对采区测量几种方法的改进及其与一井定向关联的探讨

孙允聪+张婷婷

1、前言

在矿山测量中，常应用悬挂钢丝垂线的方法将地面的坐标和方位传递到井下，这种测量工作称为立井几何定向，常用的几何定向分为一井定向和两井定向，一井定向常用连接三角形法。

连接三角形法的原理如图1（a）所示。

一井定向的实质是在井上下的连接点C与C′安置仪器，将已知边的方位角通过△ABC和△ABC′的公共边AB传递到井下，AB起到连接上下两个平面的作用。由于连接三角形的特殊性，为了保证测量结果的精度，对边长abc（a′b′c′）、内角αβγ（α′β′γ′）及外业测量和内业解算都有严格要求，在此不再赘述，如图1（b）所示。

在采区测量中对精度的要求没有一井定向的精度高，并且一井定向准备和测量时间长，因现场条件制约往往满足不了延伸三角形最有利的连接图形条件。在有限的人力、物力下只保证必要的精度即可。可应用一井定向的思维，采取简易可行的测量措施达到联系测量的目的。

2、采区测量方法简介及改进

采区联系测量常用方法有以下三种：①单垂球切线法②斜线辅助垂球法③牵制垂球法。以下对其原理简单介绍。【1】

单垂球切线法原理如图2（a）所示。

在急倾斜巷道，无法采用双钢丝垂线法实施联系测量，应用转化的思想，将连接三角形的一根钢丝固定到已知连接点C′上使未知元素转化成已知元素，简化未知量，同时再应用“以曲代直”的思想，使钢丝C′MNPC的一侧与OO′相切（接触但无力的作用），C′O′、O′O和CO达到共面的目的，在C′点设站，通过实测∠D′C′O′由已知方位角αD′C′求得αC′O′再在C点设站由αC′O′=αCO实测∠DCO可推得αDC，再量取垂线O′O、C′O′和CO长度，即可传递高程和坐标。

由于切线段数目过多会影响测量的精度，为提高精度，对上面的措施进行改进，减少切线段数目，也可采用“以斜代直”的思路，使AB和OO′相切，直接在A、B点设站，传递已知边的方位角，并量出水平距离（如图2（b）所示）。然后用钢尺量出高度，求出高程即可完成两水平的联系测量。

在测量过程中，保持垂线O′O的静止，对提高精度起重要作用。

斜线辅助垂球法如图3所示。

在上下两平巷间用钢丝拉紧一条斜线A′B在A′点和斜线的适当位置A点各挂一个垂球，使其处于自由悬挂并静止状态。此时斜线和两垂球线处于同一竖直面内。在上下平巷的C′点和C点安置经纬仪进行连接三角形测量，由于ab和a′b′的方位角相同，即可将方位角传递至上平巷。为了传递坐标和高程，可用半圆仪测斜线A′B的倾角，丈量b b′的长度及仪器高。

由于半圆仪的测斜线倾角的精度比较低，一般估读到1°，在精度要求较高的情况下，需要对角度测量方法进行改进，可在C点安置全站仪，量取仪器高，利用自由设站的原理，建立任意坐标系，求出CD之间的距离，后视D点，在点a、b上放置反射片，采集点的坐标，量取Aa的长度，得到A点坐标，利用autoCAD图解，即可求出斜线b b′的倾角，再量取斜线b b′长度，即可精确测出两水平的段高。为提高精度可适当将仪器安置在离巷道上山口较远的地方。

还可以直接量取Aa、ab、Ab的长度，通过解算三角形，求出斜线b b′的倾角。

斜线牵制垂球法如图4所示。

在上下两水平的测站C′点和C点拉一斜线，固定A点处的线绳AO′，在B点悬挂一垂球P并调整其位置成自由悬挂状态，使平面C′O′A和平面CPB在同一竖直面内。则方位角αC′O′=αBC，量出C′A和CB的距离，同时半圆仪测出斜线AB的倾角，就可传递坐标和高程。

为提高精度，也可采用上述全站仪设站的方法，在平面C′O′A和平面CPB内自由设站，建立任意坐标系，在直线AB、BP、BC上各取两点（可取B点和其它三点），通过autoCAD作图即可精确求出斜线AB的倾角，再精确丈量C′A、AB的长度，实测直线C′A的竖直角，即可解算高程，传递坐标。

3、采区测量方法与一井定向关联的探讨及思考

一井定向的应用前提是立井定向，而在采区常用的联系方式为竖直巷道，倾斜、急倾斜巷道，盲斜巷道和弯曲巷道，无法直接应用一井定向的测量方式。由于竖直巷道，倾斜、急倾斜巷道和弯曲巷道的倾角较大，在无弯管目镜的情况下，用经纬仪、全站仪等仪器的竖直角观测超过45°后，人眼就很难通过目镜看清目标，观测极为不便，利用上述几种改进的方法，可将问题轻松解决，并保持必要的精度。

由此通过对上述几种测量方法的分析我们可以得出这样的结果：采区测量中要对一井定向的思路进行转化，转化的思想可归纳为：①将一井定向的平面连接三角形转换成竖直面内的连接三角形，并使“未知元素”向“已知元素”靠近或转化，以减少未知量；②利用“以斜代直”或“以曲代直”的方法，将原来的连接三角形转化成一根斜线或一根折线，将水平面的连接三角形转换到竖直面内；③寻找公共边和公共面，利用共面性进行转化，传递公共面内的公共方位角，这是因为测量的水平角都是两面角；④化繁为简，减少计算量（如平差计算）和观测量（如一井定向中必要的测回数和必须的连接条件和观测条件），从而减少人力和物力，但仍能达到必要的精度。

参考文献：

[1]张国良等.矿山测量学.徐州：中国矿业大学出版社，2001.