呂英磊，楊承金，于常先，劉國棟

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦， 山東 萊州市 261442)

激光坡面指向儀在井巷裝備中的應(yīng)用

呂英磊，楊承金，于常先，劉國棟

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦， 山東 萊州市 261442)

為適應(yīng)三山島金礦8000 t/d擴(kuò)建要求，提高井下采出礦運(yùn)輸能力，首次引進(jìn)激光坡面指向儀對井下運(yùn)輸巷道進(jìn)行裝備標(biāo)準(zhǔn)化改造，規(guī)范了井巷軌道鋪設(shè)及管線架設(shè)。實(shí)踐表明采用激光坡面指向儀標(biāo)定井巷中、腰線，觀測方法簡單、效率高、精度好，縮短了井巷裝備周期，井巷面貌一新，提高了電機(jī)車運(yùn)輸速度和產(chǎn)量。

激光坡面指向儀；裝備標(biāo)準(zhǔn)化；井巷中腰線；激光測距儀

0 引 言

山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦新立礦區(qū)位于萊州市三山島鎮(zhèn)新立村西南，北距三山島鎮(zhèn)1.5 km，南距倉上金礦4.5 km。該礦區(qū)屬于海底開采，采用豎井與平巷開拓形式，主要采用機(jī)械化盤區(qū)、進(jìn)路兩種采礦方法，溜井卸載與電機(jī)車有軌運(yùn)輸配合為主，井下主運(yùn)輸巷規(guī)格為2.25 m×2.75 m，礦區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1500 t/d，為實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司做大做強(qiáng)的戰(zhàn)略目標(biāo)，三山島金礦決定對新立礦區(qū)主運(yùn)輸巷道進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造，擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模與產(chǎn)能，提高主運(yùn)輸巷道的運(yùn)輸能力，采用光面爆破法擴(kuò)刷各分段石門巷、沿脈分段運(yùn)輸巷規(guī)格至4.2 m×3.4 m，首次引進(jìn)激光坡面指向儀標(biāo)定軌道鋪設(shè)中、腰線，從而控制管線架設(shè)位置，提前20 d實(shí)現(xiàn)井巷裝備標(biāo)準(zhǔn)化并通過驗(yàn)收。

1 激光坡面指向儀

在井巷施工測量中，要快速標(biāo)定坡度極小的緩傾斜軌道中、腰線，若使用坡度儀精度不足，使用水準(zhǔn)儀則需要進(jìn)行許多測量和計(jì)算，然后才能進(jìn)行標(biāo)定工作，人員配合時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤不易發(fā)現(xiàn)，給施工測量帶來較大的困難，影響標(biāo)定工作的效率與精度。

為此，引進(jìn)了激光坡面指向儀，與激光指向儀類似，激光坡面指向儀能夠在標(biāo)定井巷腰線的同時(shí)標(biāo)定其中心線，同時(shí)激光坡面指向儀利用半導(dǎo)體激光技術(shù)，其傾斜角度值是以液晶顯示器直接顯示，標(biāo)定工作以半導(dǎo)體激光光束為依據(jù)進(jìn)行，可以減少許多輔助性的測量工作，從而有利于提高施工測量工作的效率。

激光坡面指向儀由基座、數(shù)字顯示傾角讀角系統(tǒng)、半導(dǎo)體激光發(fā)射裝置和水準(zhǔn)管四部分構(gòu)成。半導(dǎo)體激光發(fā)射裝置采用功率為5 mW的P型半導(dǎo)體激光器與光具組相配合，發(fā)出紅色激光束，其調(diào)焦螺旋可使激光光斑在不同距離上調(diào)至最小最亮。激光發(fā)射器下部裝有與激光光軸相垂直的旋轉(zhuǎn)軸(豎軸)，激光發(fā)射器可繞該軸旋轉(zhuǎn)，豎軸的下部分與電子傾角傳感器軸相垂直連接。當(dāng)電子傾角傳感器的軸(橫軸)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，豎軸便發(fā)生傾斜，同時(shí)帶動(dòng)激光發(fā)射器產(chǎn)生傾斜。激光發(fā)射器上部裝有粗瞄器，尾部的電纜與電池盒相連，電池盒上裝有電源開關(guān)。豎軸上部有微動(dòng)螺旋，橫軸設(shè)有止動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋。水準(zhǔn)管供儀器整平之用，水準(zhǔn)管軸平行于激光軸，水準(zhǔn)管軸與豎軸相垂直。水準(zhǔn)管與激光發(fā)射器和激光器電池盒并行安裝在連接板上。

