在地下矿山测量中,使用传统的经纬仪、水 准仪进行测量,不但外业、内业测量计算工 作量大,而且影响测量精度的因素很多,使用 全站仪不仅可减少部分因素的影响,提高测 , 量精度,而且可减轻测量人员的劳动强度,从 而提高工作效率。
在矿山测量中, 井下测量与地面测量可谓千差万 别,无论从测量条件、劳动强度还是安全因素等都 比地面测量困难得多。由于井下受阴暗、潮湿、 温差、炮烟、水汽、照明亮度等影响, 目标难找 影响测量。巷道狭小、滴水、噪声、机车的往来、 井下爆破等都是影响测量精度的因素。在井下测 量中, 以往使用传统的经纬仪、水准仪、挂罗盘 进行测量, 不但外业测量工作量大、作业时间长, 而且内业整理、计算、检查测量成果工作量也大, 并且外业影响测量因素较多,导致测量成果精度较 低。
全站型电子速测仪(简称全站仪) 是由电子测 角、电子测距、电子计算和数据存储单元等 组成的三维坐标测量系统。由于该仪器能较 完善地实现测量与处理过程中的电子化和一 体化, 将其应用到地下矿山测量,不但可以减轻 测量人员的劳动强度,提高工作效率,而且减少 了许多中间环节,直接减少了许多因素的影响, 可提高测量精度,真正体现科技给测量带来的 发展机遇。
仪器的选型及参数的设置 仪器的选型及参数的设置 地下矿山使用的全站仪,在仪器的选型上,首先必 须考虑井下的特点,要选择防水等级为IXP4 级以 上的全站仪, 即防溅型全站仪(即仪器能受任意方 向的水溅而不受影响) 。这种仪器具有较强的密 封性能,有较好的防水和防尘效果。 全站仪内部的参数可根据井下温度、气压等按公 式或图表进行设置。但棱镜常数及仪器常数则应 根据使用的棱镜设置或测定。仪器在首次使用和 使用一段时间(一般指一年)后, 必须对其各项指标 进行检校。由于仪器精密性较高,一般须送往专业 测绘部门进行检验。
目前全站仪只设置有点上光学对点器, 而未设 置点下光学对点器。因此, 在井下测量时须借 助垂球进行对中。为减小井下风流使垂球摆 动而产生对中误差, 在对中时一般用350g 的 活尖垂球进行, 否则必须用遮挡物(如雨伞等) 挡去风流的影响, 或关掉风机。
一般全站仪在望远镜筒上设置了一小点做点 下对中用, 而有些全站仪(如托普康全站仪) 又 在手柄电池上设置了点下对点, 因怕手柄电池 的紧固螺丝有松动现象,对点不在同一竖直轴 上而产生误差,在进行较高级测量时, 必须用望 远镜筒上的点对中。即先打开电源把垂直角 对好水平90°后, 关闭电源,取下手柄电池再对 中。精确对中后再小心安上手柄电池,即可重 新开机测量。
全站仪棱镜在井下使用时必须先做好一些准 备工作, 否则棱镜对中无法进行。一般的全站 仪棱镜上没有点下对点装置。我们根据自己 的实际情况,制作了一个“棱镜对点器”供大 家参考。其俯视图为⊙, 侧视图为, 直径按棱 镜轴套内径为24mm(本例为TOPCONGTS — 311S 基座式点上对中棱镜) ,高度以方便取出 为好,一般不小于3cm为宜。做好后把它放在 棱镜套孔中仔细对中后,轻手取下,再把棱镜小 心放上对准全站仪,即可进行测量。
对中误差是引起测量误差的一个重要因素, 测 量人员在设置测站时应仔细对中。按理论计 算, 当仪器离测量点高度为1. 5m、而对点误 差为0. 5mm时, 则引起仪器竖轴倾斜误差为 1′09″, 而这一误差对10m以外的目标将产生约 10″的水平角误差。可见对中因素对测量产生 误差的影响。
