煤矿测量红外定位放线装置的研制

陶靖

(山西汾西矿业集团 南关煤业有限责任公司， 山西 晋中 031304)

0 引言

测量放线是矿山输送测量中的一项重要内容，主要包括井巷工程的开门线、采掘工作面中的腰线、输送带的中线及基础十字线等施工，其放线质量直接关系到井巷工程施工的效率及施工质量，对矿井安全生产起着决定性的作用[1]。

当前煤矿主要采用全站仪及水准仪进行放线测量。由于受巷道施工条件、施工工艺及环境等因素的影响，传统测量放线时视线受阻、测量距小，测量移站数量增加，导致测量效率低、内页作业量大、测量精度低等，严重时可能发生重大测量误差事故。以南关煤矿为例，经研究分析,决定设计研制一套可移动红外定位放线装置。

1 概述

山西汾西矿业集团南关煤业有限责任公司1209运输巷位于一采区北翼，工作面东为已回采结束的1211工作面， 西为尚未开掘的1207工作面，北至井田边界，南临一采回风上山。其1209运输巷设计长度为1 070 m，巷道设计断面规格为宽×高=4.5×3.5 m，巷道掘进煤层为石炭系2#煤层，平均厚度为2.3 m，煤层起伏不大，煤层倾角1°～15°,平均为8°左右，属缓倾斜煤层。

1209巷沿2#煤层底板上山掘进，上山角为8°，为了保证巷道施工安全及施工质量，由地测科现场给定腰线进行巷道掘进坡度控制。由于1209巷在前期掘进时需按设计拐弯，且巷道施工时粉尘浓度大，能见度低，造成在放线时每站放线长度为20 m，每次放线需转移多个站点，导致放线工程量大，精度又低。根据统计发现，1209运输巷在前400 m掘进过程中，采用传统仪器放线时，共计出现3次误差，导致巷道在357～379 m范围内的巷道上山掘进误差达0.8 m，这势必威胁着巷道安全掘进。对此，通过技术分析，必须设计研制一套可移动红外定位放线装置。

2 煤矿测量红外定位放线装置结构及工作原理

2.1 装置结构组成

红外定位放线装置主要由定位仪本体、激光发生器、控制屏、螺纹套、连接轴、固定轴、支撑架、滑轮、承重台、环形滑轨、支撑杆、固定套筒、紧固螺钉、伸缩杆、底座、方向轮等部分组成，如图1所示。

1-定位仪本体;2-激光发生器;3-控制屏;4-螺纹套;5-支撑架;6-滑轮;7-承重台;8-伸缩杆;9-方向轮;10-固定套筒;11-紧固螺栓;12-支撑杆;13-环形滑轨;14-固定轴;15-连接轴。

定位仪本体的表面设置有激光发生器，其下方设置有控制屏，定位仪本体的两侧安装有螺纹套，通过外侧的连接轴与固定轴相连接，且固定轴的外侧连接有支撑架，连接轴与固定轴活动连接，两者为伸缩结构，可方便地将连接轴与固定轴安装在定位仪本体与支撑架之间，不仅对定位仪本体进行安装固定，而且起到了旋转定位仪本体的作用[2]。

固定轴与支撑架螺纹连接，支撑架为“U”字型结构，可提高支撑的稳定性，并通过下方的滑轮与位于承重台的上表面环形滑轨连接，与支撑架中心线对称。

支撑杆位于承重台的下方，连接有固定套筒，其固定套筒的外侧安装有紧固螺栓，支撑杆与固定套筒构成伸缩的结构，且两者的长度之和大于伸缩杆的最大长度。

伸缩结构起到了改变整体高度的作用，伸缩杆和固定套筒皆位于底座的上方，分别设置有2个固定套筒和1个伸缩杆，其圆心的底座中心点呈等角度分布，底座的下方装有方向轮。

2.2 工作原理

首先将连接轴和固定轴的长度减小，再将连接轴放在螺纹套中，两者进行螺纹连接，之后抽出固定轴，将固定轴与支撑架螺纹连接。

通过方向轮将定位仪本体移动到指定地点，在进行测量工作时，激光发生器发出激光，通过控制屏可得知测量的数据。由于连接轴和固定轴活动连接，方便前后旋转定位仪本体，使得定位仪本体通过连接轴在固定轴内侧进行摆动，从而改变激光发生的角度，使其可对垂直方向上的任意定点进行放线；同时,可转动支撑架,从而使定位仪本体随着支撑架在承重台上进行左右旋转，使激光发生器可对水平方向上任意点进行定点测量。

测量工作完成后，转动定位仪本体，使其正面朝下，同时拧松紧固螺钉，向下压动承重台，承重台带动支撑杆向固定套筒内部移动，同时支撑杆的长度缩短，整体高度下降，整体体积减小，便于进行搬运[3]。

3 装置结构的优点

1) 该装置两侧安装有螺纹套，且连接轴与固定轴活动连接，使得定位仪本体方便安装在支撑架上，稳定性强，同时便于定位仪本体进行前后方向旋转，起到了调整激光发生器角度的作用[4]。

2) 该装置中支撑架通过下方的滑轮与环形滑轨相连接，使得支撑架在承重台上可进行左右方向的旋转，方便定位仪本体调整角度。支撑杆和固定套筒为伸缩的结构，从而方便调整定位仪本体的高度，使得定位仪本体可在任意角度进行放线。

3) 该装置测量勘测的准确度，整体方便使用，无需人工进行走动寻找勘测点[5]。支撑杆和固定套筒可减小体积，便于携带，方便运输，提高了整体的实用性。

4 实际应用效果分析

1209运输巷掘进至450 m后采用红外定位放线装置进行巷道腰线给定施工。截至2018年12月，施工巷道已掘进至975 m。通过对该装置放线测量效果分析发现，在后期巷道掘进期间巷道上山坡度误差每100 m控制在0.3 m/百米，巷道放线施工时站点距离增加至70 m，每次放线测量时间缩短1.4 h，减少了内页作业整理量，使内页计算误差率降低至2%以下,效果良好。

5 结论

南关煤矿针对1209运输巷前期放线测量中存在的问题，研制了一套煤矿测量红外定位放线装置。实际应用表明，该装置大大提高了放线测量效率，降低了测量结果误差和测量劳动作业强度，保证了巷道掘进安全及施工质量，取得了显著的应用成效，具有一定的推广意义。