激光定位便攜式新型坡度規的設計及應用

邱金民

（龍煤集團七臺河分公司 向陽煤礦，黑龍江 七臺河 154600）

結合煤礦巷道掘進的實際工作情況，在巷道掘進過程中利用坡度規為巷道劃定腰線，可以確定巷道掘進角度，在上下山以及平巷掘進過程中，起到了有效控制坡度的作用，實現了工人在掘進過程中的高標準作業，保證了煤礦掘進工作順利進行。針對煤礦工作現場工程技術人員采用傳統重力定位坡度規，在給定腰線的工作過程中，存在誤差較大，操作繁瑣的問題，本文提出采用機械固定、激光束確定角度的激光定位新型坡度規的設計及使用方法，克服了傳統坡度規在井下掘進施工給定腰線作業中的各種弊端，具有一定實際意義。

1 激光定位式坡度規的結構

激光定位式坡度規主要由七大部分組成，分別是：水平尺及連接部分、水平尺與半圓儀連接部分、半圓儀、定位懸臂、激光發射器、定位懸臂與半圓儀固定扣鈕、激光定位式坡度規外部固定及調平部分，其整體結構見圖1。

圖1 激光定位式坡度規結構

1.1 水平尺及連接部分

其主要有兩部分構成：一是水平尺，二是連接構件。其主要作用是保證儀器處于水平狀態，保證儀器在在給定角度時操作的準確性，是儀器確定水平及連接下部構件的部分。

（1）水平尺。通過調整儀器，使其內部氣泡處于水平尺中心刻度部分，保證儀器整體處于水平狀態，保證儀器在調平之后給定角度操作的順利進行。

（2）連接構件。在水平尺后部與儀器外部規定及儀器調平部的連接滑道，可以根據儀器外部固定部分寬度有效調節，提高儀器的適應性。下部與水平尺連接部分鉚接，保證與半圓儀固定連接。

1.2 水平尺與半圓儀連接部分

主要用于連接水平尺與半圓儀，使兩部分處于穩定連接狀態。

1.3 半圓儀

其測量范圍為0°～180°，最小刻度值為1°。用于指定定位懸臂旋轉角度，保證激光束射出方向的準確性。

1.4 定位懸臂

其與半圓儀采用活動連接，連接部處于半圓儀圓心處；固定懸臂中心線與激光發出裝置發出的激光束中心新處于同一直線上，中心線與半圓儀刻度盤對應讀值為激光束射出角度。

1.5 激光發射器

其固定于固定懸臂尾部，用于發射激光束。

1.6 定位懸臂與半圓儀固定扣鈕

固定扣鈕為軟塑料材質，用于固定定位懸臂與半圓儀，利用鑲塞產生的摩擦力達到機械固定的目的。

1.7 激光定位式坡度規外部固定及調平部分

儀器上左右各有一個此構件。其主要由兩部分構成：一是懸掛勾，二是固定、調平螺絲。

（1）懸掛勾。勾狀構件，用于完成儀器與外部固定部分的初步連接，其可沿水平尺后部滑道做360°旋轉，底部有與滑道固定螺絲。

（2）固定、調平螺絲。水平部分螺絲通過旋轉用于固定，豎直部分通過旋轉用于調平儀器。

2 儀器的使用方法

2.1 外部固定結構的安設

在巷道側壁選擇相對突起部分，初步測定水平面。在懸掛勾規定范圍之內向巷道內部打設兩個固定鉆孔，將符合懸掛勾規格的構件插入鉆孔，固定牢固。

2.2 儀器的調平定位、給定腰線

（1）懸掛勾固定、水平尺調平。將儀器懸掛勾沿水平尺后部滑道調節至與外部固定構件相適合的寬度，懸掛至外部固定構件上，將懸掛勾底部用于與滑道固定的螺絲擰緊。固定后通過調節懸掛勾上部螺絲，將水平尺調節至水平狀態（氣泡居于水平尺指示平衡刻度位置）；調節懸掛勾側部螺絲，將儀器與外部固定構件固定牢固。

