CN105806256A - 一种巷道掘进示阔装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种巷道掘进示阔装置及其操作方法，所述装置包括主体框架以及设于主体框架上的电源、示阔激光管、定位装置、数据处理系统、自动调整装置和固定装置。数据处理系统包括数据输入子系统、距离测量子系统、数据计算子系统。该仪器可有效克服传统激光指向仪在巷道掘进过程中仅仅依靠一点进行掘进定向，而后目测巷道掘进宽度和高度，从而造成巷道表面超挖、欠挖的缺陷，可以有效保障巷道掘进工序的精准操作，减少超挖对围岩的损害，同时有效减少欠挖增加的工人额外劳动。该巷道掘进示阔装置将为我国巷道快速掘进工作提供新的支撑点和突破点。

Description

一种巷道掘进示阔装置及其操作方法

技术领域

本发明属于隧道工程、采矿工程施工技术领域，尤其涉及一种巷道掘进测量装置，具体涉及一种巷道掘进示阔装置及其操作方法。

背景技术

煤炭作为我国的主体能源，在国民经济中占有重要的战略地位。未来几十年内，以煤炭为主的能源结构将难以改变。我国煤炭开采以井工开采为主，产煤量约占总产量的95％，主要采用基于滚筒式采煤机(以下简称采煤机)的长壁开采方式。

近十年来，我国煤炭产业高速发展，我国原煤年产量从21世纪初的不足13亿t，到2013年原煤产量37亿t，形成了一批年产数百万吨，乃至千万吨级的高产高效集约化矿井，为我国能源安全提供有力保障。煤炭产量取得不断突破，这与其相关配套设备的不断创新密切相关。

回采和掘进是煤矿井工开采的重要环节，煤矿生产一直遵循“采掘并举，掘进先行”的方针。近二十年来，我国采煤装备、掘进设备均取得了显著成绩。作为综合机械化采煤工作面的核心设备，采煤机技术始于20世纪50年代，经过数十年的发展，适应能力不断提高，性能日趋完善，从满足落煤与装煤的基本功能需求发展到信息化和自动化，并进一步向智能化方向发展，基本满足了我国煤炭机械化开采的需要。作为综合机械化掘进工作面的核心设备，上世纪50年代初我国煤炭行业首次引进掘进机。随着煤炭行业的不断发展，经过多年研究，掘进机发展迅速。目前，我国掘进机的设计制造、生产使用均跻身世界先进行列，并进一步向掘锚一体化、智能化、自动化方向发展。

作为煤矿采掘工作的辅助设备，巷道掘进现在主要依靠激光指向仪进行定向。由于激光指向仪属于一点定向，然后目测巷道掘进宽度，存在巷道断面超挖、欠挖情况，此时则需要人工进行修整，增加额外工作量的同时，进一步增加了工人工作的危险系数。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有激光指向仪在巷道掘进定向中的缺陷，提供了一种巷道掘进示阔装置及其操作方法，所述装置具有简单便捷、操作方便、效果直观、减少工人劳动强度、提高工作安全性等优点。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种巷道掘进示阔装置，所述装置包括主体框架以及设于主体框架上的电源、示阔激光管、定位装置、数据处理系统和每一示阔激光管对应的自动调整部件，所述示阔激光管、自动调整部件分别与所述数据处理系统连接；所述巷道掘进示阔装置通过固定部件固定于巷道内；所述主体框架呈矩形或直墙半圆拱形；所述示阔激光管包括矩形示阔模块和/或直墙半圆拱形示阔模块；所述数据处理系统包括数据输入子系统、距离测量子系统、数据计算子系统。

进一步的，所述矩形示阔模块包括左侧纵向激光管、右侧纵向激光管、上侧横向激光管、下侧横向激光管；所述直墙半圆拱形示阔模块包括左侧纵向激光管、右侧纵向激光管、下侧横向激光管、左拱激光管、右拱激光管；所述激光管前侧对齐、相互平行，并指向巷道掘进方向。

进一步的，所述示阔激光管通过钢架固定于主体框架上。

进一步的，所述定位装置为后视激光管；所述后视激光管与示阔激光管平行并指向巷道掘进反方向。

进一步的，所述数据输入子系统包括巷道形状、巷道尺寸、巷道倾角、示阔装置距顶板距离4个模块。

进一步的，所述巷道形状模块包括矩形、直墙半圆拱形2个选择参数；所述巷道尺寸模块包括巷道宽度、巷道高度、巷道半径3个参数。

进一步的，所述距离测量子系统包括红外测距仪和测量频率调整模块，所述红外测距仪与示阔激光管平行并指向巷道掘进方向。

进一步的，所述自动调整部件包括左传感器、右传感器、下传感器。

本发明还提供了所述的巷道掘进示阔装置的操作方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将巷道掘进示阔装置固定于巷道中部的悬吊锚杆；打开电源，此时后视激光管、红外测距仪被激活，调整示阔装置的方向；

