井下全站仪水准法高程测量应用分析

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第 41卷 第 1期2013年 2月金 属 材 料 与 冶 金 工 程METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERINGVO1．41 NO．1Feb 2013井下全站仪水准法高程测量应用分析谭 明 哲(广西华锡集团股份有限公司，广西 河池 547200)摘 要 ：结合全站仪三角高程测量和水准仪水准测量的优点，提出了利用全站仪代替水准仪进行水准测量的新方法，即全站仪水准法三角高程测量的方法。结果表明，利用全站仪水准法进行井下高程测量．方便灵活，测量精度高。

关键词：全站仪：水准仪；测量精度中图分类号：TH761．3 文献标识码：A 文章编号 ：2095—5014(2013)01—0039—04Application Analyzing on High Journey Measurement byFull-stand Instrument Level Law under the ShaftTAN Ming—zhe(Guangxi Huaxi Group Co．，Ltd．，Hechi 547200，China)ABSTRACT： Unite the advantage of the ful—stand instrument triangle high journeymeasurement and level instrument level measurement， proposes new measurement means thatto utilize the fu1-stand instrument replaces level instrument， or the law of the fu11-standinstrument triangle high journey measurement．Result makes known，caries out triangle highiourney measurement under the shaft by the full-stand instrument level law，the measurementaccuracy is high，and convenience flexible.

KEY W oRDS：full-stand instrument：level instrument；measurement accuracy在建立井下高程控制网时，传统的方法是采用水准测量或者三角高程测量进行高程测定。

利用水准仪进行水准测量是普遍采用的高程测量方法，在矿山井下高程测量中也有比较多的应用，由于水准仪的局限，在坡度较大的井巷工程中进行高程传递是相当困难甚至不能完成的 ．在这种情况下 ，需要 采用三角高程测量 的方法进行。然而三角高程测量方法每次测量时必须量取仪器高和棱镜高，增加了误差来源 ，同时，传统的三角高程测量必须在已有的导线点下设站才能进行 ，增加了施测的难度。

目前。部分专家学者结合全站仪三角高程测量和水准仪水准测量 的优点 ，提 出利用全站仪代替水准仪进行水准测量的新方法。即全站仪水准法三角高程测量的方法。并对此方法进行了精度分析，确定了此方法的可行性Eli。然而 ，此类文献 只是对地面高程测量 的精 度进行分析 ，没有就该方法在井下的实际应用进行分析。本文结合一些现场实际经验．对采用全站仪水准法进行井下高程传递的测量精度与四等水收稿 日期 ：2012—11—13作者简介：谭明哲，男，主要从事井下测量方面的工作。

40 金 属 材 料 与 冶 金 工 程 Vo1-41 No．1准测量精度要求进行对比分析，研究其可行性。

1 井下三角高程测量方法1．1 传统井下三角高程测量原理安置全站仪于A点，对中整平。在 B点悬挂棱镜，用望远镜瞄准棱镜 ，读取倾角 O／以及A、B间水平距离D，量取仪器高 f和棱镜高 v。

图 1中， 为 A点高程， 为B点高程， 为仪器和棱镜之间的高差，且有 V=tana。假设 A、B距离比较近，可以不考虑地球曲率和大气折射的影响，那么由图 1可得：度比传统的三角高程测量方法速度更快 。

全站仪水准法原理如图2所示。假设 A为已知高程点，B为待测点。在A、B间选一点 O架设全站仪，保证 。能和 A、B通视。量取 A点棱镜高 vh 读取 O、A间距离 D 和高差 ，若设 O点高程为 ，其仪器高为 ，因为前后两次观测用时 间隔较短 ．可以认为两次观测 时大气折射系数不变。根据三角高程原理，考虑到球差改正和气差改正，则有：A C B 耘 i／I 2
D。 ) ( D ，
图 2 全站仪水准法高程测量示意图 1 井下全站仪三 角高程测量方法一 f： — — ，所 以有 ：=HA—i+v+Dtanol (1)这就是井下三角高程测量的基本公式。它与地面三角高程测量原理一样，区别在于仪器高和棱镜高均为点下高。当进行长距离三角高程测量时，应进行地球曲率影响的改正和气差改正，两项改正合在一起，成为两差改正 ，其值为：，= =(1 景 (2)式中k为大气折射光系数，尺为地球平均曲率半径。因此 ，加上两差改正后的三角高程测量公式为：hAB=HB—HA+f一 ? +Dtana+(1 (3)1．2 全站仪水准法三角高程测量原理所谓全站仪水准法三角高程测量方法 (以下简称水准法)，是指在待测两点间安置全站仪 ，利用全站仪三角高程测量方法观测两点间高差，实现高程传递的方法。此方法的施测速一
f+V1+V1+(1一足) DI2：H
A (4)同理则有 ：一 --
1V2q- +(1一忌) 02 = (5)合并 (4)和 (5)式可得：hAB=(V + )一(V + )+(1一足)(6)因为 V1=D1tanal， =D2tanot2，所以上式实际上为z+D2tanot2) +Dltanct1)+(1-k)(7)2 全站仪水准法高差中误差计算根据误差传播定律，由 (7)式可得全站仪水准法三角高程测量高差中误差的计算公式为：2 ，，zv．
+m 2
v+D1 sec 1 ／p+tan20(1 m2o+D22sec oL2 q／p +tan 2m2D+(1-k) 2D (8)式中m 和m 分别为量取后视和前视棱镜高的量取误差，m 和mD分别为全站仪测角误差和测距误差。

