煤礦測(cè)量紅外定位放線裝置的研制

陶靖

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán) 南關(guān)煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉中 031304)

0 引言

測(cè)量放線是礦山輸送測(cè)量中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，主要包括井巷工程的開門線、采掘工作面中的腰線、輸送帶的中線及基礎(chǔ)十字線等施工，其放線質(zhì)量直接關(guān)系到井巷工程施工的效率及施工質(zhì)量，對(duì)礦井安全生產(chǎn)起著決定性的作用[1]。

當(dāng)前煤礦主要采用全站儀及水準(zhǔn)儀進(jìn)行放線測(cè)量。由于受巷道施工條件、施工工藝及環(huán)境等因素的影響，傳統(tǒng)測(cè)量放線時(shí)視線受阻、測(cè)量距小，測(cè)量移站數(shù)量增加，導(dǎo)致測(cè)量效率低、內(nèi)頁(yè)作業(yè)量大、測(cè)量精度低等，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生重大測(cè)量誤差事故。以南關(guān)煤礦為例，經(jīng)研究分析,決定設(shè)計(jì)研制一套可移動(dòng)紅外定位放線裝置。

1 概述

山西汾西礦業(yè)集團(tuán)南關(guān)煤業(yè)有限責(zé)任公司1209運(yùn)輸巷位于一采區(qū)北翼，工作面東為已回采結(jié)束的1211工作面， 西為尚未開掘的1207工作面，北至井田邊界，南臨一采回風(fēng)上山。其1209運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 070 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為石炭系2#煤層，平均厚度為2.3 m，煤層起伏不大，煤層傾角1°～15°,平均為8°左右，屬緩傾斜煤層。

1209巷沿2#煤層底板上山掘進(jìn)，上山角為8°，為了保證巷道施工安全及施工質(zhì)量，由地測(cè)科現(xiàn)場(chǎng)給定腰線進(jìn)行巷道掘進(jìn)坡度控制。由于1209巷在前期掘進(jìn)時(shí)需按設(shè)計(jì)拐彎，且巷道施工時(shí)粉塵濃度大，能見(jiàn)度低，造成在放線時(shí)每站放線長(zhǎng)度為20 m，每次放線需轉(zhuǎn)移多個(gè)站點(diǎn)，導(dǎo)致放線工程量大，精度又低。根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，1209運(yùn)輸巷在前400 m掘進(jìn)過(guò)程中，采用傳統(tǒng)儀器放線時(shí)，共計(jì)出現(xiàn)3次誤差，導(dǎo)致巷道在357～379 m范圍內(nèi)的巷道上山掘進(jìn)誤差達(dá)0.8 m，這勢(shì)必威脅著巷道安全掘進(jìn)。對(duì)此，通過(guò)技術(shù)分析，必須設(shè)計(jì)研制一套可移動(dòng)紅外定位放線裝置。

2 煤礦測(cè)量紅外定位放線裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 裝置結(jié)構(gòu)組成

紅外定位放線裝置主要由定位儀本體、激光發(fā)生器、控制屏、螺紋套、連接軸、固定軸、支撐架、滑輪、承重臺(tái)、環(huán)形滑軌、支撐桿、固定套筒、緊固螺釘、伸縮桿、底座、方向輪等部分組成，如圖1所示。

1-定位儀本體;2-激光發(fā)生器;3-控制屏;4-螺紋套;5-支撐架;6-滑輪;7-承重臺(tái);8-伸縮桿;9-方向輪;10-固定套筒;11-緊固螺栓;12-支撐桿;13-環(huán)形滑軌;14-固定軸;15-連接軸。

定位儀本體的表面設(shè)置有激光發(fā)生器，其下方設(shè)置有控制屏，定位儀本體的兩側(cè)安裝有螺紋套，通過(guò)外側(cè)的連接軸與固定軸相連接，且固定軸的外側(cè)連接有支撐架，連接軸與固定軸活動(dòng)連接，兩者為伸縮結(jié)構(gòu)，可方便地將連接軸與固定軸安裝在定位儀本體與支撐架之間，不僅對(duì)定位儀本體進(jìn)行安裝固定，而且起到了旋轉(zhuǎn)定位儀本體的作用[2]。

固定軸與支撐架螺紋連接，支撐架為“U”字型結(jié)構(gòu)，可提高支撐的穩(wěn)定性，并通過(guò)下方的滑輪與位于承重臺(tái)的上表面環(huán)形滑軌連接，與支撐架中心線對(duì)稱。

