智能化仪器仪表的矿用扼制探测技术规范

 1光电测距仪的应用增加了观测边长，不但提高了量边精度，而且减小了对中误差对*终导线点位误差的影响；电子测角彻底改变了光学读数的方法，有效地防止了人为读数的错误，减小了读数误差。因此这些新型电子测量仪器的应用，使传统的测量方法发生了根本性的变革。但是，现行《煤矿测量规程》（文中均简写为《规程》）是以矿山测量的精度应满足采矿生产的要求为依据而制定的，其具体精度要求和施测方法，均是按光学经纬仪加钢尺的方法通过理论推导和实践经验相结合而制定的。由于受当时条件的限制，对光电测距和电子测角考虑很少，为此本文重点探讨应用电子测角和光电测距技术后，对井下基本控制测量的影响。
　　2《规程》中平面控制规定的依据及其分析
　　1989年能源部制定的《规程》是以矿山测量的精度应满足采矿生产的要求为依据而制定的，其具体规定为矿井测量的生产限差为±3.0m，平面基本控制测量的点位中误差为±0.25m，并按照当时我国常用的测量仪器，通过理论推导和实践经验相结合制定了井下控制测量的具体施测方法。
　　2.1光电测距对井下平面控制的影响
　　《规程》**章井下平面控制测量中将基本控制导线分为7″和15″两种，各矿可根据井田一翼长度确定，即大于或等于5km选用7″导线，小于5km选用15″导线。其理论依据是按钢尺量边，平均边长为80m推算的（见《规程说明》第54页）。很显然，光电测距将提高测距精度，同时可增加平均边长，从而减小测角误差对导线终点误差的影响。下面就这一问题作一简单探讨：钢尺量边的误差表达式：
　　m2l=a2l （bl）2　　式中：a、b为钢尺量边的偶然误差和系统误差影响系数；取a=0.0004m1/2，b=0.00004.
　　光电测距的误差表达方式：
　　ml=a bl
　　式中a、b――光电测距边固定误差和比例误差影响系数。
　　参照《规程说明》中第54页基本控制导线*远点点位误差的估算公式和光电测距的误差表达式可以得出，光电测距基本控制导线*远点点位误差中纵向误差的估算公式如下：
　　t2={na2 （bL）2}/2
　　式中n――导线的边数；L――导线的总长度。
　　假设测角误差、加测陀螺边的位置等均与《规程说明》相同，只是测距误差和平均边长的变化，则可得出点位误差估算结果如1和2.
　　从1、2可以看出，光电测距边大大提高了量边精度，减小了导线终点的纵向误差，即使在测角方法及其误差（15″）不变的情况下，当导线长度达7km，平均边长为80m时，其导线终点的中误差仅为0.304m.当导线长度8km，平均边长为150m时，其导线终点的中误差仅为0.318m，与《规程说明》中推算的5km导线终点的中误差0.318m相当。
　　2.2电子测角对井下平面控制的影响
　　水平角观测通常有以下一些误差来源：仪器误差、目标偏心、对中误差、测角方法误差及外界条件影响等。考虑井下测量的特殊条件，对中误差影响更为严重，有的情况下，短边对水平角观测的影响特别显著。外界因素的影响不容忽视。井下照明条件、淋水、粉尘对通视有直接影响，矿车运行、各种施工设备引起的震动会降低仪器的稳定性和精度。在众多的影响因素中有很多因素可通过调整施测时间和方法来减少或避免其影响。因此，采用新型电子测量仪器进行井下测量时，仪器误差、测角方法误差和对中误差是不可避免的，是水平角观测的主要误差来源。
　　2.2.1仪器误差
　　（1）读数系统误差
　　由于电子测角仪器采用电子装置自动实时显示角度，因而仪器误差中不存在光学读数系统的视差和行差，但电路的精度将对所测角度产生一些影响，只不过一般情况下可以忽略不计。
　　（2）“三轴”误差
　　电子测角仪器中视准轴误差、水平轴误差和纵轴不铅垂而使水平轴倾斜误差依然存在。对于具备“三轴补偿”功能的电子测角仪器（例如索佳SET系列、莱卡TC系列、TOPCON、尼康、南方等）能大大削弱甚至消除上述因素的影响。但补偿所依赖的照准差C值、指标差i值和电子水泡零位应及时或定期校准，否则三轴补偿可能无济于事，对测角*终结果可能产生影响。
　　（3）照准部偏心和度盘偏心误差
　　与光学经纬仪一样，电子测角仪器也要求照准部旋转中心、度盘刻划中心、度盘旋转中心“三心”一致。否则将产生照准偏心差和度盘偏心差。
　　可以证明，对径读数可以消除照准部偏心差，而且能部分消除度盘偏心差的影响。
　　由于大多数电子测角仪器均采用在对径处安装两个精测装置，以上两种误差的影响可以减小到忽略程度。
