矿山测量中同时给定巷道中腰线方法的探讨

谢小平

（义马煤业集团股份有限公司，河南 三门峡 472300）

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（见图1）。

图1 S点在巷道横断面中的位置

（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Casio fx-5800计算器编程

式中：“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）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≦0.001 m，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

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。

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）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（见图2）。

图2 方位角偏差的计算

又因△a12，△a23、△a13是小角，根据小角近似公式

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。

（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=

由图2和（1）、（2）分析知，l新＞l13=2l，m测＜m直，m归＜m直，

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。

〔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.CASIO fx-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.