2013年第 1期 谭明哲 ：井下全站仪水准法高程测量应用分析 413 高差测量精度对比分析令 m．为由于大气折射和地球曲率影响产生的中误差 ．则有ml2=(1一 )z (9)^ 由上式可 以看 出 ，影 响此项误差 的主要 因素是两测点间的距离和观测时前后视距差。根据井下测量的基本条件 ，当测点距离 D +D =500 m，视距差 I D1+D2 l=30 m时，取大气折射率为 k=0．14，按照 (9)式则可得 m 为极小值。可以看出，在前后观测时间相距很短的情况下 ．观测距 离和视距 差对于两差 改正产生 的影响很小，在考虑测量精度时可以忽略不计。

同时 ，由 (8)式 可知 ，当竖 直 角 变 大时，tanEa和 sec 也随之增大，由于水准法测量的特殊性，其有前后两个观测竖直角 ．为研究问题方便，以两个竖直角中较大一个为准 ，即取 =max(a1， 2)[41。

综合以上， (8)式可变为：2^ = m 2
v，+，z +(D12+D2)m2asec ／p+2tan2am~ (10)式中 为前后两竖直角最大值。

以徕卡TC1201全站仪为例，其静态测角精度为±1 ，测距精度为±(2+2×10—6×D)mm.

则可取 rn =l”，mD=2toni，同时，量取前后视棱镜高的误差可取 m．
= ，，z．
=2 mm。则在不 同的视距和竖直角条件下的观测中误差可见表 l所示。

表 1 全站仪水准法高程测量高差中误差表 1中 D +D2为两测点间的距离 ，lD —D l为两测点视距差。由全站仪水准法高程测量高差中误差表可 以看 出：一是全站仪水准测量法随测距的伸长和倾角的加大其测量精度变低，因此在测量过程 中应尽量避免长距离和大倾角 的观测 ：二是在施测的过程 中．视距 差的大小对测量精度的影响非常小，因此在进行短距离观测时，仪器可大概安置在两测点中间即可；三是对全站仪水准法高程测量精度影响较大的因素为两棱镜高的量取误差 ，为减少这一误差，可在进行高程传递测量时使本站前视棱镜高与下站后视棱镜高保持一致．减少棱镜高的量取精度对测量精度的影响。

为研究全站仪水准法的精度是否符合要求.

可将其与水准测量规范的要求进行比较。根据国家水准测量规范的要求，各等级水准测量往返较差 、附和或环线闭合差分别为『5]：二等4、v／L mm，三等 12、／L innq．四等 2O、／L mm。

在视距差相对较小时，不同测距和倾角情况下，取其两倍中误差做为全站仪水准法测量的限差.

则其与规范要求的对比如表 2所示。从表 2的分析可 以看 出．利用 全站仪水准法在井下进行高程测量时是不可能达到二等水准测量的精度要求的．但是其精度均可满足四等水准测量的42 金 属 材 料 与 冶 金 工 程 Vo1．41 No．1要求，在进行三等水准测量时也要谨慎使用。

4 结 语利用全站仪水准法进行井下高程测量 ，其优点是能够任意设站，方便灵活；能适应矿山井下空 间狭窄 、弯道多 、坡度变化 大等环境 的要求。在能够满足四等水准测量精度要求的前提下 ，比水准测量效率高，同时又免去了传统三角高程测量必须要在已知导线点下设站的程序 ，因此可以说它结合了水准测量和传统三角高程测量的优点，在矿山井 下高程测量中应充分利用参考文献 ：[1] 张前 勇 ，常 胜．全站仪水准法三角高程测量 的探讨 [J]．湖北 民族 学院学报 (自然科 学版 )，2007，25(1)：42—45.

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(上接第 38页)长定期对尾矿库逐设施 、逐环节地进行全面检查，重点检查尾矿库安全生产责任和各项管理制度的落实情况 ，管理档案真实可靠情况．督促尾矿库管理人员和尾矿工逐级落实责任。

4 结 语尾矿库管理的关键在于针对各类病害的特点，通过建立有效的安全管理制度，落实隐患排查治理责任 ，预先进行有针对性的检查和治理，把事故隐患消除在萌芽状态下，确保尾矿库生产运行安全。

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