免棱鏡模式的激光全站儀在煤礦測(cè)繪中的應(yīng)用

王鐸　郭震

摘? 要：測(cè)繪工作是煤礦生產(chǎn)建設(shè)中非常重要的基礎(chǔ)性工作，貫穿于煤礦生產(chǎn)建設(shè)的整個(gè)過程。要做好煤礦的測(cè)繪工作，必須裝備先進(jìn)的測(cè)繪儀器。帶有免棱鏡模式的激光全站儀是光電技術(shù)在測(cè)繪儀器上的最新應(yīng)用，是一種高效快捷的測(cè)量儀器。通過使用先進(jìn)的全站儀進(jìn)行煤礦測(cè)繪，不僅可以滿足煤礦在巷道掘進(jìn)、安裝、維修及其他等各階段需求，還能應(yīng)用在煤礦測(cè)繪的其他領(lǐng)域。文章通過對(duì)煤礦生產(chǎn)建設(shè)不同階段的論述，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，主要介紹徠卡TS09-PLUS全站儀在煤礦測(cè)繪中的應(yīng)用。帶有免棱鏡模式的激光全站儀不僅可以滿足煤礦生產(chǎn)建設(shè)各階段的需求，還可在一些特殊條件下進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)，解決了常規(guī)全站儀無法進(jìn)行測(cè)量的難題，提高了測(cè)繪人員工作的安全性。

關(guān)鍵詞：全站儀;測(cè)繪;高效快捷;煤礦

中圖分類號(hào)：P204 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）17-0164-02

Abstract： Surveying and mapping is a very important basic work in coal mine production and construction， which runs through the whole process of coal mine production and construction. In order to conduct surveying and mapping in coal mines， we must be equipped with advanced surveying and mapping instruments. The laser total station with prism-free mode is the latest application of optoelectronic technology in surveying and mapping instruments， and it is a kind of efficient and fast measuring instrument. Through the use of advanced total station for coal mine surveying and mapping， it can not only meet the needs of coal mine in various stages of roadway excavation， installation， maintenance and other stages， but also can be used in other fields of coal mine surveying and mapping. Through the discussion of different stages of coal mine production and construction， and combined with practical work experience， this paper mainly introduces the application of Leica TS09-PLUS total station in coal mine surveying and mapping. The laser total station with prism-free mode can not only meet the needs of all stages of coal mine production and construction， but also carry out surveying and mapping operations under some special conditions， which solves the problem that conventional total stations are unable to carry out surveyor， thereby improves the safety of surveying and mapping work.

Keywords： total station; surveying and mapping; efficient and fast; coal mine

引言

煤炭被稱為現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”，是我國的重要能源之一，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)于煤炭的需求與日俱增。煤炭資源的開采是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，在煤炭資源的開采過程中，測(cè)繪工作是非常重要的基礎(chǔ)性工作，不僅能為生產(chǎn)建設(shè)提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，還能為搶險(xiǎn)救災(zāi)提供資料上的支持，這就需要測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展并應(yīng)用于煤礦測(cè)繪中。通過最新技術(shù)的免棱鏡模式的激光全站儀在煤礦測(cè)繪中的應(yīng)用，不僅可以高效快捷的進(jìn)行測(cè)量，而且在使用過程中還能解決一些常規(guī)全站儀無法進(jìn)行測(cè)繪的難題，在很大程度上解決了井上下測(cè)繪工作中存在的問題，在一定程度上解決了其局限性。同時(shí)，也在很大程度上提高了測(cè)繪人員作業(yè)的安全性。

1 煤礦測(cè)繪中免棱鏡模式的激光全站儀的應(yīng)用

免棱鏡模式的激光全站儀是一種集光電技術(shù)為一體的高技術(shù)測(cè)量儀器，是集水平角、傾角、斜距、平距、高差等測(cè)繪功能于一體的綜合性測(cè)繪儀器，它具有自動(dòng)測(cè)距、測(cè)角、計(jì)算和記錄功能，由光電測(cè)距單元、電子測(cè)角及微處理器單元、電子記錄單元三部分組成，安置一次就可以完成該測(cè)站上的全部測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于礦山測(cè)繪。

為了減小煤礦井下測(cè)繪工作對(duì)巷道掘進(jìn)、皮帶運(yùn)行和車輛運(yùn)輸?shù)挠绊?，提高測(cè)量效率，煤礦測(cè)量引進(jìn)了基于視覺引導(dǎo)的免棱鏡模式的激光全站儀。免棱鏡模式的激光全站儀采用紅色可見激光束，具有可見激光斑點(diǎn)，下對(duì)中采用激光輔助，免棱鏡模式下可以進(jìn)行一些人員無法到達(dá)地點(diǎn)的測(cè)繪作業(yè)，這些先進(jìn)的功能使得煤礦測(cè)繪工作變得安全可靠、高效快捷、節(jié)省體力。目前，免棱鏡模式的激光全站儀已廣泛應(yīng)用于煤礦的控制測(cè)量、巷道寫實(shí)、中腰線標(biāo)定、機(jī)電管路安裝、巷道變形監(jiān)測(cè)、罐道變形監(jiān)測(cè)、巷道維修、地表巖移觀測(cè)、建筑物沉降監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