（2）給定腰線。將激光發射器打開，固定懸臂按照工程作業要求，通過對照半圓儀刻度，調節至規定數值，將固定卡扣卡入半圓儀與固定懸臂連接處，將兩部分固定，完成腰線給定工作。

3 在常用工程施工中的使用

煤礦掘進工程施工，主要分為三種：一是平巷掘進，二是下山掘進，三是上山掘進。

1）在平巷掘進給腰線過程中，一般巷道坡度要求在5‰度，給定巷道腰線短距離落差過小，超出激光定位式坡度規使用量程，傳統重力原理坡度規也無法滿足工程要求。在此類平巷掘進過程中，采用傳統連通器原理給定腰線更合理準確。

2）在下山巷道掘進給腰線過程中，采用激光定位式坡度規按照儀器具體使用方法操作見圖2。

圖2 激光定位式坡度規使用示意

3）在上山巷道掘進給定腰線過程中，按照上述操作方法作業，可滿足實際作業要求。

4 激光定位式坡度規與傳統重力坡度規的對比

1）傳統重力坡度規在給定腰線時，由于自身重力原因，無法保證儀器所處的實際環境與理論要求狀態相符合，使其在使用過程中無法準確定位腰線。激光定位式坡度規利用機械方式固定、激光指定角度，保證了其準確性，避免了傳統重力坡度規設計方面的缺陷。

2）激光定位式坡度規與傳統重力坡度規數據對比：為了進一步驗證激光定位式坡度規與傳統重力坡度規在實際操作過程中的誤差區別，特選取已施工的向陽煤礦十一井主井下山進行實驗（此巷道用大型精確激光設備定位，巷道坡度精準），并對實驗取得數據進行統計，匯總。

向陽煤礦十一井主井下山施工130m，實際施工坡度26°。確定一個起始點，在間隔10m、20m、30m、40m、50 m 布設五個測點，用激光定位式坡度規與傳統重力坡度分別給定腰線。激光定位式坡度規、傳統重力坡度規與理論值偏差統計見表1、表2。

表1 激光定位式坡度規實驗數據

表2 重力坡度規實驗數據

通過表1與表2的數據對比，可以看出激光定位式坡度規的測量偏差主要由于人為操作所致，而重力坡度規則隨著拉線距離的增加，呈現誤差逐步加大的現象。

3）激光定位式坡度規與傳統重力坡度規相比，在實際操作過程中簡易方便。傳統重力坡度規在給定腰線時，為保證相對準確，線繩延伸舉例要控制在一定范圍內，這就使在工程施工給定腰線過程中存在重復操作性，增加工程技術人員工作量；在延伸線繩過程中，需要3人操作，2人負責牽引線繩，1人調節。與此相比，激光定位式坡度規只需要1人安裝操作，激光可以一次完成給定腰線工作，沿激光線噴繪腰線即可。

5 結語

1）采用激光定位式坡度規，可以保證工程施工過程中給定腰線的準確性，解決傳統重力坡度規設計缺陷。

2）激光定位式坡度規在工程施工的使用過程中較之傳統重力坡度規相對簡易，可有效節省人力資源，提高工作效率。

3）激光定位式坡度規在因巷道短距離轉角作業較多且無法安設大型激光定位設備的重點開拓工程中，具有極強的實用性。

4）激光坡度規與傳統重力坡度規的設計思想相比具有一定的創新性，為日后對坡度規的進一步開發提供了一條新的思路。

〔1〕蘇金明.坡度規配合羅盤儀給設上下山腰線的方法〔J〕.中州煤炭，1990，（5）：34-35.

〔2〕付金峰，等.垂線中轉法在標定急傾斜巷道腰線中的利用〔J〕.礦山測量，2002，（12）：48-49.

〔3〕汪光林.用經緯儀標定斜巷腰線〔J〕.建井技術，1984，（3）：7-8.