(2)然后选取巷道形状模式，此时巷道形状模式下对应的激光管均被激活，发出激光束；再依次输入巷道尺寸、巷道倾角和示阔装置距顶板距离；

(3)然后通过测量频率调整模块调整红外测距仪的测量频率；

(4)测量频率调整完毕，数据计算子系统接收来自数据输入子系统、距离测量子系统的数据，计算各激光管的位移偏移量，并将其传输给各激光管的对应调整装置，各调整装置接收来自数据处理子系统的偏移量后，均发生定向、定量位移；各激光管发生对应偏移后，可实现在掘进工作面清晰、精确显示巷道轮廓的目的。

进一步的，所述测量频率的时间间隔是1-30min。

与现有激光指向仪相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所述巷道掘进示阔装置包括呈矩形或直墙半圆拱形的主体框架，以及设于主体框架上的电源、示阔激光管、定位装置、数据处理系统、自动调整部件和固定装置。示阔激光管由左侧纵向激光管、右侧纵向激光管、上侧横向激光管、下侧横向激光管、左拱激光管、右拱激光管组成，每一激光管安装有对应的左传感器、右传感器、下传感器三个位移调整传感器。数据处理系统包括数据输入子系统、距离测量子系统、数据计算子系统；数据计算子系统在接收到数据输入子系统、距离测量子系统数据后进行计算工作，并将计算结果传输至调节传感器，各调节传感器接收到计算数据即发生对应激光管的位移偏移，位移偏移完成即完成各激光管的自动调整过程，此时即可实现清晰、精确的巷道轮廓示阔的目的。

本发明所述示阔装置可以有效克服传统激光指向仪在巷道掘进过程中仅仅依靠一点进行掘进定向，而后只能通过目测巷道掘进宽度和高度，从而造成巷道表面超挖、欠挖等状态，该巷道掘进示阔装置可以在明确的巷道轮廓下进行巷道掘进工作，可以有效保障巷道掘进工序的精准操作，减少超挖对围岩的损害，提高围岩的完整性，并减少喷浆料等材料的消耗；同时有效减少围岩欠挖增加的工人额外劳动，提高工作的安全性。本发明所述巷道掘进示阔装置将为我国巷道快速掘进施工提供新的支撑点和突破点。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明所述巷道掘进示阔装置的正视图。

图2为本发明所述巷道掘进示阔装置的A-A剖面图。

图3为本发明所述巷道掘进示阔装置的B-B剖面图。

图4为本发明所述巷道掘进示阔装置的工作状态示意图：(a)巷道示阔过程示意图；(b)后视激光定向示意图。

图5为本发明所述示阔激光管与自动调整部件位置关系放大图。

图6为巷道形状选择直墙半圆拱形模式时，激光管具体编号及在巷道示阔位置的编号。

图7为巷道形状选择直墙半圆拱形模式时，激光管左右偏移过程示例图。

图8为巷道形状选择直墙半圆拱形模式时，激光管左右偏移结果放大图。

图9为巷道形状选择直墙半圆拱形模式时，激光管上下偏移过程示例图。

图10为巷道形状选择直墙半圆拱形模式时，激光管上下偏移结果放大图。

图11为巷道形状选择直墙半圆拱形模式时，激光管左右偏移角度图。

图12为巷道形状选择矩形模式时，激光管具体编号及其在巷道示阔位置的编号。

图13为巷道形状选择矩形模式时，激光管左右偏移过程示例。

图14为巷道形状选择矩形模式时，激光管左右偏移结果放大图。

图15为巷道形状选择矩形模式时，激光管上下偏移过程示例图。

图16为巷道形状选择矩形模式时，激光管上下偏移结果放大图。

图17为巷道形状选择矩形模式时，激光管左右偏移角度图。

图中，1、左侧纵向激光管；2、下侧横向激光管；3、右侧纵向激光管；4、上侧横向激光管；5、左拱激光管；6、右拱激光管；7、电源开关；8、数据输入子系统；9、测量频率调整模块；10、红外测距仪；11、前侧固定装置；12、后侧固定装置；13、后视激光管；14、防爆锂电子电池；15、固定螺孔；16、左传感器；17、右传感器；18、下传感器；19、数据处理系统；20、悬吊锚杆；21、悬吊定向线；22、固定约束。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本发明所述巷道掘进示阔装置包括呈矩形或直墙半圆拱形的主体框架，以及设于主体框架上的电源、示阔激光管、定位装置、数据处理系统、自动调整部件和固定部件，所述电源为防爆锂电子电池。其中，电源开关7位于主体框架的前部左下方位置，电源与示阔激光管、定位装置、数据处理系统、自动调整部件电连接，为其供电。所述示阔激光管、自动调整部件分别与所述数据处理系统连接。示阔激光管位于主体框架的前部位置，通过钢架固定于主体框架，部分示阔激光管位于主体框架内侧2-4cm位置，在主体框架内侧空间内排列成直墙半圆拱形，另一部分示阔激光管位于直墙半圆拱形示阔激光管的拱基线连线位置；定位装置位于主体框架的后部靠上位置；数据处理系统位于主体框架的前后方向中部位置；自动调整部件位于示阔激光管与主体框架连接的固定钢架位置；固定部件位于主体框架的上方；所述巷道掘进示阔装置通过固定部件固定于巷道内；防爆锂电子电池位于主体框架的后部下方位置。

