程的始終。井下測(cè)圖的精度不均勻，為了滿足不同采礦工程的技術(shù)要求，井下測(cè)量具有一定的精度。在井下測(cè)量中以往使用的都是傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、鋼尺、羅盤，不但外業(yè)測(cè)量工作量大、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，而且內(nèi)業(yè)計(jì)算工作量也很大，并且受外界影響因素多，導(dǎo)致測(cè)量精度低。全站儀是一種新型的測(cè)量?jī)x器，是集光、機(jī)、電為一體的高科技測(cè)量?jī)x器，是集水平角、垂直角、距離（平距、斜距、垂距）測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng)，全站儀具有角度測(cè)量、距離測(cè)量、坐標(biāo)測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、放樣測(cè)量等多種用途。此外，內(nèi)設(shè)的專用軟件其功能還能進(jìn)一步拓展。它的推廣應(yīng)用，已逐步取代了光學(xué)經(jīng)緯儀加鋼尺的傳統(tǒng)測(cè)量方法，大大提高了我國(guó)礦山測(cè)量的工作效率和自動(dòng)化程度。全站儀在井下控制測(cè)量中的應(yīng)用，不但提高了量邊精度，水平角精度，而且減小了對(duì)中誤差引起的最終導(dǎo)線點(diǎn)位誤差。同時(shí)電子測(cè)角徹底改變了光學(xué)讀數(shù)的不足之處，減小了讀數(shù)誤差。

1 儀器的選擇

目前市場(chǎng)上的全站儀型號(hào)、功能、作用不同，基本上都可以滿足礦山測(cè)量的要求。目前從測(cè)角精度上全站儀大致分為5″、2″、1″級(jí)。測(cè)角精度越高價(jià)格也越高，所以選擇能滿足礦山工程需求的儀器可以節(jié)省投資。礦山井下工作環(huán)境一般潮濕、灰塵大，行人和運(yùn)輸繁忙，所以在選擇儀器時(shí)要看儀器的防水防塵效果及穩(wěn)定性。目前市場(chǎng)上大多全站儀防水等級(jí)為IXP6級(jí)，作為礦山井下使用一般要求防水等級(jí)在IPX4級(jí)以上。礦山井下使用的儀器一般每年都需要由專業(yè)的測(cè)繪儀器鑒定部門進(jìn)行鑒定，必須對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢校。全站儀的大氣改正可根據(jù)井下的溫度、氣壓進(jìn)行自動(dòng)改正。但是儀器常數(shù)和棱鏡常數(shù)需要根據(jù)使用的棱鏡進(jìn)行設(shè)置或測(cè)定。如果遇到地表和井下溫差過(guò)大，那么要將儀器從地表搬到井下放置一段時(shí)間，等儀器內(nèi)部溫度和外部溫度均衡后再進(jìn)行測(cè)量，以免溫差太大造成儀器不穩(wěn)定，目鏡和物鏡水汽太大影響測(cè)量人員的視線。為安全起見，應(yīng)對(duì)電池提前充電或準(zhǔn)備一些充好的備用電池；電池剩余容量顯示級(jí)別與當(dāng)前的測(cè)量模式有關(guān)，在角度測(cè)量模式下，電池剩余容量夠用，并不能夠保證電池在距離模式下也能用。因?yàn)榫嚯x測(cè)量模式耗電高于角度測(cè)量模式，當(dāng)從角度模式轉(zhuǎn)換為距離模式時(shí)，由于電池容量不足，有時(shí)會(huì)中止測(cè)距。

2 儀器的架設(shè)

2.1 全站儀的對(duì)中

礦山井下測(cè)量的導(dǎo)線點(diǎn)一般都設(shè)置在巷道頂板，因此儀器要在點(diǎn)下對(duì)中，這就要求全站儀望遠(yuǎn)鏡上刻有儀器中心，即鏡上中心。由于井下風(fēng)大，最好在鏡上中心安裝光學(xué)對(duì)中器，這樣既便于點(diǎn)上對(duì)中，又可提高對(duì)中精度。在井下安裝儀器之前，應(yīng)對(duì)兩幫和頂板進(jìn)行檢查，處理浮石，以免砸壞儀器和傷及測(cè)量人員。由于井下黑暗，且來(lái)往人員和車輛多，因此安置儀器后必須有專人看護(hù)。礦山井下測(cè)量?jī)x器對(duì)中時(shí)需要借助垂球進(jìn)行對(duì)中。為了減小井下風(fēng)流使垂球擺動(dòng)而產(chǎn)生對(duì)中誤差，一般選用350g的活動(dòng)尖垂球進(jìn)行對(duì)中。如果沒有350g的垂球，那么需要對(duì)風(fēng)流進(jìn)行遮擋或者關(guān)掉風(fēng)機(jī)。

