不进入危险区进行测距的探讨.pdf

一 t 不进入危险区进行测距的探讨 ∥ 1 ， - ，／ 吉林镍业公司秦一专 ‘_ _●_ 。 - 一 【 摘要1 井 巷掘 进 铡距 及 利量 采 场开 采状 况， 作业 条 件差． 尤其 是在 危险压 利量， 给 工作人员带 来 很大危险 美 I N NOT ENTERI NG T0 DANGEROUS AREAS 探讨。 ， ． 。 ’ ． I ／ J i l i n Ni c k e l I n d u s t r y C o r p o r a t i o n Qi n Yi z h u a n 【 A i r R A C T】Th e c o n d i t io n o f me a s u r e me n t o f d i s t a n c e i n e x c a v a t i o n a n d mi n ． i n g me a s u r i n g a r e b a d，e s p e c i a l l y i n d a ng e rou s a r e a s ，i t b r i n g s r i s k t o wo r k i ng p e r s o n n d． I n o r d e r t O a v o i d t h i s ．a u t h o r ca l e uht e d o p t i c a l me a s ure r a e r t a nd d i s c u s s e d t h e p o s s i b i l i t y o f u s i ng t h i s i n u nd e r g r o u n d mi n i ng ． KEY 、 l r0RDsDa ng e r o u s a r e a s Op t i ca l me a s u r e me n t Di s c u s s i o n． 1 前言 在井巷掘进过程中，需要随时测量前进 距离，采场回采要测量回采空间。以便了解 实际拖工进程，因此测量是矿山工作中的基 础工作 。实际的测量中使用卷尺，在帮上定 点拉至工作面，由于侧帮不可能平整，井由 于尺的自重产生下垂 ，导致加长长度，且累 计值会很大。尤其是巷道开挖后不久，形成 新的采空区，应力重新分配。在此情况下 ， 工作面投来得及支护 ，测量人员对工作面危 险的预测能力远不及凿岩人员 测尺时凿岩 人员 已退出 ，照 明有时也撤掉 ，此时进人工 作面有很大的危险。由此引出了人不进人危 险区进行测距的问题。 现代的光电子技术完全可以自动化解决 上述 问题。激光测距十分精确，但还需人员 进人工作面立一角反射器。另外这些精密光 学仪器设备维护复杂、价格高昂，对以上测 量而言精度又不要求太高。望远镜的光学系 统精度较好 ，依据 uF V 的函数关系可 实现距离测量 ，由于井下光线较差 ，要求望 远镜的视场大 ，以吸收更多的光线。 2 望远镜 的选型与测距原理 2 ． 1 选型 1 伽利略望远镜。望远镜的目镜是发 散的，当人射光束的 n角较大时，出射平行 光束在 目镜之后离光轴较远而没有进入眼 睛。只有 角很小的光线才 能被 眼睛接收 到，即视场很小，另外 ，它没有一呈在 目镜 之前的中间像 ，无法安装十字丝 ，由于这些 缺点 ，不能采用 。 2 卡塞格伦反射望远镜 。望远镜 的物 镜 由两个曲面反射镜组成 ，它把光柬 引到主 反射镜后面 ，增大了整个物镜的焦距 ，并且 4 8 有色矿山1 9 9 9 2 维普资讯 无色差。抛物面镜只对轴上物严格成像 ，随 着物点离开轴线 ，像质很快变坏 ，因而有用 视场小，不能采用。 3 开普勒望远镜。又称天文望远镜 ， 采用大口径可增大视场 ，为可供选的种类。 