如图1所示，所述电源开关7配有相应的遥控器，可在巷道底板方便进行开关操作。

如图1所示，所述示阔激光管包括左侧纵向激光管1、下侧横向激光管2、右侧纵向激光管3、上侧横向激光管4、左拱激光管5、右拱激光管6。各激光管发出激光束，指向巷道掘进工作面，可精确显示巷道轮廓。

如图1所示，所述定位装置包括后视激光管13。后视激光管指向巷道掘进反方向，并与示阔激光管平行。后视激光管发出的激光束指向掘进工作面后方自顶板垂下的多根悬吊定向线21，可实现示阔装置精确定位的目的。

如图1所示，所述自动调整部件包括左传感器16、右传感器17、下传感器18。每一激光管的左、右、下传感器接收数据处理系统19计算获得的位移数据，自动调整每一激光管的偏移，使所有激光束在掘进工作面显示实际掘进尺寸的巷道断面形状，实现示阔的目的。

如图5所示，激光管断面为正方形，其外侧四壁光滑，可绕固定约束22上下、左右方向旋转。3个传感器与激光管壁光滑点接触，可伸长和收缩。左传感器16、右传感器17约束激光管的左右位移，不影响上下位移；下传感器18约束激光管的上下位移，不影响左右位移。

如图1所示，所述数据处理系统19包括数据输入子系统8、距离测量子系统、数据计算子系统。

其中，数据输入子系统8中可输入巷道形状、巷道尺寸、巷道倾角、示阔装置距顶板距离4个参数；其中巷道形状可自矩形或直墙半圆拱形2种模式中进行选择；巷道尺寸包括巷道宽度、巷道高度、巷道半径3个参数。当确定巷道形状为矩形模式时，在巷道尺寸中可输入对应的巷道宽度、巷道高度，此时巷道半径参数自动默认为0；当确定巷道形状为直墙半圆拱形时，在巷道尺寸中可输入对应的巷道宽度、巷道高度、巷道半径3个参数，其中巷道高度为巷道的直墙高度。输入参数传输至数据计算子系统。

距离测量子系统包括红外测距仪10、测量频率调整模块9。红外测距仪10与示阔激光管平行布置，可精确测量示阔装置距掘进工作面的距离，并将测试数据传输至数据处理子系统；测量频率调整模块可提前设置红外测距仪10的不同的测量时间间隔，如1min、2min、5min、10min、20min、30min等，每次测量完毕将测试数据传输至数据计算子系统。

所述数据输入子系统8将巷道形状、巷道尺寸、巷道倾角、示阔装置距顶板距离4个参数转变为电信号传输至数据计算子系统；同时所述距离测量子系统将示阔装置距掘进工作面的距离转变为电信号传输至数据计算子系统。所述数据计算子系统与左侧纵向激光管1、下侧横向激光管2、右侧纵向激光管3、上侧横向激光管4、左拱激光管5和右拱激光管6的调整传感器分别连接，输出控制信号至调整传感器，控制上述激光管的定向定量偏移。

当在数据输入子系统8中巷道形状选择直墙半圆拱形模式时，则计算每一左侧纵向激光管1、下侧横向激光管2、右侧纵向激光管3、左拱激光管5、右拱激光管6的左右调整位移、上下调整位移，并传输给对应激光管的左传感器16、右传感器17、下传感器18。各激光管的对应传感器接收来自数据计算子系统的位移数据，即实现对应激光管自动调整、直墙半圆拱形断面自动示阔的目的。各激光管对应传感器调整位移计算公式见附录1。

数据计算子系统接收来自数据输入子系统8、距离测量子系统的数据。当在数据输入子系统8中巷道形状选择矩形模式时，则计算每一左侧纵向激光管1、下侧横向激光管2、右侧纵向激光管3、上侧横向激光管4的左右调整位移、上下调整位移，并传输给对应激光管的左传感器16、右传感器17、下传感器18。各调节传感器接收来自数据计算子系统的偏移数据，即实现对应激光管自动调整、矩形断面自动示阔的目的。各激光管对应传感器调整位移计算公式见附录2。

