矿山测量教案

矿山测量

主讲人：易胜强

第一章 全站仪在矿山测量中的应用

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。

1.1仪器的准备

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。

1.2仪器的对中

1. 2. 1 全站仪对中

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。 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。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。

1. 3 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。

1. 3 内置固化程序测量

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。 1. 3. 1 角度测量

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。 1. 3. 2 边长测量

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。 1. 3. 3 坐标测量

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。 1. 3. 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。 1. 3. 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

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