全站仪棱镜_免棱镜全站仪在露天矿山危险区域测量作业中的应用

　　摘要:在大型露天矿山开采中,采空区、高压线、排土场等由于长期处于不稳定状态而成为主要危险源和重点监控、治理部位,因此需要测量人员经常在危险区域作业,形成不安全因素。本文结合测量人员对露天矿排土场、采空区、高压线弧垂程度的特殊作业情况,简单介绍免棱镜全站仪技术的测量原理及应用现状,对测量精度与误差作系统分析,总结论述免棱镜全站仪技术在露天矿山测量中的可行性。
　　关键词:露天矿山 测量 免棱镜全站仪
　　1、研究背景
　　某钼矿矿区矿体厚大集中,矿体走向长度2600m,厚度一般为420m～2m,宽度1400m～1000m,覆盖层薄。经分析,采用露天开采平均剥采比小,采矿损失、贫化小,生产成本低,约90%的矿量可用露天开采采出。在此大型露天矿山开采中,采空区、高大边坡、排土场、高压线弧垂程度等由于长期处于不稳定状态而成为主要危险源和重点监控、治理部位。在整治过程中,需要测量人员经常出入危险环境中作业,形成不安全因素。
　　2、免棱镜全站仪技术原理与应用现状
　　全站仪免棱镜测量是一种不需要棱镜作为合作目标,直接对物体表面进行测量,即“所瞄即所测”的测量方法[1]。免棱镜测量技术基于相位法原理,可以对所测量目标直接进行激光打点,完成测量作业。但是免棱镜测量所测目标的反射介质满足免棱镜测量的条件即可。运用免棱镜进行测量作业时,可以根据全站仪距离所测目标的距离和所测目标点的反射介质条件判断运用免棱镜短距离(N)还是长距离(LN)进行测量。与有棱镜测量比较,其优点是只要测量目标点条件满足免棱镜测量的条件(全站仪距离目标物距离、反射介质)即可运用全站仪免棱镜测量功能准确的测量目标点的三维坐标。使用柯达灰度标准卡,其半径可达180m,它具有可见的红色激光斑及微小的光束直径。为了达到出色的标准和基于考虑测量人员的身体安全的效果,采用最安全的一级激光,以突出免棱镜测量的优点及在测量工作中的效率的突出体现[2]。
　　随着测量技术的进步,许多新兴仪器设备迅速的发展。其中免棱镜全站仪的产生对于控制、地形和工程测量都具有重要作用。由于不需要在目标点上安放棱镜,不仅减免了测量人员的奔波跋涉,而且大大拓宽了全站仪测量的工作范围。此法尤其适用于比较危险,测量条件比较恶劣的作业环境。例如对于人们无法攀登的悬崖陡壁的地形测量、地下大型工程的断面测量、建筑物的变形测量等,采用免棱镜全站仪测量可以大大节约时间,提高劳动效率。尤其是用边角后方交会的方法在地下工程中布设临时控制点,可以将控制点布设洞壁上,避免了掌子头放样控制点的破坏。用边角后方布设控制点放样可大大提高掌子面的放样速度,明显提高生产效率。因此目前免棱镜测量已被广泛应用于地籍测量、结构安装与施工测量等领域。
　　3、露天矿危险区域测量作业实例
　　在大型露天矿山的作业中,测量人员需要对拒爆孔、高大边坡、采空区及高压线弧垂程度等众多危险区域进行定位测量,这些不安定因素对测量人员来说是重大的安全隐患。根据免棱镜全站仪技术原理,将免棱镜全站仪技术应用到露天矿山测量中,可使测量人员不用靠近危险区域便可快速获得高精度的测量数据,从而提高测量作业安全系数及作业效率。
　　3.1 免棱镜全站仪对某矿排渣场高压线弧垂程度观测
　　在架设高压线时,要考虑高压线弧垂与地面或水面之间的安全高度。下面以某矿排渣场高压线架设时的弧垂高度测量为例进行免棱镜全站仪测量。
　　以莱卡TS06型号免棱镜全站仪为例。首先,把全站仪架在被测高压线大致垂直的一边。先用免棱镜功能测量仪器测出全站仪与弧垂的垂距H1=10.755m,平距D1=38.405m,天顶距σ1=74°21′18″。把全站仪水平制动螺旋制动,松开望远镜制动螺旋,然后指挥司镜人员,使棱镜所立的点正好与所测的弧垂在同一垂直面上。测出全站仪与棱镜之间的平距D2=D1=38.405m。这样,棱镜所立的点正好与所测的弧垂的正下方。现测出仪器与棱镜之间的垂距H2=－0.085m,天顶距σ2=90°07′35″,棱镜高H3=1.500m。因此,该弧垂与地面的净高为:
　　H=H1－H2＋H3=10.755+0.085+1.500=12.340m
　　(图1）
　　对以上的高压线弧垂程度观测数据进行误差分析:
　　在公式H=H1－H2＋H3中,垂距,由莱卡TS06型号免棱镜全站仪各误差参数,可得垂距H1的中误差:
　　=±0.43mm
　　同理,可得垂距H2的中误差:
　　=±0.003mm
　　设棱镜高的测量精度为±1mm,则此次用免棱镜全站仪进行高压线弧垂程度测量作业的合成精度为:
　　=±1.09mm
　　以上误差分析满足测量精度要求[3]。
　　3.2 免棱镜全站仪测量技术应用于对某排渣场的边坡观测
　　排渣场的稳定性是露天矿的一个重要的长久的话题。排土场失稳将导致矿山土场灾害和重大工程事故,不仅影响到矿山的正常生产,也将使矿山蒙受巨大的经济损失。因此定期的对排土场进行观测尤为重要。以某排土场为例,详细讲述免棱镜全站仪测量技术在排土场边坡观测中的作用。
　　某排渣场面积大,且边坡较陡,排渣场边坡经常有岩石滚落的现象,人员无法到达边坡附近进行测量,这不仅影响测量工作的进度,更在一定程度上威胁测量人员的人身安全。将免棱镜全站仪技术应用到某排土场边坡观测显得尤为重要。测量人员利用免棱镜全站仪在远离边坡的安全区域可以直接测出边坡的实际现状、各类精确的观测数据,从而为排土场边坡治理工作提供了有力可靠的数据支持。
　　4、结语
　　免棱镜全站仪测量技术在露天矿山测量中起着非同小可的作用。尤其对高大边坡、采空区及高压线弧垂程度等众多特殊区域进行定位测量,避免了测量作业爬高、滑落的危险,保证了测量人员的安全,大大拓宽了全站仪测量的工作范围,且观测速度快,节省人力和资源,同时又可以保证测量精度满足工程设计要求。总之,免棱镜全站仪在露天矿测量作业中具有很大的可行性,相信免棱镜全站仪测量技术在露天矿测量中有着很好的发展前景。
　　参考文献
　　[1] 李捷,欧阳祖熙,魏学勇等.全站仪免棱镜测量技术在滑坡变形监测中的应用.中国地质灾害与防治学报,2010(1):110-112.
　　[2] 高应龙.免棱镜全站仪在日照时长测量中的实践应用.山西建筑,2011:193-194.
　　[3] 涂群生.免棱镜全站仪在工程测量中的应用.黄石理工学院学报,2007(5).

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