巷道掘進施工改向定位方法的探討

潘春鳴 楊雨新

摘 要：煤礦巷道掘進過程中，常常會遇到撥門和彎道施工，由于往往受到掘進施工空間、時間的限制，需要施工技術人員自行完成巷道臨時的改向定位工作，確定臨時施工中線。施工中經常采用的方法有坡度規、CAD模擬和余弦定理臨時改向定位方法，而選擇使用哪種臨時改向定位法需結合施工實際情況因地制宜，原則是在保障施工生產效率和工程質量的前提下實現快速準確地改向定位。

關鍵詞：臨時 定位改向 因地制宜 快速準確

中圖分類號：TD26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0064-02

煤礦巷道掘進過程中，常常會遇到撥門和彎道施工，利用經緯儀來改向定位是最精確也是最傳統的方法。但是往往受到掘進施工空間、時間的限制，需要施工技術人員自行完成巷道臨時的改向定位工作，確定臨時施工中線，而改向定位的效率將直接影響到生產效率和工程質量。基于臨時改向定位工作“既要簡單易行又要確保準確度”的原則，本文根據現場實踐，對幾種常用的臨時改向定位方法進行了比較和探討。

1 常用的臨時改向定位方法

1.1 坡度規臨時改向定位法

利用巷道已有的中線，操作坡度規標定需要改向的平面夾角，從而確定改向后的臨時中線。

優點：簡單、定位迅速。缺點：方法粗略，誤差較大。使用該方法改向定位，誤差可達3°以上，僅適用于短距離掘進。

1.2 CAD模擬臨時改向定位法

在已知巷道設計參數的前提下，通過CAD電腦模擬出設計巷道，如圖1所示。位于原巷道中線上的A、B兩點距離已知，假設為a。沿改向后中線方向，從切交中按100mm的距離均勻等分，等分點分別記作1、2、3……。記A點到1點的距離為A1，B點到1點的距離為B1，對于2、3……等點依此類推，而這些距離通過CAD可以直接得到，建立表格如表1所示。

現場操作過程中，使用兩把皮尺分別以A、B兩點為起點，按照表格所給參數，控制出距離并作上記號，拉直皮尺，則兩把皮尺所做記號相交點的位置即為改向后巷道的巷中位置。

優點：不需要重新放設施工中線，就可以控制改向施工。

缺點：第一次皮尺的交點可能不在掌子面，需要重新選擇二次操作，受皮尺長度及操作誤差的限制，僅適用于短距離掘進。

2 余弦定理臨時改向定位法

2.1 簡述數學當中的“余弦定理”

余弦定理：對于任意三角形，任意一邊的平方等于其它兩邊的平方和減去這兩邊與它們夾角的余弦的兩倍積。如圖2所示三角形ΔABC，∠A、∠B、∠C對應的邊邊長分別為a、b、c，根據余弦定理：

2.2 運用“余弦定理”完成巷道改向定位的方法

（1）在施工現場通過已有的巷道中線定出A、B點，其中B點為切交中，使A和B間距為c（已知）。

（2）從B點拉一根線，線長為a（已知）。

（3）假設施工巷道需要改向的角度為θ，則：∠B=180°-θ，∠B也已知。根據余弦定理，可以算出：。從A點拉一根線，線長為算出來的b。

（4）拉直兩根線（細鋼絲線），那么它們兩頭重合的交點必為如圖三角形△ABC的C點（圖3）。

（5）同理，我們可以放出D點。則B、D、C所在直線即為改向后巷道的中線。

2.3 具體實例

假設我們施工的巷道需要改向的度數為30°，那么，∠B=180°—30°=150°，取A、B間距c=3m，線BC長a=2m，則：線AC長=4.837 m。拉線即可定出C點。再取B、D間距為1 m，同理可以算出線AC長為3.898 m。拉線即可定出D點來，則B、D、C所在直線即為改向后巷道的中線。

2.4 余弦定理臨時改向定位的特例

“余弦定理”臨時改向定位有一種特殊情況，即∠B=180°—90°=90°的情況，Cos90°=0，這時余弦定理的公式就演變為勾股定理：，放線方法如圖4所示。

從實質上來說，兩種放線方法是一樣的，不過“余弦定理”臨時改向定位的方法適用于任意角度的拐彎，更普遍，更具有實用性。

2.5 方法的優缺點

優點：根據現場實踐，標定方向誤差為5，線BC長a=2 m時，按照改向后的中線向前掘進，每米方向誤差為3 mm，適用于長距離施工。

缺點：操作較為費時，操作精度要求較高。

3 結語

坡度規和CAD模擬臨時改向定位法，簡單易行但是準確度較差，只適用于短距離施工，后期使用需要及時利用經緯儀進行精確調整。如果短期內無法用經緯儀精確改向，那么使用余弦定理臨時改向定位法進行施工則是最佳的選擇。選擇使用哪種臨時改向定位法需結合施工實際情況因地制宜，原則只有一個：在保障施工生產效率和工程質量的前提下實現快速準確地改向定位。

參考文獻

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