连续设站三角高程测量方法在矿山测量中的应用_梁晓江.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 矿山井下测量工程对于矿山的开拓、 及生产工作 都具有重要意义[1～2]。 如今， 随着矿山开拓速度的加快， 以及生产能力的提升， 对井下测量作业的作业速度及 精度也有了越来越高的要求， 矿山井下采用合适的测 量方法， 可大大的提高测量作业的质量和速度[3]。 本文 对连续设站三角高程测量方法在井下的应用进行了 研究和探讨， 在进行了实例验证。 1井下作业情况 随着矿山井下开采的机械化， 井下巷道出现了坡 度大、 距离长等特点， 尤其是运输大巷， 回风大巷的长 度甚至达到 3- 5km， 由于以上原因， 在矿山井下巷道 进行高程测量时， 无论是开拓巷道， 采取巷道， 都存在 空间有限， 需要布设的测站较多， 测量作业任务重时 间长等缺点，因此在矿山井下进行测量作的方式， 亟 需改变和优化[4～5]。 2三角高程测量原理 三角高程测量具有简单方便，精度高等特点， 且 随着一些高精度仪器的出现及测量工具的开发使用， 三角高程测量已越来越方便， 近年来， 人们将全站仪 应用到了三角高程测量中， 并在矿山井下开发出了防 爆型全站仪， 所以在矿山测量中全站仪三角高程测量 正逐步代替水准测量进行矿山作业。 在矿山井下一般采用单向观测法进行高程测量 作业， 其基本原理如图 1 所示 图 1基本原理图 其测量基本方法为将仪器架设至已知点 A， 量 取已知点 A 至仪器横轴的垂直距离 （仪器高） ， 将觇 标 B′安置在待测点 B， 量取待测点 B 到觇标 B′的 垂直距离 （觇标高 ） ， 使用仪器测出 A、 B 之间的倾角， 其后根据相关公式计算 A、 B 两点的高差。A、 B 两点 连续设站三角高程测量方法在矿山测量中的应用 梁 晓 江 （山西焦煤汾矿集团两渡煤业公司 ，山西 灵石 031300 ） 摘要 由于三角高程测量具有简单易行的特点， 近年来在煤矿井下测量中得到了广泛应用， 但煤矿 井下巷道起伏大， 架设仪器困难， 导致普通三角高程测量无法实现快速有效的测量作业， 本文提出在 井下采用连续设站三角高程测量方法， 该方法仪器不需要对中， 且需要读取的数据量少， 在减少测量 作业难度的同时， 大大提高了测量速度， 且减少了累积误差的影响， 提高了测量精度， 可以有效提高矿 山测量的效率并满足井下高程测量的要求。 关键词 连续设站 ； 三角高程测量 ； 测量精度 ；测量效率 中图分类号 TD173文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0100- 03 Application of Trigonometric Elevation Measurement with Continuous Stations in Mine Survey LIANG Xiaojiang （ShandongCokingCoal Mine Group Liangdu Coal IndustryCompany, Lingshi 031300 ， China ） Abstract Triangular elevation measurement has been widely used in underground coal mine survey in recent years because of its simplicity and practicability. However, it is difficult to erect instruments in underground coal mine because of the large fluctuation of roadways, which makes it impossible for ordinary trigonometric elevation measurement to achieve rapid and effective measurement. This paper proposes to adopt continuous station trigonometric elevation measurement in underground mine. This does not require alignment ofinstru- ments, and it is difficult to ere The amount ofdata needed to be read is small, which not only reduces the difficulty of surveying operation, but alsogreatlyimproves the speed ofsurveying, reduces the influence ofaccumulated errors and improves the accuracyofsurveying. It can effec- tivelyimprove the efficiencyofmine surveyingand meet the requirements ofunderground elevation surveying. Key words continuous station setting; trigonometric elevation measurement ; measurement accuracy; measurement efficiency 100 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 的高差计算公式如下 hLsinαi-v （1 ） 式中 h 为 A、 B 两点的高差； L 为 A、 B 两点间的 斜距； α 为 A、 B 两点竖直倾角； i 为仪器高度； v 为高 度。 井下测量作业， 由于空间狭小， 所以有其独特的 方式， 其测点可布置在巷道顶板， 也可布置在巷道的 底板， 按照测点位于顶、 底板的不同， 井下三角高程测 量可以分三种情况分别进行两点之间的高差计算， 以 向下测量时为负向上测量时为正。 