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1、激光定位便携式新型坡度规的设计及应用摘要：坡度规是煤矿工程技术人员给定巷道腰线的主要工具之一。传统坡度规定位的方式是将坡度规悬挂于线绳上，坡度规在重力的作用下通过调整线绳来确定角度、给定腰线。本文根据坡度规给定巷道腰线的基本原理, 结合现场实践,创新性的提出采用机械固定、激光束确定角度的方式代替传统利用重力原理通过线绳和激光指向的坡度规，为坡度规的创新性设计提供了一个新的思路。关键词：激光定位 坡度规 激光束指向 刻度盘 重力原理0 引言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
2、人在掘进过程中的兑规作业，保证了煤矿掘进工作顺利有效的进行。针对煤矿工作现场工程技术人员的实际工作情况分析,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，这主要是传统坡度规存在原理性缺陷所导致的。采用传统重力坡度规给定腰线过程中，将坡度规悬挂与线绳上确定巷道坡度，由于坡度规重力及线绳自身重力，无法保证线绳整体在一条直线上，其在实际工作中由于重力作用呈现向上开口的弧形，而理论假定其为直线，这就无法保证坡度规确定角度的准确性。针对此问题，本文创新性的提出采用机械固定、激光束确定角度的方式的激光定位新型坡度规，其在坡度规的设计过程领域尚未被应用，具有较大的创新性设计空
3、间，且可有效避免传统坡度规的设计缺陷，具有一定实际意义。1 激光定位式坡度规的结构及各部分作用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。其整体结构图如图一1水平尺及连接部分 2 .水平尺与半圆仪连接部分 3 .半圆仪 4 .定位悬臂 5 . 激光发射器 6.定位悬臂与半圆仪固定扣钮 7.激光定位式坡度规外部固定及调平部分图一 激光定位式坡度规结构图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
4、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。1.1.1 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。1.1.2 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，提高仪器的使用适应性。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 01800，最小刻度值为 10。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
5、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。1.7.1 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 度旋转，底部有与滑道固定螺丝。1.7.2 固定、调平螺丝水平部
6、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 仪器的具体使用方法仪器的具体使用主要分为两大步骤：一是外部固定结构的安设，二是仪器的调平定位、给定腰线。2.1 外部固定结构的安设在巷道侧壁选择相对突起部分，初步测定以水平面。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2.2.1 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）
7、；调节悬挂勾侧部螺丝，将仪器与外部固定构件固定牢固。2.2.2 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 激光定位式坡度规常用工程施工使用举例煤矿掘进工程施工工作，主要分为三种：一是平巷掘进，二是下山掘进，三是上山掘进。3.1 在平巷掘进过程中，一般巷道坡度要求在 度，给定巷道腰线短距离落差过小，05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。3.2 在下山巷道掘进过程中，采用激光定位式坡度规
8、按照仪器具体使用方法操作，其完成操作后示意图如图二图二 激光定位式坡度规实际使用示意图3.3 在上山巷道掘进过程中，采用激光定位式坡度规按照仪器具体使用方法操作，其基本指示结构如图二。4 激光定位式坡度规与传统重力坡度规对比4.1 传统重力坡度规在测量时，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的定位腰线。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。4.2 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
9、矿九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。向阳煤矿九井主井下山施工 150m，实际施工坡度 300。确定一个起始点，在间隔10m、20m、30 m、40 m、50 m 布设五个测点。激光定位式坡度规与传统重力坡度规与理论值偏 0.0017m 差统计见表一、表二表一 激光定位式坡度规实验数据测点间距离 偏差角度 偏差角度折合距离10m 00 5 0.0014m20m 00 4 0.0012m30m 00 5 0.0014m40m 00 6 0.0017m50m 00 4 0.0012m表二 重力坡度规实验数据测点间距离 偏差距离折合角
10、度 偏差角度 10m 0.0017m 00620m 0.0039m 001430m 0.0082m 002940m 0.0097m 003450m 0.0116m 0040通过表一与表二的数据对比，可以总结出激光定位式坡度规的测量偏差主要由于认为操作所致，而重力坡度规则随着拉线距离的增加，呈现测量误差逐步加大的现象。4.3 激光定位式坡度规与传统重力坡度规相比，在实际操作过程中要简易方便。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，需要三人操作，两人负责牵引线绳，一人调节。与
11、此相比，激光定位式坡度规只需要一人安装操作，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5.1 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。5.2 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。5.3 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。参考文献：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汪光林. 用经纬仪标定斜巷腰线J. 建井技术，1984，(3)；7-8
