激光在礦山井巷中的應(yīng)用

1、激光在井巷掘進(jìn)中的應(yīng)用孫永玉激光在井巷掘進(jìn)中的應(yīng)用孫永玉一、摘要：在礦山巷道施工測(cè)量中，測(cè)定中線(xiàn)和腰線(xiàn)除了用羅盤(pán)儀，經(jīng)緯儀給定外也可以用激光指向儀來(lái)完成。用激光指向儀的好處在于省時(shí)，省力，用起來(lái)快捷方便。而且價(jià)格低廉安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、發(fā)射可見(jiàn)光、使用方便等特點(diǎn)。能準(zhǔn)確的指示出巷道的方向和坡度，能有效的提高巷道的施工質(zhì)量和施工進(jìn)程。如果使用合理能大大的提高巷道施工的質(zhì)量和速度。關(guān)鍵字：礦山，巷道，激光指向儀二、激光指向儀的安裝調(diào)試1、激光指向儀的安置方式激光指向儀既可以安置在巷道頂部，使激光光束和巷道中線(xiàn)重合，也可以安置在巷道邦上，使激光光束和巷道路線(xiàn)平行。如果把激光指向儀安置在巷道頂部則安裝和調(diào)試

2、都比較困難，所以通常安置在巷道的邦上方便調(diào)試和使用。Jxy-3型激光指向儀采用懸掛方式安置在巷道內(nèi)的錨桿上，技術(shù)參數(shù)為指向距離：500m可調(diào)光斑直徑：40mm(50m處)工作電壓JD-2型非防爆電源(可直接接入AC220V電源)工作電流60Ma激光功率2.4mW光速調(diào)節(jié)范圍 水平±100(粗細(xì)任調(diào)) 傾斜±100(粗細(xì)任調(diào))水平位移調(diào)節(jié) ±30mm垂直位移調(diào)節(jié) 依錨桿長(zhǎng)度而定工作環(huán)境溫度 -100C400C儀器重量 1.7kg如圖一所示，將直徑為22mm的兩根錨桿埋沒(méi)在巷道邦，錨桿的高度距地面為一米，埋入巷道邦的深度不小于50cm，外露的長(zhǎng)度在安置儀器后應(yīng)不防礙運(yùn)

3、輸和行人。用拉桿將兩根錨桿連接在一起，以增強(qiáng)穩(wěn)定性。激光指向儀通過(guò)接合器懸掛在桿下方并固定。2、激光指向儀的調(diào)試在巷道內(nèi)調(diào)試激光指向儀需要全站儀的配合，根據(jù)巷道線(xiàn)型的不同分兩種情況。(1)、直線(xiàn)巷道在直線(xiàn)巷道內(nèi)安置的激光指向儀應(yīng)滿(mǎn)足以下標(biāo)準(zhǔn)：激光光束和巷道中線(xiàn)平行；激光光束的坡度和巷道坡度一致。為調(diào)試和計(jì)算的方便一般以巷道中線(xiàn)為x軸建立直角坐標(biāo)系，并將里程值作為其坐標(biāo)值。如圖二所示，激光指向儀安置在巷道一側(cè)過(guò)墻上，打開(kāi)激光指向儀電源開(kāi)關(guān)，先將激光指向儀的激光光束調(diào)整到和巷道中線(xiàn)大致平行，然后在前方設(shè)置兩個(gè)激光接收靶A、B。要求A靶接近激光指向儀，B靶接近巷道掘進(jìn)工作面，分別在A、B接收靶上得到