第一种情况 A、 B两点均在巷道底板时如图 2 图 2A B 均在巷道底板 A、 B两点间的高差为 hLsinαi-v （2 ） 第二种情况 AB两点均在巷道顶板时如图 3 图 3A B 均在巷道顶板 A、 B两点间的高差为 hLsinα-iv （3 ） 第三种情况 A 点在巷道顶板 （底板 ） B 点在巷道 底板 （顶板 ） 时， 如图 4 图 4A 在顶板 （底板）B 在底板 （顶板） 时 A、 B两点间的高差为 hLsinα-i-v/hLsinαiv（4 ） 3连续设站三角高程测量原理及测量方法 三角高程测量方法虽然近年来在矿山测量中得 到了广泛应用， 但其具有架设仪器复杂， 读取数据量 多， 累积误差大等缺点， 基于以上原因， 本文为优化井 下测量作业方法，提出采用连续设站的三角高程测 量， 该方法尤其适用于测量较远距离的巷道， 其基本 原理如图 5 所示， 以测量 A、 B 两点的高差为例， 来说 明连续设站三角高程测量的基本操作方法 1 ） 将棱镜安置在 A 点和转点 1 处， 在这两点大 约中间部位架设测量仪器， 对中整平后， 测量 A 点到 1 点，及仪器安置位置到 1 点的斜距 L 和竖直角 α， 并且用钢尺量取 A点处的棱镜高度； 2 ） 将 A处的棱镜移动到 2 点的位置， 1 点保持不 变， 在 2 点和 1 点之间取适当的位置仪 2 点， 架设仪 器， 对中整平后进行观测， 分别观测仪器架设点至 1 点， 及仪器架设点至 2 点的斜距 L和竖直角 α； 3 ） 按照以上方法， 逐渐在合理的位置架设仪器， 直至观测至 B点， 之后需量取 B点棱镜高度。 图 5连续设站三角高程测量 如共需要设 n 站进行观测；则 A- B 两点之间高 差即为 hABhA1h12hn-1B（5 ） 采用连续设站三角高程测量时， 不需要进行仪器 对中， 这对于场地复杂的巷道来说可极大的提高测量 效率， 同时， 只需读取起始点 A 和终止点 B 的棱镜高 度， 减少了仪器误差对测量的影响。 4测量误差 在矿山井下采用连续设站三角高程测量方法时， 为提高测量精度， 减小测量误差， 除了采用合适的仪 器及方法准确读取各项数据外， 还需要注意 1 ） 严格按照相关规范记录数据， 各项限差应符合 煤矿测量规程 中的要求； 2 ） 在转点处安设棱镜时， 应使其高度尽量一致， 或者直接在地板上安置棱镜， 以方便计算转点处的数 据； 3 ） 应合理设置仪器位置， 后视、 前视距离大致相 等， 且尽量长一些， 以减少测站数； 4 ） 连续测站三角高程测量方法， 不适用在需要测 出每个点位的高程的一般导线测量作业中， 因此应根 据具体情况选用该测量方法； 5 ） 在测量 A、 B 两点的仪器高度时， 要严格按照 相关测量规程中要求的方法量取； 6 ） 在测量作业中， 要保证已经安设好的棱镜， 选 101 ChaoXing （上接第 99 页） [6] 何团, 特厚煤层区段防水煤柱稳定性评价及保护技术研 究[J]. 岩土力学, 2017,（04） 1148- 1153. [7] 洛锋,曹树刚,李国栋,李勇,李奇贤.近距离下行逐层开采 底板应变时空差异特征[J].采矿与安全工程学报,2018,35 （05） 997- 10041013. [8] 张铁刚.极近距离煤层采空区下开采技术研究[J].煤矿现 代化,2018 （06） 27- 29. [9] 张明光.极近距离煤层采空区下巷道支护技术研究[J].山 东科技大学学报 （自然科学版） ,2018,37 （04） 35- 41. 作者简介 马正武 （1992-） ， 男， 内蒙古包头人， 2015 年 6 月毕业于 内蒙古科技大学， 工学学士， 助理工程师， 主要从事矿山巷道 掘进研究。 高玉良1991- ， 男， 陕西榆林人， 2018 年 6 月毕业于太 原理工大学， 硕士， 助理工程师， 主要从事矿山压力技术研 究。 （收稿日期 2019- 2- 22） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 好的点位不变更位置和高度， 以免造成大误差； 7 ） 可采用变更仪器高度法，来消除一些系统误 差。 5工程实例 如图 6 所示， 在山西焦煤汾矿集团两渡煤业有限 公司， 进行西六回风下山贯通工程测量时， 西六回风 下山长 1 .8 km； 水平大巷图中粗线有 450 、 300 、 150 总长 6 .3 km , 本次作业， 距离长， 任务重， 数据 量大， 经过初步分析， 采用一台 Nikon- DTM- 352C 防 爆型全站仪（测距精度为） 、 2 个配套的脚架及棱镜， 及一些其他相关设备， 进行连续设站三角高程测量作 业。该工程于 2017 年 3 月， 实现贯通, 该贯通实测贯 通误差平面0 .024 m;高程0.100m。 图 6西六回风下山贯通示意图 本次贯通工程总距离为 13 km， 经过分析现场实 际情况， 其中 6.8 km 采用连续设站三角高程测量， 在 本次测量作业中，近 7000m 的连续设站三角高程测 量路线， 不到 6 小时就测量完成， 与普通三角测量相 比具有明显的优势， 首先作业时间大幅缩短， 效率极 高，其次测量误差也被控制在规范要求的范围之内， 该巷道贯通后， 整体平顺， 未出现错台， 最终的闭合差 为 100mm， 完全符合要求， 本次测量作业取得了较好 的效果。 6结论 1 ） 经过多次实践，由于矿山井下巷道起伏度较 大， 且空间范围狭小， 架设仪器不方便， 基于以上原 因，本文对三角高程测量的基本原理进行了初步探 讨， 并提出了在矿山井下采用连续设站三角高程测量 的作业方法。 2 ）在进行连续设站三角高程测量时，也应注意 数据的读取和测量方法的标准正确性， 严格按照相关 规范进行操作， 避免造成不必要的测量误差。 3 ） 使用连续设站三角高程测量方法成功进行了 一次井下测量， 测量结果表明， 使用该方法可节省作 业时间、 减少测量误差， 提高测量效率。 参考文献 [1] 曾志敏.三角高程测量精度研究及实践[J].机械管理开发, 2018,33 （07） 141- 142. 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