2.2 棱鏡對(duì)中

全站儀的配套棱鏡組都沒有上對(duì)中點(diǎn)，目前各儀器廠家已經(jīng)生產(chǎn)出懸掛式360°全反射棱鏡，運(yùn)用到礦山井下測(cè)量是非常方便的，它可以直接懸掛到導(dǎo)線點(diǎn)上，對(duì)提高測(cè)量精度有一定的幫助。如果選用普通棱鏡，那么測(cè)量人員就需要對(duì)棱鏡仔細(xì)地對(duì)中，因?yàn)閷?duì)中誤差會(huì)對(duì)整個(gè)測(cè)量過(guò)程產(chǎn)生非常大的影響。對(duì)中結(jié)束后將相應(yīng)的坐標(biāo)、儀器及棱鏡高度輸入全站儀。需要注意的是，全站儀瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)在程序沒有確認(rèn)以前是不能旋轉(zhuǎn)全站儀的，否則所測(cè)結(jié)果將是錯(cuò)誤的。

3 測(cè) 量

3.1 一般測(cè)量

使用全站儀在礦山井下測(cè)量時(shí)，可提前在內(nèi)業(yè)計(jì)算好方位角、距離等數(shù)據(jù)，到工作面可以直接設(shè)置儀器的水平角和垂直角進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中全站儀可以直接顯示角度和距離，能夠更方便準(zhǔn)確標(biāo)定中腰線。在一般測(cè)量中，儀器所顯示的距離、角度、相對(duì)坐標(biāo)是不存入儀器內(nèi)存的，測(cè)量人員可根據(jù)施工需要記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 角度測(cè)量

井下測(cè)角時(shí)，除了在測(cè)點(diǎn)下安好儀器外，還要在與測(cè)點(diǎn)相鄰的前后視點(diǎn)上掛垂球線作為瞄準(zhǔn)的標(biāo)志。由于井下黑暗，必須將礦燈放在垂球線后面照亮垂球線繩。為了減少風(fēng)流對(duì)垂球的影響，可用1～2kg重的大垂球，并將它放在小水桶內(nèi)或用擋風(fēng)布擋住。望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡量瞄準(zhǔn)垂球線的上部。瞄準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)先用望遠(yuǎn)鏡大致瞄準(zhǔn)照亮垂球線的燈光后再對(duì)光，才容易在視線內(nèi)找到垂球線。因?yàn)榫孪锏乐袩艄夂芏?，為了避免找錯(cuò)目標(biāo)，常用“燈語(yǔ)”與前后視人員聯(lián)系。還要用燈光照亮十字絲，才能精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)。需注意的是照明光源不能直對(duì)全站儀方向，避免光線刺眼使儀器操作者不能準(zhǔn)確地尋找測(cè)量目標(biāo)。水平角觀測(cè)時(shí)，為了提高測(cè)量精度，常需要觀測(cè)兩個(gè)或更多的測(cè)回，以減弱度盤分劃誤差對(duì)觀測(cè)方向值的影響。全站儀里面有內(nèi)置程序左右角設(shè)置，避免來(lái)回轉(zhuǎn)換正倒鏡，在測(cè)角時(shí)利用此程序可以消除正倒鏡的2次誤差。

3.3 距離測(cè)量

全站儀的測(cè)距原理一般分為脈沖式和相位式，目前大部分儀器采用脈沖式測(cè)距。脈沖式測(cè)距是利用光波在大氣中的傳播速度和往返時(shí)間進(jìn)行計(jì)算所得，所以在測(cè)距時(shí)要注意棱鏡后面不應(yīng)有反光鏡和其他強(qiáng)光源等干擾，以免影響測(cè)量數(shù)據(jù)。在測(cè)距前一定要在儀器內(nèi)設(shè)置棱鏡常數(shù)，一旦設(shè)置了棱鏡常數(shù)，則關(guān)機(jī)后該常數(shù)仍被保存。不同的儀器配置的棱鏡參數(shù)是不同的，所以在使用前一定要注意。特別是不同廠家的儀器和棱鏡是有區(qū)別的。全站儀測(cè)距克服了鋼尺測(cè)量的許多缺點(diǎn)，邊長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)50 m，減少了測(cè)站，提高了測(cè)量精度。測(cè)量規(guī)范要求當(dāng)巷道掘一段距離時(shí)應(yīng)該布設(shè)控制點(diǎn)，但是由于井下受潮濕、能見度、照明等影響比較大，所以在直線巷道中應(yīng)不大于100m為宜。