支撐桿位于承重臺(tái)的下方，連接有固定套筒，其固定套筒的外側(cè)安裝有緊固螺栓，支撐桿與固定套筒構(gòu)成伸縮的結(jié)構(gòu)，且兩者的長(zhǎng)度之和大于伸縮桿的最大長(zhǎng)度。

伸縮結(jié)構(gòu)起到了改變整體高度的作用，伸縮桿和固定套筒皆位于底座的上方，分別設(shè)置有2個(gè)固定套筒和1個(gè)伸縮桿，其圓心的底座中心點(diǎn)呈等角度分布，底座的下方裝有方向輪。

2.2 工作原理

首先將連接軸和固定軸的長(zhǎng)度減小，再將連接軸放在螺紋套中，兩者進(jìn)行螺紋連接，之后抽出固定軸，將固定軸與支撐架螺紋連接。

通過(guò)方向輪將定位儀本體移動(dòng)到指定地點(diǎn)，在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，激光發(fā)生器發(fā)出激光，通過(guò)控制屏可得知測(cè)量的數(shù)據(jù)。由于連接軸和固定軸活動(dòng)連接，方便前后旋轉(zhuǎn)定位儀本體，使得定位儀本體通過(guò)連接軸在固定軸內(nèi)側(cè)進(jìn)行擺動(dòng)，從而改變激光發(fā)生的角度，使其可對(duì)垂直方向上的任意定點(diǎn)進(jìn)行放線；同時(shí),可轉(zhuǎn)動(dòng)支撐架,從而使定位儀本體隨著支撐架在承重臺(tái)上進(jìn)行左右旋轉(zhuǎn)，使激光發(fā)生器可對(duì)水平方向上任意點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量。

測(cè)量工作完成后，轉(zhuǎn)動(dòng)定位儀本體，使其正面朝下，同時(shí)擰松緊固螺釘，向下壓動(dòng)承重臺(tái)，承重臺(tái)帶動(dòng)支撐桿向固定套筒內(nèi)部移動(dòng)，同時(shí)支撐桿的長(zhǎng)度縮短，整體高度下降，整體體積減小，便于進(jìn)行搬運(yùn)[3]。

3 裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

1) 該裝置兩側(cè)安裝有螺紋套，且連接軸與固定軸活動(dòng)連接，使得定位儀本體方便安裝在支撐架上，穩(wěn)定性強(qiáng)，同時(shí)便于定位儀本體進(jìn)行前后方向旋轉(zhuǎn)，起到了調(diào)整激光發(fā)生器角度的作用[4]。

2) 該裝置中支撐架通過(guò)下方的滑輪與環(huán)形滑軌相連接，使得支撐架在承重臺(tái)上可進(jìn)行左右方向的旋轉(zhuǎn)，方便定位儀本體調(diào)整角度。支撐桿和固定套筒為伸縮的結(jié)構(gòu)，從而方便調(diào)整定位儀本體的高度，使得定位儀本體可在任意角度進(jìn)行放線。

3) 該裝置測(cè)量勘測(cè)的準(zhǔn)確度，整體方便使用，無(wú)需人工進(jìn)行走動(dòng)尋找勘測(cè)點(diǎn)[5]。支撐桿和固定套筒可減小體積，便于攜帶，方便運(yùn)輸，提高了整體的實(shí)用性。

4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

1209運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450 m后采用紅外定位放線裝置進(jìn)行巷道腰線給定施工。截至2018年12月，施工巷道已掘進(jìn)至975 m。通過(guò)對(duì)該裝置放線測(cè)量效果分析發(fā)現(xiàn)，在后期巷道掘進(jìn)期間巷道上山坡度誤差每100 m控制在0.3 m/百米，巷道放線施工時(shí)站點(diǎn)距離增加至70 m，每次放線測(cè)量時(shí)間縮短1.4 h，減少了內(nèi)頁(yè)作業(yè)整理量，使內(nèi)頁(yè)計(jì)算誤差率降低至2%以下,效果良好。

5 結(jié)論

南關(guān)煤礦針對(duì)1209運(yùn)輸巷前期放線測(cè)量中存在的問(wèn)題，研制了一套煤礦測(cè)量紅外定位放線裝置。實(shí)際應(yīng)用表明，該裝置大大提高了放線測(cè)量效率，降低了測(cè)量結(jié)果誤差和測(cè)量勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，保證了巷道掘進(jìn)安全及施工質(zhì)量，取得了顯著的應(yīng)用成效，具有一定的推廣意義。