激光坡面指向仪在井巷装备中的应用

吕英磊，杨承金，于常先，刘国栋

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿， 山东 莱州市 261442)

激光坡面指向仪在井巷装备中的应用

吕英磊，杨承金，于常先，刘国栋

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿， 山东 莱州市 261442)

为适应三山岛金矿8000 t/d扩建要求，提高井下采出矿运输能力，首次引进激光坡面指向仪对井下运输巷道进行装备标准化改造，规范了井巷轨道铺设及管线架设。实践表明采用激光坡面指向仪标定井巷中、腰线，观测方法简单、效率高、精度好，缩短了井巷装备周期，井巷面貌一新，提高了电机车运输速度和产量。

激光坡面指向仪；装备标准化；井巷中腰线；激光测距仪

0 引 言

山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿新立矿区位于莱州市三山岛镇新立村西南，北距三山岛镇1.5 km，南距仓上金矿4.5 km。该矿区属于海底开采，采用竖井与平巷开拓形式，主要采用机械化盘区、进路两种采矿方法，溜井卸载与电机车有轨运输配合为主，井下主运输巷规格为2.25 m×2.75 m，矿区设计生产能力1500 t/d，为实现集团公司做大做强的战略目标，三山岛金矿决定对新立矿区主运输巷道进行标准化改造，扩大其生产规模与产能，提高主运输巷道的运输能力，采用光面爆破法扩刷各分段石门巷、沿脉分段运输巷规格至4.2 m×3.4 m，首次引进激光坡面指向仪标定轨道铺设中、腰线，从而控制管线架设位置，提前20 d实现井巷装备标准化并通过验收。

1 激光坡面指向仪

在井巷施工测量中，要快速标定坡度极小的缓倾斜轨道中、腰线，若使用坡度仪精度不足，使用水准仪则需要进行许多测量和计算，然后才能进行标定工作，人员配合时出现错误不易发现，给施工测量带来较大的困难，影响标定工作的效率与精度。

为此，引进了激光坡面指向仪，与激光指向仪类似，激光坡面指向仪能够在标定井巷腰线的同时标定其中心线，同时激光坡面指向仪利用半导体激光技术，其倾斜角度值是以液晶显示器直接显示，标定工作以半导体激光光束为依据进行，可以减少许多辅助性的测量工作，从而有利于提高施工测量工作的效率。

激光坡面指向仪由基座、数字显示倾角读角系统、半导体激光发射装置和水准管四部分构成。半导体激光发射装置采用功率为5 mW的P型半导体激光器与光具组相配合，发出红色激光束，其调焦螺旋可使激光光斑在不同距离上调至最小最亮。激光发射器下部装有与激光光轴相垂直的旋转轴(竖轴)，激光发射器可绕该轴旋转，竖轴的下部分与电子倾角传感器轴相垂直连接。当电子倾角传感器的轴(横轴)转动时，竖轴便发生倾斜，同时带动激光发射器产生倾斜。激光发射器上部装有粗瞄器，尾部的电缆与电池盒相连，电池盒上装有电源开关。竖轴上部有微动螺旋，横轴设有止动螺旋和微动螺旋。水准管供仪器整平之用，水准管轴平行于激光轴，水准管轴与竖轴相垂直。水准管与激光发射器和激光器电池盒并行安装在连接板上。

2 激光坡面指向仪敷设延伸井巷中线

2.1 激光坡面指向仪的对中整平

与激光指向仪安装不同，其采用一般经纬仪的三角基座，在已知中线点下方悬挂垂球，将仪器下部与三脚架的中心螺旋相连，脚螺旋供仪器整平之用，数显倾角读角系统的中心轴插入基座的中心圆孔内并锁紧，使仪器竖轴的上下标志对齐，然后松开基座上的锁紧螺旋，转动仪器，使激光束指向正倾斜方向，进行仪器对中(点上或点下对中)，然后扭紧基座上的锁紧螺旋，调整仪器液晶显示器读数为接近“0”值后止动横轴，然后用微动螺旋精确调整液晶显示器读数为 “0”， 此时水准管气泡如不居中，在相互垂直的两个方向上用脚螺旋使气泡都居中，反复上述操作即完成了仪器的对中和整平。

2.2 敷设延伸井巷中线并标定照明线位置

如上所述将激光坡面指向仪在已知中线点下方对中整平后，打开激光光束指向正倾斜方向，光束中心大致照准前方已悬挂垂球的另一中线，扭紧基座上的锁紧螺旋，调节微动螺旋使光束中心穿过中线正中心，首先沿激光束方向配合激光测距仪前后每隔3 m用红铅油在顶板标定1个照明线挂钩孔,用于打眼安装。然后沿激光束方向每隔30 m埋设一组中线(2根)，中线点采用水泥配合钢钉埋设，激光坡面指向仪每站控制前后长度300 m，每站可敷设延伸10组中线，用于铺轨时方向控制与检校。如图1所示。