4、激光斑點(diǎn)1、2。在巷道內(nèi)控制點(diǎn)上安置全站儀，分別在激光斑點(diǎn)1、2上安置反射片或微型棱鏡，測(cè)定1、2兩的坐標(biāo)和調(diào)和分別為1(x1、y1、h1)，2(x2、y2、h2)設(shè)巷道坡度為i，則2點(diǎn)的水平方向修正值為y=y2-y12點(diǎn)的豎直方向值為h=h2-h1-i(x2-x1)根據(jù)y和h的大小，身高激光指向儀使B靶上的2點(diǎn)移動(dòng)到2點(diǎn)。由于1點(diǎn)并不是激光指向儀的幾何中心，所以2點(diǎn)的修正值yt和h是近似值，故需要重復(fù)上述過(guò)程對(duì)2點(diǎn)進(jìn)一步修正。一般23次修正，即可使激光光束既平行于巷道中線(xiàn)，以和巷道坡度一致。(2)、曲線(xiàn)巷道在曲線(xiàn)巷道中，不能滿(mǎn)足激光光束和巷道中線(xiàn)平行的條件，只需將激光光束的坡度調(diào)整到和巷道坡

5、度一致即可。如圖年所示，在巷道的曲線(xiàn)外側(cè)邦上安置激光指向儀。打開(kāi)激光指向儀電源開(kāi)關(guān)，將激光指向儀的激光光束調(diào)整到和巷道中線(xiàn)方向大致一致并和儀器在曲線(xiàn)同側(cè)。按照直線(xiàn)巷道內(nèi)同樣的方法設(shè)置激光接收靶A、B，在A、B接收靶上分別得到激光斑點(diǎn)1和2一。在巷道內(nèi)控制點(diǎn)安置全站儀，測(cè)定1、2兩點(diǎn)的坐標(biāo)和高程分別為1(x1、y1、h1),2(x2、y2、h2),設(shè)巷道坡度為i，則2點(diǎn)豎直方向修正值為 h=h2-h1-i(x2-x1)由于1點(diǎn)并不是激光指向儀的幾何中心，(x2-x1)也不是1、2兩點(diǎn)間的里程差，所以2點(diǎn)的修正值近似值，故需要重復(fù)上述過(guò)程23次，對(duì)2點(diǎn)進(jìn)一步修正，使激光光束的坡度和巷道坡度一致。三

6、、有激光指示巷道掘進(jìn)方向1、直線(xiàn)巷道如圖4如示，在直線(xiàn)巷道內(nèi)安置的激光指向儀經(jīng)過(guò)調(diào)試，滿(mǎn)足了激光光速和巷道中線(xiàn)平行，激光光束的坡度和巷道坡度一致的條件。則任一激光點(diǎn)和巷道中線(xiàn)的距離s、激光點(diǎn)和巷道起拱線(xiàn)間的高差h均為定值。根據(jù)激光指向儀調(diào)試結(jié)束時(shí)測(cè)定激光點(diǎn)的坐標(biāo)和高程并參照設(shè)計(jì)文件，可以確定s、h的值。當(dāng)巷道掘進(jìn)工作面需要指示方向時(shí)，打開(kāi)激光指向儀的電源開(kāi)關(guān)，由激光點(diǎn)沿光束的垂線(xiàn)方向量取水平距離s得巷道中線(xiàn)點(diǎn)；在豎直面內(nèi)由激光點(diǎn)沿鉛垂線(xiàn)方向量取h，得到巷道施工的起拱線(xiàn)高程，從而可以對(duì)巷道的開(kāi)挖斷面進(jìn)行控制。2、曲線(xiàn)巷道在曲線(xiàn)巷道內(nèi)，激光光束和巷道中線(xiàn)之間的距離隨里程不同而變化，為此需要編制激光

7、支距表來(lái)指導(dǎo)巷道掘進(jìn)。如圖5所示，在對(duì)應(yīng)激光光束某點(diǎn)k0處作為量算支距的起點(diǎn)，每間隔距離d量取激光支距e1、e2.從而得到巷道中線(xiàn)上的各點(diǎn)。支距的獲取方法有2種：激光指向儀調(diào)試結(jié)束后，測(cè)定激光光束上兩點(diǎn)(如圖3中的1、2點(diǎn))的坐標(biāo)，建立直線(xiàn)方程，與巷道中線(xiàn)的曲線(xiàn)方程聯(lián)立解算支距；在計(jì)算機(jī)上利用CAD軟件繪制出巷道支距線(xiàn)，然后直接查詢(xún)各支距的值。當(dāng)激光光束和巷道中線(xiàn)交叉時(shí)，浙江支距會(huì)有不同的符號(hào)，給使用帶來(lái)不便，應(yīng)避免出現(xiàn)此類(lèi)情況。，由于指向儀激光光束的坡度已經(jīng)調(diào)整到和巷道坡度一致，對(duì)高程的控制方法與直線(xiàn)巷道相同。四、精度分析激光指向儀的指向精度要受以下因素影響：激光光束的標(biāo)定精度；激光光斑的直