数据计算子系统其数据处理频率，以及左传感器16、右传感器17、下传感器18其调整频率与距离测量子系统中的测量频率调整模块9确定的测量频率一致。数据计算子系统每接收一次红外测距仪10的测量数据，即触发一次数据处理、示阔激光管自动调整过程。

如图2所示，所述固定装置由前侧固定装置11、后侧固定装置12组成。

如图1所示，所述固定装置上有连接前侧固定装置11和后侧固定装置12的固定螺孔15。

如图4所示，所述巷道掘进示阔装置通过前侧固定装置11和后侧固定装置12固定于巷道中央的悬吊锚杆20上。

如图4所示，本发明所述装置的操作方法如下：

(1)将巷道掘进示阔装置通过前侧固定装置11、后侧固定装置12固定于巷道中部悬吊锚杆20。示阔装置固定期间，打开电源开关7，此时后视激光管13、红外测距仪10被激活，然后调整示阔装置方向，使后视激光管13的激光束指向示阔装置后方的悬吊定向线21，实现示阔装置定向的目的。

(2)示阔装置定向完毕，在数据输入子系统8输入巷道形状、巷道尺寸、巷道倾角、示阔装置距顶板距离4个参数。首先，可在矩形、直墙半圆拱形两种模式下选取巷道形状模式，如图4所示，可对应选择直墙半圆拱形模式，此时直墙半圆拱模式下其对应左侧纵向激光管1、下侧横向激光管2、右侧纵向激光管3、左拱激光管5、右拱激光管6均被激活，发出激光束；其次，输入巷道具体尺寸，如图4所示，巷道宽度5m，巷道高度1.8m，巷道半径2.5m；再次，输入巷道倾角(具体数据依据现场地质条件确定)；最后，输入示阔装置距顶板距离(具体数据可通过顶板至示阔装置顶端量测获得)。

(3)参数输入完毕，通过测量频率调整模块9调整红外测距仪10的测量频率，例如，可设置其测试时间间隔为5min，则对应每5min获得一个示阔装置距掘进工作面的距离数据，并将其传输至数据处理系统。

(4)测量频率调整完毕，数据计算子系统接收来自数据输入子系统、距离测量子系统的数据，计算各激光管的位移偏移量，并将其传输给各激光管的对应调整传感器。各调整传感器接收来自数据处理子系统的偏移量后，均发生定向、定量位移。如图4所示，各激光管发生对应偏移后，可实现在掘进工作面清晰、精确显示巷道轮廓的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

附录1：

假设巷道宽度为a，巷道高度为h，巷道半径为b，巷道倾角为γ(当巷道向上倾斜时，其倾角为负值，当巷道向下倾斜时，其倾角为正值)。假设示阔仪距顶板距离为d，示阔仪距掘进工作面的距离为l。示阔仪宽度为a’，高度为h’，半径为b’。示阔激光管断面正方形边长为w。传感器前方固定约束与下传感器的水平距离为e。

设定当传感器获得正值数据时，其表现为伸长，当传感器获得负值数据时，其表现为收缩。激光管具体编号及其在巷道示阔位置编号如图6所示。不同传感器的位移数据具体计算如下。

1号传感器

左右调节：

如图7、8所示，

OA＝esinα₁

OB＝OA+EB/2＝esinα₁+w/2

OD＝OB/cosα₁＝(esinα₁+w/2)/cosα₁

右_1移＝CD＝OC-OD＝w/2-(esinα₁+w/2)/cosα₁

OE＝AE-OA＝w/2-esinα₁

OF＝OE/cosα₁＝(w/2-esinα₁)cosα₁

左_1移＝GF＝OG-OF＝w/2-(w/2-esinα₁)cosα₁

上下调节：

如图9、10所示，激光管以固定约束为支点，在下传感器的作用下发生上下倾斜，下传感器的移动距离计算过程为：

在不考虑巷道倾角的条件下，1#传感器与巷道1’位置的高差为：

KL＝h+b-d-b'-h＝b-d-b'

进一步计算获得：

JL＝ltanγ+b-d-b'

${\mathrm{\β}}_1=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+b-d-b^{\′}}{l}\right)$

下_1移＝etanβ₁

2号激光管

左右调节：右_2移＝右_1移，左_1移＝左_1移

上下调节：

在不考虑巷道倾角的条件下，2#传感器与巷道2’位置的高差为：

KL＝h*1/5+b-d-b'-h'*1/5

考虑巷道倾角时，其高差为：

JL＝ltanγ+h*1/5+b-d-b'-h'*1/5

${\mathrm{\β}}_2=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+h*1/5+b-d-b^{\′}-h^{\′}*1/5}{l}\right)$

