隔爆型全站儀在礦山測量中的應(yīng)用

張 磊

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦，山西 大同 037001）

引言

全站儀屬于高精度光學(xué)儀器，是礦山測量中主要設(shè)備之一，與傳統(tǒng)測量儀器如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀相比，全站儀可對角度、距離以及高程進(jìn)行測量，具有體積小、攜帶方便、測量精度高、測量勞動作業(yè)強(qiáng)度小以及自動化水平高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于礦山測量中；但是在實際井下測量過程中，由于施工環(huán)境空間有限、光線昏暗、視線受阻以及操作技術(shù)水平、維護(hù)水平等影響，全站儀在測量過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，不僅影響著測量效率，而且降低了測量精度，很容易造成礦山測量安全事故，如大型巷道貫通測量出現(xiàn)故障誤差，很容易與空巷、盲巷貫通，近距離巷道掘進(jìn)，若出現(xiàn)測量誤差時很容易導(dǎo)致頂板垮落等；所以提高全站儀測量精度，降低設(shè)備故障率，對煤礦井下安全高效生產(chǎn)具有重要意義。

1 隔爆型全站儀結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 全站儀結(jié)構(gòu)組成

目前煤礦企業(yè)常用的是徠卡TPS1200 型礦用隔爆型全站儀，礦用全站儀主要分為光學(xué)部分、機(jī)械部分、電子部分以及補(bǔ)償部分等四部分組成；其中光學(xué)部分主要指的是視鏡部分，主要用于觀測；機(jī)械部分主要由水平控制裝置和垂直控制裝置兩部分組成；電子部分結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，主要由主控制器、儲存裝置、馬達(dá)板等部分組成，主控制器是電子部分核心部件，主控制器直接影響著角度、距離、高程測量精度，馬達(dá)板主要控制數(shù)據(jù)輸出、輸入正常運(yùn)行；補(bǔ)償部分主要分為擺式補(bǔ)償器和液體補(bǔ)償器。

1.2 全站儀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）顯示內(nèi)容豐富：礦用隔爆型全站儀形式內(nèi)容豐富，可切換多種語言，測量過程中各類數(shù)據(jù)可直觀通過顯示器顯示，而且儀器在測量過程中一旦出現(xiàn)死機(jī)、卡頓現(xiàn)象時，只需重啟系統(tǒng)即可，無需重裝系統(tǒng)。

2）功能齊全：經(jīng)緯儀或水準(zhǔn)儀只可進(jìn)行距離或高程測量，測量方式相對單一，而全站儀可進(jìn)行距離、角度以及高程測量，功能齊全，測量時儀器攜帶方面，降低了測量人員勞動作業(yè)強(qiáng)度。

3）自動化水平高：相比其他測量儀器，全站儀自動化水平高，測量時操作簡單，測量數(shù)據(jù)精度高，而且在實際井下測量過程中全站儀對電磁以及高次諧波抗干擾能力強(qiáng)[1]。

4）遠(yuǎn)程追蹤控制功能：礦用全站儀內(nèi)部安裝智能化裝置，可實現(xiàn)超級搜索功能以及對全站儀進(jìn)行識別、遠(yuǎn)程追蹤等功能。

2 礦用全站儀常見故障及處理措施

2.1 導(dǎo)線測距故障原因及處理措施

2.1.1 故障原因

全站儀測距故障主要包括近距離或遠(yuǎn)距離都無法測距以及近距離可以測距遠(yuǎn)距離無法測距兩種。

1）遠(yuǎn)近距離無法測距原因：全站儀在進(jìn)行測距時利用電子測速儀發(fā)出光波，然后根據(jù)光波發(fā)射至接收時間以及光速從而準(zhǔn)確計算出兩點(diǎn)之間距離；但是在實際測量中由于設(shè)備故障如開機(jī)出錯或內(nèi)部設(shè)定參數(shù)丟失，以及受測量環(huán)境影響，造成全站儀內(nèi)部光學(xué)元件精密度降低等，導(dǎo)致全站儀無法測距。

2）遠(yuǎn)距離無法測距原因：全站儀能近距離測距但是不能遠(yuǎn)距離測距時，很可能是全站儀內(nèi)部二極管老化、設(shè)備內(nèi)部光學(xué)元件損壞以及發(fā)射軸、照準(zhǔn)軸、接收軸出現(xiàn)對準(zhǔn)誤差等原因造成的。

2.1.2 故障處理措施

為了避免出現(xiàn)全站儀無法測距現(xiàn)象，在進(jìn)行井下導(dǎo)線測量前應(yīng)采用專用的光電同軸調(diào)試設(shè)備對全站儀測距系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)試，調(diào)試內(nèi)容主要包括檢測二極管老化現(xiàn)象、視準(zhǔn)軸誤差情況等；定期打開全站儀，清理內(nèi)部光學(xué)元件，防止受煤塵、污漬磨損，若光學(xué)元件磨損無法進(jìn)行修復(fù)時必須及時進(jìn)行更換；同時在測量前應(yīng)對全站儀視準(zhǔn)軸、照準(zhǔn)軸、豎軸等進(jìn)行調(diào)整，防止軸系誤差。

