1. 引言
为满足矿井井下基础建设和开采掘进的需要，井下布设具有较高精度的控制点对测量工作的顺利、安全开展具有重要意义。井下导线测量是获得井下控制点坐标的一种常用方法，为提高导线测量精度，需充分考虑测量过程中测距误差与测角误差带来影响 [1]。随着科技水平的提高和高精度测量仪器的出现，使得仪器对测量结果的影响变得十分微小 [2]。外界环境对测距误差的影响，大量学者在这个方向进行了研究，并提出了具体的定量公式对测距误差进行改正 [3]。测角误差的来源较为复杂，主要有测量误差、仪器误差、外界环境影响等，特别是外界环境对其的影响，呈现随机性，难以定量描述。井下导线通常也比较长，为了控制测量误差在允许范围之内，保证测距不能过长的同时，增加了测角个数，于是对井下导线测角误差的分析具有十分重要的意义。本文重点研究井下特殊环境对测角的影响，采取方法检测具有较大测量误差的角度，并对其测量值进行修正，以提高导线测量的精度。
2. 环境对角度测量的影响
在井下导线测量过程中，由于巷道环境的复杂性，极大地增加了测量的难度，同时也带来了较大的测量误差。测角误差的来源主要是以下几个方面：
1) 温度对测角误差的影响
全站仪的正常工作具有一定的温度范围，标准温度为20摄氏度，当温度过高或者过低时，都会通过影响全站仪的内部结构，从而影响全站仪的测量精度 [4]。由于外界温度的影响，全站仪竖轴误差会增大，从而带来较大的水平角的误差测量，在补偿器对这种误差进行改正时，由于温度不一致会导致补偿器内液体发生热胀冷缩，从而产生补偿误差，尤其在使用同一台仪器在前后两个温差很大的点进行测量时，这种误差对测量结果的影响更加显著 [5] [6] [7] [8]。
2) 空气透明度对测角误差的影响
全站仪的测量原理是通过全站仪发射一条光束到达棱镜，然后再反射到全站仪，由此测量出两点之间的距离和角度。在井下巷道中进行测量时，由于受到井下工作环境的影响，空气中的矿尘密度较大，加上通风条件不完善，温度较高，使得空气中的水蒸气凝结成小水珠，这些因素影响了导线测量时周边环境的空气透明度。空气透明度不够影响光束的传播，这种影响使得仪器在对棱镜进行照准时产生误差，从而增大测角误差 [9]。
3) 大气折光对测角误差的影响
井下巷道受到巷道作用功能的影响，每条巷道的光照强度有所不同，在靠近工作面的巷道中光照强度强，远离工作面的巷道光照弱。在两条功能不同的巷道间进行导线测量时，由于两条巷道光照强度不同，在巷道连接处进行测量时由于光照强度的变化，所测量的角度误差会比正常情况下的误差大。当前后视的光照强度比较均匀时，由大气折光所产生的误差较小，可以忽略不计 [10]。
3. 实例分析
以某矿井的贯通测量工程为例，井下施测按导线测量方式进行，其示意图如图1所示。XY1-XY5为轨道大巷控制点，TF2-TF6为通风大巷控制点，TF1为巷道连接点。为确定导线的方位，对XY1-XY2、XY5-TF1和TF5-TF6三条边进行陀螺定向，测得其方位角。由于具体因素限制，通风大巷长期处于封闭状态，内部环境稳定，但其环境条件与轨道大巷具有较大差异，如表1所示。为了加快测量速度，通风大巷刚打开、未等两巷道环境相适应就开展了测量工作，测量了导线的各转折角。对整条导线分段按方向附合导线进行闭合差计算，结果见表2。
Figure 1. Schematic diagram of underground traverse
图1. 井下导线示意图
Table 1. Comparison of external environment of roadway
表1. 巷道外界环境对比
Table 2. Calculation results of traverse closure error (units: )
表2. 导线闭合差计算结果(单位：)
注：井下导线按7导线进行布设，闭合差限差计算公式：
，ε为闭合差限差，n为测站数。
由表2可知，附合导线XY1-TF1段满足限差要求，XY5-TF6段超限，整体XY1-TF6段闭合差也不满足测量要求。可以排除附合导线XY1-TF1段测角误差影响，应重点分析XY5-TF6段测角精度，可以推断具有较大误差的测角应来源于此测段。
为检测XY5-TF6段测角误差，待间隔上一次测量一段时间后，另加测陀螺边TF1-TF2，并重新测得两巷道环境对比如表3。结合表1，可以看出此次测量轨道大巷和通风大巷环境已相适应，具有相同的环境条件。按第一次测量的导线转折角，重新计算导线闭合差，如表4。
Table 3. The outside environment of the roadway is compared again
表3. 巷道外界环境重新对比
Table 4. Recalculation of traverse closure error (units: )
表4. 导线闭合差重新计算结果(单位：)
由表5可以看出，TF1-TF6测段满足限差要求，测段上各转折角应具有较小的测角误差；此次XY1-TF2测段超限，而由表2可知，XY1-TF1测段不存在具有较大测量误差的转折角。综合分析，处于特殊位置的巷道连接角∠XY5-TF1-TF2，应具有较大测量误差，测角误差主要来源于外界环境。
Table 5. Contrast of roadway connection angle
表5. 巷道连接角对比
为验证此结论，重新在TF1上架站，测得转折角，利用陀螺边XY5-TF1、TF1-TF2可以反算测角真值，并对比第一次测量角度值，如表5所示。
由上表可以看出：第一次测量具有较大的误差，主要受到两巷道环境较大差异的影响。待到环境因素一致时，第二次测量结果十分接近于真值，测角结果具有较高的精度。综上可得，环境因素对于角度测量的影响不容忽视，进行角度测量应在稳定、适宜的外界环境进行。
4. 结束语
本文重点研究了井下外界环境对角度测量的影响，做出定性分析，并检测出特殊位置具有较大测量误差的角度，利用陀螺边进行检核。井下环境较为复杂，不同位置环境差异较大时，对角度测量的影响也会增大，需重点考虑测角误差对测量结果的影响。针对井下导线测量，提出以下几点建议：
1) 在进行导线测量时，尽量保证导线布设在同一外界环境中，保证仪器在适宜的环境条件中工作；
2) 通过加测陀螺边，可以检测出具有较大误差的角度，并减小测角误差的累积；
3) 在两个不同外界环境的连接处进行测量时，为了减小测量误差，需重新调制仪器，并待环境稳定后重新测量，以便检核。
参考文献