三角高程测量新方法探讨

[摘 要]阐述了煤矿生产建设中高程导入的目的与实质，介绍了传统的高程导入方法，并对作为高程导入难点的大井深立井高程导入从理论上提出了一些思路。

[关键词]高程导入 煤矿测量

中图分类号：TD171 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0314-01

在煤矿的生产建设中，为了确定井下巷道、采空区与地面地形、地物的对应关系以及井下各类巷道之间的空间分布情况，就必须使矿井井下测量的坐标系统与地面测量的坐标系统统一起来。为了满足这一要求，就需要使煤矿地面测量与井下测量联系起来，也就是必须进行使井上下坐标系统统一起来的联系测量工作。联系测量就其内容而言包括平面联系测量与高程联系测量两部分，平面联系测量简称定向，高程联系测量简称为导入高程。

一、高程联系测量的目的与意义

高程联系测量的目的是把地面坐标系统中的高程，经过平硐、斜井或者竖井传递到井下高程测量的起始点上，然后以该高程起始点进行井下高程的传递。其意义是通过井上高程导入井下，井下高程依次传递，达到井下各种巷道在空间结构上满足生产设计的要求，同时便于对井下采掘工作面的分布与地面地形地物的空间对应状况有详细的掌握，它是确保矿井安全生产的一个重要方面。

二、导入高程的实质

高程联系测量的实质在于按照一定的精度要求，采用能够满足相应精度要求的仪器和合理的测量方法，把地面的高程系统，经过平硐、斜井或立井传递到井下高程测量的起始点上，为井下测量过程中进行高程的传递提供精确的起算依据，从而有效指导矿井上下的安全生产建设。导入高程的方法因矿井开拓方法的不同分为以下3种：

（1）通过平硐导入高程：可以用一般井下几何水准测量来完成。其测量方法和精度应当与井下Ⅰ级水准测量相同。

（2）通过斜井导入高程：当斜井倾角能够满足水准测量要求时，可以用一般井下几何水准测量来完成；当精度要求不高时，也可以用一般三角高程测量完成。当斜井倾角超过水准测量要求时，可以用一般三角高程测量来进行。其测量方法和精度与井下Ⅰ级水准测量或者井下基本控制三角高程测量相同。

（3）通过立井导入高程：由于水准测量与三角高程测量都难以实现，则需要采用一些专门的方法来完成。但无论采用什么方法，这些方法基本原理是完全一致的，所不同的仅仅是具体实现手段的不同。

因通过平硐、斜井导入高程可以比较容易地采用一般的水准测量或三角高程测量来完成，其原理和实现手段比较简单，故本文只对通过立井导入高程做详细论述。

设在地面井口附近一点A，其高程为已知，一般称A点为近井水准基点（见图1）。在井底车场中设一点B，其高程待求。在地面与井下安置水准仪，并在A、B两点所立的水准尺上读取读数和。

如果我们知道了地面和井下两水准仪视线之间的距离，则A、B两点的高差可按下式求出：

h=l-a+b=（lb-a）（1）

有了h，就能算出B点在统一坐标系统中的高程为：

HB=HA-h （2）

因此，通过立井导入高程的实质，就是如何求得l的长度。所以有人把它叫做井深测量，就是这个缘故。

三、一般立井高程导入的方法

1、钢尺导入高程

钢尺导入高程分为长钢尺导入和短钢尺导入两种，我国目前使用的有100 m和500 m长钢尺，短钢尺就是日常生产中使用的50 m钢尺。

用长钢尺导入高程的设备及安装见图2。钢尺通过井盖放入井下，到达井底后，挂上一个垂球，以拉直钢尺，使之处于自由悬挂状态。垂球不宜太重，一般以10 kg为宜。下放钢尺的同时，在地面及井下安平水准仪，分别在A、B两点所立水准尺上读取数a与b，然后将水准仪照准钢尺。当钢尺挂好后，井上、下同时读取数m和n。同时读数主要是避免钢尺移动所产生的误差。最后再在A、B水准尺上读数，以检查仪器高度是否发生变动。

此外，还应用温度计测定井上、下的温度t1和t2。根据上述测量数据，就能求得A、B两点之高差为：

h=（m-n）+（b-a）+∑△l （3）

式中：∑△l为钢尺的总改正数，它包括尺长改正数、温度改正数、拉力改正数和钢尺自重改正数等4项。即：

∑△l=△lk+△lt+△lP+△l （4）

如无长钢尺时，也可将几根50 m的短钢尺牢固地连接起来，然后进行比长，当作长钢尺使用，同样可取得很好的效果。

不论用长钢尺还是短钢尺，导入高程均需独立进行两次，也就是在第一次进行完毕后，改变井上下水准仪的高度并移动钢尺，用同样的方法再作一次。加入各种改正数之后，前后两次之差，按《煤矿测量规程》规定不得超过l/8 000（l为井上、下水准仪视线间的钢尺长度）。

2、光电测距仪导入高程

随着光电测距仪在测量中的广泛应用，不少煤矿测量工作者开始研究利用测距仪来测量井深，从而达到导入高程的目的。用光电测距仪导入高程的原理见图4。测距仪G安置在井口附近处，在井架上安置反射镜E（与水平面成45°角），反射镜F水平置于井底。用仪器测得光程长S（S=GE+EF），仪器G至反射镜E的距离为（ll=GE），由此得井深H。

四、大井深立井高程导入的方法

所谓的大井深立井，本文指的是井深超过1 000 m的立井。实践表明，由于地下特殊的客观条件，当立井井深大于800 m时（有时低于800 m），导入高程就相对要困难许多。所以，对于大井深立井而言，导入高程就成为一个难点。在此，笔者从理论出发对大井深立井高程导入提出一些思路，期望能够对实际工作有所启发。

由于大井深立井特殊的条件，光电测距仪很难一次性完成高程导入，主要原因是湿度、雾气等因素会严重影响测距，导致不能够测出距离，这时，如果我们在井筒中（应当在大约井深1/2处为宜）设法放置能够同时向上向下反光的反射镜，就达到了分段测量的目的，从而完成高程导入。另外的一种思路是，改变光电测距仪的发光种类，选择穿透能力较强的光源发射装置，使其不受井下湿度、雾气等因素的影响，从而实现井下较恶劣条件下的远程测距，最终精确地完成高程导入，但这要寄希望于光电测距仪在发光结构上取得进一步突破。

五、结语

总之，高程导入在煤矿生产建设中是一项极其重要的基础性测量工作，其精度必须能够满足生产的实际需要。传统的高程导入方法虽然能够解决一般的高程导入问题，但随着安全生产形势的发展，高程导入的精度必然会越来越高，特别是大井深立井高程导入，仍然是煤矿测量工作者面临的一个难点问题。有待于煤矿测量工作者在实践中不断探索验证，同时也期待着新仪器设备、新方法的诞生，通过使用新仪器、新方法来提高高程导入的精度和效率。

参考文献

[1] 周立吾，张国良，林家聪.煤矿测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1989：162-163.

作者简介

徐正友（1977～），男，助理工程师，现任贵州织金四季春煤业有限公司四季春煤矿地测副总工程师。