一种坑道测量仪的制作方法

本实用新型属于隧道测量仪的技术领域，尤其涉及一种坑道测量仪。

背景技术：

现有方式中常常使用罗盘仪和全站仪测量坑道，但是在采矿区进行井下作业时，由于岩石破碎，顶板两邦不稳固，经常需要用金属支架或者打拉杆对巷道进行维护，然而这些金属支架、打拉杆和巷道本身运输的铁轨特别容易形成强磁场干扰，进而影响罗盘测量精度。例如使用罗盘仪测量坑道，在同一条导线上三个不同位置的读数相差最大时近20度。且使用罗盘测量的步骤繁琐且复杂，用到的测量工具较多，一般分为3个步骤，步骤1：使用罗盘进行方位角测量；步骤2：使用坡度规进行倾角测量；步骤3：使用皮尺进行距离测量和坑道碎部测量。此外，在一些倾角大于60度的极倾斜矿体采场内进行测量时，由于采准天井较高，坡度较陡，规格较小，携带全站仪上下极不安全，带来了极大的安全隐患；且全站仪的售价较高，操作复杂，增加了采场测量工作的难度和危险系数，在实际操作中的局限性较大。

针对上述使用罗盘测量坑道，测量精度不准的问题，实有必要提供一种可以克服磁场干扰，且能提高测量精度的坑道测量仪。

技术实现要素：

基于现有测量仪器的缺陷，本实用新型提供一种坑道测量仪，可以克服磁场干扰带来的影响，提高测量精度。

本实用新型提供一种坑道测量仪，测量仪包括基座、设于基座上的360°刻度盘、激光指向仪以及设于基座上的第一旋转连接件和激光测距仪；

其中，激光测距仪固定在第一旋转连接件上，第一旋转连接件绕基座转动；

激光指向仪位于360°刻度盘下方，激光指向仪固定在激光指向仪旋转件上，激光指向仪旋转件可相对于基座旋转。

采用激光仪器进行测量，基于激光的单色性好、相干性好、方向性好、亮度高，可以获取到更加精准的测量数据。

优选地，基座包括竖杆，第一旋转连接件设有第一通孔，激光指向仪旋转件设有第二通孔，竖杆穿过第二通孔和第一通孔。

优选地，第一通孔和第二通孔的尺寸与竖杆的外径尺寸相匹配。

优选地，激光指向仪旋转件是第二旋转连接件，第二旋转连接件位于360°刻度盘下方。

第二旋转连接件绕基座竖杆转动时，带动激光指向仪相对于基座转动。

优选地，该激光指向仪旋转件是360°刻度盘。

激光指向仪旋转件为360°刻度盘可以减小测量仪的尺寸大小，获取更加精小的测量仪，便于携带。

优选地，激光指向仪固定在360°刻度盘上的0°刻度处，使激光指向仪所发射光束指向0°刻度。

获取激光指向仪与激光测距仪各自发射的激光束在360°刻度盘上的度数之差时，是通过直接读取激光测距仪所发射的激光束在360°刻度盘的度数获取的，从而实现角度值的快速获取，这是基于该度数之差等于激光测距仪所发射的激光束在360°刻度盘的度数。