2 ． 2 或像测 距原 理 当物体很远时，经物镜所成的像在第一 焦平面上，如若眼睛完全放松观察 ，就要求 观察的中间像在 目镜第一焦平面上 ，因而物 镜第二焦点与 目 镜第一焦点重合 。在这种情 形下 ，人射平行光束经物镜 目 镜之后成为出 射平行光束 ，整个望远镜是一无焦系统 。观 察有限距离物体时，中间像在物镜第二焦点 之后，再经 目 镜成像在有限距离处。只要像 在明视距离外 ，靠眼睛调节还能看清楚。但 是让眼睛完全放松注视远处，这就要求把 目 镜 向后移一定距离，使其第一焦点落在 中间 像面上 ，于是望远镜不再是无焦系统。这移 动的距离即反映了被测物的距离。 3理 论计 算 与 实 际测量 3 ． 1 计算公式 如图 l 、2 、3 ，三种情况。 1 理想状态 按 高 斯 公 式 1 1 { 计 算 ； 式中1 卜一 物距 ； v_ 像距 ； F _ 瞧 距。 对物镜 1 1 1 V。 F 二 _1 U 1 由成像原理 ，目镜移动 V1-FI ul 譬 F 1 2 近视，如图 2 ，中间像在 F 2 之后 v 2 为最远视点的距离。 对 目镜 1一 1 1 圈 1 理 想状 态对有 限距 离物 体成 像原 理 F I 1 ， I L 且自 图 2 近视 成 像关 系 ， f U I 聪 一 L 一 LF 2 一U2 LVl F1 一 解得L 一 ① Fl 梳 3 远视 ，如图 3 ，中间像在 F 2 之前 V 2 为最小明视距离。 对 目镜 1 1 1 U 2 F 2 V 2 谣 U2 一F 2 LVl F1 L 褊L ② 不进入危险区进行测距的探讨一秦一专 邮编 1 3 2 3 1 1 维普资讯 Fl L 一 随距离 u 的增大 ，L减小。井下通常 每掘进 1 5 m即给出中线 ，当 U为 2 O ～1 9 m 时，L的变化应在 3 m m 左右 ，物镜焦距应 可使最小 、最远 的掘进量被测 出。 由①、②式知，两式 的第二项数值 很 小，主要在于第一项，L值主要由物镜焦距 决定。取物镜焦距为 l m，最小物距 5 m 时， L2 5 0 ram，F 与 L取值合适 ，有利于制造 和使用。为测更近距离，可另准备一焦距较 短的物镜 。 3 ． 2 L的测量 采用电子技术 以 L变化 时的电位差为 输入信号，配以微处理器最理想，但主要为 了简单，精确度也不要求很高 ，采用无需能 源的机械测量方式。简单的天体望远镜多用 齿轮、齿条机构调焦 ，在齿轮上安一度盘 ， 将直线运动转化为转动 ，转角供读数。如按 上述取值 ，齿轮节圆半径取 4 0 ra m，最大、 最小转角为 3 5 8 。 、4 ，可以读 出。 整个仪器完全按照经纬仪 的结构 ，并可 大为简化。回转中心对准上部中线 ，镜筒沿 中线方 向。眼睛在放松状态下观察，调至成 像清晰，记下度数，按公式算出距离。要有 足够 的照明，口径不低于 6 0 n m l ，目镜直径 不易太小 ，以保证观察舒适 。镜头左右、上 下摆动，根据摆角可得巷道的宽、高。 3 3实 验 1 9 9 8年 6月 1 0日2 O点 4 5分 月圆之 夜，将望远镜对准月亮，得到望远镜成无焦 系统时的 L 。 值。1 1 、1 2两 日在地测处 、大 岭矿楼内走廊定点实验。实验望远镜参数如 下 望 远镜 物镜焦距 目镜焦 距 TW8 0 0 BcD 8 0 0 ram 1 2． 5 mm 成无 焦系统时伸长 L 4 0 ． 0 0 mm 最大伸出长度 L 1 1 6 9 8 m m L ma x7 6 ． 9 8 mm U 9 ． 1 1 m L mi n0 ram U MAXm 通过实验得出，随距离增大 ，准确性降 低，2 5 m以下的偏差值可以接受，而井下常 用距离为 1 5 m，可以应用。