矿井测绘中全站仪测量精度的提升研究_高星月.pdf

矿井测绘中全站仪测量精度的提升研究高星月（晋能控股煤业集团云岗矿，山西大同037001）摘要：针对目前全站仪在矿井测绘中测量精度不高、测绘方法不成体系等问题，以某型全站仪为研究对象，分析全站仪在矿井中的应用及测量过程中在垂直方向上的误差影响，提出提高全站仪测量精度的方法，制订全站仪测绘优化方案，并利用某型全站仪测量某矿井的主矿道长度，测量结果满足精度要求（0.3 m）。关键词：全站仪；矿井测绘；测量精度；误差中图分类号：TD175文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0228-030引言全站仪是一种现代化测量仪器，应用过程中涉及光电、机械等多方面的技术，目前在矿井测量领域对全站仪的使用非常广泛。全站仪能够测量水平与垂直角度以及不同方向位置的距离，是现代矿井测绘领域不可或缺的装备。但目前全站仪在矿井测绘领域中存在测绘流程复杂、操作规范不全面、测量精度不高等问题。通过对影响全站仪测量精度的因素进行分析，提出针对某矿井全站仪的改进方法，并在此矿井中予以试验，使测量精度达到0.143 m，精度提高超过50%以上，保证了矿井挖掘效率和质量。1全站仪在矿井测绘中的应用目前在矿山测绘中，存在矿区环境复杂、矿藏储存情况多、地质灾害较多等问题。在多种矿山开采中，全站仪的使用测量精度并不高，而矿山测量主要使用全站仪进行测量。如图 1 为全站仪在矿井中实际测绘图。部分地区存在水淹矿井、矿井坍塌等突发情况，更是导致在实际矿山测量中全站仪测量精度的进一步降低。在当前矿山测绘中，使用全站仪能够发挥其同轴望远镜和双轴自补偿能力，尽可能扩大测绘范围，提高测量效率，弥补人工测量精度不高等缺点1-3。矿井下测量工作的要点是确定煤巷道方位的定向，并在恰当的时机使用全站仪，通过全站仪能够较大程度地提升导线的测量精度，为井下测量提供可靠的技术保证和数据支撑。全站仪的测量精度优于电子经纬仪、光学经纬仪等传统测绘工具，并能够在完成测绘工作后，系统性地向计算机发送测量数据，由计算机自动完成对传回数据的整合处理，大大提高了矿山自动化程度，同时避免了人工测量的人为误差，测量数据处理也更加便捷迅速，提高了数据应用的时效性4，通过对全站仪的使用，可将矿井测绘、数据传输、数据处理等工作集中在一起，提高了矿井的自动化和现代化程度，解放了工人的劳动力，提高了矿井生产的安全性，推动了矿井工作的现代化发展。2全站仪测量误差原因及优化方案分析2.1测量误差原因分析某型全站仪在矿区使用中，由于本身结构及人工测量方法等问题，致使全站仪在目前使用中测绘精度有所下降，达不到矿井要求的精度，比某型全站仪的理论精度（0.4 m）要低，长期使用也会导致全站仪精度进一步降低，因此，为了提高矿区测量精度以及更好地在矿中使用全站仪，通过对人员、机器结构、测量环境等影响全站仪精度的因素进行分析，得出以下几个影响全站仪测量误差的原因。2.1.1对全站仪的维护缺失对全站仪进行初步检查测试发现，在测试中无法将全站仪横轴与纵轴完全处于绝对垂直位置，从而导致全站仪的测量精度不高。检查全站仪的内部结构发现，由于长时间的维护缺失，控制运动的轴承已经损坏，三脚架处螺栓丢失、固定松动，以上所有因素都会影响全站仪的测量精度。2.1.2测量人员不固定由于矿井测绘环境复杂、测绘境况多变，需要测绘人员根据不同的矿井环境对全站仪进行调整处理，在测绘过程中就要求测绘操作人员能够完成对中位置的处理，根据矿井位置调整和控制全站仪的对中偏差，并判断其合理性。在测绘工作中，不同测绘人员对测绘的处理方法和测量精度的控制也不尽相同，也会影响全站仪的测量精度。收稿日期：2023-02-21作者简介：高星月（1992），女，山西大同人，本科，毕业于中国矿业大学，助理工程师，研究方向为地质工程。