优选地，测量仪还包括读数指示件，读数指示件位于360°刻度盘上方；

读数指示件包括第三旋转连接件、指示线和悬挂于指示线末端的锤球；

指示线在悬空的锤球作用下保持在竖直方向，并贴于360°刻度盘外边沿；

指示线固定在第三旋转连接件上；

第三旋转连接件设有第三通孔，竖杆穿过第三通孔。

第三旋转连接件绕竖杆转动时，带动指示线和锤球相较于基座转动；当指示线穿过激光测距仪发射的激光束时，可以指示激光测距仪所发射的激光束在360°刻度盘上的刻度。

竖杆可以被设置为一截杆件，竖杆还可以是由若干截杆组成套杆结构。

优选地，竖杆被设置为由至少两截杆组成，两截杆分别为上段杆和中段杆；

所述第一通孔和所述第二通孔的尺寸与中段杆的外径尺寸相匹配，中段杆穿过第二通孔和所述第一通孔；

第三通孔的尺寸与上段杆的外径尺寸相匹配，上段杆穿过第三通孔；

第三旋转连接件上还设有横板，横板末端开孔，指示线穿过所述开孔固定在横板上；

第一旋转连接件上还设有承载板，激光测距仪放置在承载板上。

优选地，中段杆的外径尺寸为16mm，上段杆的外径尺寸为12mm。

优选地，360°刻度盘的厚度为8mm；

第一旋转连接件为套筒结构，第一旋转连接件的高度为15mm；

承载板垂直固定在第一旋转连接件由下往上3mm的高度之处；

第三旋转连接件为套筒结构，第三旋转连接件的高度为43mm；

横板垂直固定在第三旋转连接件由下往上32mm的高度之处。

有益效果：

本实用新型提供一种坑道测量仪，通过激光测距仪可以测量出坑道内特征点之间的平距；利用360°刻度盘、可绕坑道测量仪基座旋转的激光指向仪以及激光测距仪相互配合，将激光指向仪以及激光测距仪分别朝不同特征点照射或者不同特征点对应的坐标点照射时，通过读取激光指向仪和激光测距仪的激光在360°刻度盘的对应刻度可以获取到特征点之间的夹角；基于激光的可见性可以用尺具测量出特征点之间的铅锤高度，进而得出坑道内特征点的坐标、高程的位置参数，以及得到坑道的水平面轮廓图和坑道的竖直面轮廓图，因此，通过本实用新型的坑道测量仪可以得到较为全面的坑道数据，同时该坑道测量仪是利用空间角度测量手段和光学手段进行测量，测量精度不受磁场干扰影响，相较于现有的罗盘测量方式，该坑道测量仪的测量精度更高；

此外，本实用新型的坑道测量仪采用激光仪器进行测量，基于激光的单色性好、相干性好、方向性好、亮度高，使得测量人员在黑暗的坑道内测量时，可以更加精准地进行量取高度，获取更加精准的测量数据；

再者，使用本实用新型的坑道测量仪的测量步骤简单，只需要使激光测距仪以及激光指向仪相对基座转动，并朝不同点方向照射，再读取360°刻度盘上相应读数以及量取所需高度和平距即可，相较于现有的罗盘测量方式，不需要使用坡度规之类的测量工具，测量步骤更加精简；

还有本实用新型的坑道测量仪装置简单、精小以及便于携带，尤其在一些陡倾斜矿体，采场天井设计较陡，携带常规全站仪上下采场极不方便的场景中，本坑道测量仪基于其精小、测量步骤简单特点具有更加突出的实际操作优势；本测量仪的零件之间配合方式简单，拆卸和安装方便，同时若部分零件损坏，可以快捷地替换损坏零件。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种坑道测量仪的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的坑道的水平面轮廓图；

图3是本实用新型实施例提供的坑道的竖直面轮廓图；

其中，附图标记说明如下所示：

1基座、2 360°刻度盘、3激光指向仪、4竖杆、5第一旋转连接件、6激光测距仪、7读数指示件、8吊线、9吊锤、10反射片、41下段杆、42中段杆、43上段杆、51第一通孔、52钢板、21第二通孔、71第三旋转连接件、72指示线、73锤球、74横板。

具体实施方式

下述将结合具体实施例对本实用新型进行具体说明：如图1所示，本实用新型提供的一种坑道测量仪包括基座1、设于基座1上的360°刻度盘2、激光指向仪3以及设于基座1上的第一旋转连接件5、激光测距仪6和读数指示件7；

其中，激光指向仪3位于360°刻度盘下方，且固定在激光指向仪旋转件上，本实施例中优选激光指向仪旋转件为360°刻度盘2，即激光指向仪3固定在360°刻度盘上。

其中，基座1为棱镜基座，具体的，基座1包括竖杆4，本实施例中，竖杆4被设置为由三截杆组成，该三截杆分别为下段杆41、中段杆42以及上段杆43；其他可行的实施例中，竖杆可以被设置为一截杆件，还可以是被设置为由其他数量的多截杆组成，例如两个。

优选地，中段杆42的外径尺寸为16mm、上段杆43的外径尺寸为12mm。

本实施例中，由下往上的方向，在竖杆4上依次设置了360°刻度盘2、第一旋转连接件5以及读数指示件7；其他可行的实施例中，第一旋转连接件还可以设置在360°刻度盘下方，由下往上的方向，在竖杆上依次设置了第一旋转连接件、360°刻度盘以及读数指示件。

