激光对中板在开掘巷道施工中的应用

田志坤

摘要：激光对中板简单、轻便，方便携带且对线准确度非常高，不容易生锈，能够很好地提高工作效率，有着良好的应用价值，会成为工程技术人员必备的工具之一。激光对中板可以很好地克服两近距离测点间的激光对中误差。测点距离特别远的时候，会明显看到激光束和前视测点垂线之间的偏差。本文论述了激光对中仪的基本原理，并论述了激光对中板及其使用方法。

关键词：激光指向仪；开掘巷道；激光对中板

随着科技的发展，目前有了激光对中仪，价格从开始的20多万元到目前的几万元，已经得到了普及。相对于别的找正方式，它非常快捷、简单，准确性非常高，大型机组更明显。

1、激光对中仪的基本原理

激光对中仪的作用是调整两个相连设备的相对位置，保证这组设备的相对位置与设计的要求相一致的一种仪器。也就是说，激光对中仪是安装设备的时候用来测量相连设备的转轴是不是在一条直线上的一种设备。

1.1设备对中的必要性

第一，如果设备不对中，轴承会很快坏掉，使轴承的使用时间大大缩短。

第二，设备不对中会使联轴节的摩擦加大，降低设备的能源使用率，增加运营的成本。因为设备不对中会对转轴密封造成巨大的影响，当前，更换密封的费用非常大。

第三，设备不对中会使机器的使用时间缩短，不对中会出现额外的力，使转轴出现往复移动，这样会明显缩短机器的使用时间。

所以，对中做得好可以减少运营成本，提高工作效率。

1.2激光对中仪对中的基本原理

激光对中仪是从国外引进的，我国很多厂家在使用它之前，主要使用千分表的方法进行对中[1]。

激光的两个特点是方向性以及单色性。方向性是指激光从激光发生器发出后光束散角非常小，基本沿直线传播，到达接收器能量不会出现损失。单色性指的是发出的光波波长单一，非常容易被接收器识别，不受外部的光的影响。激光对中仪正是利用了激光的这两方面的特点。

激光对中仪通常使用635～670nm波长半导体红色激光，图一给出了激光对中设备的原理图，在A轴和B轴上各装上可以同时发送以及接收激光束的测量器，通过信号线和主机设备联系起来。

光束从两只分别装在A、B轴上的测量器分别发出，并被对方接收。当光束落在接收器的光电点阵采集面CCD上的时候，就会形成一个非常小的照射区域。主机经过计算，确定这个照射区能量中心点，它有着非常高的准确度。随着轴的转动，各自光束的能量中心点也分别在对方接收器的CCD采集面上移动。激光对中仪就是按照这种位移量计算出被测设备的轴偏差以及角偏差的。

A和B是两个被测轴的轴心线，测得两个测量器间的距离是S，δ是两轴连接面处的轴偏差，一般是两测量器间的中点。两轴经过180?的翻转，它上面的激光测量器就会从上半部分移到两轴的下半部分，这个时候激光束分别在对方接收器的CCD采集面上出现位置移动，设它的径向分量是ΔA和ΔB，很容易看出，角偏差和径向位移分量有着这种关系：

Tanα=（ΔA+ΔB）/s

再来分析轴偏差和径向位移分量的关系。假设B轴做水平移动，使两轴在中点的地方重合，很明显，ΔA和ΔB会分别变成ΔA-2δ和ΔB+2δcosα，按照对称原理，应有：

ΔA-2δ=ΔB+2δcosα

从上面的分析可以发现，激光对中仪的测量值只和对方接收器CCD面上光束能量中心位移的径向分量有关。

在工作的地方，特别是当有空气流动的时候，光束通过不断变化的冷热空气，光束能量中心会在感应平面板上连续漂移。对在线式激光对中仪来说，表现为各次检测结果不一致，使对中不能顺利进行。另外，停运的设备慢慢冷却的时候也会对对中仪造成一定的作用，冷却的过程就是改变设备尺寸的过程。所以在使用激光对中仪的时候需要避开热源或冷热对流，需要等设备全部冷却后才可以进行操作[2]。

