矿山井下三角高程测量方法的应用

摘要：三角高程测量法具有简单易行且工作效率高等特点，本文从三角高程测量的原理出发，对其在矿山生产实践中的应用进行详细探讨，以满足井下高程施工测量的要求。

关键词：三角高程；井下测量；矿山

Abstract: the triangulated height surveying method features simple operation and high work effect, this paper,starting from the triangulated height surveying the principle of the mine production practice in the application，are discussed in detail, in order to meet the requirements of the underground elevation construction survey.

Keywords: trigonometric elevation; underground measurement; mine

中图分类号：TD1 文献标识码：A文章编号：

矿山常用的井下高程测量方法有三角高程测量法及水准测量法两种，传统的水准测量法精度较高，但其速度慢，测量工作量大，且在井下受地形条件的影响，效率较低。相较而言，三角高程测量具有灵活简便，省时省力，且不受地形起伏的限制等优点，因此，在矿山测量中，三角高程测量正逐步代替一定范围内的水准测量工作。但另一方面，三角高程也存在不足之处，主要表现为测量精度较低，且每次施测均需量取仪器高和棱镜高，既麻烦又增加误差来源，因此，在实际工作中，如何做好井下三角高程测量，实现施测速度快和测量精度的统一，值得我们探讨。

1三角高程测量的基本原理

三角高程测量的基本原理是根据右测站点向照准点所观测的竖直角(或天顶距)和它们之间的水平距离，应用三角函数的计算公式，计算测站点与照准点之间的高差。如图1所示，要对地面点A及点B间的高差进行测定，则将仪器安置于点A处，于点B处竖立标尺，量取仪器望远镜旋转轴中心I至地面点A的仪器高，用望远镜十字丝的横丝照准B点标尺上的一点M，M至B点的垂直高度称为目标高V，测出倾斜视线IM与水平线间所夹的竖直角，若已知点A及点B间的水平距离为S，则由图1可得两点间的高差为：（1）

若已知点A的高程，则点B高程为：(2)

若在点A置全站仪(或经纬仪+光电测距仪)，在点B置棱镜，并分别量取仪器高和棱镜高v，测得两点间斜距D与竖直角以计算两点间的高差，称为光电测距三角高程测量，A、B两点间的高差可按下式计算：（3）

若仪器安置在已知高程点上，观测该点与待测高程点之间的高差称为直觇，反之称为反觇。

2井下三角高程测量主要误差来源及精度分析

当前，矿山的机械化程度越来越提高，采用的大型设备越来越多，在实际工作中，除少数平巷能用水准测量法进行高程控制外，大部分高程控制主要依赖于三角高程测量法完成。如前所述，三角高程相邻两点间高差基本公式为：，由误差传播定律，得三角高程两点间高差中误差计算公式：（4）

式中：为高差中误差；为测角中误差；、分别为钢尺量取仪器高和棱镜高的误差。

从以上公式可以看出，测距误差对高差的影响随着倾角的增大而变大；而倾角误差的影响则随着倾角的增大而变小。因此，在倾角较大的情况下，测距仪的测距精度应提高，在倾角较小的情况下，则应注意提高测角的精度，对于仪器高和觇标高，则应精确丈量，以免影响测量高程结果。

在进行三角高程测量时，高程支线最终点的高程可按下式计算： （5）

式中，为最终点的高程；为起点的高程；为测站高差。

由此可得，最终点K相对于起始点A的高程的中误差应为： （6）

按照设计要求，两分段间的高差为20m，分段道间通过斜坡道相连，考虑到运输设备的爬坡能力(最大为7%)，斜坡道的总长度一般约500m，拐弯点较多。采用全站仪进行水准测量时，假设测站之间的平均测距为50m，斜坡道的坡度为4%，现结合实践经验，以徕卡T1000电子速测仪及DI3002测距头组成的全站仪对其高差中误差进行具体探讨。DI3002测距头的标称精度为：±3mm+1ppm·D，则每站的测距中误差可以表示为：(3mm+1ppm·0.05)±3mm。因徕卡T1000电子速测仪一测回测垂直方向的精度为±3"，在这里取=±3"。对于仪器高和觇标高v通过精确丈量即可保证其精度，和通常情况下取2mm.，由(4)式得：=(3×10-3)2×16×10-4+502×1×+2×0·0022=8.54×10-6，则，最终点K相对于起始点A的高程的中误差为：。