测量前输入全站仪内部的所有数字,如仪器高、 镜站高、测站点坐标、测站点高程, 以及后视 点方位等都必须反复核对,确定无误后,才能进 行下一步测量工作,否则,所测结果无法使用。 特别要注意在输入完坐标数据后即时瞄准后 视点, 或输完后视坐标数据及时提取方位角, 否则所测的结果将产生旋转或平移。
利用全站仪在井下进行一般测量时, 为了加快 测量速度, 可直接设置后视方位、测站坐标及 高程,并设置好仪器高及镜站高,直接读取、记 录所测点的坐标及高程。从而及时了解掘进 进度, 指导井下工程按设计进行施工,保证安全 作业。为便于检查,须同时记录所测点的方位 (HR) 、平距(HD) 、高差(VD) 、垂直角(δ) 、 斜距(SD) 。井下定中线、腰线时,由于全站仪 可直接调出方位和读出距离, 省去了很多辅助 工作,能方便、准确地现场标定中、腰线。
井下测量时,由于受巷道狭小的影响,一般照 准方向不多, 全站仪自带的一些固化程序不是 都可以用得上(如对边测量、后方交会法、面 积测量等) , 必须根据井下的特点来灵活应用 这些固化程序。
角度测量是井下测量中的重要工作, 也是关键 的工作, 角度测量精度的高低直接影响到方位 角的大小, 从而影响最弱点和最弱边的误差。 利用全站仪内置的重复角度测量模式测量, 既 能消除正倒镜的2C 差, 又能及时反映测量误 差, 避免了来回转换正倒镜。井下角度测量照 准方向一般以垂球线为最佳。为了得到最好 的背景效果, 可在垂球线后面用照明工具透过 透明纸进行照明, 并把部分反光的照明灯关闭, 以便更好地寻找测量目标。
传统的井下导线测量边长是两人用15kg 力水平 同时拉钢尺,两人读取数字,往往因两人力量把握 不均, 难以读数, 此外还有因听错、读错或算错而 导致限差不合要求, 从而常常进行反复多次测量 才符合要求, 特别在斜井(20～30°) 上测量边长, 难度系数更大。由于受钢尺长度的影响, 限定了 导线边长不能超过50m, 当测量高级导线超过 50m, 除必须设中间定转点外, 还必须考虑钢尺的 高差改正和垂曲改正, 给测量工作带来很多困难。 全站仪的测电子测距克服了钢尺测量的诸多缺点,
边长远远超过50m,不但减少了测站, 而且提 高了测量精度。值得注意的是棱镜整平对中 后必须通过小观察孔对准全站仪测站方向。 由于井下受潮湿、温度、能见度、照明亮度 等影响,加上垂球线细度问题以及照准方向背 景不好,两测量导线点的边长设置, 在直线巷道 中以不大于300m为宜。
坐标测量是直接对准棱镜, 仪器自动计算出并 显示未知点的坐标,在设置好测站点的坐标、 后视方位(或后视点坐标) 后, 即可进行测量。 关机后可恢复测点坐标的模式, 给测量工作带 来了检查方便。在进行测量放样中, 通过坐标 测量可对放样点立即进行检查,发现问题可立 即纠正。
在井下指导工程掘进, 尤其是巷道进行相向贯 通,定向测量显得尤为重要,在巷道的中线、腰 线、规格三要素中,中线、腰线的标定工作对 贯通起关键性的作用。全站仪屏幕上直接显 示的角度, 减少了传统经纬仪读数的出错概率, 为标定方向减少了许多中间环节,提高了定向 测量的准确性。
井下工程测量管理过程中, 放样测量工作相对 较少,但在一些重点开拓工程的设备基础安装 时,各种轴线的放样标定工作, 同样对测量提出 了较高要求。通过全站仪的各种放样固化程 序, 先设置好各种参数, 一般很容易达到要求。 在实施放样的过程中,仪器还能人性化地告知 棱镜应该往左往右,还是往前往后,并测量出误 差结果。
井下高程测量一般利用水准仪进行, 全站仪通 过输入测站高程,量取仪器高和镜站高,直接显 示测量未知点的高程,虽然测量的是三角高程, 但对指导一般的工程施工,同样可达到快而准 的效果,并且可以与水准高程互相检核。