激光坡面指向儀在井巷裝備中的應(yīng)用

呂英磊，楊承金，于常先，劉國(guó)棟

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦， 山東 萊州市 261442)

激光坡面指向儀在井巷裝備中的應(yīng)用

呂英磊，楊承金，于常先，劉國(guó)棟

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦， 山東 萊州市 261442)

為適應(yīng)三山島金礦8000 t/d擴(kuò)建要求，提高井下采出礦運(yùn)輸能力，首次引進(jìn)激光坡面指向儀對(duì)井下運(yùn)輸巷道進(jìn)行裝備標(biāo)準(zhǔn)化改造，規(guī)范了井巷軌道鋪設(shè)及管線架設(shè)。實(shí)踐表明采用激光坡面指向儀標(biāo)定井巷中、腰線，觀測(cè)方法簡(jiǎn)單、效率高、精度好，縮短了井巷裝備周期，井巷面貌一新，提高了電機(jī)車運(yùn)輸速度和產(chǎn)量。

激光坡面指向儀；裝備標(biāo)準(zhǔn)化；井巷中腰線；激光測(cè)距儀

0 引 言

山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦新立礦區(qū)位于萊州市三山島鎮(zhèn)新立村西南，北距三山島鎮(zhèn)1.5 km，南距倉(cāng)上金礦4.5 km。該礦區(qū)屬于海底開(kāi)采，采用豎井與平巷開(kāi)拓形式，主要采用機(jī)械化盤(pán)區(qū)、進(jìn)路兩種采礦方法，溜井卸載與電機(jī)車有軌運(yùn)輸配合為主，井下主運(yùn)輸巷規(guī)格為2.25 m×2.75 m，礦區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1500 t/d，為實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司做大做強(qiáng)的戰(zhàn)略目標(biāo)，三山島金礦決定對(duì)新立礦區(qū)主運(yùn)輸巷道進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造，擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模與產(chǎn)能，提高主運(yùn)輸巷道的運(yùn)輸能力，采用光面爆破法擴(kuò)刷各分段石門巷、沿脈分段運(yùn)輸巷規(guī)格至4.2 m×3.4 m，首次引進(jìn)激光坡面指向儀標(biāo)定軌道鋪設(shè)中、腰線，從而控制管線架設(shè)位置，提前20 d實(shí)現(xiàn)井巷裝備標(biāo)準(zhǔn)化并通過(guò)驗(yàn)收。

1 激光坡面指向儀

在井巷施工測(cè)量中，要快速標(biāo)定坡度極小的緩傾斜軌道中、腰線，若使用坡度儀精度不足，使用水準(zhǔn)儀則需要進(jìn)行許多測(cè)量和計(jì)算，然后才能進(jìn)行標(biāo)定工作，人員配合時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤不易發(fā)現(xiàn)，給施工測(cè)量帶來(lái)較大的困難，影響標(biāo)定工作的效率與精度。

為此，引進(jìn)了激光坡面指向儀，與激光指向儀類似，激光坡面指向儀能夠在標(biāo)定井巷腰線的同時(shí)標(biāo)定其中心線，同時(shí)激光坡面指向儀利用半導(dǎo)體激光技術(shù)，其傾斜角度值是以液晶顯示器直接顯示，標(biāo)定工作以半導(dǎo)體激光光束為依據(jù)進(jìn)行，可以減少許多輔助性的測(cè)量工作，從而有利于提高施工測(cè)量工作的效率。

激光坡面指向儀由基座、數(shù)字顯示傾角讀角系統(tǒng)、半導(dǎo)體激光發(fā)射裝置和水準(zhǔn)管四部分構(gòu)成。半導(dǎo)體激光發(fā)射裝置采用功率為5 mW的P型半導(dǎo)體激光器與光具組相配合，發(fā)出紅色激光束，其調(diào)焦螺旋可使激光光斑在不同距離上調(diào)至最小最亮。激光發(fā)射器下部裝有與激光光軸相垂直的旋轉(zhuǎn)軸(豎軸)，激光發(fā)射器可繞該軸旋轉(zhuǎn)，豎軸的下部分與電子傾角傳感器軸相垂直連接。當(dāng)電子傾角傳感器的軸(橫軸)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，豎軸便發(fā)生傾斜，同時(shí)帶動(dòng)激光發(fā)射器產(chǎn)生傾斜。激光發(fā)射器上部裝有粗瞄器，尾部的電纜與電池盒相連，電池盒上裝有電源開(kāi)關(guān)。豎軸上部有微動(dòng)螺旋，橫軸設(shè)有止動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋。水準(zhǔn)管供儀器整平之用，水準(zhǔn)管軸平行于激光軸，水準(zhǔn)管軸與豎軸相垂直。水準(zhǔn)管與激光發(fā)射器和激光器電池盒并行安裝在連接板上。