下_2移＝etanβ₂

3号激光管

左右调节：右_3移＝右_1移，左_3移＝左_1移

上下调节：

${\mathrm{\β}}_3=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+h*2/5+b-d-b^{\′}-h^{\′}*2/5}{l}\right)$

下_3移＝etanβ₃

4号激光管

左右调节：右_4移＝右_1移，左_4移＝左_1移

上下调节：

${\mathrm{\β}}_4=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+h*3/5+b-d-b^{\′}-h^{\′}*3/5}{l}\right)$

下_4移＝etanβ₄

5号激光管

左右调节：右_5移＝右_1移，左_5移＝左_1移

上下调节：

${\mathrm{\β}}_5=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+h*4/5+b-d-b^{\′}-h^{\′}*4/5}{l}\right)$

下_5移＝etanβ₅

6号激光管

左右调节：右_6移＝右_1移，左_6移＝左_1移

上下调节：

${\mathrm{\β}}_6=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+h+b-d-b^{\′}-h^{\′}}{l}\right)$

下_6移＝etanβ₆

7号激光管

左右调节：

如图11所示：

${\mathrm{\α}}_7=arctan\left(\frac{4(a-a^{\′})}{10l}\right)$

右_7移＝w/2-(esinα₇+w/2)/cosα₇

左_7移＝w/2-(w/2-esinα₇)cosα₇

上下调节：

下_7移＝下_6移

8号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_8=arctan\left(\frac{3(a-a^{\′})}{10l}\right)$

右_8移＝w/2-(esinα₈+w/2)/cosα₈

左_8移＝w/2-(w/2-esinα₈)cosα₈

上下调节：

下_8移＝下_6移

9号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_9=arctan\left(\frac{2(a-a^{\′})}{10l}\right)$

右_9移＝w/2-(esinα₉+w/2)/cosα₉

左_9移＝w/2-(w/2-esinα₉)cosα₉

上下调节：

下_9移＝下_6移

10号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{10}=arctan\left(\frac{1(a-a^{\′})}{10l}\right)$

右_10移＝w/2-(esinα₁₀+w/2)/cosα₁₀

左_10移＝w/2-(w/2-esinα₁₀)cosα₁₀

上下调节：

下_10移＝下_6移

11号激光管

左右调节：

α₁₀＝0

右_10移＝0，左_10移＝0

上下调节：

下_10移＝下_6移

12号激光管

左右调节：右_12移＝-右_10移，左_12移＝-左_12移

上下调节：下_12移＝下_6移

13号激光管

左右调节：右_13移＝-右_9移，左_13移＝-左_9移

上下调节：下_13移＝下_6移

14号激光管

左右调节：右_14移＝-右_8移，左_14移＝-左_8移

上下调节：下_14移＝下_6移

15号激光管

左右调节：右_15移＝-右_7移，左_15移＝-左_7移

上下调节：下_15移＝下_6移

16号激光管

左右调节：右_16移＝-右_6移，左_16移＝-左_6移

上下调节：下_16移＝下_6移

17号激光管

左右调节：右_17移＝-右_5移，左_17移＝-左_5移

上下调节：下_17移＝下_5移

18号激光管

左右调节：右_18移＝-右_4移，左_18移＝-左_4移

上下调节：下_18移＝下_4移

19号激光管

左右调节：右_19移＝-右_1移，左_19移＝-左_3移

上下调节：下_19移＝下_3移

20号激光管

左右调节：右_20移＝-右_2移，左_20移＝-左_2移

上下调节：下_20移＝下_2移

21号激光管

左右调节：右_21移＝-右_1移，左_21移＝-左_1移

上下调节：下_21移＝下_1移

22号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{22}=\arctan \left(\frac{b*\cos (\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*1)-b^{\′}*\cos (\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*1)}{l}\right)$

右_22移＝w/2-(esinα₂₂+w/2)/cosα₂₂

左_22移＝w/2-(w/2-esinα₂₂)cosα₂₂

上下调节：

${\mathrm{\β}}_{22}=arctan\left(\frac{l\tan c+h+b-d-b^{\′}+b^{\′}sin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*1)-(h+bsin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*1))}{l}\right)$

下_22移＝etanβ₂₂

23号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{23}=arctan\left(\frac{b*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*2)-b^{\′}*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*2)}{l}\right)$

右_23移＝w/2-(esinα₂₃+w/2)/cosα₂₃

左_23移＝w/2-(w/2-esinα₂₃)cosα₂₃

上下调节：

${\mathrm{\β}}_{23}=arctan\left(\frac{l\tan c+h+b-d-b^{\′}+b^{\′}sin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*2)-(h+bsin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*2))}{l}\right)$

