新型立井投点设备与方法研究.pdf

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1、第5期矿山测量NO．52014年10月MINESURVEYING0Ct．2014doi：10．3969／j．1ssn．1001—358X．2014．05．15新型立井投点设备与方法研究王渤琛(中国矿业大学环境与测绘学院，徐州221000)摘要：随着立井深度的不断增加，现有立井投点的方法越来越无法满足投点的精度要求。针对这一状况，文中通过结合脉冲一相位式激光测距技术和空间交会技术，设计了一种新型的立井投点系统和投点方法。关键词：立井投点；制导型；天地一体化系统；空间交会中图分类号：P228．5文献标识码：B文章编号：1001—358X(2014)05—0049—05立井投点作为

2、矿井联系测量中的重要环节，方1．1．2湿度，随着矿井深度的增加，涌水量也相应法很多。目前国内外主流的立井投点技术有：长钢增大，可以通过涌水量来测算出立井井筒的湿度。丝投点、激光准直投点技术等。长钢丝投点由于自立井湿度模型的一般公式：M=v／(1rd·s)(2)身的局限性，千米以上误差很大。而目前研究热点式中：为井筒内湿度；d为井筒的净直径；s为井口的激光准直投点，从目前国内外激光指向仪发展状到井底的距离；为井筒内的涌水量。况来看，普遍存在指向距离较短，穿透能力差和投点千米立井中的湿度高，相对湿度可达到95％，甚至光斑大等问题。以JZY一41型立井激光指向仪为是饱和湿度。所产生

3、的雾滴对电磁波的影响符合瑞利例，其垂直精度：I／40000，指向距离：800m处中心散射规律。则单位体积内雾滴的总衰减公式为：光斑≤+40mm。：4．343^pf＼一61-二1，．(dB／km)(3)特别值得一提的是激光准直投点技术存在一个较为严重的缺陷，即对环境的主动适应能力差。而式中单位：雾滴含水量为g／m；波长A为cm；p密随着井深的增加和立井环境恶化，其精度很难得到度为g／cm。保证。所以新型投点方法的研究十分必要。如图1所示，电磁波的衰减随雾滴的含水量增大而增大，在相同频率f=2400MHz下，不同含水量1新型立井投点方法的基础研究下雾滴的衰减分别为1．647×10

4、～dB、1．647X10。1．1立井环境研究dB、1．647X10dB，可见含水量每增加一个数量研究目的是为系统提供各种环境影响因素改正级，衰减同样增加一个数量级。并且电磁波的频率参数。主要研究对象是井筒内的温度、气压、湿度、越高，雾滴的散射衰减也越大，但衰减率都非常小。矿尘。1．1．1温度，由于激光信号对温度变化敏感，所以建立必要的温度改正参数模型十分必要。井下温度由距离井口的相对高程决定，一般情况下，温度随井深的增加而呈线性上升趋势。除井颈处有四季之分外，距离井口15m以下，根据调查研究华北地区矿井基本上呈线性变化，平均每百米上升2。～3℃。立井温度变化的模型的一般公式：

5、t=ks+t(1)一年№I式中：t为某一深度下温度值；k为每百米温度下降图1雾滴的散射衰减特性量；s为井口到井底的距离，s／100m的比例值；t为1．1．3气压，由于立井井筒与外界连接，井筒内大井口以下15m的温度值。气压强与外界基本保持一致，但受到井深和自然风49第5期矿山测量2014年1O月压的影响，会略微高一些，可在用气压计测出井底和减随频率变化的特性曲线。并且可见，衰减与电磁井口的气压。波频率成正比关系，随着频率的增大，粉尘衰减也逐1．1．4矿尘，粒径大小在0．25—10p,m之间，其中渐增大。并且当单位体积内的粉尘浓增大时，电磁80％一90％的矿尘是呼吸性粉尘，其粒

6、径的大小在波的衰减也在增大。显然，电磁波频率为2．4MHz5p,m以下。按照煤矿井下粉尘浓度卫生管理标准计时，在浓度在限定范围(≤10g／m)内，Ot值在2．8×算浮尘间距约为10mm。矿尘对电磁波的散射和吸10dB以下，粉尘引起的衰减最小。收衰减符合瑞利散射规律。1．2投点方法技术基础1．2．1激光类型衰减公式⋯：a=4．343×10”．spAI8+2I蓝绿色光是水雾中透射能力最强的光波，波长(4)在0．425～0．525um之间。研究显示，水雾对光式中：c为粉尘颗粒的浓度(mg／m)；p为粉尘颗粒的的吸水系数红光比蓝绿光大8倍多，而蓝绿光比红密度(g／em)；S为煤矿井下

7、巷道横截面积；为相对光在水中透射率提高20％以上。所以选用蓝绿光介电常数，A为电磁波的波长。做激光光源。由式(4)可得：衰减与粉尘的尺寸大小和分布没1．2．2激光测距技术有关系，影响衰减的因素包括粉尘的浓度、性质、种它具有高精度、可实现非接触测量、测量范围类以及巷道的横截面积和巷道内的传输频率。广，抗干扰性强、分辨率高等优点，常见测距方式假设矿井立井井筒的横截面积为5m。取粉尘主要有脉冲式激光测距、相位式激光测距、干涉法和的介电常数为5一j0．23，粉尘的密度为3．18g／m。三角法测距。作图可显示在不