巧用全站仪安全测量采空区

摘要：本文首先概述了免棱镜全站仪，然后分析了采空区断面的数据采集，最后阐述了内业数据的处理。

关键词：全站仪；测量；采空区

中图分类号： P216 文献标识码： A

随着回采矿房的不断增多，采空区体积不断加大，给矿井的安全生产带来极大的压力。由于会宝岭铁矿的采矿方法为分段空场法，采空区体积极大，只能根据施工的中深孔情况大致推断采空区的边界，不能准确测定矿房采空区边界。如何准确测定矿房采空区边界的位置，计算单个矿房的实际采空区体积，成为困扰临沂会宝岭铁矿有限公司的头等大事。

随着测量仪器的不断发展，免棱镜全站仪出现了，这种新型的全站仪不需要测量人员把棱镜立在测量点位就可以进行测量，可以解决测量中测量人员无法到达的测量问题。

1免棱镜全站仪概述

1.1免棱镜全站仪测量原理与一般性能指标

1）免棱镜测量技术是基于相位法测量原理，利用激光束精确打到目标上，通过接受物体的慢反射回光信号，精确测定目标点的三维坐标。

本文采用的免棱镜全站仪是：STS－770RLC系列全站仪；该系列仪器测角精度：2″/5″；自动垂直补偿器：双轴液体光电式电子补偿器；补偿器工作范围：±3；补偿精度：1″；测程(无棱镜)：300m(单棱镜5000m)；测距精度：2mm+2×10－6。不同，以及处于激光安全考虑，多使用690nm左右的LD。

2)免棱镜全站仪的测距模式。目前这类仪器采用的测距模式分为：相位比较式、脉冲式、脉冲相位比较式几种。其中相位比较式测距模式测距精度高、脉冲式测程远；脉冲相位比较式是这几年的新科技成果，测程远而且测距精度高。

3)免棱镜全站仪在免棱镜测量时的优点。可免棱镜测距，适合不宜放置反射棱镜或者反射片的地方的测距。例如，观测悬崖、石壁等的滑坡、变形测量，隧道施工等。

1.2全站仪的特点

它是集测角量边为一体，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，还能进行施工放样，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)只需一次照准反射棱镜，就能测得水平角、角竖直角和斜距，算出测点的平面坐标和高程，并记录下测量和计算的数据。

2)通过全站仪的主机或电子手薄的通讯接口，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)利用全站仪能够处理计算数据功能的特点，配合相应的应用计算软件可实现导线测量、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。

1.3免棱镜测量技术的适用条件

每种测量设备都有自身的特点和适用范围，通过实践发现免棱镜测量技术适用条件如下：

1）适用于通视条件好，反射介质好的地方，在反射介质较暗，吸光性太强，反射条件不好等地方不宜使用免棱镜测量。

2）免棱镜测量技术适宜测量反射面的测点高程，如岩石，房屋、公路等视线可及的地形、地物点高程。

3）免棱镜测量适用于视线没有任何障碍的地形地物测量，若中间有障碍物则测量到的是障碍物的坐标、高程。如要测400m外的地形点，若在200m的地方有树叶挡住视线，将测到的是树叶的坐标、高程。

4）不要将激光束射向似镜表面。

5）施测过程中不要长时间通过目镜观测标的物，以免将眼睛长时间置于激光束中导致受伤。

6）免棱镜测量适用于人员难以到达，反射介质好的地形地物测量，如悬崖、溪谷、车流量大的公路、有剧毒的地物等。

2采空区断面的数据采集

南方生产的免棱镜全站仪具有测量断面的功能，只要配合适当的软件就能绘制断面，在这种种情况下，南方的 CASS7.0具有绘制断面的功能。本文用 CASS7.0 配合免棱镜全站仪来测量和绘制采空区断面过程和方法。

这里讲的是带断面编码的数据采集，需要注意的是采空区断面的数据采集和公路的数据采集是有区别的，一个公路断面的数据采集相对来说比较随意不分先后顺序，对架仪器站没有特别的要求，只要在采集公路中点时输入代码mn(其中n为断面序号)，采集时非中点时输入代码n(n为断面序号)就行了，CASS7.0在根据数据文件生成里程文件时会自动依边桩点的长短来组织里程文件。所以采空区采集数据有特殊要求: 1、仪器一定要架在剖面线上并按剖面设计方位固定水平度盘，依次由下至上测，注意每个点输入一个代码n，尽可能测密一些，测到天顶距时(竖直角为0)代码为mn；2、然后旋转180度再读另一组数据。用同样的的方法测完其它断面。

