天井測(cè)量中全站儀與羅盤(pán)結(jié)合使用消除磁影響的方法

吳斌杰，鄭廣鑫

（錫林郭勒盟山金阿爾哈達(dá)礦業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 錫林郭勒盟 026300）

礦山巷道策略，主要是指礦山低下開(kāi)采礦石以及與采掘工程相關(guān)的巷道策略工作。并且，想到工程針對(duì)井下工作的推進(jìn)有著非常重要的作用。在傳統(tǒng)的策略貫通工程中會(huì)因?yàn)檫@樣那樣的原因?qū)е聹y(cè)量出現(xiàn)誤差，如何改變這樣問(wèn)題，在空間狹小且外在影響因素眾多的井下實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量是我們本文探討的重點(diǎn)。

1 問(wèn)題概述

在礦山天井施工過(guò)程中，對(duì)于地下開(kāi)采礦山而言，天井貫通測(cè)量是必不可少的工作，在常用的天井測(cè)量中，有兩種方法，一種是用手持激光全站儀進(jìn)行紅外線測(cè)量；另一種是通過(guò)掛羅盤(pán)半圓配合皮尺或測(cè)繩量邊的方式來(lái)測(cè)量天井斌予以指揮貫通。但在實(shí)際測(cè)量施工的時(shí)候，這兩種方法都很容易遇到問(wèn)題，一方面是井內(nèi)空間小、視線差，而且會(huì)因?yàn)榈V體變化或者實(shí)際施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題，導(dǎo)致施工時(shí)坡度變化不定或因貫通需要調(diào)整上部方位時(shí)，天井施工至上部時(shí)無(wú)法通視至掌面，這種情況下全站儀因?yàn)闊o(wú)法在底部指揮施工、又無(wú)法在井中架設(shè)的情況導(dǎo)致根本無(wú)法使用；另一方面采用羅盤(pán)儀進(jìn)行策略，羅盤(pán)儀的測(cè)量精度低而且極易受到周?chē)h(huán)境干擾，如：礦體、巖石、爬梯、甚至含鐵礦石或鐵制品都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)鐵磁干擾、電磁干擾等，這些都會(huì)對(duì)羅盤(pán)儀的策略造成影響，導(dǎo)致其無(wú)法使用，精度也無(wú)法滿足工程貫通的需要[1-3]。

2 關(guān)于全站儀及羅盤(pán)儀

2.1 全站儀

全站儀是一種科技的產(chǎn)物，是隨著科技發(fā)展而出現(xiàn)的一種高技術(shù)測(cè)量以期，又稱為即全站型電子測(cè)距儀（Electronic Total Station），其集光、機(jī)、電為一體，能同時(shí)測(cè)量水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測(cè)量等所有數(shù)據(jù)的測(cè)繪儀器系統(tǒng)。

在新的全站儀中，人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)還會(huì)自動(dòng)記錄、計(jì)算，最后能直接顯示讀數(shù)，只需要一臺(tái)設(shè)備就可以完成測(cè)站所有的測(cè)量工作，其使用起來(lái)極其方便，在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測(cè)量或變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

但在井下，整個(gè)環(huán)境是陰暗、潮濕且光線不好的，這種情況下用全站儀進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候會(huì)遇到幾方面的實(shí)際問(wèn)題：①施工時(shí)要求井下所有掘進(jìn)工作都必須停止，十分耽誤工期；②由于井下潮濕，全站儀的鍵盤(pán)和棱鏡常會(huì)出現(xiàn)水珠，在這種情況下起瞄準(zhǔn)、讀數(shù)都會(huì)受到影響；③儀器操作有難度，特別是井內(nèi)地形復(fù)雜的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。除此，全站儀在使用過(guò)程中最大的問(wèn)題在于遇到井非垂直時(shí)則無(wú)法使用，這也很大程度限制了全站儀的發(fā)揮。

2.2 羅盤(pán)儀

羅盤(pán)儀是利用磁針確定方位的儀器，構(gòu)造簡(jiǎn)單，常用以測(cè)定地面上直線的磁方位角或磁象限角，使用方便，只需要在已知控制點(diǎn)上牽引線繩至待求點(diǎn)上，然后將羅盤(pán)儀懸掛線繩上，再觀察羅盤(pán)讀取磁方位角；而后拉近線繩，在線繩上懸掛半圓儀則可得到相關(guān)角度，最后用皮尺丈量距離和前后點(diǎn)的垂高，通過(guò)計(jì)算就可得到待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)，使用十分簡(jiǎn)單，其常用于測(cè)定獨(dú)立測(cè)區(qū)的近似起始方向，以及路線勘測(cè)、地質(zhì)普查、森林普查中的測(cè)量工作。

但羅盤(pán)儀的測(cè)量數(shù)據(jù)通常會(huì)受兩方面的影響出現(xiàn)精度不夠的情況：一方面：羅盤(pán)儀本身是一種磁性儀器，其本身極易受到磁場(chǎng)干擾，特別是當(dāng)井下出現(xiàn)鐵礦或者大量以鐵代木進(jìn)行施工時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量磁性干擾，這種情況下觀測(cè)條件很難達(dá)到上述要求，雖然現(xiàn)在有改造過(guò)的防磁干擾的羅盤(pán)儀，但這種羅盤(pán)儀僅限于在平巷中使用，不便于在天井中觀測(cè)。

另一方面，測(cè)量人員的經(jīng)驗(yàn)問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致羅盤(pán)導(dǎo)線精度較低，很多策略人員由于經(jīng)驗(yàn)的原因，往往未能注意磁性干擾的問(wèn)題，依然指是用傳統(tǒng)的觀測(cè)程序進(jìn)行策略，這樣以來(lái)，會(huì)對(duì)天井貫通等采掘工程造成極大的影響[4,5]。

3 方法與原理

針對(duì)上述情況，綜合現(xiàn)有設(shè)備及技術(shù)，用全站儀與羅盤(pán)結(jié)合使用，通過(guò)一定方法消除磁影響，可有效、方便指揮天井施工，且在阿爾哈達(dá)礦山實(shí)踐中行之有效。

如圖1，天井上部由于礦體傾角變化導(dǎo)致全站儀無(wú)法直接打至掌面，無(wú)法直接指揮施工。在變坡處做A、B兩點(diǎn)，并測(cè)出A、B坐標(biāo)、方位αAB。

圖1 剖面圖

圖2 平面圖

如圖2，設(shè)計(jì)方位為αAC，則αAC=∠BAC+α。在AB上掛羅盤(pán)，讀取方位角αAB’，則磁影響為β=αAB-αAB’，則應(yīng)放αAC’=αAC+β，即為其設(shè)計(jì)方位AC。

4 總結(jié)

無(wú)論周?chē)鷮?duì)羅盤(pán)的影響有多大，同一地點(diǎn)的磁影響是相同的，此方法充分利用了這一原理。兩個(gè)方位的讀數(shù)求差，即可消除周?chē)h(huán)境對(duì)羅盤(pán)的影響，配合全站儀測(cè)量的兩個(gè)井中已知點(diǎn)即可將設(shè)計(jì)方位準(zhǔn)確放到現(xiàn)場(chǎng)。

本方法在礦山天井測(cè)量中簡(jiǎn)單、有效，對(duì)設(shè)備要求不高，在無(wú)先進(jìn)設(shè)備、儀器的礦山可廣泛使用。