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.087图 1全站仪在矿井中测绘示意图技术应用2023 年第 5 期2.1.3全站仪本身存在精度误差及井下环境对测量精度造成影响全站仪本身在测量原理上的误差是并不能够完全消除。在选择全站仪时要了解不同型号全站仪对矿井的测绘影响5。此外，井下环境的不同对测量精度的影响程度是不同的，对于井下风力大小的不同，匹配不同防风能力的全站仪。井下能见度、测绘要求、井下压力大小、粉尘量及干湿程度都对全站仪精度影响很大。2.2优化方案针对以上全站仪在矿井测绘中对精确度的影响因素，经逐项分析优化处理来提高全站仪的测绘精度，具体方案如下：首先针对全站仪结构影响，要在不同的测绘环境下规范对全站仪的维修保养，使全站仪在规定的时间、特定的地点进行适当地校验，维修时间间隔要有明确规定，使全站仪在使用中能够消除自身原因导致的误差。图 2 为全站仪测量示意图。全站仪在长期的使用过程中，为避免镜片、校准轴承等对测量精度的影响，需要将全站仪交由专人管理与维修，并记录详细的维护及使用手册，多套全站仪应交替使用，避免由于全站仪高频使用、维修较少而导致的精度下降。其次，针对人员不同对测绘造成的影响，要建立不同矿井测绘环境下的规范化测绘方法步骤。针对井下条件及测量人员技术水平能力，规范测绘方案，由测绘部门将测绘手册下发到每个测绘技术人员手中。在测绘中规定，要在布置低级导线前先布置高级导线，同时能够调整打击导线的布置情况，从而有效降低横向测绘误差的影响。在全站仪的棱镜前方设置仿震球并设置基准点，以减少井下作业对测绘的影响。在多次测量中取平均值，这样也可降低测绘人员对测量精度的影响。最后，针对全站仪本身及环境影响，要利用全站仪的辅助设备进行测绘，比如在下档的时刻使用陀螺全站仪来提升导线的精度。针对不同环境规范测绘的方法，使用不同型号的全站仪。同时引进具有实时动态测量功能的系统，将其自身的 GPS 测量功能和数据传输等与全站仪工作全过程相结合，这会使矿井的测量效率大大提高。图3 为优化后的全站仪的一种工作模式示意图。3全站仪测试应用效果在某矿井的主矿道进行测绘，矿道施工总长为1 866 m，测量精度要求在0.3 m 内。在进行测量时，以井下主巷道的 K 点为测绘的基准点，以垂直主巷道和运煤方向分别为 x 和 y 轴，Pyi为测量过程中导线重心方向投影长度，Pxi为 x 方向投影6。测量示意图如图 4 所示。测量中使用的是偏距法计算，由于导线的影响，坐标原点 K 在测量时的 y 轴方向上误差为：Ly=L1（P2yi）12.式中：Ly为测量时在 y 轴方向计算误差；L1为巷道测量固有误差，全站仪测量时的固有贯通测量误差为7；为角度与弧度转化，取值为 1.2。导线两边误差在 x 轴方向上误差为：Lx=18 000（P2yi）12.则最终的测量误差为：L=（L2y+L2x）12.将相关数值代入该上误差公式中可得，Ly=0.13 m，Lx=0.06 m，L0.143 m。此测量精度满足矿井测量精度要求（0.3 m），并在原先的测量精度的前提下，提高了一半以上的精度7。4结论1）通过对全站仪的精度测量研究发现，全站仪的精度受很多因素的影响，如人员操作、测量环境、全站仪型号等，通过对全站仪的改进及测量方法的规范，使得测量精度有很大提高。2）要较少全站仪的使用频率，并将全站仪的保养维修规范化、测量方法规范化，操作人员及检修人员需随时记录使用及检修手册。3）使用全站仪测量，设站灵活，不需量取仪器高度、棱镜高度，测量效率高，大大降低了劳动强度，特别适合在井巷测量中应用。参考文献1刘振.全站仪中间法三角高程测量精度及应用研究J.山西建筑，2020，46（19）：165-1662申慧峰.全站仪中间法在采煤沉陷区域地表移动观测中的应用图 2全站仪测量示意图棱镜棱镜陀螺全站仪CABPacb图 3优化后全站仪工作模式示意图工作井目标棱镜 1后视棱镜全站仪倾斜仪目标棱镜 2顶管管节机头图 4巷道测量示意图回撤巷主运巷X 轴Y 轴K 点切眼辅运巷高星月：矿井测绘中全站仪测量精度的提升研究229山西冶金E-mail:第 46 卷道内，避免摞剪现象，剪切弯头大幅度改善。