一种竖井马头门施工定向测量方法及中线钢丝调整装置

技术领域

本发明涉及井下测量技术领域，尤其涉及一种竖井马头门施工定向测量方法及中线钢丝调整装置。

背景技术

竖井施工过程中，马头门施工一直是比较耗时耗力的工作；目前，马头门施工定向测量采用的方法是从井口固定盘定线板上放置两根钢丝（一根钢丝在井筒中心点上，另一根在马头门方向线上）到井底作业面，通过悬挂重陀稳住两根钢丝，再通过瞄直法确定马头门方向并在井壁两侧分别安装测钉标定马头门方向。

这种方法存在以下弊端：1、井筒深度较大时，投放和收回两根钢丝耗时较长，导致定向测量的周期较长，效率较低； 2、马头门方向的钢丝投放过程穿过井口固定盘和井下吊盘时需要在相应位置割孔，耗时耗力；3、井筒深度过大时，钢丝绳摆动幅度较大，不易稳住，依靠人眼瞄线误差较大，可能造成马头门打偏。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种竖井马头门施工定向测量方法及中线钢丝调整装置，该发明可解决传统马头门定向测量过程中耗时长、精度低等问题。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种竖井马头门施工定向测量方法，包括如下步骤：

S1：将中线钢丝投放至马头门所在标高作业面，在中线钢丝末端安装配重元件，并减小中线钢丝摆动；

S2、利用角度测量仪在两个方向分别多次观察中线钢丝摆动第一侧极限位置和第二侧极限位置，记录观测结果并计算平均值得到平均角度，随后转动角度测量仪到此平均角度，在两个平均角度的方向上分别做出标记；

S3、在中线钢丝下方放置一块平整的标记定位板，并用记号笔在标记定位板上分别就两个平均角度的方向画出两条标记线，两条标记线的交叉位置作为井中坐标；

S4、在标记定位板上标记的井中坐标上通过铅垂线架设方位定位仪，在井壁内安装后视测钉作为后视点，操作方位定位仪测定并计算井中坐标至后视测钉的后视方位角；

S5、计算后视方位角与马头门设计方位角的差值β，转动方位定位仪相应角度β至马头门设计方位角确定马头门方向；在马头门方位相应方向两端井壁安装马头门方向测钉。

优选地，步骤S1中，通过在固定盘上利用中线绞车将中线钢丝绳投放至马头门所在标高作业面。

优选地，步骤S4中，应当在井壁通视较好的位置安装后视测钉作为后视点。

优选地，步骤S5中，可以在不同高度的两侧安装若干个并列设置的马头门方向测钉。

优选地，步骤S1中，通过调整设备对配重元件以及中线钢丝进行定位，让中线钢丝以及配重元件在预定位置从静止状态进行摆动。

优选地，在中线钢丝摆动的过程中，通过调整装置对中线钢丝摆动的方向进行记录，得到中线钢丝在水平投影面上的校准线，将两条标记线的交叉位置与校准线进行比对，最终得到井中坐标。

优选地，所述角度测量仪选择为全站仪，所述方位定位仪选择为陀螺经纬仪。

一种中线钢丝调整装置，包括：

安装主体；

限位装置，设置于安装主体上端的第一侧，包括收卷装置，所述收卷装置包括收卷绳索，所述收卷绳索末端栓接有限位组件；

校准装置，设置于安装主体上端的第二侧，包括校准记录组件；

其中，通过限位装置对中线钢丝进行限位，并且让中线钢丝以及配重元件在预定位置从静止状态进行摆动；在中线钢丝以及配重元件摆动的过程中，通过校准记录组件记录摆动轨迹形成校准线。

优选地，所述安装主体表面开有观测窗口，所述校准记录组件通过第一滑动轨道与安装主体表面滑动连接。

优选地，所述限位组件选择为电磁限位组件，所述收卷装置通过第二滑动轨道与安装主体表面滑动连接。

本发明的有益效果为：

1、本发明所述方法通过只使用一根中线钢丝完成马头门定向测量，定向过程省略了传统方法需要放置另一根钢丝的操作，并且中线钢丝绳在井筒掘砌过程中一直在使用，不用另外布置，节约了钢丝绳投放的时间以及钢丝绳下放过程涉及固定盘和吊盘割孔操作，方便高效。

2、本发明所述方法使用全站仪观测中线钢丝绳摆动并取摆动角度平均值后标记于放置好的钢板上，减小了钢丝摆动对定向测量结果的误差；同时相比较传统方法依靠人眼瞄线的方式，使用陀螺经纬仪测定所需马头门方位，大大提高了定向测量精度。此方法施工的马头门可满足一定长度的外延巷道继续施工。