1.1 巷道掘進(jìn)時(shí)免棱鏡模式的激光全站儀的應(yīng)用

煤礦井下巷道掘進(jìn)施工時(shí)，測(cè)量放線使用的儀器一般是全站儀，然而礦井生產(chǎn)建設(shè)都是三班倒的制度，24小時(shí)不停工，所以巷道內(nèi)的情況變化較快，同時(shí)，煤礦井下測(cè)量環(huán)境惡劣，風(fēng)流、噴霧、粉塵引起空氣的不穩(wěn)定及礦壓、皮帶、膠輪車引起的底板震動(dòng)等，增加了導(dǎo)線測(cè)量的難度，影響了觀測(cè)精度，為了減少對(duì)巷道施工和運(yùn)輸系統(tǒng)的影響，提高測(cè)量放線效率就顯得尤為重要。在這種情況下，免棱鏡模式的激光全站儀的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來了，除了具有一般全站儀的功能外，它的激光在井下具有較好的應(yīng)用，不但可以用來較快的確定通視與否，還可以用來傳遞信號(hào)，前后視掛線人員在看見激光后可以節(jié)約掛線時(shí)間，降低工作強(qiáng)度，無關(guān)人員會(huì)主動(dòng)避開激光，節(jié)約前后視時(shí)間。在放樣定點(diǎn)時(shí)，激光指哪定哪，掛線時(shí)，后視完成后直接撥角，前視掛線時(shí)直接掛在激光上，然后再瞄準(zhǔn)，不但精度較高，而且方便快捷。免棱鏡模式的應(yīng)用，不僅可以用來測(cè)量巷道頂板、高冒點(diǎn)、井底水倉等人員難以到達(dá)的地點(diǎn)，還可以進(jìn)行較長距離的無人測(cè)繪，較好的保障了測(cè)繪人員的安全性，同時(shí)，也節(jié)約了人力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

在巷道內(nèi)進(jìn)行延線時(shí)，架設(shè)好儀器，后視人員在看見激光時(shí)開始掛線，并排除影響通視的因素，后視完畢后，按照設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算撥角，同樣，前視人員在看見激光后開始掛線，并排除影響通視的因素。同時(shí)，也可以利用激光進(jìn)行校線，方便快捷。在進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量的同時(shí)，還可以利用激光進(jìn)行碎部寫實(shí)，用輔助工具（鋼尺）測(cè)量儀器中心到巷道頂板、底板和兩幫的距離，畫好草圖，展繪在相關(guān)礦圖上。在巷道開口標(biāo)定時(shí)，由于距離較短，掛線誤差較大，開啟激光直接掛線，然后進(jìn)行瞄準(zhǔn)，速度快、精度高，同時(shí)也可以利用激光直接標(biāo)識(shí)巷道輪廓線和中腰線。

在巷道內(nèi)進(jìn)行中線標(biāo)定時(shí)，把儀器架設(shè)在已知導(dǎo)線點(diǎn)下，上對(duì)中整平后，打開激光進(jìn)行后視，完成后視后利用激光進(jìn)行中線的標(biāo)定，同時(shí)，打開免棱鏡模式測(cè)取需要的頂板標(biāo)高，并進(jìn)行記錄，展繪在相關(guān)礦圖上。

在巷道內(nèi)進(jìn)行腰線標(biāo)定時(shí)，由于腰線是地坪和水溝施工，管路和電纜吊掛的主要依據(jù)，同時(shí)，也是用來控制巷道施工坡度的，所以腰線的設(shè)置及延伸顯得非常重要。在腰線延伸時(shí)，依據(jù)設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場頂?shù)装鍢?biāo)高，把儀器架設(shè)在標(biāo)志點(diǎn)，打開激光，量取儀器中分別到頂?shù)装鍞?shù)據(jù)，激光調(diào)至水平位置，瞄準(zhǔn)標(biāo)志腰線點(diǎn)，量取差值，然后依據(jù)設(shè)計(jì)坡度調(diào)整激光，通過激光的左右移動(dòng)，標(biāo)定人員可以輕松的完成腰線的標(biāo)定任務(wù)。

1.2 巷道安裝時(shí)免棱鏡模式的激光全站儀的應(yīng)用

在煤礦的安裝測(cè)量工作中主要是帶式輸送機(jī)的安裝測(cè)量和工作面支架的安裝測(cè)量。帶式輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)建設(shè)中應(yīng)用比較廣泛的一種運(yùn)輸設(shè)備，輸送機(jī)在運(yùn)行的過程中經(jīng)常發(fā)生皮帶跑偏的現(xiàn)象，正確的安裝是保障其正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素，所以要重視輸送機(jī)的安裝測(cè)量工作。在實(shí)際的安裝放線過程中，將免棱鏡模式的激光全站儀架設(shè)在已知導(dǎo)線點(diǎn)，后視完畢后，打開激光，對(duì)帶式輸送機(jī)安裝基礎(chǔ)中心和巷道中心進(jìn)行校核，可以快速進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，量取各類安裝數(shù)據(jù)，避免了安裝時(shí)不通視造成的臨時(shí)點(diǎn)較多，精度降低。帶式輸送機(jī)的安裝測(cè)量工作主要是標(biāo)定帶式輸送機(jī)的各種基準(zhǔn)線，主要包括帶式輸送機(jī)的皮帶中心線和腰線，皮帶中心線是保證帶式輸送機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，腰線是安裝與調(diào)整所有軸系的重要依據(jù)。