2 激光坡面指向儀敷設(shè)延伸井巷中線

2.1 激光坡面指向儀的對中整平

與激光指向儀安裝不同，其采用一般經(jīng)緯儀的三角基座，在已知中線點(diǎn)下方懸掛垂球，將儀器下部與三腳架的中心螺旋相連，腳螺旋供儀器整平之用，數(shù)顯傾角讀角系統(tǒng)的中心軸插入基座的中心圓孔內(nèi)并鎖緊，使儀器豎軸的上下標(biāo)志對齊，然后松開基座上的鎖緊螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，使激光束指向正傾斜方向，進(jìn)行儀器對中(點(diǎn)上或點(diǎn)下對中)，然后扭緊基座上的鎖緊螺旋，調(diào)整儀器液晶顯示器讀數(shù)為接近“0”值后止動(dòng)橫軸，然后用微動(dòng)螺旋精確調(diào)整液晶顯示器讀數(shù)為 “0”， 此時(shí)水準(zhǔn)管氣泡如不居中，在相互垂直的兩個(gè)方向上用腳螺旋使氣泡都居中，反復(fù)上述操作即完成了儀器的對中和整平。

2.2 敷設(shè)延伸井巷中線并標(biāo)定照明線位置

如上所述將激光坡面指向儀在已知中線點(diǎn)下方對中整平后，打開激光光束指向正傾斜方向，光束中心大致照準(zhǔn)前方已懸掛垂球的另一中線，扭緊基座上的鎖緊螺旋，調(diào)節(jié)微動(dòng)螺旋使光束中心穿過中線正中心，首先沿激光束方向配合激光測距儀前后每隔3 m用紅鉛油在頂板標(biāo)定1個(gè)照明線掛鉤孔,用于打眼安裝。然后沿激光束方向每隔30 m埋設(shè)一組中線(2根)，中線點(diǎn)采用水泥配合鋼釘埋設(shè)，激光坡面指向儀每站控制前后長度300 m，每站可敷設(shè)延伸10組中線，用于鋪軌時(shí)方向控制與檢校。如圖1所示。

3 激光坡面指向儀標(biāo)定井巷腰線

如上所述將激光坡面指向儀在已知中線點(diǎn)下方對中整平，待本測站標(biāo)定井巷中線和照明線掛鉤孔完畢，轉(zhuǎn)動(dòng)激光束使其指向正傾斜方向，將所要標(biāo)定的軌道腰線設(shè)計(jì)傾角值θ(單位：度)換算成毫弧度值(mrad)，換算公式是：θ(度)=17.45*θ(毫弧度)，換算完畢，再松開止動(dòng)螺旋，仰起激光發(fā)射器，當(dāng)液晶顯示器上的讀數(shù)接近鋪軌設(shè)計(jì)坡度值17.45*θ(毫弧度)時(shí)鎖緊止動(dòng)螺旋，用微調(diào)螺旋使液晶顯示器讀數(shù)精確配置為設(shè)計(jì)鋪軌坡度值17.45*θ(毫弧度)，此時(shí)激光光束的傾角即為設(shè)計(jì)鋪軌坡度值，松開橫軸止動(dòng)螺旋，沿著激光光束在巷道幫每隔10 m左右用紅鉛油標(biāo)定一組腰線。如果所要標(biāo)定的軌道設(shè)計(jì)傾角值是以千分之幾的坡度值給定的，此時(shí)不必進(jìn)行換算，直接將設(shè)計(jì)鋪軌坡度值的千分值微調(diào)后精確配置在液晶顯示器上，此時(shí)激光光束的傾角即為鋪軌坡度值。舉例如三山島金礦新立礦區(qū)-320中段西南巷設(shè)計(jì)鋪軌坡度值是3‰，則對中整平后，將激光光束指向正傾斜方向，仰起激光發(fā)射器，將激光坡面指向儀液晶顯示器讀數(shù)用微調(diào)螺旋精確配置為003.0即可，此時(shí)激光光束線即為坡度值3‰的軌道腰線，松開橫軸止動(dòng)螺旋，沿著激光光束在巷道幫每隔10 m左右用紅鉛油標(biāo)定一組腰線，激光坡面指向儀每站控制前后長度300 m，一站可標(biāo)定30組腰線，用于鋪軌時(shí)坡度控制與檢校，還可用于風(fēng)管、水管、充填管、動(dòng)力電纜、通訊纜掛鉤孔的位置控制。如圖2所示。