不足之处是受限于轧机切分工艺，尤其是三切分和四切分工艺，成品轧件从裙板落入冷床后，其尾部之间容易产生相互缠绕，导致仍有少部分剪切弯头，但相比较项目改造前，剪切质量有大幅度提升。3.2增加了冷剪剪切支数项目改造后，下料辊道宽度由 1 250 mm 增加至1 600 mm，冷剪每次剪切支数由轧制 5 支钢坯增加到6 支钢坯的成品钢材，剪切支数得到提升，进而提升了冷剪剪切效率。3.3减少了精整故障时间项目改造后，1 300 t 冷剪实现自动剪切，双定尺机可自由选择投用；精整 C 区操作台实现全区设备操作，同时实现自动化运行；C 区定尺收集链及点支机、集料装置、平托装置、定尺收集区可自动运行，减少人工干预，减少故障时间。改造前后故障停机时间情况如表 1 所示。4改造后经济效益1）在产品规格安排合理情况下，棒材精整线具备年产 150 万 t 的成品收集处理能力。如按 2020 年产品规格进行兑现（产量 135.6 万 t），本次改造后棒材生产线具备 139 万 t/年的生产能力，同比提升产量3.4 万 t/年，吨钢效益按 50 元/t 计算，提升产能后，每年可增加的经济效益为 3.4 万 t50 元/t=170 万元。2）设备故障率大幅降低，预计年可降低故障时间约 12 h，平均机时产量按 180 t、吨钢效益按 50 元计算，每年降低故障时间所提高的产能可带来的经济效益为 12 h180 t/h50 元/t=10.8 万元。3）每年合计可增加经济效益为 180.8 万元。5结论棒材精整工序经升级改造后，热负荷试车一次性成功，棒材精整工艺布局更加合理，不仅使产能大幅度提升，获得较为可观的经济效益，同时提高了棒材产品剪切质量、包装质量，提升了公司产品质量形象，此次改造达到了预期效果，可为行业类似设备及产线改造提供借鉴！（编辑：武倩倩）表 1改造前后故障停机时间表min项目2021 年月均2022 年 3 月2022 年 4 月停机时间105450Practice of Reforming the Finishing Process of Bar Production LineLiu Zhenyu,Hu Hong,Yan Zhiwen（Shougang Changzhi Iron&Steel Company,Changzhi Shanxi 046031）Abstract:In response to the existing problems in the operation of the original finishing process of the bar production line at ShougangChangzhi Iron and Steel Company,through long-term research and repeated argumentation,a clear transformation plan was established.Through practical transformation practices,the product quality was improved,the finishing failure time was significantly reduced,and goodeconomic benefits were achieved,achieving the expected transformation effect.Key words:bar;finishing process;reformJ.机械管理开发，2020，35（8）：204-2063周西振，梅红，姜星宇，等.全站仪中间法测距三角高程试验分析J.勘察科学技术，2019（6）：24-27.4王红元.提升全站仪在矿山测绘中测量精度的研究J.四川水泥，2021（1