2 激光坡面指向儀敷設(shè)延伸井巷中線

2.1 激光坡面指向儀的對(duì)中整平

與激光指向儀安裝不同，其采用一般經(jīng)緯儀的三角基座，在已知中線點(diǎn)下方懸掛垂球，將儀器下部與三腳架的中心螺旋相連，腳螺旋供儀器整平之用，數(shù)顯傾角讀角系統(tǒng)的中心軸插入基座的中心圓孔內(nèi)并鎖緊，使儀器豎軸的上下標(biāo)志對(duì)齊，然后松開(kāi)基座上的鎖緊螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，使激光束指向正傾斜方向，進(jìn)行儀器對(duì)中(點(diǎn)上或點(diǎn)下對(duì)中)，然后扭緊基座上的鎖緊螺旋，調(diào)整儀器液晶顯示器讀數(shù)為接近“0”值后止動(dòng)橫軸，然后用微動(dòng)螺旋精確調(diào)整液晶顯示器讀數(shù)為 “0”， 此時(shí)水準(zhǔn)管氣泡如不居中，在相互垂直的兩個(gè)方向上用腳螺旋使氣泡都居中，反復(fù)上述操作即完成了儀器的對(duì)中和整平。

2.2 敷設(shè)延伸井巷中線并標(biāo)定照明線位置

如上所述將激光坡面指向儀在已知中線點(diǎn)下方對(duì)中整平后，打開(kāi)激光光束指向正傾斜方向，光束中心大致照準(zhǔn)前方已懸掛垂球的另一中線，扭緊基座上的鎖緊螺旋，調(diào)節(jié)微動(dòng)螺旋使光束中心穿過(guò)中線正中心，首先沿激光束方向配合激光測(cè)距儀前后每隔3 m用紅鉛油在頂板標(biāo)定1個(gè)照明線掛鉤孔,用于打眼安裝。然后沿激光束方向每隔30 m埋設(shè)一組中線(2根)，中線點(diǎn)采用水泥配合鋼釘埋設(shè)，激光坡面指向儀每站控制前后長(zhǎng)度300 m，每站可敷設(shè)延伸10組中線，用于鋪軌時(shí)方向控制與檢校。如圖1所示。

3 激光坡面指向儀標(biāo)定井巷腰線

如上所述將激光坡面指向儀在已知中線點(diǎn)下方對(duì)中整平，待本測(cè)站標(biāo)定井巷中線和照明線掛鉤孔完畢，轉(zhuǎn)動(dòng)激光束使其指向正傾斜方向，將所要標(biāo)定的軌道腰線設(shè)計(jì)傾角值θ(單位：度)換算成毫弧度值(mrad)，換算公式是：θ(度)=17.45*θ(毫弧度)，換算完畢，再松開(kāi)止動(dòng)螺旋，仰起激光發(fā)射器，當(dāng)液晶顯示器上的讀數(shù)接近鋪軌設(shè)計(jì)坡度值17.45*θ(毫弧度)時(shí)鎖緊止動(dòng)螺旋，用微調(diào)螺旋使液晶顯示器讀數(shù)精確配置為設(shè)計(jì)鋪軌坡度值17.45*θ(毫弧度)，此時(shí)激光光束的傾角即為設(shè)計(jì)鋪軌坡度值，松開(kāi)橫軸止動(dòng)螺旋，沿著激光光束在巷道幫每隔10 m左右用紅鉛油標(biāo)定一組腰線。如果所要標(biāo)定的軌道設(shè)計(jì)傾角值是以千分之幾的坡度值給定的，此時(shí)不必進(jìn)行換算，直接將設(shè)計(jì)鋪軌坡度值的千分值微調(diào)后精確配置在液晶顯示器上，此時(shí)激光光束的傾角即為鋪軌坡度值。舉例如三山島金礦新立礦區(qū)-320中段西南巷設(shè)計(jì)鋪軌坡度值是3‰，則對(duì)中整平后，將激光光束指向正傾斜方向，仰起激光發(fā)射器，將激光坡面指向儀液晶顯示器讀數(shù)用微調(diào)螺旋精確配置為003.0即可，此時(shí)激光光束線即為坡度值3‰的軌道腰線，松開(kāi)橫軸止動(dòng)螺旋，沿著激光光束在巷道幫每隔10 m左右用紅鉛油標(biāo)定一組腰線，激光坡面指向儀每站控制前后長(zhǎng)度300 m，一站可標(biāo)定30組腰線，用于鋪軌時(shí)坡度控制與檢校，還可用于風(fēng)管、水管、充填管、動(dòng)力電纜、通訊纜掛鉤孔的位置控制。如圖2所示。

