独立坐标系是指:在实际工作中, 为了避免坐标出现负值, 通常将平面直角坐标系的原点选在测量区域的西南角某点上, 以北方向或建筑物的主轴线为坐标纵轴, 这种平面直角坐标系未与国家统一坐标系相联系, 故称任意坐标系或独立坐标系。
三架法:如图1所示, 欲从已知导线点A和B开始施测导线A-B-1-2-3……, 首先在B点安置全站仪整平对中, 在后视点A和前视点1安置觇标整平对中。测完B站后, B点及1点的三脚架和基座保持不动, 将B点的仪器头移到1点, 直接插入原已安置好的三脚架基座中, 将A点的棱镜觇标直接插入B点的三脚架基座中, 而将A点的三脚架和基座移到2点整平对中, 并将1点的棱镜觇标插入2点已整平对中的基座中, 即开始第二站 (即1点) 的观测。由此可见, 每观测完一站, 只需在新的前视点上将三脚架和基座整平对中一次, 从而提高了工作效率。在测绘领域, 独立坐标系广泛应有于在地形测量中。现在主要介绍独立坐标系在矿井测量中的应用。由于笔者以前在义煤集团新安煤矿工作, 井下测量中, 由于井下巷道黑暗、阴凉、潮湿、空间狭小、风流大、煤尘多等恶劣条件的影响, 再加上很多导线点不能通视, 这给矿山测量工作者的井下测量工作带来了诸多不便。以义煤集团新安煤矿14采区下山专回上段改造巷工程为例, 浅析独立坐标系在矿井测量中的应用。由于14采区专用回风巷施工时间较长, 巷道中原来埋设的测量导线点几乎都遭到破坏, 无法用现有的导线点进行施工测量;如果从现有14采区水平运输大巷的导线点通过往返复测支导线的方法引测导线点, 不仅要花费大量的人力、物力, 而且精度上也得不到保证。此时, 引进独立坐标系, 通过全站仪配合三架法测设导线, 在井下测量中发挥了重要作用。义煤集团新安煤矿14采区专用回风巷上山六车场段巷道变形严重, 部分段断面不足5m2, 回风阻力大, 影响整个矿井的负压。随着我矿16区水平运输大巷的施工, 14采区专用回风巷上段的回风任务进一步加大, 已经无法满足下一步生产施工的需要。为了解决14采区专用回风巷下山通风阻力、回风任务大的问题, 经过研究后, 矿上决定由开拓一队负责新掘14采区专用回风巷下山上段改造巷工程。根据矿生产科设计, 新掘14采区专用回风巷下山段改造巷设计施工巷道全长120m, 从新H3开始以+8°上坡 (或平巷) 向前掘进30m后变向变坡掘进与六2点贯通。由于在施工过程中, 改造巷要从现有的几条巷道下方通过, 矿上要求地测科做好中腰线标定工作同时要做好施工过程中的过巷预测预报工作, 确保施工过程中新掘巷道不会与老巷道贯通。在考虑几条巷道立交过巷的情况下, 根据原来的测量资料, 重新确定新掘巷道的坡度, 测量人员做好中腰线的标定工作。如果从大巷将导线点引测到新H3点和六2点, 用复测支导线的方法至少要两天时间。用独立坐标系全站仪配合三架法测量, 我们只用了半天时间。既节省了时间, 又保证了精度。由于改造巷要从几条现有巷道下方通过, 所以在施工前要查阅过巷所在位置已有巷道的底板高程, 要求我们在做控制导线时, 要求独立坐标系统高程要与原来的高程联测, 以保证在过巷处净高差满足施工要求。应用独立坐标系全站仪配合“三架法”在14采区专用回风巷上段改造巷工程实际测量过程及成果。假定H 1点坐标XH 1=5 0 0.0 0 0, YH1=5 0 0.0 0 0, ZH1=100.000, 以H1为起点到H0的方位角βH1-H0=0°0′0″。应用全站仪配合三架法测量, 只需要在前视点上将三脚架和基座整平对中一次, 从而提高了工作效率。由于中间导线点高程只是传递起点高程, 故中间点仪高和桩高均假定为0在H0上置棱镜 (六2附近) , H1上架设仪器, 后视H0定向, 仪高和前视均为0, 量取后视桩高输入仪器, 并采集H0点三维坐标和H1点三维坐标, 然后用测回法测角∠H0H1H2、前后视倾角和前后视斜距, 最后将仪器移至H2后视H1采集H3并测角∠H1H2H3, 前后视倾角和前后视斜距, 依次进行数据采集和测角测边工作。最终仪器移至H7量取仪高, 推算出H7点顶板高程, 后视H6完成定向工作后, 定向完毕显示H7-H6的方位是172°50′53″, 根据测角推算出H7-H6的方位是172°49′37″, 精度满足要求。可以进行下面的放样定向工作。输入放样点坐标, 显示转角为:140°14′58″, 推算转角为:140°14′59″, 完成检核工作后在拨角140°14′58″前方给定中线点3个。对于腰线的标定工作, 主要在考虑过巷要求的条件下确定坡度, 施工队根据坡度和标定的中线进行施工, 中腰线标定工作完成。对于检核的另一个方法, 就是方位角闭合差等于多边形内角和 (如果水平角是多边形外角, 则可以换算成内角) , Fβ=∑β- (n-2) ×180°。由于测设导线过程中省去了对中这一环节, 大大提高了测量精度。工程完工后, 贯通情况良好, 各项误差均能满煤矿测量规程要求。导线测量成果对照表1和表2所示。
通过上面的分析, 独立坐标系法是一种切实可行的矿井测量方法。不仅提高了测量精度, 满足了各项限差要求, 同时还能方便快捷的完成测量任务。具有独立、简洁、经济、省时的特点。尤其是在与原有已知测量资料联系困难的条件下, 能够独立使用, 不仅节省了人力、物力, 而且能够取得不错的效果。
摘要：在矿上, 许多井下使用时间较长的巷道, 由于测量控制点遭到严重破坏, 不能及时恢复。这些巷道相关的局部贯通工程的施工中, 通过引进独立坐标系, 使用全站仪配合“三架法”进行测量, 减少了工作程序, 提高了工作效率, 本文以义煤集团新安煤矿14采区下山专回上段改造巷工程为例, 重点论述。
关键词：独立坐标系,矿井测量,三架法
参考文献
[1] 张国良, 朱家钰, 顾和和.矿山测量学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2001, 7.