1.3激光对中仪的优点

彻底解决了千分表的挠度。千分表的支架挠度无法避免，而激光法则是绝对直线；减轻工作强度。千分表测量的时候需要不断地看视表的读数，以确保数据的连續性。而激光法只需要测量三个读数。

2、激光对中仪找正法

激光对中仪由这几部分组成：激光发射器、激光接收器、控制液晶屏，这三者之间的连接数据线、专用的链条式卡具。在把激光发射器和激光接收器固定在联轴器上以后，再把连线和控制屏接到一起，选择找正模式，按提示输入相应的数据，通常有激光发射器的回转直径、激光发射器和激光接收器之间的距离、调整机各支脚到接收器的距离。通常只需盘车180?就可以，之后各脚的加减垫片数据和水平方向移动调整数据将由控制液晶屏显示出来。通常经过两次调整就可以完成。

3、激光对中板的由来

采矿机械化程度越来越高，巷道掘进速度越来越快，激光指向仪在指示直线巷道掘进方面得到了普遍应用。

因为井下的工作人员在安装激光指向仪的时候，通常手工进行激光投影定光斑位置，但井下人员用手遮挡光束和经验方面有着欠缺，通常使安装的激光指向仪的对中准确度方面有一些偏差，从而使巷道工程的施工质量下降，严重的时候会带来巨大的资金浪费以及安全问题。

观测者在井下巷道掘进的时候，因为光线昏暗、人眼的识别能力不足，工作人员通常认为激光照到线绳后就已经照准了，但有可能存在着照到线绳边缘的状况。

出现这种情况后，随着巷道掘进延伸，在下一次测量单位进行校线的时候，会发现巷道施工偏离设计的位置。尤其在机巷中，出现这种问题会影响皮带机的摆放位置，甚至不能摆放皮带机。所以，我们分析了怎样提高对中准确度，并发明了激光对中板。

激光对中板使用不透明的反光平板，在平板中心刻划出十字丝，然后以十字丝中心为圆心刻划出很多同心圆，每个是以2mm递增的同心圆[3]。

为了方便我们按照巷道施工的距离来掌握激光光斑的大小。平板中心处的十字丝使用双丝法，方便我们控制中线点铅垂向下的线绳。

4、激光对中板的使用方法

4.1激光对中板在中线对中时的使用方法

第一，把激光指向仪恰当安放在测点的后方。

第二，把激光对中板的十字丝和前视点的铅锤绳重合。

第三，接通激光指向仪电源，激光束射出。

激光光斑投影在激光对中板上，观察人员观测光斑是不是被十字丝平分，如果没有平分，需要调整激光指向仪的指示方向和光斑直径大小，用户在煤矿井下使用的时候，两测点之间的距离应该不小于30m，按照发散原理，激光光斑点随着距离的逐渐变远会慢慢变大，在200的地方大约是5mm，400m的地方大约是15mm，600m的地方大约是20mm。

第四，调整直到十字丝平分光斑。

4.2激光对中板在腰线对中时的使用方法

在开拓巷道进行施工的时候，巷道的腰线控制也是非常关键的。激光对中板在腰线方面的使用有良好的作用。

第一，把激光对中两组中线点。

第二，控制腰线的时候，把激光指向仪加以调节，量取腰线的实际位置，在小范围内调整腰线可在十字丝上量取一定数据加以调整。

结语

在井下开掘巷道的时候，使用激光指向仪指示开掘巷道方向的时候，因为激光对中偏差造成巷道施工放线出现变化，通过激光对中板进行严格的激光对中，能够处理好这个问题。

参考文献：

[1]王海波.炮掘巷道复杂条件下提高排矸率优化设计[J].山东煤炭科技，2016，（02）：23-24.

[2]张帆.被保护层工作面瓦斯预抽技术设计与应用[J].能源技术与管理，2014，（06）：75-76.

[3]朱书亮，张凌.激光对中板在开掘巷道施工中的应用[J].科技风，2013，（19）：128.endprint