　　（4）度盘刻划不均误差电子测角仪器的度盘刻划仍可能存在不均匀性误差。对静态式测角的电子仪器刻划不均性误差的消除只能通过测回间变换度盘来进行。而对于目前广为采用的动态式测角系统，由于度盘在马达带动下匀速转动，每测一方向，度盘转动若干圈，全周所有分划都参与测量，从根本上消除了度盘分划误差的影响。
　　（5）度盘带动误差度盘带动误差主要是由仪器脚螺旋松动引起的，测前必须加以检验和调整。另外脚架不均匀沉陷，受矿车或施工设备震动影响也会产生扭转使度盘位置变动。因此在观测时应将脚架充分踩实，尽量避免各种震动对仪器的影响。
　　2.2.2仪器对中误差
　　由于经纬仪和前后视觇标的对中线量误差引起的水平角的测量误差me称为对中误差。假定前后视觇标的对中线量误差与经纬仪对中误差相同，eA=eB=er=e时；其值可按下列公式计算：me=±″eab（a2 b2-abcos）特殊的，当eA=eB=er=e，a=b，=180°时：me=±″ea可见me与e成正比，与边长成反比。由于井下条件限制对中线量误差较大，导线边长在可能的情况下尽量放长，以减少对中误差的影响。边长较短时应要求更高的目标与仪器对中精度。这在规程中已经有所体现。
　　2.2.3测角方法误差
　　通常测角方法误差包括瞄准误差和读数误差。
　　新型电子测角仪器普遍采用实时角度显示，因而不存在读数误差。
　　测角方法误差mi主要包含瞄准误差：mi=mv=±100″V其中V为望远镜放大倍率。
　　2.35″全站仪施测7″级导线精度分析用2″全站仪施测7″级导线肯定可以满足其精度要求，但为了降低成本，采用较低精度、低价格的工程全站仪（一般测角精度为5″，测距精度3mm 2×106），能否进行首级基本控制导线测量，保证其精度达到《规程》规定的7″级导线精度，尚需进行理论分析。
　　目前国外仪器厂家提供的均为测角标准差，与我国原来经纬仪分级的方向中误差相差2倍，即5″全站仪一测回方向中误差为3.5″，介于2″和6″光学经纬仪之间，其测角中误差应介于7″～15″之间，下面取11″进行预计，其结果如：从可以看出，采用5″全站仪施测7″导线，由于受测距误差影响的纵向误差大大减小，在7km时，取测角中误差为11″，平均边长80m，其精度高于钢尺量边的精度。智能化仪器仪表的矿用扼制探测技术规范
　　2.4井下导线实测资料分析
　　1999年3月，在王庄煤矿和芙蓉煤矿井下采用SET5F防爆全站仪共施测4条闭合导线，导线总长度为8133.2m，共计89站。导线实测精度如4.
　　可见，采用5″全站仪井下实际测量精度和闭合差均可达到7″控制导线的要求，其测距、测角精度能够满足《规程》对井下基本控制测量的限差要求。
　　3井下新型电子测量仪器对三角高程测量误差的影响智能化仪器仪表的矿用扼制探测技术规范
　　3.1井下新型电子仪器施测三角高程的误差来源两测点间高差中误差可用式估算智能化仪器仪表的矿用扼制探测技术规范
　　而三角高程导线终点的高程中误差mBK（不考虑起算点的高程误差，并视为等精度观测）电子测角自动显示，读数误差只存在于仪器分辨率线路误差中。由于一般电子测角仪器均有自动补偿功能，水准管气泡居中误差可能被限制到很小的程度。因此新型电子测角仪器垂直角测定误差主要来源是瞄准误差mS和仪器误差mT。
　　m=±m2S m2T其中mS=100″，v是望远镜放大倍率。
　　由于仪器误差较难估算，按等影响原则取mS=mT。
　　则：m=±2mS以SET5F为例：m=±2100″30=±4.7″
　　3.2井下新型电子仪器施测三角高程代替水准测量的可能性
　　（1）三角高程精度估算以SET5F为例，设平均边长76.2m，平均倾角取5°，则两点间高差中误差估计。
　　（2）井下三角高程实测精度用4实测资料计算由水准测量闭合差限差：f允=±50R=2mh02R可求得��mh0=±0.0177m，而估计值0.0046m和实测值0.00097m远小于通过闭合差导出mh0值，故采用新型电子测量仪器进行三角高程测量完全可以代替水准测量。
　　4结论和建议
　　（1）如前所述，光电测距大大减小了导线终点的纵向误差，同时可提高导线的平均边长，电子测角将减小读数误差，理论上可以证明采用测角精度不低于5″的全站仪施测基本控制导线，可以满足煤矿测量生产限差的要求。
　　由王庄矿、芙蓉煤矿实测资料分析也表明可以采用不低于5″的全站仪以进行首级基本控制，并能满足《规程》限差要求。可以进行贯通工程测量，能够满足贯通生产要求。
　　（2）由于量边精度的提高以及平均边长增长，井下三角高程测量精度完全可以满足生产限差要求。
　　通过理论分析和实测检验可以得出同样的结论：井下三角高程可以代替水准观测。三角高程可以结合平面控制一起进行，能够提高工作效率，减小井下测量工作量和井巷占用时间，意义重大。