3、同时通过调整装置能够对控制中线钢丝的位置，让其从静止的状态开始摆动，降低了人工对钢丝控制的影响，还能够提高检测的自动化程度，提高检测的效率；同时能够通过校准记录组件对摆动的轨迹进行记录形成校准线，能够与交叉位置进行比对校准，进一步提高了测量的准确性，保证了井下马头门施工的正常进行。

附图说明

图1为本发明投线方式及全站仪观测方法示意图；

图2为本发明利用全站仪标记井中方法示意图；

图3为本发明使用陀螺经纬仪架站方法示意图；

图4为本发明使用陀螺经纬仪标定方向线方法示意图；

图5为本发明的调整装置主视结构示意图；

图6为本发明的调整装置俯视结构示意图。

图中：1、中线钢丝；101、第一侧极限位置；102、第二侧极限位置； 2、中线绞车；3、固定盘；4、角度测量仪；5、配重元件；6、标记定位板；601、井中坐标；7、方位定位仪；8、铅垂线；9、后视测钉；10、后视方位；11、马头门设计方位角；12、马头门方向测钉；13、安装主体；131、观测窗口；14、校准装置；141、第一滑动轨道；142、校准记录组件；15、限位装置；151、第二滑动轨道；152、收卷装置；153、限位组件。

实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照附图1-附图4，一种竖井马头门施工定向测量方法，包括如下步骤：

S1：将中线钢丝1投放至马头门所在标高作业面，在中线钢丝1末端安装配重元件5，并减小中线钢丝1摆动，其中配重元件5可以选择为重陀，能够在末端起到配重的作用，让中线钢丝1能够在投放至马头门标高作业面后能够小幅度进行摆动，保证后续坐标测量的准确。

S2、利用角度测量仪4在两个方向分别多次观察中线钢丝1摆动第一侧极限位置101和第二侧极限位置102，记录观测结果并计算平均值得到平均角度，随后转动角度测量仪4到此平均角度，在两个平均角度的方向上分别做出标记；其中角度测量仪4可以选择为全站仪，两个不同的位置应该与中线钢丝1摆动的方向交叉，并且在中线钢丝1摆动的过程中，摆动角度应该控制在较小的范围内，经过多次测量，得到平均角度。

S3、在中线钢丝1下方放置一块平整的标记定位板6，并用记号笔在标记定位板6上分别就两个平均角度的方向画出两条标记线，两条标记线的交叉位置作为井中坐标601；上述的标记定位板6可以选择为钢板，通过测量得到平均角度后，在两个方向上进行标记得到标记线，两个标记线交叉得到井中坐标601；标记线的方式可以通过工作人员从两端放线定位得到。

S4、在标记定位板6上标记的井中坐标601上通过铅垂线8架设方位定位仪7，在井壁内安装后视测钉9作为后视点，操作方位定位仪7测定并计算井中坐标601至后视测钉9的后视方位角10；其中方位定位仪7可以选择为陀螺经纬仪，并且应当在井壁通视较好的位置安装后视测钉9作为后视点，以便于测量进行后续检修检测定位，保证检测定位过程的正常进行。

S5、计算后视方位角10与马头门设计方位角11的差值β，转动方位定位仪7相应角度β至马头门设计方位角11确定马头门方向；在马头门方位相应方向两端井壁安装马头门方向测钉12，可以在不同高度的两侧安装若干个并列设置的马头门方向测钉12，完成马头门定向测量，在马头门后续施工的过程中，可以通过马头门方向测钉12对马头门的方位进行定位，以保证马头门施工过程的正常进行。

这里需要说明的是，在步骤S1中，通过在固定盘3上利用中线绞车2将中线钢丝1投放至马头门所在标高作业面，中线绞车2采用电控的方式，作业人员位于顶端在中线钢丝1的末端安装配重元件5，并且安装预定速率投放配重元件5带动中线钢丝1下降，直至中线钢丝1能够位于井下马头门所在的标高作业面，以能够被角度测量仪4进行观察、检测，完成对中线钢丝1摆动角度的检测。

人工对中线钢丝1进行控制存在一定的偏差，在初始阶段存在不同角度的作用力，导致后续中线钢丝1摆动极限位置测量不准确，导致测量周期增加；为了能够提高井下测量的准确性，缩短井下检测的周期；在步骤S1中，通过调整设备对配重元件5以及中线钢丝1进行定位，让中线钢丝1以及配重元件5在预定位置从静止状态进行摆动，通过调整设备对配重元件5以及中线钢丝1进行控制，能够让中线钢丝1从预定偏角的预定位置从静止状态下进行摆动，能够根据井下的要求进行调整，且能够设置自动控制程序，无需专人对中线钢丝1进行控制，提高了对中线钢丝1控制精度的同时，能够提高井下对马头门测量的效率，缩短测量的周期。

