矿山测量中同时给定巷道中腰线方法的探讨

矿山测量中同时给定巷道中、腰线方法的探讨摘要：矿山测量中激光指向仪因其亮度高，且具有良好的方向性、单色性，被广泛应用于巷道中腰线标定。传统方法激光指向仪是配合经纬仪和水准仪使用的，操作繁复，且精度相对较低。本文利用激光指向仪配合全站仪，探讨一种可以同时给定巷道中线和腰线方法。关键词：激光指向仪全站仪归化放样矿山测量中，激光指向仪因其亮度高，且具有良好的方向性、单色性，被广泛应用于巷道中腰线标定。传统激光指向仪给中、腰线，是在经纬仪、水准仪分别放样出巷道的中线、腰线的基础上，通过调节激光指向仪，使激光束通过中线且平行于腰线而实现的。其中，激光束方向的反复检核不但需花费大量时间，且方向调整仅靠三个中、腰线点来控制，调整的程度无法精确量化，自由程度较大，造成指向精度下降。本文利用激光指向仪配合全站仪，探讨一种可以同时给定巷道中线和腰线方法。1.传统激光指向仪给中线、腰线的步骤①根据《煤矿测量规程》要求，选择位置安装激光指向仪。②用经纬仪给出巷道中线，中线不得少于3个，点间距不少于30m，调节仪器，使激光指向仪通过中线。③用水准仪在中线的垂线上给出腰线，并作记号，腰线点不得少于3个，点间距不少于30m；调节仪器，使激光束平行于巷道腰线。④反复检核激光束给出的巷道中线和腰线，直至合乎要求为止。2.新方法施测方案及实施步骤2.1施测方案①直接或间接测量架设激光指向仪点（出光孔中心）的三维坐标S（XS,YS,HS）；②计算S点所在巷道横断面的位置信息，距中线I和距底板高差h，如图；③在巷道掘进窝面，归化放样一点A，使其在所在横断面的位置为距中线IA=I和距底板高差hA=h；④调整激光指向仪，使激光束指向A点。SA即为巷道掘进方向。2.2方案的实施2.2.1利用Casiofx-5800计算器编程″X0=″?C:″Y0=″?D:″FWJ=″A:″BPDL=″?M:″BPDH=″?H:″PD=″?B:″QG=″?T:″K=″?K巷道设计参数输入Lbl0程序进口″X1=″?X:″Y1=″?Y:″H1=″?G:变量（X、Y、H）输入X-C→E:Y-D→F：22()EF→S:计算STan-1(F÷E)→J:IFJ﹤0:THENJ+360→J:IFEND:由坐标反算方位角S×SIN(J-A)→I:″I=″:I◢计算测点距中线并显示S×COS(J-A)→L:″L=″:L◢计算该点进尺并显示S(A)图1Abs（I）→I:H+(L-M)×B→Q:″H0=″:Q◢计算该点所在断面底板设计高G-Q→U:U◢计算测点到底板高差Goto0程序出口说明：”X0”，”Y0”，为巷道起点坐标；”FWJ”为巷道设计掘进方向的方位角；”BPDL”为变坡点相对起点的进尺；”BPDG”为巷道变坡点高程：”PD”为边坡后的坡度，“K”为巷宽的一半。输入变量”X1”，”Y1”为测量点S（A）点；”H1”为测量点S或A点高程。计算结果显示L、I、Q分别表示S(A)点的进尺、距中线和距底板高差。2.2.2具体步骤：①准备工作。改装激光指向仪（以YHJ-800-3.6(A)为例）。要求指向仪横向、纵向的旋转轴均通过出光孔中心；在机体上安置反射贴片，贴片竖直方向中线与激光指向仪纵向旋转轴重合。量取贴片中心至机体表面2cm，并由激光指向仪YHJ-800-3.6(A)外形尺寸（Φ46×230×110）mm，可知贴片中心至出光孔中心的高程修正值为-43mm；②到按照《煤矿测量规程》要求，在矿井巷道内安置激光指向仪。③架设全站仪，测量反射贴片中心坐标S'(XS',YS',HS')，根据激光指向仪结构，推算出光孔中心的坐标S（XS,YS,HS）,其中XS=XS',YS=YS',HS=HS'-0.043。④坐标S（XS,YS,HS）输入计算器，得S点距中线I和距底板设计高程的高差h。⑤测量巷道掘进窝面一点A'坐标，输入程序可得A'点距中线IA'和距底板高差hA'。⑥根据修正数∆I=IA'-I,∆h=hA'-h，移动A'点，使∆I和∆h趋近于0。⑦重复5.6步，直至∆I≦0.001m且∆h≦0.001m，此时A'即为归化放样的点A，程序中的L即为A点相对巷道起点的进尺。⑧调整激光束使之指向窝面A点，激光束指向即为掘进方向。3.精度估计及比较3.1传统经纬仪标定中腰线，采用直接法放样，不能形成多余观测，还受到标志线稳定性误差的影响。应用本方法，直接测量激光指向仪光孔中心坐标，提高了点位精度。3.2窝面定向点采用归化法放样，相对于经纬仪标定中腰线采用的直接法放样，是将无多余观测的直接放样的方法,转换成以能够进行多余观测的测量为主的一种放样方法,通过多测回观测来提高放样的精度。3.3两种方法放样出的中线精度比较①传统方法中因三点是同一测站下直接放样的，可假设直接放样三点的横向贯通误差的中误差为m1=m2=m3=m直,横向误差引起的方位角偏差△a12、△a23、△a13可按下式估算，如图2所示：有，tan（△a12）=122ml直m1m2a12图2同理有，tan（△a23）=232ml直tan（△a13）=132ml直。又因△a12，△a23、△a13是小角，根据小角近似公式有△a12=tan（△a12）=122ml直，△a23=tan（△a23）=232ml直，△a13=tan（△a13）=13ml直。激光束过三点，在不考虑照准误差的情况下，其方位角为△a12，△a23、△a13的平均数。即△a激=122313aaa3++。设l=l12=l23=132l，有△a激=53ml直。②设测量光孔中心在横向贯通方向的中误差为m测，设归化法放样点在横向贯通方向的中误差为m归。同①可估算激光束与设计方位角之间的偏差△a新=+mml测归新。由图2和4.1、4.2分析知，l新l13=2l，m测m直，m归m直，则△a新=+mml测归新2ml直新ml直53ml直，即△a新△a激。由上可知，新方法在中线放样的精度上高于传统方法。根据《工程测量规范》，三角高程测量可代替四等水准测量，且井下施测边长普遍较短，无需进行球气差改正的情况下，其精度可以满足巷道高程施工放样的要求。4、结语本文利用全站仪可相对于经纬测角,同时还可进行精确距离测量的功能，探讨了使用激光指向仪同时标定巷道中线和腰线的新方法。与传统方法相比，具有精度高、方便灵活的特点；在熟练操作后，可节约施测时间；用编制程序计算同时，还可得出窝面A点的进尺，不用再单独进行收尺，提高劳动效率；同时有助于新技术、新装备的功能的开发使用，更好服务矿井生产。参考文献：[1]于喜东等.《矿山测量工》[M].北京：煤炭工业出版社，2005[2]顾孝烈等.《测量学》[M].上海：同济大学出版社，2006[3]覃辉，顾长虹.《CASIOfx-5800P编程计算器公路与铁路施工测量程序(第2版)》[M].上海：同济大学出版社，2011