测绘技术在井下矿山测量中的应用

摘要：矿山测量工作是指导和监督安全生产的基础，为采矿一线服务及平衡生产方面发挥了重要作用。随着科学技术的不断进步，工程建设项目增加，内容日趋复杂，其对测量工作的要求也愈来愈高。而井下矿山测量的条件比地面差，井下潮湿、黑暗、空气透视度低。空间狭小设备多，行人和运输繁忙，给测量工作带来了极大的困难。本文就全站仪和数字测图技术在金矿井下测量中的应用要点做了详细探讨。

关键词：井下矿山；测绘；全站仪；精度；数字测图

Abstract: Mine Surveying work guidance and supervision of production safety foundation for the front-line services and the balance of the mining production has played an important role. With the continuous progress of science and technology, engineering, construction projects increased, the content becoming increasingly complex demands of their work on the measurement are also rising. The underground mine surveying conditions worse than the ground, underground damp, dark, low aerial perspective. Equipment and more space is small, pedestrian and busy traffic, to measure the work has brought great difficulties. In this paper, total stations and digital mapping technology in the gold mine Measurement points made ​​in detail.

Keywords: underground mines; mapping; Total Station; precision; digital mapping

中图分类号：TD17 文献标识码：A

井下矿山测量的主要任务及工作特点

（一）井下矿山测量的主要任务

1、建立井下测量控制，测绘矿用各种采掘工程图和矿体几何图。

2、进行井下各种工程的施工测量和竣工验收测量。

3、参加金矿开采计划的编制，并对资源利用及生产情况进行检查和监督。

4、根据设计将各种采矿工程的几何要素。

5、测定矿体的埋藏形状及其空间分布。

另外，在矿山开采阶段还有许多复杂的技术问题需要矿山测量来解决。如主要巷道的定向与测量，中、腰线的标定，井下巷道贯通，弯道设置。竖井联测、斜井布设，井下巷道开拓，开采量的确定，矿石储量计算等等。

（二）井下矿山测量工作的特点

1、工作条件

在井下阴暗、潮湿、狭窄、行人和运输车辆等困难条件下测量，需要采用适宜的仪器和方法。

测量对象

井下测量的主要对象是各种巷道，因受条件限制，点的埋设位置不同（有的在顶板上、有的在底板（转点）等），平面控制只能采用导线测量方法。

精度要求

井下导线因边长较短且边长差较大、定向误差等影响，其误差由中央向边界逐渐增加，图纸各处精度均不一致。因此根据一般金矿采矿工程对导线最远点的精度要求，来制定井下基本控制导线的施测规格。

测量程序

井下矿山测量必须使用采掘工程的特点，一般从高级点起，先测设次一级的导线进行控制、给向、测图，而后测设基本控制导线进行检查，在巷道贯通后形成闭（附）合导线。这种分段控制、给向、测图的特点，要求测量必须及时、严谨准确。

测绘技术在井下矿山测量中的具体应用

（一）全站仪在金矿井下测量中的应用

1、全站仪的特点

全站仪又名电子速测仪，它集测角量边为一体，由微处理器控制自动进行测距、测角，自动归算水平距离、高差和坐标等，还能进行施工放养，自动记录数据，使用极为方便，它几乎可以完成各种常规测量仪器所做的工作。全站仪的工作原理与传统的经纬仪类似，但它又具备以下特点：

（1）随着科技的不断进步，测绘仪器设备迅速发展，新仪器不断的出现。在全站仪方面的重要发展是长距离棱镜全站仪的出现，免棱镜全站仪的免棱镜视距由初期几十米发展到当前的一千米以上。采用免棱镜全站仪测量可以大大节约时间，提高劳动效率。尤其是用边角后方交会的方法在地下工程中布设临时控制点，可以将控制点布设洞壁上，避免了掌子头放样控制点的破坏。