下_23移＝etanβ₂₃

24号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{24}=arctan\left(\frac{b*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*3)-b^{\′}*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*3)}{l}\right)$

右_24移＝w/2-(esinα₂₄+w/2)/cosα₂₄

左_24移＝w/2-(w/2-esinα₂₄)cosα₂₄

上下调节：

${\mathrm{\β}}_{24}=arctan\left(\frac{l\tan c+h+b-d-b^{\′}+b^{\′}sin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*3)-(h+bsin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*3))}{l}\right)$

下_24移＝etanβ₂₄

25号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{25}=arctan\left(\frac{b*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*4)-b^{\′}*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*4)}{l}\right)$

右_25移＝w/2-(esinα₂₅+w/2)/cosα₂₅

左_25移＝w/2-(w/2-esinα₂₅)cosα₂₅

上下调节：

${\mathrm{\β}}_{25}=arctan\left(\frac{l\tan c+h+b-d-b^{\′}+b^{\′}sin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*4)-(h+bsin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*4))}{l}\right)$

下_25移＝etanβ₂₅

26号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{26}=arctan\left(\frac{b*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*5)-b*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*5)}{l}\right)$

右_26移＝w/2-(esinα₂₆+w/2)/cosα₂₆

左_26移＝w/2-(w/2-esinα₂₆)cosα₂₆

上下调节：

${\mathrm{\β}}_{26}=arctan\left(\frac{l\tan c+h+b-d-b^{\′}+b^{\′}sin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*5)-(h+bsin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*5))}{l}\right)$

下_26移＝etanβ₂₆

27号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{27}=arctan\left(\frac{b*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*6)-b^{\′}*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*6)}{l}\right)$

右_27移＝w/2-(esinα₂₇+w/2)/cosα₂₇

左_27移＝w/2-(w/2-esinα₂₇)cosα₂₇

上下调节：

${\mathrm{\β}}_{27}=arctan\left(\frac{l\tan c+h+b-d-b^{\′}+b^{\′}sin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*6)-(h+bsin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*6))}{l}\right)$

下_27移＝etanβ₂₇

28号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{28}=arctan\left(\frac{b*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*7)-b*cos(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*7)}{l}\right)=0$

右_27移＝0

左_27移＝0

上下调节：

${\mathrm{\β}}_{28}=arctan\left(\frac{l\tan c+h+b-d-b^{\′}+b^{\′}sin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*7)-(h+bsin(\frac{\mathrm{\π}}{2*7}*7))}{l}\right)$

下_28移＝etanβ₂₈

29号激光管

左右调节：右_29移＝-右_27移，左_29移＝-左_27移

上下调节：下_29移＝下_27移

30号激光管

左右调节：右_30移＝-右_26移，左_30移＝-左_26移

上下调节：下_30移＝下_26移

31号激光管

左右调节：右_31移＝-右_25移，左_31移＝-左_25移

上下调节：下_31移＝下_25移

32号激光管

左右调节：右_32移＝-右_24移，左_32移＝-左_24移

上下调节：下_32移＝下_24移

33号激光管

左右调节：右_33移＝-右_23移，左_33移＝-左_23移

上下调节：下_33移＝下_23移

34号激光管

左右调节：右_34移＝-右_22移，左_34移＝-左_22移

上下调节：下_34移＝下_22移。

附录2：

假设巷道宽度为a，巷道高度为h，巷道倾角为γ(当巷道向上倾斜时，其倾角为负值，当巷道向下倾斜时，其倾角为正值)。示阔仪距顶板距离为d，假设示阔仪距掘进工作面的距离为l。示阔仪宽度为a’，高度为h’，半径为b’。示阔激光管断面为正方形，其正方形边长为w。传感器前方固定约束与下传感器的水平距离为e。

设定当传感器获得正值数据时，其表现为伸长，当传感器获得负值数据时，其表现为收缩。激光管具体编号及其在巷道示阔位置编号如图12所示。不同传感器的位移数据具体计算如下。

1号传感器

左右调节：

如图13、14所示。

${\mathrm{\α}}_1=arctan\left(\frac{a-a^{\′}}{2l}\right)$

右_1移＝CD＝OC-OD＝w/2-(esinα₁+w/2)/cosα₁

左_1移＝GF＝OG-OF＝w/2-(w/2-esinα₁)cosα₁

上下调节：

如图15、16所示，激光管以固定约束为支点，在下传感器的作用下发生上下倾斜，下传感器的移动距离计算过程为：

在不考虑巷道倾角的条件下，1#传感器与巷道1’位置的高差为：

KL＝h-d-b'-h＝-d-b'

考虑倾角时，其高差为：

JL＝ltanγ-d-b'

${\mathrm{\β}}_1=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}-d-b^{\′}}{l}\right)$

