激光對中板在開掘巷道施工中的應用

田志坤

摘要：激光對中板簡單、輕便，方便攜帶且對線準確度非常高，不容易生銹，能夠很好地提高工作效率，有著良好的應用價值，會成為工程技術人員必備的工具之一。激光對中板可以很好地克服兩近距離測點間的激光對中誤差。測點距離特別遠的時候，會明顯看到激光束和前視測點垂線之間的偏差。本文論述了激光對中儀的基本原理，并論述了激光對中板及其使用方法。

關鍵詞：激光指向儀；開掘巷道；激光對中板

隨著科技的發展，目前有了激光對中儀，價格從開始的20多萬元到目前的幾萬元，已經得到了普及。相對于別的找正方式，它非常快捷、簡單，準確性非常高，大型機組更明顯。

1、激光對中儀的基本原理

激光對中儀的作用是調整兩個相連設備的相對位置，保證這組設備的相對位置與設計的要求相一致的一種儀器。也就是說，激光對中儀是安裝設備的時候用來測量相連設備的轉軸是不是在一條直線上的一種設備。

1.1設備對中的必要性

第一，如果設備不對中，軸承會很快壞掉，使軸承的使用時間大大縮短。

第二，設備不對中會使聯軸節的摩擦加大，降低設備的能源使用率，增加運營的成本。因為設備不對中會對轉軸密封造成巨大的影響，當前，更換密封的費用非常大。

第三，設備不對中會使機器的使用時間縮短，不對中會出現額外的力，使轉軸出現往復移動，這樣會明顯縮短機器的使用時間。

所以，對中做得好可以減少運營成本，提高工作效率。

1.2激光對中儀對中的基本原理

激光對中儀是從國外引進的，我國很多廠家在使用它之前，主要使用千分表的方法進行對中[1]。

激光的兩個特點是方向性以及單色性。方向性是指激光從激光發生器發出后光束散角非常小，基本沿直線傳播，到達接收器能量不會出現損失。單色性指的是發出的光波波長單一，非常容易被接收器識別，不受外部的光的影響。激光對中儀正是利用了激光的這兩方面的特點。

激光對中儀通常使用635～670nm波長半導體紅色激光，圖一給出了激光對中設備的原理圖，在A軸和B軸上各裝上可以同時發送以及接收激光束的測量器，通過信號線和主機設備聯系起來。

光束從兩只分別裝在A、B軸上的測量器分別發出，并被對方接收。當光束落在接收器的光電點陣采集面CCD上的時候，就會形成一個非常小的照射區域。主機經過計算，確定這個照射區能量中心點，它有著非常高的準確度。隨著軸的轉動，各自光束的能量中心點也分別在對方接收器的CCD采集面上移動。激光對中儀就是按照這種位移量計算出被測設備的軸偏差以及角偏差的。

A和B是兩個被測軸的軸心線，測得兩個測量器間的距離是S，δ是兩軸連接面處的軸偏差，一般是兩測量器間的中點。兩軸經過180?的翻轉，它上面的激光測量器就會從上半部分移到兩軸的下半部分，這個時候激光束分別在對方接收器的CCD采集面上出現位置移動，設它的徑向分量是ΔA和ΔB，很容易看出，角偏差和徑向位移分量有著這種關系：

Tanα=（ΔA+ΔB）/s

再來分析軸偏差和徑向位移分量的關系。假設B軸做水平移動，使兩軸在中點的地方重合，很明顯，ΔA和ΔB會分別變成ΔA-2δ和ΔB+2δcosα，按照對稱原理，應有：

ΔA-2δ=ΔB+2δcosα

從上面的分析可以發現，激光對中儀的測量值只和對方接收器CCD面上光束能量中心位移的徑向分量有關。

在工作的地方，特別是當有空氣流動的時候，光束通過不斷變化的冷熱空氣，光束能量中心會在感應平面板上連續漂移。對在線式激光對中儀來說，表現為各次檢測結果不一致，使對中不能順利進行。另外，停運的設備慢慢冷卻的時候也會對對中儀造成一定的作用，冷卻的過程就是改變設備尺寸的過程。所以在使用激光對中儀的時候需要避開熱源或冷熱對流，需要等設備全部冷卻后才可以進行操作[2]。