2.2 測角故障原因及處理措施

2.2.1 測量故障原因

井下全站儀導(dǎo)線測量時出現(xiàn)測角誤差主要原因是儀器軸系誤差產(chǎn)生的，其中軸系誤差主要包括著視準(zhǔn)軸、豎軸以及橫軸等誤差超差造成。

1）視準(zhǔn)軸超差誤差故障：由于全站儀在安裝時安裝不當(dāng)或者對中整平不到位，造成視準(zhǔn)軸內(nèi)部照準(zhǔn)十字絲偏離了設(shè)計中心位置，造成水準(zhǔn)軸與水平軸無法相交，從而導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。

2）豎軸誤差超差故障：豎軸誤差超差故障與視準(zhǔn)軸超差誤差故障原因相同，都是因儀器安裝不規(guī)范造成的，全站儀安裝規(guī)范狀態(tài)下儀器豎直度盤讀數(shù)為90°，當(dāng)安裝不規(guī)范時，儀器豎直度盤指針偏離設(shè)計位置，在測量時很容易產(chǎn)生誤差[2-3]。

3）橫軸誤差超差故障：該類故障主要是由于全站儀對中時不到位或者儀器自身缺陷如水平軸直徑不均等原因造成的。

2.2.2 故障處理措施

根據(jù)故障原因可知，三軸誤差超差故障主要屬于機(jī)械故障，全站儀在使用過程中受環(huán)境震動、環(huán)境污染、人為操作不當(dāng)?shù)榷紩?dǎo)致此類故障；所以為了避免此類故障，在全站儀井下測量時，必須嚴(yán)格安裝測量規(guī)范進(jìn)行儀器安裝、整平以及對中，通過顯示欄定期對儀器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2.3 其他故障及處理措施

1）開機(jī)故障：全站儀無法開機(jī)主要原因是電池接觸不良、電路損壞以及開關(guān)按鍵損壞等，一旦出現(xiàn)儀器開啟故障時首先應(yīng)檢查電池是否有電以及電池接觸情況，若電池?zé)o故障應(yīng)及時對全站儀內(nèi)部電路板導(dǎo)電情況進(jìn)行檢查。

2）制動軸故障：全站儀在調(diào)校過程中微動旋鈕出現(xiàn)松脫以及照準(zhǔn)鏡轉(zhuǎn)動軸卡塞等都會造成制動軸故障；一旦全站儀出現(xiàn)制動軸故障后應(yīng)及時對轉(zhuǎn)動軸潤滑情況進(jìn)行檢查，若制動軸出現(xiàn)變形時應(yīng)及時進(jìn)行更換。

3 實際應(yīng)用效果分析

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦305 采區(qū)南翼皮帶巷東部為870 水平大巷，南部為301 盤區(qū)、西、北部均為實體、巷道為河北7-1 號層305 盤區(qū)巷道。巷道設(shè)計長度為891 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為7-1 號層，煤層平均傾角為5°，煤層平均厚度為2.67 m，含夾矸一層，平均厚度0.66 m，結(jié)構(gòu)簡單。

南翼皮帶巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)350 m，巷道在前期掘進(jìn)過程中主要采用隔爆型全站儀進(jìn)行井下導(dǎo)線測量以及高程測量，巷道每掘進(jìn)30 m 安裝一組導(dǎo)線點(diǎn)，控制巷道走向以及巷道高程等，由于巷道掘進(jìn)過程中巷道內(nèi)布置機(jī)械設(shè)備數(shù)量多、巷道內(nèi)空間有限以及巷道內(nèi)粉塵濃度高、風(fēng)速大，導(dǎo)致全站儀導(dǎo)線測量時故障率高，造成測量精度低，通過實測發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)至310 m處時巷道中線偏差達(dá)0.7 m；截止2020 年11 月巷道已掘進(jìn)到位，通過對全站儀常見故障采取合理有效的預(yù)防措施后，巷道在后期掘進(jìn)過程中采用全站儀導(dǎo)線測量時儀器故障率大大降低，導(dǎo)線測量誤差控制在允許范圍內(nèi)，有效保證了巷道安全快速掘進(jìn)。

4 結(jié)語

全站儀作為精密測量設(shè)備，在礦山測量工作中起著重要作用，在礦山測量工作中只有合理分析全站儀常見故障類型，并根據(jù)實際情況采取合理有效的預(yù)防措施，才能降低全站儀故障率，保證全站儀測量精度，避免因測量設(shè)備故障導(dǎo)致測量結(jié)果誤差，從而造成礦山測量事故發(fā)生。