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激光在井巷掘进中的应用孙永玉1激光在井巷掘进中的应用孙永玉一、摘要：在矿山巷道施工测量中，测定中线和腰线除了用罗盘仪，经纬仪给定外也可以用激光指向仪来完成。用激光指向仪的好处在于省时，省力，用起来快捷方便。而且价格低廉安装调试简单、发射可见光、使用方便等特点。能准确的指示出巷道的方向和坡度，能有效的提高巷道的施工质量和施工进程。如果使用合理能大大的提高巷道施工的质量和速度。关键字：矿山，巷道，激光指向仪二、激光指向仪的安装调试1、激光指向仪的安置方式激光指向仪既可以安置在巷道顶部，使激光光束和巷道中线重合，也可以安置在巷道邦上，使激光光束和巷道路线平行。如果把激光指向仪安置在巷道顶部则安装和调试都比较困难，所以通常安置在巷道的邦上方便调试和使用。Jxy-3型激光指向仪采用悬挂方式安置在巷道内的锚杆上，技术参数为指向距离：500m可调光斑直径：∮≤40mm(50m处)工作电压JD-2型非防爆电源(可直接接入AC220V电源)工作电流60Ma激光功率2.4mW光速调节范围水平±100(粗细任调)倾斜±100(粗细任调)水平位移调节±30mm垂直位移调节依锚杆长度而定工作环境温度-100C—400C仪器重量1.7kg如图一所示，将直径为22mm的两根锚杆埋没在巷道邦，锚杆的高度距地面为一米，埋入巷道邦的深度不小于50cm，外露的长度在安置仪器后应不防碍运输和行人。用拉杆2将两根锚杆连接在一起，以增强稳定性。激光指向仪通过接合器悬挂在杆下方并固定。2、激光指向仪的调试在巷道内调试激光指向仪需要全站仪的配合，根据巷道线型的不同分两种情况。(1)、直线巷道在直线巷道内安置的激光指向仪应满足以下标准：①激光光束和巷道中线平行；②激光光束的坡度和巷道坡度一致。为调试和计算的方便一般以巷道中线为x轴建立直角坐标系，并将里程值作为其坐标值。如图二所示，激光指向仪安置在巷道一侧过墙上，打开激光指向仪电源开关，先将激光指向仪的激光光束调整到和巷道中线大致平行，然后在前方设置两个激光接收靶A、B。要求A靶接近激光指向仪，B靶接近巷道掘进工作面，分别在A、B接收靶上得到激光斑点1、2。在巷道内控制点上安置全站仪，分别在激光斑点1、2上安置反射片或微型棱镜，测定1、2两的坐标和调和分别为1(x1、y1、h1)，2(x2、y2、h2)设巷道坡度为i，则2点的水平方向修正值为△y=y2-y132点的竖直方向值为△h=h2-h1-i(x2-x1)根据△y和△h的大小，身高激光指向仪使B靶上的2点移动到2＇点。由于1点并不是激光指向仪的几何中心，所以2点的修正值△yt和△h是近似值，故需要重复上述过程对2＇点进一步修正。一般2—3次修正，即可使激光光束既平行于巷道中线，以和巷道坡度一致。(2)、曲线巷道在曲线巷道中，不能满足激光光束和巷道中线平行的条件，只需将激光光束的坡度调整到和巷道坡度一致即可。如图年所示，在巷道的曲线外侧邦上安置激光指向仪。打开激光指向仪电源开关，将激光指向仪的激光光束调整到和巷道中线方向大致一致并和仪器在曲线同侧。按照直线巷道内同样的方法设置激光接收靶A、B，在A、B接收靶上分别得到激光斑点1和2一。在巷道内控制点安置全站仪，测定1、2两点的坐标和高程分别为1(x1、y1、h1),2(x2、y2、h2),设巷道坡度为i，则2点竖直方向修正值为△h=h2-h1-i(x2-x1)由于1点并不是激光指向仪的几何中心，(x2-x1)也不是1、2两点间的里程差，所以2点的修正值△近似值，故需要重复上述过程2—3次，对2点进一步修正，使激光光束的坡度和巷道坡度一致。4三、有激光指示巷道掘进方向1、直线巷道如图4如示，在直线巷道内安置的激光指向仪经过调试，满足了激光光速和巷道中线平行，激光光束的坡度和巷道坡度一致的条件。则任一激光点和巷道中线的距离s、激光点和巷道起拱线间的高差h均为定值。