煤礦測量紅外定位放線裝置的研制

陶靖

(山西汾西礦業集團 南關煤業有限責任公司， 山西 晉中 031304)

0 引言

測量放線是礦山輸送測量中的一項重要內容，主要包括井巷工程的開門線、采掘工作面中的腰線、輸送帶的中線及基礎十字線等施工，其放線質量直接關系到井巷工程施工的效率及施工質量，對礦井安全生產起著決定性的作用[1]。

當前煤礦主要采用全站儀及水準儀進行放線測量。由于受巷道施工條件、施工工藝及環境等因素的影響，傳統測量放線時視線受阻、測量距小，測量移站數量增加，導致測量效率低、內頁作業量大、測量精度低等，嚴重時可能發生重大測量誤差事故。以南關煤礦為例，經研究分析,決定設計研制一套可移動紅外定位放線裝置。

1 概述

山西汾西礦業集團南關煤業有限責任公司1209運輸巷位于一采區北翼，工作面東為已回采結束的1211工作面， 西為尚未開掘的1207工作面，北至井田邊界，南臨一采回風上山。其1209運輸巷設計長度為1 070 m，巷道設計斷面規格為寬×高=4.5×3.5 m，巷道掘進煤層為石炭系2#煤層，平均厚度為2.3 m，煤層起伏不大，煤層傾角1°～15°,平均為8°左右，屬緩傾斜煤層。

1209巷沿2#煤層底板上山掘進，上山角為8°，為了保證巷道施工安全及施工質量，由地測科現場給定腰線進行巷道掘進坡度控制。由于1209巷在前期掘進時需按設計拐彎，且巷道施工時粉塵濃度大，能見度低，造成在放線時每站放線長度為20 m，每次放線需轉移多個站點，導致放線工程量大，精度又低。根據統計發現，1209運輸巷在前400 m掘進過程中，采用傳統儀器放線時，共計出現3次誤差，導致巷道在357～379 m范圍內的巷道上山掘進誤差達0.8 m，這勢必威脅著巷道安全掘進。對此，通過技術分析，必須設計研制一套可移動紅外定位放線裝置。

2 煤礦測量紅外定位放線裝置結構及工作原理

2.1 裝置結構組成

紅外定位放線裝置主要由定位儀本體、激光發生器、控制屏、螺紋套、連接軸、固定軸、支撐架、滑輪、承重臺、環形滑軌、支撐桿、固定套筒、緊固螺釘、伸縮桿、底座、方向輪等部分組成，如圖1所示。

1-定位儀本體;2-激光發生器;3-控制屏;4-螺紋套;5-支撐架;6-滑輪;7-承重臺;8-伸縮桿;9-方向輪;10-固定套筒;11-緊固螺栓;12-支撐桿;13-環形滑軌;14-固定軸;15-連接軸。

定位儀本體的表面設置有激光發生器，其下方設置有控制屏，定位儀本體的兩側安裝有螺紋套，通過外側的連接軸與固定軸相連接，且固定軸的外側連接有支撐架，連接軸與固定軸活動連接，兩者為伸縮結構，可方便地將連接軸與固定軸安裝在定位儀本體與支撐架之間，不僅對定位儀本體進行安裝固定，而且起到了旋轉定位儀本體的作用[2]。

固定軸與支撐架螺紋連接，支撐架為“U”字型結構，可提高支撐的穩定性，并通過下方的滑輪與位于承重臺的上表面環形滑軌連接，與支撐架中心線對稱。

支撐桿位于承重臺的下方，連接有固定套筒，其固定套筒的外側安裝有緊固螺栓，支撐桿與固定套筒構成伸縮的結構，且兩者的長度之和大于伸縮桿的最大長度。

伸縮結構起到了改變整體高度的作用，伸縮桿和固定套筒皆位于底座的上方，分別設置有2個固定套筒和1個伸縮桿，其圓心的底座中心點呈等角度分布，底座的下方裝有方向輪。

2.2 工作原理

首先將連接軸和固定軸的長度減小，再將連接軸放在螺紋套中，兩者進行螺紋連接，之后抽出固定軸，將固定軸與支撐架螺紋連接。

通過方向輪將定位儀本體移動到指定地點，在進行測量工作時，激光發生器發出激光，通過控制屏可得知測量的數據。由于連接軸和固定軸活動連接，方便前后旋轉定位儀本體，使得定位儀本體通過連接軸在固定軸內側進行擺動，從而改變激光發生的角度，使其可對垂直方向上的任意定點進行放線；同時,可轉動支撐架,從而使定位儀本體隨著支撐架在承重臺上進行左右旋轉，使激光發生器可對水平方向上任意點進行定點測量。

測量工作完成后，轉動定位儀本體，使其正面朝下，同時擰松緊固螺釘，向下壓動承重臺，承重臺帶動支撐桿向固定套筒內部移動，同時支撐桿的長度縮短，整體高度下降，整體體積減小，便于進行搬運[3]。

3 裝置結構的優點

1) 該裝置兩側安裝有螺紋套，且連接軸與固定軸活動連接，使得定位儀本體方便安裝在支撐架上，穩定性強，同時便于定位儀本體進行前后方向旋轉，起到了調整激光發生器角度的作用[4]。

2) 該裝置中支撐架通過下方的滑輪與環形滑軌相連接，使得支撐架在承重臺上可進行左右方向的旋轉，方便定位儀本體調整角度。支撐桿和固定套筒為伸縮的結構，從而方便調整定位儀本體的高度，使得定位儀本體可在任意角度進行放線。

3) 該裝置測量勘測的準確度，整體方便使用，無需人工進行走動尋找勘測點[5]。支撐桿和固定套筒可減小體積，便于攜帶，方便運輸，提高了整體的實用性。

4 實際應用效果分析

1209運輸巷掘進至450 m后采用紅外定位放線裝置進行巷道腰線給定施工。截至2018年12月，施工巷道已掘進至975 m。通過對該裝置放線測量效果分析發現，在后期巷道掘進期間巷道上山坡度誤差每100 m控制在0.3 m/百米，巷道放線施工時站點距離增加至70 m，每次放線測量時間縮短1.4 h，減少了內頁作業整理量，使內頁計算誤差率降低至2%以下,效果良好。

5 結論

南關煤礦針對1209運輸巷前期放線測量中存在的問題，研制了一套煤礦測量紅外定位放線裝置。實際應用表明，該裝置大大提高了放線測量效率，降低了測量結果誤差和測量勞動作業強度，保證了巷道掘進安全及施工質量，取得了顯著的應用成效，具有一定的推廣意義。