8、徑大小、亮度等。激光光束的標(biāo)定精度受控制點(diǎn)點(diǎn)位精度和全站儀測(cè)量精度的共同影響。忽略控制點(diǎn)的點(diǎn)位誤差影響，激光光束的標(biāo)定精度主要由全站儀的測(cè)量精度決定。調(diào)試激光指向儀時(shí)，全站儀和激光指向儀、激光接收靶位置關(guān)系如圖2所示。全站儀距離激光指向儀和激光接收靶A很近，測(cè)定A靶上激光點(diǎn)點(diǎn)位精度較高，可以忽略它對(duì)激光光束方向的影響。因此激光光束的標(biāo)定誤差主要由B靶上的激光點(diǎn)點(diǎn)位誤差引起，而B(niǎo)靶上的激光點(diǎn)點(diǎn)位誤差又主要受全站儀測(cè)角誤差的影響，故激光光束的標(biāo)定精度與全站儀的測(cè)角精度基本相同。巷道控制測(cè)量一般使用測(cè)角精度為±2的全站儀，取其2倍即±4作為對(duì)激光光束方向的影響。在JZY-3型激光

9、指向儀達(dá)到最大有效指向距離500m時(shí)，對(duì)巷道中線(xiàn)的影響不超過(guò)±10mm；JZY-3型激光指向儀的光斑直徑在500m處不超過(guò)40mm，利用激光點(diǎn)標(biāo)定巷道中線(xiàn)的誤差不超過(guò)±20mm，綜合以上兩項(xiàng)誤差，激光指向儀的指向誤差不超過(guò)±23mm。除此之外，激光指向儀還受到施工震動(dòng)、光斑漂移、巷道邦變形以及其他意外因素的影響，所以激光指向儀要定期進(jìn)行檢查測(cè)量；每次使用前還 檢查激光光束是否通過(guò)了事前設(shè)置好的檢查點(diǎn)。五、激光指向使用注意事項(xiàng)1、激光指向儀使用前的檢查、儀器懸掛部分螺栓連接應(yīng)堅(jiān)固，各運(yùn)動(dòng)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)靈活、有效。、儀器在220V電壓時(shí)應(yīng)工作正常，無(wú)特別響聲，有無(wú)異?，F(xiàn)

10、象，如閃光、熄光等。、通電觀察儀器發(fā)光情況是否良好，光斑應(yīng)均勻，光斑圓不應(yīng)偏離鏡筒中心。、必要時(shí)打開(kāi)儀器檢查，激光管是否損壞，接線(xiàn)是否脫落等，儀器完好 方能投入使用。2、激光指向儀在巷道內(nèi)的安置、激光指向儀的安置點(diǎn)距巷道掘進(jìn)工作面一般不應(yīng)小于70m，以防爆破引起儀器振動(dòng)或損壞。、外接電源電壓要與指向儀的額定電壓一致，儀器外殼接地。、在瓦斯巷道內(nèi)使用時(shí)，必須選用防爆電源和防爆開(kāi)關(guān)。、在保證激光光斑清晰和穩(wěn)定的前提下，可延長(zhǎng)儀器的指向距離，但不能超過(guò)其最大指向距離 。、儀器安置完畢后，應(yīng)鎖緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并套上外罩保護(hù)，以免碰動(dòng)或他人隨意操作。3、激光指向儀的使用注意事項(xiàng)、儀器調(diào)試完畢后，應(yīng)將激光光束與巷道中線(xiàn)，巷道坡度的關(guān)系向施工人員交代清楚。、每次使用前應(yīng)檢查光束是否偏離正確位置，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。、巷道每掘進(jìn)100m，要進(jìn)行一次檢查測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量