其中，第一旋转连接件5设有第一通孔51，竖杆4穿过第一通孔51，第一通孔51的尺寸与竖杆4的外径尺寸相匹配，本实施例中，第一通孔51的尺寸与中段杆42外径尺寸相匹配，中段杆42穿过第一通孔51，使得第一旋转连接件5可以绕基座1转动。其他可行的实施例中，若竖杆被设置为一截杆件，第一通孔则与该竖杆的外径尺寸相匹配，若竖杆是由其他数量的多截杆组成，则第一通孔与竖杆中某一截竖杆的外径尺寸相匹配。

激光测距仪6固定在第一旋转连接件5上，使得第一旋转连接件5绕基座1转动时，同时带动激光测距仪6绕基座1转动。具体的，第一旋转连接件5上设有承载板，优选承载板是如图1所示的钢板52，钢板52垂直于第一旋转连接件5的壁面进行安装，激光测距仪6放置于钢板52上，使得激光测距仪6是水平发射激光束。

本实施例中，优选第一旋转连接件5为套筒结构，第一旋转连接件5为套筒结构，第一旋转连接件5的高度为15mm，筒壁厚为2mm，第一通孔51的孔径为16mm，用来承托激光测距仪6的钢板52垂直设于第一旋转连接件5由下往上3mm处，钢板52的长度为130mm、宽度为22mm、厚度为3mm。

其中，用于固定激光指向仪的3激光指向仪旋转件上设有第二通孔21，竖杆4穿过第二通孔21，第二通孔21的尺寸与竖杆4的外径尺寸相匹配。本实施例中，由于激光指向仪旋转件是360°刻度盘，因此360°刻度盘2圆心位置设有第二通孔21；第二通孔21的尺寸与中段杆42的尺寸相匹配，中段杆42穿过第二通孔21，使得360°刻度盘2可绕基座1转动；

其他可行的实施例中，若竖杆被设置为一截杆件，第二通孔则与该竖杆的外径尺寸相匹配，若竖杆是由其他数量的多截杆组成，则第二通孔与竖杆中某一截竖杆的外径尺寸相匹配。

本实施例中，激光指向仪3固定在360°刻度盘2上，并且位于360°刻度盘2下方，使得360°刻度盘2绕基座1转动时，带动激光指向仪3相对于基座1转动。

优选地，激光指向仪3固定在360°刻度盘2上的0°刻度处，使得激光指向仪3和激光测距仪6指向不同的特征点时，激光测距仪6在在360°刻度盘2的刻度即为两个特征点之间的夹角。

本实施例中还优选，360°刻度盘2的厚度为8mm、外直径320mm、第二通孔21的孔径为16mm。优选360°刻度盘2采用亚克力板材制作。

其中，读数指示件7位于360°刻度盘2上方，读数指示件7包括指示线72、悬挂于指示线72末端的锤球73、第三旋转连接件71以及设于第三旋转连接件71上的横板74。

横板74垂直于第三旋转连接件71的壁面安装，横板74末端开孔，指示线72穿过开孔固定在横板74上，指示线72在悬空的锤球73作用下保持在竖直方向，并贴于360°刻度盘2外边沿。当指示线72穿过激光测距仪6的发射激光时，可以用于指示激光测距仪6的发射激光在360°刻度盘2的刻度；

第三旋转连接件71上设有第三通孔，竖杆4穿过第三通孔，本实施例中，第三通孔的尺寸与上段杆43的外径尺寸相匹配，上段杆43穿过第三通孔。其他可行的实施例中，若竖杆被设置为一截杆件，第三通孔则与该竖杆的外径尺寸相匹配，若竖杆是由其他数量的多截杆组成，则第三通孔与竖杆中某一截竖杆的外径尺寸相匹配。

本实施例中优选第三旋转连接件71为套筒结构，第三旋转连接件71的筒高为43mm，筒壁厚为2mm，第三通孔的孔径为12mm，横板74垂直设于第三旋转连接件71由下往上32mm处，优选横板74的长度为152mm、宽度为20mm、厚度为3mm，采用钢材料制作而成。

本实施例中，该坑道测量仪的规格为：长度为49mm，宽度为20mm，高度为26mm。由此可看出，该测量仪精小，便于携带。

其他可行的实施例中，为了使激光指向仪可绕基座转动，用于固定激光指向仪的激光指向仪旋转件为第二旋转连接件，第二旋转连接件位于360°刻度盘下方，优选第二旋转连接件是套筒结构。与上述实施例的区别在于：激光指向仪固定在第二旋转连接件上，不在360°刻度盘，此时不必限制360°刻度盘是否可以相较于基座转动。此时其他特征与上述实施例相同，在此不再赘述。