并且在中线钢丝1摆动的过程中，通过调整装置对中线钢丝1摆动的方向进行记录，得到中线钢丝1在水平投影面上的校准线，将两条标记线的交叉位置与校准线进行比对，最终得到井中坐标601，此时，校准线同样可以通过工作人员在两端放线的方式进行确定，通过判断交叉的位置是否位于校准线上，能够判断交叉位置的准确；对于位置出现偏差的交叉位置，操作人员后续能够进行反复的重复测量，直至三条线的位置能够重合控制在预定的误差范围内；通过上述方式获得校准线，能够进一步提高井中坐标601获取的准确性，进而保证竖井马头门施工定向测量、施工的准确。

这里需要说明的是，上述的校准线的获取方式可以选择多种方式进行，例如可以在配重元件5末端安装垂直且位于中心位置的激光发射元件，通过光感材料或者摄像装置对激光摄像移动的轨迹进行记录；同样可以在中线钢丝1的底部设置有图像检测装置，能够根据中线钢丝1以及配重元件5在摆动的过程中对图像进行分析，进而获取中线钢丝1以及配重元件5的运动轨迹，获得校准线的坐标。

参照附图5-附图6，一种中线钢丝调整装置，包括安装主体13、校准装置14、限位装置15等组件，其中将安装主体13移动至中线钢丝1下方的预定位置，通过限位装置15能够对中线钢丝1进行限位，通过控制组件控制限位装置15与中线钢丝1之间的连接状态，在检测的过程中，切断二者之间的连接，让中线钢丝1以及配重元件5从静止的状态下进行摆动，同时通过校准装置14对中线钢丝1以及配重元件5摆动的位置进行记录，获取校准线，与测量得到的交叉位置进行比对，最终获取精准的井中坐标601，保证后续对竖井马头门施工定向测量、施工的准确

安装主体13底端安装有万向轮，测量人员能够在井底移动安装主体13至预定位置。

限位装置15设置于安装主体13上端的第一侧，包括收卷装置152，收卷装置152包括收卷绳索，收卷绳索末端栓接有限位组件153；限位组件153可以选择为电磁限位组件，并且收卷装置152通过第二滑动轨道151与安装主体13表面滑动连接，其中配重元件5选择由磁性材料制成，在初始阶段，通过电磁限位组件将配重元件5的表面进行磁性吸引，吸引后通过收卷装置152完成限位组件153以及磁吸后配重元件5位置的控制，收卷装置152的位置位于外侧，在牵引的过程中能够中线钢丝1以及配重元件5偏转至外侧的预定位置，在测量的过程中，控制电磁限位组件断电，失去磁性，此时二者断开连接，中线钢丝1以及配重元件5能够从预定的位置进行自由摆动，实现对中线钢丝1以及配重元件5的摆动控制。

这里需要说明的是，收卷装置152能够根据井下的深度调节至不同的位置，以调整中线钢丝1偏转的角度，满足不同条件下的检测需求；同时通过电磁限位的方式能够很好地对配重元件5以及中线钢丝1进行控制，且能够实现迅速断开，不会对中线钢丝1以及配重元件5产生影响；同时其从底端对配重元件5进行磁性吸引，能够避免配重元件5后续在摆动过程中发生晃动，其能够保证额定的姿态进行摆动，保证中线钢丝1摆动过程中位置的准确一致，保证测量的准确。

校准装置14设置于安装主体13上端的第二侧，包括校准记录组件142；其中，通过限位装置15对中线钢丝1进行限位，并且让中线钢丝1以及配重元件5在预定位置从静止状态进行摆动；在中线钢丝1以及配重元件5摆动的过程中，通过校准记录组件142记录摆动轨迹形成校准线，测量人员对校准线进行记录、确定，便于后续对中线钢丝1摆动测量的交叉位置进行比对，以保证最终测量结果的精度。

上述的校准记录组件142可以选择多种测量方式，例如通过激光检测的方式，对摆动的痕迹进行加强显示，同时通过人工比对或者图像检测设备比对的方式对加强后的轨迹进行记录，实现校准线的形成。

并且在安装主体13表面开有观测窗口131，校准记录组件142通过第一滑动轨道141与安装主体13表面滑动连接，通过设置第一滑动轨道141能够将校准记录组件142滑动不同位置，满足轨迹检测的需求；同时其能够错开，让上端的校准线与下方的标记定位板6进行直接比对，进而确定两条标记线交叉位置是否准确，无需移动设备，提高了比对的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。