4 巷道管線系統(tǒng)位置標(biāo)定

三山島金礦新立礦區(qū)對主運(yùn)輸巷道進(jìn)行裝備標(biāo)準(zhǔn)化以形成規(guī)范完善的供水、供電、排水、通風(fēng)、充填等系統(tǒng)，這些管線系統(tǒng)的布置充分考慮到安全、檢修方便，因此要求風(fēng)、水管與動(dòng)力電纜、電線分離架設(shè)不得混架，風(fēng)管與水管安裝于井巷水溝一側(cè)且風(fēng)管位于水管上方，動(dòng)力電纜、通訊線位于井巷另一側(cè)，管路盡量平整減少彎折。根據(jù)三山島金礦新立礦區(qū)生產(chǎn)需求，改造后主巷道斷面規(guī)格為4.2 m×3.4 m的1/4三心拱。在巷道裝備標(biāo)準(zhǔn)化中，巷道兩幫標(biāo)定鋪軌腰線為1 m，依據(jù)設(shè)計(jì)水管掛鉤位于井巷腰線上1.35 m，風(fēng)管掛鉤位于井巷腰線上1.5 m，充填管掛鉤位于井巷腰線上1.135 m；電纜掛鉤位于井巷腰線上1.65 m，照明線位于井巷中心線上，風(fēng)、水管、動(dòng)力電纜、照明線掛鉤眼每3 m1組，如圖3所示。

圖3 巷道斷面管線布置

在照明線掛鉤孔標(biāo)定完畢后， 由2名測量人員依次在每個(gè)照明線掛鉤孔的兩幫參照激光坡面指向儀光束配合手持式激光測距儀向上丈量設(shè)計(jì)數(shù)值確定出每組風(fēng)、水管、充填管掛鉤眼上下位置，并用紅鉛油標(biāo)出。若儀高為1 m，采用手持式激光測距儀自紅斑向上丈量1.5 m用紅鉛油在巷道右?guī)蜆?biāo)定1個(gè)管線掛鉤眼，采用手持式激光測距儀自紅斑向上丈量1.650 m用紅鉛油在巷道左幫標(biāo)定1個(gè)電纜復(fù)式掛鉤眼，這樣確保了掛鉤眼的標(biāo)定質(zhì)量和效率，為巷道裝備標(biāo)準(zhǔn)化架設(shè)提供了保障。

5 結(jié) 論

(1) 采用激光坡面指向儀標(biāo)定井巷中、腰線簡單易操作，激光光束直觀清晰，適應(yīng)井下作業(yè)環(huán)境，節(jié)省了人力，不需要過多計(jì)算，既提高了工作效率，又提高了精度，保證了軌道鋪設(shè)的方向、坡度及進(jìn)度。采用激光坡面指向儀標(biāo)定緩傾斜井巷腰線，由于坡度較緩，儀器至井巷中心距離與儀器到巷道幫距離近似相等，腰線誤差在裝備允許范圍內(nèi)，因此其偽傾角不必考慮。

(2) 采用激光坡面指向儀標(biāo)定井巷中線的同時(shí)標(biāo)定了井巷腰線，敷設(shè)的井巷中線能夠控制照明線掛鉤位于井巷中心，也能夠控制電機(jī)車架線安裝孔左右位置；標(biāo)定的井巷腰線能夠控制風(fēng)、水管掛鉤、動(dòng)力電纜掛鉤的上下位置，使管線架設(shè)井然有序，為運(yùn)輸巷道標(biāo)準(zhǔn)化裝備提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保證，使三山島金礦井巷裝備水平大幅提高，提前滿足了井下生產(chǎn)、運(yùn)輸要求，加大了采、出礦能力。

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2014-06-09)

呂英磊(1978- )，男，山東萊州人，測量助理工程師，本科，主要從事礦山測量技術(shù)管理工作,Email：850866941@qq.com。