巷道掘进施工改向定位方法的探讨

潘春鸣 杨雨新

摘 要：煤矿巷道掘进过程中，常常会遇到拨门和弯道施工，由于往往受到掘进施工空间、时间的限制，需要施工技术人员自行完成巷道临时的改向定位工作，确定临时施工中线。施工中经常采用的方法有坡度规、CAD模拟和余弦定理临时改向定位方法，而选择使用哪种临时改向定位法需结合施工实际情况因地制宜，原则是在保障施工生产效率和工程质量的前提下实现快速准确地改向定位。

关键词：临时 定位改向 因地制宜 快速准确

中图分类号：TD26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0064-02

煤矿巷道掘进过程中，常常会遇到拨门和弯道施工，利用经纬仪来改向定位是最精确也是最传统的方法。但是往往受到掘进施工空间、时间的限制，需要施工技术人员自行完成巷道临时的改向定位工作，确定临时施工中线，而改向定位的效率将直接影响到生产效率和工程质量。基于临时改向定位工作“既要简单易行又要确保准确度”的原则，本文根据现场实践，对几种常用的临时改向定位方法进行了比较和探讨。

1 常用的临时改向定位方法

1.1 坡度规临时改向定位法

利用巷道已有的中线，操作坡度规标定需要改向的平面夹角，从而确定改向后的临时中线。

优点：简单、定位迅速。缺点：方法粗略，误差较大。使用该方法改向定位，误差可达3°以上，仅适用于短距离掘进。

1.2 CAD模拟临时改向定位法

在已知巷道设计参数的前提下，通过CAD电脑模拟出设计巷道，如图1所示。位于原巷道中线上的A、B两点距离已知，假设为a。沿改向后中线方向，从切交中按100mm的距离均匀等分，等分点分别记作1、2、3……。记A点到1点的距离为A1，B点到1点的距离为B1，对于2、3……等点依此类推，而这些距离通过CAD可以直接得到，建立表格如表1所示。

现场操作过程中，使用两把皮尺分别以A、B两点为起点，按照表格所给参数，控制出距离并作上记号，拉直皮尺，则两把皮尺所做记号相交点的位置即为改向后巷道的巷中位置。

优点：不需要重新放设施工中线，就可以控制改向施工。

缺点：第一次皮尺的交点可能不在掌子面，需要重新选择二次操作，受皮尺长度及操作誤差的限制，仅适用于短距离掘进。

2 余弦定理临时改向定位法

2.1 简述数学当中的“余弦定理”

余弦定理：对于任意三角形，任意一边的平方等于其它两边的平方和减去这两边与它们夹角的余弦的两倍积。如图2所示三角形ΔABC，∠A、∠B、∠C对应的边边长分别为a、b、c，根据余弦定理：

2.2 运用“余弦定理”完成巷道改向定位的方法

（1）在施工现场通过已有的巷道中线定出A、B点，其中B点为切交中，使A和B间距为c（已知）。

（2）从B点拉一根线，线长为a（已知）。

（3）假设施工巷道需要改向的角度为θ，则：∠B=180°-θ，∠B也已知。根据余弦定理，可以算出：。从A点拉一根线，线长为算出来的b。

（4）拉直两根线（细钢丝线），那么它们两头重合的交点必为如图三角形△ABC的C点（图3）。

（5）同理，我们可以放出D点。则B、D、C所在直线即为改向后巷道的中线。

2.3 具体实例

假设我们施工的巷道需要改向的度数为30°，那么，∠B=180°—30°=150°，取A、B间距c=3m，线BC长a=2m，则：线AC长=4.837 m。拉线即可定出C点。再取B、D间距为1 m，同理可以算出线AC长为3.898 m。拉线即可定出D点来，则B、D、C所在直线即为改向后巷道的中线。

2.4 余弦定理临时改向定位的特例

“余弦定理”临时改向定位有一种特殊情况，即∠B=180°—90°=90°的情况，Cos90°=0，这时余弦定理的公式就演变为勾股定理：，放线方法如图4所示。

从实质上来说，两种放线方法是一样的，不过“余弦定理”临时改向定位的方法适用于任意角度的拐弯，更普遍，更具有实用性。

2.5 方法的优缺点

优点：根据现场实践，标定方向误差为5，线BC长a=2 m时，按照改向后的中线向前掘进，每米方向误差为3 mm，适用于长距离施工。

缺点：操作较为费时，操作精度要求较高。

3 结语

坡度规和CAD模拟临时改向定位法，简单易行但是准确度较差，只适用于短距离施工，后期使用需要及时利用经纬仪进行精确调整。如果短期内无法用经纬仪精确改向，那么使用余弦定理临时改向定位法进行施工则是最佳的选择。选择使用哪种临时改向定位法需结合施工实际情况因地制宜，原则只有一个：在保障施工生产效率和工程质量的前提下实现快速准确地改向定位。

参考文献

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[2] 张荣立，何国纬.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

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