（2）通过全站仪的主机或电子手薄的标准通讯口，可实现全站仪与计算机或其他设备间的数据通讯，从而使测量数据的获取、管理和计算机绘图形成一个完整的自动化测量系统。

（3）利用全站仪的微处理器来控制全站仪的测量和计算，配合相应的应用软件可实现导线测量、前后方交会、碎部测量和施工放样等计算任务。

（4）全站仪内部有双轴补偿系统，可以自动测量仪器竖轴和水平轴的倾斜误差，并对角度观测值加以改正。

2、全站仪的井下测量要点

（1）高程测量

矿山井下高程测量一般选用水准仪进行，但是越来越多的金属矿山测量开始利用全站仪三角高程代替水准仪测量。实践证明，用全站仪进行三角高程测量的精度是较高的。但要注意的是，安置全站仪和反射棱镜时，仍然要认真进行对中整平工作，同时用全站仪测出仪器至反射棱镜中心斜距ι时，仍然要进行气象、加常数等项改正，得改正后斜距ιˊ，三角高程测量仪器高和觇标高应在观测开始前和结束后各丈量一次，两次丈量的互差不得大于4mm，取其平均值作为丈量结果。

丈量仪器高时，可使望远镜竖直，量出测点至镜上中心的距离。同时，三角高程测量要往返进行，相邻两点往返测量互差不应大于（10＋0.3ι)mm，（ι为导线水平边长）。当高差的互差符合要求后，应取往返测高差的平均值作为一次测量结果。

对于采矿盘区来说，水准基点一般都布设在盲中段巷道内，进行三角高程测量的目的，就是为了把盲中段内的高程通过水平联络道传递到采场，为采掘工程在施工过程中标定中线和腰线，并为测量采掘工程的顶、底板高程提供验收依据。

对于金属矿山井下三角高程测量来说，尤其是采区内的复杂巷道，使用该方法可以在测设导线的同时进行高程测量，不仅测量精度能够得到保证，而且工作效率高。

（2）角度测量

井下测角时，除了在测点下安好仪器外，还要在与测点相邻的前后视点上挂垂球线作为瞄准的标志。由于井下黑暗，必须将矿灯放在垂球线后面照亮垂球线绳。为了减少风流对垂球的影响，可用1～2kg重的大垂球，并将它放在小水桶内或用挡风布挡住。望远镜瞄准时，应尽量瞄准垂球线的上部。瞄准时，应先用望远镜大致瞄准照亮垂球线的灯光后再对光，才容易在视线内找到垂球线。因为井下巷道中灯光很多，为了避免找错目标，常用“灯语”与前后视人员联系。还要用灯光照亮十字丝，才能精确瞄准目标。

需注意的是照明光源不能直对全站仪方向，避免光线刺眼使仪器操作者不能准确地寻找测量目标。水平角观测时，为了提高测量精度，常需要观测两个或更多的测回，以减弱度盘分划误差对观测方向值的影响。全站仪里面有内置程序左右角设置，避免来回转换正倒镜，在测角时利用此程序可以消除正倒镜的2次误差。

（3）距离测量

全站仪的测距原理一般分为脉冲式和相位式，目前大部分仪器采用脉冲式测距。脉冲式测距是利用光波在大气中的传播速度和往返时间进行计算所得，所以在测距时要注意棱镜后面不应有反光镜和其他强光源等干扰，以免影响测量数据。在测距前一定要在仪器内设置棱镜常数，一旦设置了棱镜常数，则关机后该常数仍被保存。

不同的仪器配置的棱镜参数是不同的，所以在使用前一定要注意。特别是不同厂家的仪器和棱镜是有区别的。全站仪测距克服了钢尺测量的许多缺点，边长远远超过50m，减少了测站，提高了测量精度。测量规范要求当巷道掘一段距离时应该布设控制点，但是由于井下受潮湿、能见度、照明等影响比较大，所以在直线巷道中应不大于100m为宜。

（4）坐标测量

全站仪在井下使用最大的好处就是能够通过内部软件计算直接显示测量坐标。有两种方式：一是普通模式下根据仪器点得到的相对坐标；二是通过设置仪器点坐标和后视方向测量得到的坐标。通过第二种坐标测量可以随时检查施工的准确度，如果发现问题可以立即纠正。现在的全站仪都具有存储功能，可以在内业的时候将已知坐标输入仪器进行存储，作业时就可以在相应菜单调出使用，这样大大缩短了测站的架设时间，提高了工作效率。

