激光定位便携式新型坡度规的设计及应用

邱金民

（龙煤集团七台河分公司 向阳煤矿，黑龙江 七台河 154600）

结合煤矿巷道掘进的实际工作情况，在巷道掘进过程中利用坡度规为巷道划定腰线，可以确定巷道掘进角度，在上下山以及平巷掘进过程中，起到了有效控制坡度的作用，实现了工人在掘进过程中的高标准作业，保证了煤矿掘进工作顺利进行。针对煤矿工作现场工程技术人员采用传统重力定位坡度规，在给定腰线的工作过程中，存在误差较大，操作繁琐的问题，本文提出采用机械固定、激光束确定角度的激光定位新型坡度规的设计及使用方法，克服了传统坡度规在井下掘进施工给定腰线作业中的各种弊端，具有一定实际意义。

1 激光定位式坡度规的结构

激光定位式坡度规主要由七大部分组成，分别是：水平尺及连接部分、水平尺与半圆仪连接部分、半圆仪、定位悬臂、激光发射器、定位悬臂与半圆仪固定扣钮、激光定位式坡度规外部固定及调平部分，其整体结构见图1。

图1 激光定位式坡度规结构

1.1 水平尺及连接部分

其主要有两部分构成：一是水平尺，二是连接构件。其主要作用是保证仪器处于水平状态，保证仪器在在给定角度时操作的准确性，是仪器确定水平及连接下部构件的部分。

（1）水平尺。通过调整仪器，使其内部气泡处于水平尺中心刻度部分，保证仪器整体处于水平状态，保证仪器在调平之后给定角度操作的顺利进行。

（2）连接构件。在水平尺后部与仪器外部规定及仪器调平部的连接滑道，可以根据仪器外部固定部分宽度有效调节，提高仪器的适应性。下部与水平尺连接部分铆接，保证与半圆仪固定连接。

1.2 水平尺与半圆仪连接部分

主要用于连接水平尺与半圆仪，使两部分处于稳定连接状态。

1.3 半圆仪

其测量范围为0°～180°，最小刻度值为1°。用于指定定位悬臂旋转角度，保证激光束射出方向的准确性。

1.4 定位悬臂

其与半圆仪采用活动连接，连接部处于半圆仪圆心处；固定悬臂中心线与激光发出装置发出的激光束中心新处于同一直线上，中心线与半圆仪刻度盘对应读值为激光束射出角度。

1.5 激光发射器

其固定于固定悬臂尾部，用于发射激光束。

1.6 定位悬臂与半圆仪固定扣钮

固定扣钮为软塑料材质，用于固定定位悬臂与半圆仪，利用镶塞产生的摩擦力达到机械固定的目的。

1.7 激光定位式坡度规外部固定及调平部分

仪器上左右各有一个此构件。其主要由两部分构成：一是悬挂勾，二是固定、调平螺丝。

（1）悬挂勾。勾状构件，用于完成仪器与外部固定部分的初步连接，其可沿水平尺后部滑道做360°旋转，底部有与滑道固定螺丝。

（2）固定、调平螺丝。水平部分螺丝通过旋转用于固定，竖直部分通过旋转用于调平仪器。

2 仪器的使用方法

2.1 外部固定结构的安设

在巷道侧壁选择相对突起部分，初步测定水平面。在悬挂勾规定范围之内向巷道内部打设两个固定钻孔，将符合悬挂勾规格的构件插入钻孔，固定牢固。

2.2 仪器的调平定位、给定腰线

（1）悬挂勾固定、水平尺调平。将仪器悬挂勾沿水平尺后部滑道调节至与外部固定构件相适合的宽度，悬挂至外部固定构件上，将悬挂勾底部用于与滑道固定的螺丝拧紧。固定后通过调节悬挂勾上部螺丝，将水平尺调节至水平状态（气泡居于水平尺指示平衡刻度位置）；调节悬挂勾侧部螺丝，将仪器与外部固定构件固定牢固。

（2）给定腰线。将激光发射器打开，固定悬臂按照工程作业要求，通过对照半圆仪刻度，调节至规定数值，将固定卡扣卡入半圆仪与固定悬臂连接处，将两部分固定，完成腰线给定工作。

3 在常用工程施工中的使用

煤矿掘进工程施工，主要分为三种：一是平巷掘进，二是下山掘进，三是上山掘进。

1）在平巷掘进给腰线过程中，一般巷道坡度要求在5‰度，给定巷道腰线短距离落差过小，超出激光定位式坡度规使用量程，传统重力原理坡度规也无法满足工程要求。在此类平巷掘进过程中，采用传统连通器原理给定腰线更合理准确。

2）在下山巷道掘进给腰线过程中，采用激光定位式坡度规按照仪器具体使用方法操作见图2。

图2 激光定位式坡度规使用示意

3）在上山巷道掘进给定腰线过程中，按照上述操作方法作业，可满足实际作业要求。

4 激光定位式坡度规与传统重力坡度规的对比

1）传统重力坡度规在给定腰线时，由于自身重力原因，无法保证仪器所处的实际环境与理论要求状态相符合，使其在使用过程中无法准确定位腰线。激光定位式坡度规利用机械方式固定、激光指定角度，保证了其准确性，避免了传统重力坡度规设计方面的缺陷。

2）激光定位式坡度规与传统重力坡度规数据对比：为了进一步验证激光定位式坡度规与传统重力坡度规在实际操作过程中的误差区别，特选取已施工的向阳煤矿十一井主井下山进行实验（此巷道用大型精确激光设备定位，巷道坡度精准），并对实验取得数据进行统计，汇总。

向阳煤矿十一井主井下山施工130m，实际施工坡度26°。确定一个起始点，在间隔10m、20m、30m、40m、50 m 布设五个测点，用激光定位式坡度规与传统重力坡度分别给定腰线。激光定位式坡度规、传统重力坡度规与理论值偏差统计见表1、表2。

表1 激光定位式坡度规实验数据

表2 重力坡度规实验数据

通过表1与表2的数据对比，可以看出激光定位式坡度规的测量偏差主要由于人为操作所致，而重力坡度规则随着拉线距离的增加，呈现误差逐步加大的现象。

3）激光定位式坡度规与传统重力坡度规相比，在实际操作过程中简易方便。传统重力坡度规在给定腰线时，为保证相对准确，线绳延伸举例要控制在一定范围内，这就使在工程施工给定腰线过程中存在重复操作性，增加工程技术人员工作量；在延伸线绳过程中，需要3人操作，2人负责牵引线绳，1人调节。与此相比，激光定位式坡度规只需要1人安装操作，激光可以一次完成给定腰线工作，沿激光线喷绘腰线即可。

5 结语

1）采用激光定位式坡度规，可以保证工程施工过程中给定腰线的准确性，解决传统重力坡度规设计缺陷。

2）激光定位式坡度规在工程施工的使用过程中较之传统重力坡度规相对简易，可有效节省人力资源，提高工作效率。

3）激光定位式坡度规在因巷道短距离转角作业较多且无法安设大型激光定位设备的重点开拓工程中，具有极强的实用性。

4）激光坡度规与传统重力坡度规的设计思想相比具有一定的创新性，为日后对坡度规的进一步开发提供了一条新的思路。

〔1〕苏金明.坡度规配合罗盘仪给设上下山腰线的方法〔J〕.中州煤炭，1990，（5）：34-35.

〔2〕付金峰，等.垂线中转法在标定急倾斜巷道腰线中的利用〔J〕.矿山测量，2002，（12）：48-49.

〔3〕汪光林.用经纬仪标定斜巷腰线〔J〕.建井技术，1984，（3）：7-8.