3.4 坐標(biāo)測(cè)量

全站儀在井下使用最大的好處就是能夠通過(guò)內(nèi)部軟件計(jì)算直接顯示測(cè)量坐標(biāo)。有兩種方式：一是普通模式下根據(jù)儀器點(diǎn)得到的相對(duì)坐標(biāo)；二是通過(guò)設(shè)置儀器點(diǎn)坐標(biāo)和后視方向測(cè)量得到的坐標(biāo)。通過(guò)第二種坐標(biāo)測(cè)量可以隨時(shí)檢查施工的準(zhǔn)確度，如果發(fā)現(xiàn)問題可以立即糾正?，F(xiàn)在的全站儀都具有存儲(chǔ)功能，可以在內(nèi)業(yè)的時(shí)候?qū)⒁阎鴺?biāo)輸入儀器進(jìn)行存儲(chǔ)，作業(yè)時(shí)就可以在相應(yīng)菜單調(diào)出使用，這樣大大縮短了測(cè)站的架設(shè)時(shí)間，提高了工作效率。

3.5 放樣測(cè)量

使用全站儀進(jìn)行放樣有兩種方法：一是利用已知坐標(biāo)求出方位角和距離放樣；二是利用全站儀自身放樣程序進(jìn)行放樣。利用第二種放樣方法比較快捷簡(jiǎn)單，在放樣過(guò)程中儀器還會(huì)顯示棱鏡應(yīng)該往前往后還是向左向右，并且能夠測(cè)量出誤差結(jié)果來(lái)提示操作人員。在礦山井下放樣中通常會(huì)遇到像天井這樣的大傾角工程放樣，傾角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致儀器無(wú)法測(cè)量，為了解決這個(gè)問題可以給全站儀配置彎管目鏡。配置前應(yīng)該全面了解所用儀器的廠家、型號(hào)，以免尺寸有誤。

3.6 高程測(cè)量

礦山井下高程測(cè)量一般選用水準(zhǔn)儀進(jìn)行，但是越來(lái)越多的單位開始利用全站儀三角高程代替水準(zhǔn)儀測(cè)量。全站儀三角高程測(cè)量同經(jīng)緯儀三角高程測(cè)量原理相同。最大的優(yōu)點(diǎn)是在測(cè)定控制點(diǎn)的平面位置過(guò)程中同時(shí)測(cè)定其高程，與水準(zhǔn)測(cè)量相比，能一次測(cè)定距離較遠(yuǎn)或高差較大的兩點(diǎn)間的高差。不用觀測(cè)垂直角，可直接讀出高差值。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）全站儀測(cè)距大大減小了導(dǎo)線終點(diǎn)的縱向誤差，同時(shí)可增加導(dǎo)線的平均邊長(zhǎng)，減少觀測(cè)垂直角，直接讀出距離、高差值及坐標(biāo)，提高了測(cè)量的工作效率。

（2）全站儀電子測(cè)角將大大減小讀數(shù)誤差，而且由于測(cè)距平均邊長(zhǎng)的增加，減少了對(duì)中次數(shù)及對(duì)中誤差和測(cè)角方法誤差，提高了測(cè)角精度。

（3）由于量邊精度的提高及平均邊長(zhǎng)的增長(zhǎng)，減小了距離誤差，井下三角高程測(cè)量方法完全符合《規(guī)程》要求，從而取代了井下水準(zhǔn)測(cè)量，大大提高了工作效率，減少了井下施測(cè)工作量和工作時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

（4）全站儀的應(yīng)用可提高工作效率，同時(shí)可提高測(cè)量的精度，在礦山井下使用具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

［1］周立吾，張國(guó)良，林家聰.礦山測(cè)量學(xué)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社，1985.

［2］武漢測(cè)繪學(xué)院《測(cè)量學(xué)》編寫組.測(cè)量學(xué)（修證本）［M］.北京：測(cè)繪出版社，1985.

［3］武漢測(cè)繪學(xué)院控制測(cè)量教研組，同濟(jì)大學(xué)大地測(cè)量教研室.控制測(cè)量學(xué)［M］.北京：測(cè)繪出版社，1986.

［4］李青岳.工程測(cè)量學(xué)［M］.北京：測(cè)繪出版社，1985.

2012－02－02）

楊衛(wèi)民（1968－），男，湖南邵東人，高級(jí)工程師，從事測(cè)量技術(shù)工作。