4 巷道管線系統(tǒng)位置標(biāo)定

三山島金礦新立礦區(qū)對(duì)主運(yùn)輸巷道進(jìn)行裝備標(biāo)準(zhǔn)化以形成規(guī)范完善的供水、供電、排水、通風(fēng)、充填等系統(tǒng)，這些管線系統(tǒng)的布置充分考慮到安全、檢修方便，因此要求風(fēng)、水管與動(dòng)力電纜、電線分離架設(shè)不得混架，風(fēng)管與水管安裝于井巷水溝一側(cè)且風(fēng)管位于水管上方，動(dòng)力電纜、通訊線位于井巷另一側(cè)，管路盡量平整減少?gòu)澱?。根?jù)三山島金礦新立礦區(qū)生產(chǎn)需求，改造后主巷道斷面規(guī)格為4.2 m×3.4 m的1/4三心拱。在巷道裝備標(biāo)準(zhǔn)化中，巷道兩幫標(biāo)定鋪軌腰線為1 m，依據(jù)設(shè)計(jì)水管掛鉤位于井巷腰線上1.35 m，風(fēng)管掛鉤位于井巷腰線上1.5 m，充填管掛鉤位于井巷腰線上1.135 m；電纜掛鉤位于井巷腰線上1.65 m，照明線位于井巷中心線上，風(fēng)、水管、動(dòng)力電纜、照明線掛鉤眼每3 m1組，如圖3所示。

圖3 巷道斷面管線布置

在照明線掛鉤孔標(biāo)定完畢后， 由2名測(cè)量人員依次在每個(gè)照明線掛鉤孔的兩幫參照激光坡面指向儀光束配合手持式激光測(cè)距儀向上丈量設(shè)計(jì)數(shù)值確定出每組風(fēng)、水管、充填管掛鉤眼上下位置，并用紅鉛油標(biāo)出。若儀高為1 m，采用手持式激光測(cè)距儀自紅斑向上丈量1.5 m用紅鉛油在巷道右?guī)蜆?biāo)定1個(gè)管線掛鉤眼，采用手持式激光測(cè)距儀自紅斑向上丈量1.650 m用紅鉛油在巷道左幫標(biāo)定1個(gè)電纜復(fù)式掛鉤眼，這樣確保了掛鉤眼的標(biāo)定質(zhì)量和效率，為巷道裝備標(biāo)準(zhǔn)化架設(shè)提供了保障。

5 結(jié) 論

(1) 采用激光坡面指向儀標(biāo)定井巷中、腰線簡(jiǎn)單易操作，激光光束直觀清晰，適應(yīng)井下作業(yè)環(huán)境，節(jié)省了人力，不需要過(guò)多計(jì)算，既提高了工作效率，又提高了精度，保證了軌道鋪設(shè)的方向、坡度及進(jìn)度。采用激光坡面指向儀標(biāo)定緩傾斜井巷腰線，由于坡度較緩，儀器至井巷中心距離與儀器到巷道幫距離近似相等，腰線誤差在裝備允許范圍內(nèi)，因此其偽傾角不必考慮。

(2) 采用激光坡面指向儀標(biāo)定井巷中線的同時(shí)標(biāo)定了井巷腰線，敷設(shè)的井巷中線能夠控制照明線掛鉤位于井巷中心，也能夠控制電機(jī)車架線安裝孔左右位置；標(biāo)定的井巷腰線能夠控制風(fēng)、水管掛鉤、動(dòng)力電纜掛鉤的上下位置，使管線架設(shè)井然有序，為運(yùn)輸巷道標(biāo)準(zhǔn)化裝備提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保證，使三山島金礦井巷裝備水平大幅提高，提前滿足了井下生產(chǎn)、運(yùn)輸要求，加大了采、出礦能力。

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2014-06-09)

呂英磊(1978- )，男，山東萊州人，測(cè)量助理工程師，本科，主要從事礦山測(cè)量技術(shù)管理工作,Email：850866941@qq.com。