（5）放样测量

使用全站仪进行放样有两种方法：一是利用已知坐标求出方位角和距离放样；二是利用全站仪自身放样程序进行放样。利用第二种放样方法比较快捷简单，在放样过程中仪器还会显示棱镜应该往前往后还是向左向右，并且能够测量出误差结果来提示操作人员。

在金矿井下放样中通常会遇到像天井这样的大倾角工程放样，倾角过大会导致仪器无法测量，为了解决这个问题可以给全站仪配置弯管目镜。配置前应该全面了解所用仪器的厂家、型号，以免尺寸有误。

（二）数字测图技术在金矿井下测量中的应用

1、数字成图方法

目前，矿山井下数字成图有两种方法，一是原图数字化，二是现场数字测图。其主要作业过程均为三个步骤:数据采集、数据处理及地形图的数据输出。

（1）原图数字化

该方法仅需配备计算机、数字化仪、绘图仪。在数字化软件的支持下，可以在很短的时间内获得数字成果。具体实现方式有手扶跟踪数字化和扫描矢量化后数字化两种，其中后一种要比前一种的精度高、效率高。

但是，采用该方法所获得的数字地图精度因受原图精度和数字化过程中所产生各种误差的影响，其精度要比原图差。为了利用该法能得到较为精确的数字地图，可通过修测、补测等方法，实测一部分地物点的精确坐标，再用这些点的坐标代替原来的坐标，这样，能一定程度地提高原有图的精度。另外，随着地图的不断更新，实测坐标的增加，地图的精度还会提高。

（2）现场数字测图

井下可直接采用现场数字测图的方法，该方法也称为内外业一体化数字测图。采用该方法所得到的数字地图特点是精度高，只要采取一定的措施，重要地物相对于邻近控制点的精度可以控制在5cm以内，但其人力、物力与财力投入比较大。

野外作业方法

（1）控制测量

在井下数字测图工作中，控制测量的工作与传统控制测量相比，应该更简便。在新的规范中，对精度要求没有多大的变动。根据本人的实际工作经验，认为有一些限制条件是可以放宽的，特别是图根控制。现在各测绘单位所使用的电子全站仪的精度一般为5″、(3+5×10-6)″，加之是电子自动读数，所以它的实际精度要较其标称精度高，相对于光学经纬仪而言，就更具优势。

（2）碎部测量

数字测图中，碎部测量的主要方法为极坐标法，在实测得多数碎部点的坐标后，可利用软件中的方向交会、距离交会、十字尺测量法或量算定点等方法来取得其余各点的坐标，再辅以软件中的偏移、拷贝、延伸等功能，得到最后的图形。

在非电子平板数字测图中，很多单位所采用的方法为外业草图和室内交互编缉来完成测图工作。但这样一来，势必会降低外业的工作效率，操作也比较繁琐。在测量的运作中，绘制草图比较麻烦，加上专人画草图，也浪费人力。通过数字测图便可避免了上述弊端，一人观测并在全站仪上作记录和编码，一人跑尺并内业绘图，一人照明并帮助扶标尺，完全满足工作要求，实践表明也是可行的。

由于井下巷道位置都是根据设计图纸施工出来的，关系比较简单，点号编码，可以采取数字顺序编码和字母编码相结合的方法。例如:测点按照顺序可以编程:1代表任意数字，单数作为前进方向左侧的点，双数作为前进方向右侧的点，独立测点编为D+数字编号，风水管路可以编为F+数字编号，等等依次类推。

当在外业完成各点的编号(编码)后，回到室内就可传输到计算机的各点，在计算机屏幕上以展绘编码的方式出来，再根据设计图纸辅以这些点号编码，则可比较方便地把这些点连接起来。

参考文献

[1]杜保义，袁霞.测绘新技术在矿山测量中的应用[J].黄金，2009.12.

[2]牛遂旺.伪视距测量方法在矿山测量中的应用[J].中州煤炭，2008.6.

[3]王喜奎，蒋铁军.矿山井下全站仪导线测量提高精度的方法探讨[J].甘肃科技，2013.5.