下_1移＝etanβ₁

2号传感器

左右调节：

右_2移＝右_1移，左_2移＝左_1移

上下调节：

在不考虑巷道倾角的条件下，2#传感器与巷道2’位置的高差为：

KL＝h*1/5-d-b'-h'*1/5＝(h-h')*1/5-d-b'

考虑巷道倾角时，其高差为：

JL＝ltanγ+(h-h')*1/5-d-b'

${\mathrm{\β}}_2=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+(h-h^{\′})*1/5-d-b^{\′}}{l}\right)$

下_2移＝etanβ₂

3号传感器

左右调节：

右_3移＝右_1移，左_1移＝左_1移

上下调节：

在不考虑巷道倾角的条件下，3#传感器与巷道3’位置的高差为：

KL＝(h-h')*2/5-d-b'

考虑巷道倾角时，其高差为：

JL＝ltanγ+(h-h')*2/5-d-b'

${\mathrm{\β}}_3=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+(h-h^{\′})*2/5-d-b^{\′}}{l}\right)$

下_3移＝etanβ₃

4号传感器

左右调节：

右_4移＝右_1移，左_4移＝左_1移

上下调节：

在不考虑巷道倾角的条件下，4#传感器与巷道4’位置的高差为：

KL＝(h-h')*3/5-d-b'

考虑巷道倾角时，其高差为：

JL＝ltanγ+(h-h')*3/5-d-b'

${\mathrm{\β}}_4=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+(h-h^{\′})*3/5-d-b^{\′}}{l}\right)$

下_4移＝etanβ₄

5号传感器

左右调节：

右_5移＝右_1移，左_5移＝左_1移

上下调节：

在不考虑巷道倾角的条件下，5#传感器与巷道5’位置的高差为：

KL＝(h-h')*4/5-d-b'

考虑巷道倾角时，其高差为：

JL＝ltanγ+(h-h')*4/5-d-b'

${\mathrm{\β}}_5=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+(h-h^{\′})*4/5-d-b^{\′}}{l}\right)$

下_5移＝etanβ₅

6号传感器

左右调节：

右_6移＝右_1移，左_6移＝左_1移

上下调节：

在不考虑巷道倾角的条件下，6#传感器与巷道6’位置的高差为：

KL＝(h-h')-d-b'

考虑巷道倾角时，其高差为：

JL＝ltanγ+(h-h')-d-b'

${\mathrm{\β}}_6=arctan\left(\frac{ltan\mathrm{\γ}+(h-h^{\′})-d-b^{\′}}{l}\right)$

下_6移＝etanβ₆

7号激光管

左右调节：

如图17所示：

${\mathrm{\α}}_7=arctan\left(\frac{4(a-a^{\′})}{10l}\right)$

右_7移＝w/2-(esinα₇+w/2)/cosα₇

左_7移＝w/2-(w/2-esinα₇)cosα₇

上下调节：

下_7移＝下_6移

8号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_8=arctan\left(\frac{3(a-a^{\′})}{10l}\right)$

右_8移＝w/2-(esinα₈+w/2)/cosα₈

左_8移＝w/2-(w/2-esinα₈)cosα₈

上下调节：

下_8移＝下_6移

9号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_9=arctan\left(\frac{2(a-a^{\′})}{10l}\right)$