由此可见，在井下对坡度较大或精度要求相对较低的巷道进行高程测量时，采用三角高程测量法具有省时省力，且能较好的满足测量精度的特点。当然，受井下条件的影响，导线边长短不一，测站较多，在一定程度上会对其测量精度造成影响，因此为更好地满足矿山生产建设对测量工作的要求，在实际工作中我们应多加注意测量精度问题。

3应用实例

某新建矿井，随着胶轮车、无极绳等先进设备的投入及运行，对井下巷道的运行条件提出了更高的要求。胶轮车大巷作为矿井主要的辅助运输巷，在巷道掘进时是按照煤层底板掘进的，巷道多段坡度达到了10°～12°。根据公司对胶轮车运行的相关文件规定，胶轮车大巷作为矿井的辅助运输巷其运行坡度不得超过7°，巷道现状满足不了胶轮车的运行条件，需对巷道进行改造，加上巷道改造距离较长，这就要求测绘部门必须提供精确的巷道底板剖面图。胶轮车先期投入运行的巷道长约2100余米，若采用水准仪测量+钢尺拉距离传统的巷道底板高程测量方法，不但工作量大，测量时间长，同时所测绘的巷道底板剖面图变形大，精度也难以满足巷道改造的设计要求，因此必须采用新的测量方法。结合现场实际勘察情况及公司现有的测量仪器装备，拟定选其三角高程测量来进行测量。

3.1三角高程测量方法的选定

三角高程测量方法较多，本次测量采用跳点法。中跳点法测距高程测量与水准测量一样，仪器及照准目标交替前进测量，观测过程中若遇到地形变化，则把仪器设在变化点处。跳点法测量的优势，主要体现在如下几大方面：1)作业简便灵活，无需量取仪器高。2)跳点法一次设站，能有效减少与边长有关的各项项误差影响。3)在测量作业过程中采用同一觇标高，能有效避免量高误差对三角高程的影响。4)测量采用电子全站仪镜+棱镜+砚牌十对中杆的组合形式，操作简单，且能提高作业的精度。

3.2测量作业方案

1)选胶轮车大巷的7"导线点19#的高程为巷道的起始点高程。2) 结合巷道实际情况，按照跳点法三角测量高程的方法，在巷道内的适当位置摆好仪器，在测量后视点后，沿巷道按照15～20m的点间距进行中间点的测量，根据巷道现场的实际情况确定转点位置，进行转点高程测量，测量完毕后，将仪器转站，进行下一测站的测量。3)为保证测量的精度，对2100余米的巷道进行往返丈量，并闭合到起始点19#点。4)计算内业测量资料的转点高程，计算出高程闭合差，满足要求后，方可进行闭合差的分配计算。5)根据闭、附合高程路线的闭合差，按边长成正比进行反向分配进行分配，待各转点高程计算完毕，再计算各中间点的高程，直到完成全部计算。6)按照绘制巷道底板剖面图的数据格式及内容，对数据进行整理，并绘制剖面图。

在进行测量中，我们要注意如下几点问题：1) 为不影响中间点的计算，在记录过程中，必须将仪器站的位置记录清楚；2)在记录数据过程中，为免于出现数据计算错误，应将中间点及转点高差及距离记录到表格相应的位置上；3)对全站仪的内部设置进行修改，将距离测量修改为取三次以上平均值。

3.3测量限差及结果

1)依照《煤矿测量规程》规定，三角高程导线闭合差不大于±100mm(L为导线长度，km为单位)。附、闭合路线的闭合差为±50mm(L为闭、附合路线长，km为单位)。按照往返4.2kin的路线总长，计算其三角高程导线闭合差不大于±204mm，闭合路线的高程允许闭合差为±102mm。2)通过对内业测量资料的转点高程进行计算，计算出高程闭合差为+72mm，满足了三角高程导线闭合差的要求，同时达到了附、闭合路线的闭合差的要求，证明了测量方案的可行。

实践证明，三角高程测量具有施测速度快、操作简单易行、工作量小、效率高等特点，因此，在分段道间进行高程测量时，应先考虑使用该方法。当然，在一些对精度要求较高的主要巷道，如各中段(每50m为一个中段)的运输道，还是应采用水准测量方法进行测量。

参考文献：

【1】张国良.矿山测量学【M】．徐州：中国矿业大学出版社，2001.

【2】赵敬炜.煤矿井下高程测量方法选择【J】.煤，2008（11）：37-38，50.

【3】孔凡文，林峰.应用三角高程测量替代水准测量的可行性分析与实践【J】.采矿技术，2009（7）：38-39.