1.3激光對中儀的優點

徹底解決了千分表的撓度。千分表的支架撓度無法避免，而激光法則是絕對直線；減輕工作強度。千分表測量的時候需要不斷地看視表的讀數，以確保數據的連續性。而激光法只需要測量三個讀數。

2、激光對中儀找正法

激光對中儀由這幾部分組成：激光發射器、激光接收器、控制液晶屏，這三者之間的連接數據線、專用的鏈條式卡具。在把激光發射器和激光接收器固定在聯軸器上以后，再把連線和控制屏接到一起，選擇找正模式，按提示輸入相應的數據，通常有激光發射器的回轉直徑、激光發射器和激光接收器之間的距離、調整機各支腳到接收器的距離。通常只需盤車180?就可以，之后各腳的加減墊片數據和水平方向移動調整數據將由控制液晶屏顯示出來。通常經過兩次調整就可以完成。

3、激光對中板的由來

采礦機械化程度越來越高，巷道掘進速度越來越快，激光指向儀在指示直線巷道掘進方面得到了普遍應用。

因為井下的工作人員在安裝激光指向儀的時候，通常手工進行激光投影定光斑位置，但井下人員用手遮擋光束和經驗方面有著欠缺，通常使安裝的激光指向儀的對中準確度方面有一些偏差，從而使巷道工程的施工質量下降，嚴重的時候會帶來巨大的資金浪費以及安全問題。

觀測者在井下巷道掘進的時候，因為光線昏暗、人眼的識別能力不足，工作人員通常認為激光照到線繩后就已經照準了，但有可能存在著照到線繩邊緣的狀況。

出現這種情況后，隨著巷道掘進延伸，在下一次測量單位進行校線的時候，會發現巷道施工偏離設計的位置。尤其在機巷中，出現這種問題會影響皮帶機的擺放位置，甚至不能擺放皮帶機。所以，我們分析了怎樣提高對中準確度，并發明了激光對中板。

激光對中板使用不透明的反光平板，在平板中心刻劃出十字絲，然后以十字絲中心為圓心刻劃出很多同心圓，每個是以2mm遞增的同心圓[3]。

為了方便我們按照巷道施工的距離來掌握激光光斑的大小。平板中心處的十字絲使用雙絲法，方便我們控制中線點鉛垂向下的線繩。

4、激光對中板的使用方法

4.1激光對中板在中線對中時的使用方法

第一，把激光指向儀恰當安放在測點的后方。

第二，把激光對中板的十字絲和前視點的鉛錘繩重合。

第三，接通激光指向儀電源，激光束射出。

激光光斑投影在激光對中板上，觀察人員觀測光斑是不是被十字絲平分，如果沒有平分，需要調整激光指向儀的指示方向和光斑直徑大小，用戶在煤礦井下使用的時候，兩測點之間的距離應該不小于30m，按照發散原理，激光光斑點隨著距離的逐漸變遠會慢慢變大，在200的地方大約是5mm，400m的地方大約是15mm，600m的地方大約是20mm。

第四，調整直到十字絲平分光斑。

4.2激光對中板在腰線對中時的使用方法

在開拓巷道進行施工的時候，巷道的腰線控制也是非常關鍵的。激光對中板在腰線方面的使用有良好的作用。

第一，把激光對中兩組中線點。

第二，控制腰線的時候，把激光指向儀加以調節，量取腰線的實際位置，在小范圍內調整腰線可在十字絲上量取一定數據加以調整。

結語

在井下開掘巷道的時候，使用激光指向儀指示開掘巷道方向的時候，因為激光對中偏差造成巷道施工放線出現變化，通過激光對中板進行嚴格的激光對中，能夠處理好這個問題。

參考文獻：

[1]王海波.炮掘巷道復雜條件下提高排矸率優化設計[J].山東煤炭科技，2016，（02）：23-24.

[2]張帆.被保護層工作面瓦斯預抽技術設計與應用[J].能源技術與管理，2014，（06）：75-76.

[3]朱書亮，張凌.激光對中板在開掘巷道施工中的應用[J].科技風，2013，（19）：128.endprint