右_9移＝w/2-(esinα₉+w/2)/cosα₉

左_9移＝w/2-(w/2-esinα₉)cosα₉

上下调节：

下_9移＝下_6移

10号激光管

左右调节：

${\mathrm{\α}}_{10}=arctan\left(\frac{1(a-a^{\′})}{10l}\right)$

右_10移＝w/2-(esinα₁₀+w/2)/cosα₁₀

左_10移＝w/2-(w/2-esinα₁₀)cosα₁₀

上下调节：

下_10移＝下_6移

11号激光管

左右调节：

α₁₁＝0

右_10移＝0

左_10移＝0

上下调节：

下_10移＝下_6移

12号激光管

左右调节：

右_12移＝-右_10移，左_12移＝-左_10移

上下调节：

下_12移＝下_6移

13号激光管

左右调节：

右_13移＝-右_9移，左_13移＝-左_9移

上下调节：

下_13移＝下_6移

14号激光管

左右调节：

右_14移＝-右_8移，左_14移＝-左_8移

上下调节：

下_14移＝下_6移

15号激光管

左右调节：

右_15移＝-右_7移，左_15移＝-左_7移

上下调节：

下_15移＝下_6移

16号激光管

左右调节：

右_16移＝-右_6移，左_18移＝-左_6移

上下调节：

下_16移＝下_6移

17号激光管

左右调节：

右_17移＝-右_5移，左_17移＝-左_5移

上下调节：

下_17移＝下_5移

18号激光管

左右调节：

右_18移＝-右_4移，左_18移＝-左_4移

上下调节：

下_18移＝下_4移

19号激光管

左右调节：

右_19移＝-右_3移，左_19移＝-左_3移

上下调节：

下_19移＝下_3移

20号激光管

左右调节：

右_20移＝-右_2移，左_20移＝-左_2移

上下调节：

下_20移＝下_2移

21号激光管

左右调节：

右_21移＝-右_1移，左_21移＝-左_1移

上下调节：

下_21移＝下_1移

35号激光管

左右调节：

右_35移＝右_7移，左_35移＝左_7移

上下调节：

下_35移＝下_1移

36号激光管

左右调节：

右_36移＝右_8移，左_36移＝左_8移

上下调节：

下_36移＝下_1移

37号激光管

左右调节：

右_37移＝右_9移左_37移＝左_9移

上下调节：

下_37移＝下_1移

38号激光管

左右调节：

右_38移＝右_10移，左_38移＝左_10移

上下调节：

下_38移＝下_1移

39号激光管

左右调节：

右_39移＝右_11移，左_39移＝左_11移

上下调节：

下_39移＝下_1移

40号激光管

左右调节：

右_40移＝右_12移，左_40移＝左_12移

上下调节：

下_40移＝下_1移

41号激光管

左右调节：

右_41移＝右_13移，左_41移＝左_13移

上下调节：

下_41移＝下_1移

42号激光管

左右调节：

右_42移＝右_14移，左_42移＝左_14移

上下调节：

下_42移＝下_1移

43号激光管

左右调节：

右_43移＝右_15移，左_43移＝左_15移

上下调节：

下_43移＝下_1移。

Claims (10)

1.一种巷道掘进示阔装置，其特征在于所述装置包括主体框架以及设于主体框架上的电源、示阔激光管、定位装置、数据处理系统和每一示阔激光管对应的自动调整部件，所述示阔激光管、自动调整部件分别与所述数据处理系统连接；所述巷道掘进示阔装置通过固定部件固定于巷道内；所述主体框架呈矩形或直墙半圆拱形；所述示阔激光管包括矩形示阔模块和/或直墙半圆拱形示阔模块；所述数据处理系统包括数据输入子系统、距离测量子系统、数据计算子系统。

2.根据权利要求1所述的巷道掘进示阔装置，其特征在于，所述矩形示阔模块包括左侧纵向激光管、右侧纵向激光管、上侧横向激光管、下侧横向激光管；所述直墙半圆拱形示阔模块包括左侧纵向激光管、右侧纵向激光管、下侧横向激光管、左拱激光管、右拱激光管；所述激光管前侧对齐、相互平行，并指向巷道掘进方向。

3.根据权利要求1所述的巷道掘进示阔装置，其特征在于，所述示阔激光管通过钢架固定于主体框架上。

4.根据权利要求1所述的巷道掘进示阔装置，其特征在于，所述定位装置为后视激光管；所述后视激光管与示阔激光管平行并指向巷道掘进反方向。

5.根据权利要求1所述的巷道掘进示阔装置，其特征在于，所述数据输入子系统包括巷道形状、巷道尺寸、巷道倾角、示阔装置距顶板距离4个模块。

6.根据权利要求5所述的巷道掘进示阔装置，其特征在于，所述巷道形状模块包括矩形、直墙半圆拱形2个选择参数；所述巷道尺寸模块包括巷道宽度、巷道高度、巷道半径3个参数。

7.根据权利要求1所述的巷道掘进示阔装置，其特征在于，所述距离测量子系统包括红外测距仪和测量频率调整模块，所述红外测距仪与示阔激光管平行并指向巷道掘进方向。

8.根据权利要求1所述的巷道掘进示阔装置，其特征在于，所述自动调整部件包括左传感器、右传感器、下传感器。

9.权利要求1-8任一项所述的巷道掘进示阔装置的操作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将巷道掘进示阔装置固定于巷道中部的悬吊锚杆；打开电源，此时后视激光管、红外测距仪被激活，调整示阔装置的方向；

(2)然后选取巷道形状模式，此时巷道形状模式下对应的激光管均被激活，发出激光束；再依次输入巷道尺寸、巷道倾角和示阔装置距顶板距离；

(3)然后通过测量频率调整模块调整红外测距仪的测量频率；

(4)测量频率调整完毕，数据计算子系统接收来自数据输入子系统、距离测量子系统的数据，计算各激光管的位移偏移量，并将其传输给各激光管的对应调整装置，各调整装置接收来自数据处理子系统的偏移量后，均发生定向、定量位移；各激光管发生对应偏移后，可实现在掘进工作面清晰、精确显示巷道轮廓的目的。

10.根据权利要求9所述的巷道掘进示阔装置的操作方法，其特征在于，所述测量频率的时间间隔是1-30min。