3 激光坡面指向仪标定井巷腰线

如上所述将激光坡面指向仪在已知中线点下方对中整平，待本测站标定井巷中线和照明线挂钩孔完毕，转动激光束使其指向正倾斜方向，将所要标定的轨道腰线设计倾角值θ(单位：度)换算成毫弧度值(mrad)，换算公式是：θ(度)=17.45*θ(毫弧度)，换算完毕，再松开止动螺旋，仰起激光发射器，当液晶显示器上的读数接近铺轨设计坡度值17.45*θ(毫弧度)时锁紧止动螺旋，用微调螺旋使液晶显示器读数精确配置为设计铺轨坡度值17.45*θ(毫弧度)，此时激光光束的倾角即为设计铺轨坡度值，松开横轴止动螺旋，沿着激光光束在巷道帮每隔10 m左右用红铅油标定一组腰线。如果所要标定的轨道设计倾角值是以千分之几的坡度值给定的，此时不必进行换算，直接将设计铺轨坡度值的千分值微调后精确配置在液晶显示器上，此时激光光束的倾角即为铺轨坡度值。举例如三山岛金矿新立矿区-320中段西南巷设计铺轨坡度值是3‰，则对中整平后，将激光光束指向正倾斜方向，仰起激光发射器，将激光坡面指向仪液晶显示器读数用微调螺旋精确配置为003.0即可，此时激光光束线即为坡度值3‰的轨道腰线，松开横轴止动螺旋，沿着激光光束在巷道帮每隔10 m左右用红铅油标定一组腰线，激光坡面指向仪每站控制前后长度300 m，一站可标定30组腰线，用于铺轨时坡度控制与检校，还可用于风管、水管、充填管、动力电缆、通讯缆挂钩孔的位置控制。如图2所示。

4 巷道管线系统位置标定

三山岛金矿新立矿区对主运输巷道进行装备标准化以形成规范完善的供水、供电、排水、通风、充填等系统，这些管线系统的布置充分考虑到安全、检修方便，因此要求风、水管与动力电缆、电线分离架设不得混架，风管与水管安装于井巷水沟一侧且风管位于水管上方，动力电缆、通讯线位于井巷另一侧，管路尽量平整减少弯折。根据三山岛金矿新立矿区生产需求，改造后主巷道断面规格为4.2 m×3.4 m的1/4三心拱。在巷道装备标准化中，巷道两帮标定铺轨腰线为1 m，依据设计水管挂钩位于井巷腰线上1.35 m，风管挂钩位于井巷腰线上1.5 m，充填管挂钩位于井巷腰线上1.135 m；电缆挂钩位于井巷腰线上1.65 m，照明线位于井巷中心线上，风、水管、动力电缆、照明线挂钩眼每3 m1组，如图3所示。

图3 巷道断面管线布置

在照明线挂钩孔标定完毕后， 由2名测量人员依次在每个照明线挂钩孔的两帮参照激光坡面指向仪光束配合手持式激光测距仪向上丈量设计数值确定出每组风、水管、充填管挂钩眼上下位置，并用红铅油标出。若仪高为1 m，采用手持式激光测距仪自红斑向上丈量1.5 m用红铅油在巷道右帮标定1个管线挂钩眼，采用手持式激光测距仪自红斑向上丈量1.650 m用红铅油在巷道左帮标定1个电缆复式挂钩眼，这样确保了挂钩眼的标定质量和效率，为巷道装备标准化架设提供了保障。

5 结 论

(1) 采用激光坡面指向仪标定井巷中、腰线简单易操作，激光光束直观清晰，适应井下作业环境，节省了人力，不需要过多计算，既提高了工作效率，又提高了精度，保证了轨道铺设的方向、坡度及进度。采用激光坡面指向仪标定缓倾斜井巷腰线，由于坡度较缓，仪器至井巷中心距离与仪器到巷道帮距离近似相等，腰线误差在装备允许范围内，因此其伪倾角不必考虑。

(2) 采用激光坡面指向仪标定井巷中线的同时标定了井巷腰线，敷设的井巷中线能够控制照明线挂钩位于井巷中心，也能够控制电机车架线安装孔左右位置；标定的井巷腰线能够控制风、水管挂钩、动力电缆挂钩的上下位置，使管线架设井然有序，为运输巷道标准化装备提供了强有力的技术保证，使三山岛金矿井巷装备水平大幅提高，提前满足了井下生产、运输要求，加大了采、出矿能力。

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2014-06-09)

吕英磊(1978- )，男，山东莱州人，测量助理工程师，本科，主要从事矿山测量技术管理工作,Email：850866941@qq.com。