根据激光指向仪调试结束时测定激光点的坐标和高程并参照设计文件，可以确定s、h的值。当巷道掘进工作面需要指示方向时，打开激光指向仪的电源开关，由激光点沿光束的垂线方向量取水平距离s得巷道中线点；在竖直面内由激光点沿铅垂线方向量取h，得到巷道施工的起拱线高程，从而可以对巷道的开挖断面进行控制。2、曲线巷道在曲线巷道内，激光光束和巷道中线之间的距离随里程不同而变化，为此需要编制激光支距表来指导巷道掘进。如图5所示，在对应激光光束某点k0处作为量算支距的起点，每间隔距离d量取激光支距e1、e2......从而得到巷道中线上的各点。5支距的获取方法有2种：①激光指向仪调试结束后，测定激光光束上两点(如图3中的1、2点)的坐标，建立直线方程，与巷道中线的曲线方程联立解算支距；②在计算机上利用CAD软件绘制出巷道支距线，然后直接查询各支距的值。当激光光束和巷道中线交叉时，浙江支距会有不同的符号，给使用带来不便，应避免出现此类情况。，由于指向仪激光光束的坡度已经调整到和巷道坡度一致，对高程的控制方法与直线巷道相同。四、精度分析6激光指向仪的指向精度要受以下因素影响：①激光光束的标定精度；②激光光斑的直径大小、亮度等。激光光束的标定精度受控制点点位精度和全站仪测量精度的共同影响。忽略控制点的点位误差影响，激光光束的标定精度主要由全站仪的测量精度决定。调试激光指向仪时，全站仪和激光指向仪、激光接收靶位置关系如图2所示。全站仪距离激光指向仪和激光接收靶A很近，测定A靶上激光点点位精度较高，可以忽略它对激光光束方向的影响。因此激光光束的标定误差主要由B靶上的激光点点位误差引起，而B靶上的激光点点位误差又主要受全站仪测角误差的影响，故激光光束的标定精度与全站仪的测角精度基本相同。巷道控制测量一般使用测角精度为±2＂的全站仪，取其2倍即±4＂作为对激光光束方向的影响。在JZY-3型激光指向仪达到最大有效指向距离500m时，对巷道中线的影响不超过±10mm；JZY-3型激光指向仪的光斑直径在500m处不超过40mm，利用激光点标定巷道中线的误差不超过±20mm，综合以上两项误差，激光指向仪的指向误差不超过±23mm。除此之外，激光指向仪还受到施工震动、光斑漂移、巷道邦变形以及其他意外因素的影响，所以激光指向仪要定期进行检查测量；每次使用前还检查激光光束是否通过了事前设置好的检查点。五、激光指向使用注意事项1、激光指向仪使用前的检查①、仪器悬挂部分螺栓连接应坚固，各运动、制动机构应灵活、有效。②、仪器在220V电压时应工作正常，无特别响声，有无异常现象，如闪光、熄光等。③、通电观察仪器发光情况是否良好，光斑应均匀，光斑圆不应偏离镜筒中心。④、必要时打开仪器检查，激光管是否损坏，接线是否脱落等，仪器完好方能投入使用。2、激光指向仪在巷道内的安置①、激光指向仪的安置点距巷道掘进工作面一般不应小于70m，以防爆破引起仪器振动或损坏。②、外接电源电压要与指向仪的额定电压一致，仪器外壳接地。7③、在瓦斯巷道内使用时，必须选用防爆电源和防爆开关。④、在保证激光光斑清晰和稳定的前提下，可延长仪器的指向距离，但不能超过其最大指向距离。⑤、仪器安置完毕后，应锁紧调节机构，并套上外罩保护，以免碰动或他人随意操作。3、激光指向仪的使用注意事项①、仪器调试完毕后，应将激光光束与巷道中线，巷道坡度的关系向施工人员交代清楚。②、每次使用前应检查光束是否偏离正确位置，发现问题应及时进行调整。③、巷道每掘进100m，要进行一次检查测量，并根据测量结果调整巷道中线和坡度。④、为延长仪器寿命，用后要及时关闭电源。参考文献〔1〕吴小勇.JZY-1A激光腰线(水平)仪在巷(隧)道掘进中的应用〔J〕.矿山测量，2002，(4).〔2〕莫永杰，等.激光指向仪安装使用维护过程中的几点建议〔J〕.煤炭技术，2004，(1).〔3〕付金峰，等.BJZ-Ⅲ型激光指向仪的误差分析〔J〕.矿山测量，2002，