（1）建议一个统一的坐标系。为保障测量数据的准确性，我们将一个中段的所有测量控制点进行了统一校核并进行了简易平差处理，确保了一个中段所有控制点的误差在规范允许的范围之内。根据已经统一校核过的测量控制点将坐标数据通过导线测量和水准测量的方式引到采空区附近的穿脉巷道、凿岩巷道和出矿进路。

（2）全站仪免棱镜测量。根据布设好的控制点，通过尼康全站仪免棱镜测量模式对采空区的边界进行测量，确定出采空区的边界。

（3）根据实测的坐标数据，利用南方CASS系统软件进行坐标展点，将算展绘的坐标点在同一个面上的进行连接，绘制成为立体图形，进行体积计算。

其优点：

（1）充分利用了全站仪免棱镜测量模式，避免人员进入采空区，既保证了较准确测定采空区边界又确保了测量工作的安全。

（2）利用准确的坐标测量数据和南方CASS软件相关功能，准确的测量标定出采空区边界，计算出采空区体积。

（3）经过在13103 N1矿房采空区试用，能够较准确的测定采空区边界，大致计算出采空区体积。为矿房回采率的计算提供准确数据，同时根据测定的采空区顶板变化情况分析矿房顶板塌落周期，确保矿井的安全生产。只有安全有把握，才能创造更多的经济价值。

（4）通过对矿房采空区的实际测量，确定测定采空区顶板，并定期复测。可以分析矿房顶板塌落情况，结合地表岩移观测数据，综合分析矿房回采和地表岩移之间的关系，为调整矿房的回采顺序和回采进度提供数据支持，具有良好的安全效益。

(5)根据计算出的矿房采空区体积和地磅过磅矿石量，推算出矿房回采率，为更好的管理采矿单位，提高出矿的数量和质量，降低贫化率提供数据支持，提高矿山经济效益。

3内业数据的处理

3.1数据传输

将全站仪采集的数据传输到电脑，方法和一般地形数据一样，断面数据格式如下，可以看出，它同地形数据的区别就在于它的编码，数据传输完后要检查一下看是否有编码错误，及点号顺序要调整。

3.2生成里程文件

点击菜单“工程程应用”“生成里程文件”“由坐标文件生成”，会出现一个查找数据文件对话框，找到刚刚传输的数据文件点击打开之后，又会出现一个保存对话框，输入一个文件名后点击保存，此时命令栏提示如下，“请选择转换方式:(1)按相对中桩从左到右顺序(2)按出现顺序”，(1)用于生成道路断面里程文件，我们选择(2) 之后， 命令栏会提示有几断面转换完成，生成里程文件

3.3采空区断面图形的生成

点击“工程应用”“绘断面图”“根据里程文件”出现如图界面: 图 1。

选择绘制断面的比例， 位置等， 经修改然后生成图 2 的空区沿勘探线方向的断面图。

图1

图2

4结语

随着科技的快速发展，全站仪的自动化程度越来越高，功能越来越强大，结构也越来越精密，对操作人员的要求也越来越高。矿石是一种重要的不可再生资源，其开采形成的采空区，由于历史原因，大多未进行有效的治理且资料不全，随着时间的推移，采空区沉陷成为了矿山企业的潜在地质灾害之一。如何定位采空区几何特性及相互的空间关系。及时治理空区和合理回收周边残留资源加以利用，是所有矿山面临的难题。全站仪采用无接触的测量方式，不但可以精确获取采空区的空间几何参数，而且大大提高了采空区数据采集的效率和安全性，配合适当的CASS软件，便可为采空区安全评价、治理及资源回采设计提供准确的数据依据和保障。

参考文献

[1]中南大学.安庆铜矿采空区三维动态探测技术的研究报告[R]. 2007.

[2]李纯青.采空区处理新技术的理论研究及应用实践[J].黄金，2004，25（3）

[3]任恒星.IS 影像三维扫描全站仪在矿山开采土石方测量中的应用[J].地矿测绘，2010，26