实验精度不高， 仪器简单，差值还有可能进一步下降。对于 井下而言，光照是最大的影响因素。 4 讨 论 望远镜法受人为因素影响较大 ，不同人 的测量结果相差较多。在井 下，由于光线 差，即使同一人的测量结果也会有相当的偏 差，尽管有人眼睛的修正公式，对上面数据 还要进行修正。 ． 为避免人眼参与光学系统的缺点，同时 又克服光照要求高的弱点，进一步设计下面 的方法。 4 ． 1 抛物面镜反射法 仪器自带电源 也可使用井下 3 6 V电 源 ，在镜轴上设一点光源，它发 出的光经 镜面反射后在远处会聚成一点 由于井下使 用距离不大 ，基本可保证点被看到 ，在点 光源之前 ，以点光源为圆心 ，装一 1 2 0 圆 心角的球面反射镜 ，将一部分未参与反射的 光线送回抛物面镜镜面上 ，以增强反射强 度。光路过程无人眼睛参与且仪器 自身发 光，完全克服了望远镜法的不足之处。 4 ． 2 理论计算 设抛物线方程 y 2 C X，M X，Y为 上面任一点 ，A a ，0 为 x轴上一点。连 接 MA，过 M 作抛物线的切线，交 x轴于 B点。A M 即相 当于入射光线。因对称关 系，只讨论第一象限见图 4 。 g g p i t 4 CY 有色矿山l 9 9 9 ． 2 一 维普资讯 y ／ B 0 一 D 围 4 抛物 线方 程 圈 0 d B 7 9 0 。 一e E 1 8 0 一 8一日 一2 7 1 8 0 。 一p a p 一1 8 0 。 2 a 一2 p a一2 0 设 s为点 x，Y的射出光线与 x轴 的交点到点 x，O 的距离； Y Y 将上面的关系式代人解出 f j 4 aC 当 a向 C ／ 4接近 时 ，4 a C接 近 于零 ， 其倒数为无穷大，即s 趋 于无穷大 ，此时射 出光线平行。最大的x对应最大的 s 。如抛 物面镜的深为 D，边缘射出光线的焦点即是 所需。用 D替换 x，得抛物面镜光电测距公 式 s 4 D Z 3 C Da C- 4 D 4 aC S为待测距离，a 为变量 ，它的变化使 焦距 s变化。当焦点在前方巷道壁或危险区 尽头形成时，测量 a ， S 便可得 出。 没有现成的仪器可供实验 ，仅仅是理论 上的论述。这一方法优于望远镜法。 上接第 1 7 页 钙矾石有 3 4个结 晶水 ，可以结合大量水分 子，并形成人工结构骨架，其中又被大量水 化胶凝体充满，而保留住大量水份。同时这 类特种水泥能够控制初凝和终凝时间，这也 为混合后的泥浆的管道输送创造了条件。 由于具有上述特性的特种水泥的品种有 七、八种之多，在材料的选择上，应根据泥 浆的特性及它和特种水泥产生固化反应所需 的最佳配比，以及特种水泥的价格及运输成 本等综合因素统一考虑。 实施这一方案的具体方法有两个 1 采用竖流式沉淀池沉降坑内泥砂 浆 ，将造浆后放出的泥浆与选定特种水泥以 一 定的配比在搅拌筒内混合均匀后，泵送到 采空区圈填； 2 采用卧式沉淀池沉降坑 内泥砂浆 ， 年 l】用压缩空气或其它装置将特种水泥吹人沉 淀池 ，待泥浆固化到一定程度后 ，利用无轨 运输设备将其装运至采空区回填。 由于特种水泥在用于处理坑内泥砂方面 并无成熟的经验。但是根据在矿山充填系统 方面的作用情况来看，用特种水泥处理坑内 泥砂 ，技术上是可行的，经济上的合理性主 要决定于特种水泥的消耗量。这就需要矿山 根据坑内泥砂的特性 ，选择适合的特种水泥 材料并确定它与泥浆的最优配比，以期达到 经济上合理的目的。 5结 语 1 针对现有矿山排扼系统存在的问 题 ，应考虑深井矿山泥砂不出坑处理的设计 方案。 2 泥砂不出坑处理 的工艺在技术上 是可行的。但经济的合理性，特别是在使用 特种水泥材料时，应做进一步的工作加以明 确。 不进危险区进行测距的探讨寨一专 { 邮编 1 3 2 3 1 1 维普资讯