全站仪在井下测量的应用

全站仪在井下测量的应用
吴卫星
（皖北煤电集团临汾天煜恒昇煤业，山西临汾041000）
摘要在矿山测量中，传统的经纬仪、水准仪测量，具有外业测量工作量大、内业计算复杂等缺点，全站仪的应用不但提高了测量的精度，减轻测量人员的劳动强度，而且大幅度的提高了工作效率。

而全站仪与激光的结合，使得在井下工作条件下的工作效率进一步提高。

关键词井下矿山全站仪测量
中图分类号T178文献标识码C
全站仪电子速测仪（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，并结合激光指向一体化，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，避免了许多因素的影响，从而提高测量效率与测量精度。

1仪器准备
1．1仪器的选型及参数的设置
井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（仪器能受任意方向的水溅而不受影响）和防爆型全站仪。

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、气压等按公式或图标进行设置。

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校检。

由于仪器精密性较高，一般须送往专业测绘部门进行检验。

1．2仪器的对中
1．2．1全站仪对中
最新全站仪设置有点上、点上光学对点器和点上激光对点器，大大提高了对中速度，避免大巷风流对对中的影响。

井下一般采用点下对中的方式，多借助垂球进行对中。

为减小井下风流使垂球摆动而产生对中误差，在对中时一般采用350g的活尖垂球进行。

一般全站仪在望远镜镜筒上设置了一小点做点下
*收稿日期：2011－08－10
作者简介：吴卫星（1979－）安徽省淮北市人，助理工程师，毕业于中国矿业大学，现工作于皖北煤电集团临汾天煜恒昇煤业生产技术部。

对中用，因井下使用全站仪型号不同，对于设置在手柄电池上的对中点，往往由于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。

在进行较高等级测量时，必须使用望远镜镜筒上的点对中，即先打开电源把垂直角对好水平90ʎ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，重新开机测量。

1．2．2镜站对中
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。

笔者根据自己的实际情况，制作了一个“棱镜对点器”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1'09ᵡ，而这一误差对10m以外的目标将产生约10ᵡ的水平角误差。

可见对中因素对测量产生误差的影响，对于精度要求较高的边长需要将棱镜整平对中并通过小观察孔对准全站仪测站方向。

对于精度要求不高的边长测量一般直接将井下专用悬挂棱镜悬挂在线绳上进行距离测量，棱镜自然下垂时应确保棱镜中心在垂线方向上。

到井下工作地点后，由于温差原因，应先在干燥、安全、无滴水处把仪器打开，使仪器温度与环境温度基本达到一致，防止镜面产生水珠水汽，影响测量速度。

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及时瞄准后视点，或输入完后视坐标数据后及时提取方位角，否则所测的结果将产生旋转或平移。

化测量方案通过多种方式减小贯通测量误差，使设计方案满足工程建设施工要求，实现顺利贯通。

参考文献：［1］周立吾，张国良，林家聪．矿山测量学［M］．徐州：中国矿业大学出版社，1989
［2］中华人民共和国能源部．煤矿测量规程［M］．北京：煤炭工业出版社，1989
2测量
2．1一般测量
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、测站点坐标及高程，并设置好仪器高和镜站高，直接读取、记录测点的坐标及高程，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（＆）、斜距（SD）。

井下标定中线、腰线时，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、准确地现场标定中线、腰线。

2．2内置固化程序测量
井下测量时，由于环境狭窄，一般照准方向不多，全站仪自带的一些固化程序（如对边测量、后方交会、面积测量等）应用受到限制，因此在矿山测量工作中，必须根据井下的特点来灵活应用这些固化程序。

2．2．1角度测量
角度测量是井下测量中的重要工作，也是关键工作，角度测量精度的高低直接影响到方位角的大小，继而影响到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。

2．2．2边长测量
传统的井下导线测量边长时两人用15kg力水平同时拉钢尺，两人同时读取数字，往往因为两人力量把握不均，难以读数，此外还有因听错，记错或算错而导致限差不合要求，常常进行多次反复测量才能符合要求，特别在倾斜巷道（20ʎ 30ʎ）内测量边长，操作更难进行。

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时，除必须在中间设转点外，还必须考虑到钢尺的高差改正和垂曲改正，给测量工作带来了很多困难。

全站仪的电子测距克服了钢尺测量的诸多缺点，边长远远超过50m，既减少了测站数，又提高了测量精度。

由于井下受潮湿、温度、能见度、照明亮度等因素影响，加上垂球线细度问题以及照准方向背景干扰，两测量导线点的边长设置，在直线巷道中以不大于200m为宜。

2．2．3坐标测量
坐标测量时直接对准棱镜，仪器自动进行计算并显示出未知点的坐标。

在设置好测站点的坐标、后视点方位（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，给测量的检查工作带来了方便。

在进行测量放样中，通过坐标测量可对放样点坐标立即进行检查，发现问题可立即纠正。

2．2．4定向测量
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，减小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。

2．2．5放样测量
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，同样对测量工作提出了较高的要求。

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，仪器还能人性化的告知棱镜的上下和左右偏差，并测量出误差结果。

全站仪结合了可视激光指向，使得放样工作效率进一步提高。

2．2．6高程测量
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，直接显示出测点的高程，虽然测量的是三角高程，但对指导一般工程的施工，同样可达到快而准的效果，并且可与水准高程互相检核。

3全站仪在井下的应用
矿山测量中最多的测量工作就是中、腰线的标定，但是在井下巷道中艰苦条件下，使得这项工作变得十分艰难，点的放样需要测站人员和前视人员有较好的联系，才能将需要测设的点位固定到设计的位置。

在传统的中、腰线延线工作中，测量人员通过喊话或采用矿灯的方式进行交流，但井下的噪声、黑暗以及光线混乱等原因使得这种方法往往难以进行，往往浪费很多时间。

全站仪结合了井下激光，很好的解决了以上问题，测站人员只要将所设计的角度拨好，按激光指向，前视人员便可以根据激光的指向很迅速的将点位确定好，大大节省了井下测量时间。

4体会和建议
（1）当测量距离较远时，测量人员互相发出测量信号很难确认，若全站仪主机和棱镜内设置传呼机（对讲机），则测量更为方便。

（2）附件应配备弯管目镜，以利于井下高天井等大倾角的测量。

（3）棱镜有可以校正的螺丝，以便可以在悬挂后进行棱镜中心点偏离垂球线的校正，便于更换多个备用标准挂钩。