在運(yùn)輸巷或膠帶大巷皮帶安裝完成后，架設(shè)好免棱鏡模式的激光全站儀，后視完畢后，打開激光，利用激光就可以直接檢查皮帶安裝的平直與否，現(xiàn)場調(diào)整，方便快捷，還可以打開免棱鏡模式測(cè)量所需數(shù)據(jù)。

在工作面支架的安裝測(cè)量中，按照設(shè)計(jì)確定運(yùn)、回順的中心線，在運(yùn)、回順中線與切眼中線的交叉點(diǎn)處各定一點(diǎn)，在其中任一點(diǎn)安置儀器，對(duì)中整平完畢后打開激光，瞄準(zhǔn)另一點(diǎn)，進(jìn)行置零，再進(jìn)行倒鏡觀測(cè)，打開免棱鏡模式，前視人員可以很快的標(biāo)示支架就位線及其里程。

1.3 巷道維修時(shí)免棱鏡模式的激光全站儀的應(yīng)用

由于巷道施工屬于井下工程，且都埋藏較深，應(yīng)力、礦壓顯現(xiàn)頻繁，開拓大巷及回采順槽經(jīng)常會(huì)有維修任務(wù)，巷道經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)底鼓、片幫、頂板下沉、巷道收縮等現(xiàn)象，這就對(duì)巷道維修提出了放線要求，通常在這種情況下，巷道內(nèi)的導(dǎo)線點(diǎn)已破壞殆盡，即使在，其可靠性也較差，從別的地方引線，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也沒有必要，在這種情況下激光全站儀就發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)，在維修巷道的兩端選取較完好的地點(diǎn)，在滿足使用精度的前提下量取固定位置，一般都是巷中，然后在一點(diǎn)架設(shè)儀器，通視瞄準(zhǔn)另一點(diǎn)，打開激光，然后置零，根據(jù)現(xiàn)場情況量取激光點(diǎn)到巷道的上下左右，進(jìn)行寫實(shí)工作，可以快速確定需要維修的工程量，同時(shí)也可以根據(jù)實(shí)測(cè)高差，依據(jù)激光現(xiàn)場標(biāo)定腰線、中線和坡度，簡單快捷。在破壞比較嚴(yán)重的巷道內(nèi)也可以利用激光進(jìn)行碎部測(cè)量。

1.4 免棱鏡模式的激光全站儀在煤礦測(cè)繪其他方面的應(yīng)用

在實(shí)際的煤礦生產(chǎn)建設(shè)中，由于激光全站儀比一般全站儀具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，其還廣泛應(yīng)用于煤礦建設(shè)的其他領(lǐng)域。諸如工業(yè)廣場重要建筑物及構(gòu)筑物的變形監(jiān)測(cè)，采空區(qū)的沉降觀測(cè)，也可以用來監(jiān)測(cè)井下主要機(jī)電設(shè)備及硐室的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，激光全站儀也可以結(jié)合免棱鏡模式，用來監(jiān)測(cè)罐籠罐道變形、觀測(cè)井底水倉、水淹區(qū)等人員難以到達(dá)的地點(diǎn)并進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，很大程度上提高了測(cè)繪人員作業(yè)的安全性。

2 結(jié)束語

在煤礦的生產(chǎn)建設(shè)中，測(cè)繪工作是非常重要的基礎(chǔ)性工作，通過對(duì)激光全站儀在巷道掘進(jìn)、安裝、維修及其他方面應(yīng)用的敘述，了解了其主要優(yōu)點(diǎn)。激光全站儀由于其觀測(cè)速度快、測(cè)量方式多樣、測(cè)量精度高，并且容易掌握等優(yōu)點(diǎn)，在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)全站儀在煤礦井上下測(cè)量中的局限性。同時(shí)，免棱鏡模式的激光全站儀在測(cè)量過程中，可以采用無接觸的測(cè)量方式，這種測(cè)量方式在煤礦測(cè)量中有著特殊的應(yīng)用場景，無接觸的測(cè)量方式在很大程度上提高了測(cè)繪人員工作的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳斌，等.非正交軸系激光全站儀坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2018（11）：1188-1194.

[2]李超.全站儀免棱鏡測(cè)距技術(shù)在煤礦測(cè)繪中的應(yīng)用[J].山西科技，2017，32（06）：135-139.

[3]程明飛.全站儀測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2018（10）：53-54.

[4]劉星.工程測(cè)量學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2004.

[5]煤礦測(cè)量規(guī)程[S].