如图1和图2所示，利用上述坑道测量仪测量坑道的过程如下所示：

步骤1：将测量仪放置于B点正下方，将仪器对中整平，并用卷尺量取仪高，其中仪高为测站点B与激光测距仪所发射的激光束的铅锤距离△H1；

步骤2：在A点和C点分别挂吊线和吊锤，并转动360°刻度盘或者第二旋转连接件使得激光指向仪的激光束对准A点处所挂的吊线；

步骤3：转动第一旋转连接件，使激光测距仪的激光束对准C点处所挂的吊线，并调节C点吊线上的反射片的位置，使激光测距仪的激光束对准射向反射片，利用激光测距仪的测距功能测量出BC的平距S，后转动读数指示件的第三旋转连接件，使其指示线对准激光测距仪的发射激光进行辅助读数，获取AB和BC之间的水平夹角β，该水平夹角β为激光测距仪的激光束在360°刻度盘的读数和激光指向仪的激光束在360°刻度盘的读数之差。

其中，A、B点是已知坐标和高程的已知导线点，C为待测的导线点；具体的，A为后视点，B为测站点，C为前视点，A、C上的吊线在吊锤作用下保持在竖直状态。C点吊线上设有可以沿着吊线上下移动的反射片，具体的，反射片背面加设一个小环扣，吊线穿过小环扣，使得反射片可以沿着吊线上下移动。反射片为镜面装置，是为了更好的反射激光测距仪发出的激光射线，提高激光测距仪平距的测量精度。

步骤4：用卷尺量取激光测距仪所发射的激光束在C点吊线上的照射位置与C点之间的铅锤距离△H2。

步骤5：通过现有已知的方位角计算公式、坐标增量计算公式、坐标计算公式以及高程计算公式计算得到C点坐标与高程。

其中，方位角计算公式如下：

α_BC＝α_AB+β±180°，

其中，α_BC为BC边的方位角，α_AB为AB边的方位角，β为AB和BC之间的水平夹角；

坐标增量公式如下所示：

△X＝S·cosα_BC；△Y＝S·sinα_BC，

其中，△X表示BC边的平距为S时，在测量平面坐标系中X轴上增加或者减少的数值；△Y表示BC边的平距为S时，在测量平面坐标系中Y轴上增加或者减少的数值；S表示BC边的平距，α_BC为BC边的方位角。

坐标计算公式如下所示：

X_C＝△X+X_B；Y_C＝△Y+Y_B，

其中，X_C和Y_C表示C点在测量平面坐标系中的X坐标和Y坐标，△X表示BC边的平距为S时，在测量平面坐标系中X轴上增加或者减少的数值；△Y表示BC边的平距为S时，在测量平面坐标系中Y轴上增加或者减少的数值，X_B和Y_B表示B点在测量平面坐标系中的X坐标和Y坐标。

高程计算公式计算如下所示：

H_C＝H_B+(±△H1)-(±△H2)，

其中，H_C表示C点的高程，H_B表示B点的高程，△H1表示测站点B与激光测距仪所发射激光束的铅锤距离，即仪高，△H2表示激光测距仪所发射激光束在C点吊线上的照射位置与C点之间铅锤距离。

通过上述测量方法，利用已知点以及坑道测量仪可以测量出坑道内特征点的坐标和高程。

同时，利用上述坑道测量仪还可以测量出坑道的大概的水平面轮廓图和坑道的竖直面轮廓图。

如图2所示，基于上述测量出前视点C的坐标和高程基础上，测量测站点B与坑道左右两邦的各个特征点的水平夹角和平距，例如左邦特征点D，进而得到坑道的水平面轮廓图参数。

具体的，测量测站点B与左右两邦的各个特征点的位置的方式如下：

步骤6：在激光指向仪所发射的激光束对准A点时，将转动第一旋转连接件，使激光测距仪所发射的激光束对准坑道的左邦特征点，如D点，并利用激光测距仪的测距功能测量测站点B与该左邦特征点的平距L，并转动读数指示件的第三旋转连接件，使其指示线对准激光测距仪的发射激光进行辅助读数，获取BA边与B-左邦特征点之间的水平夹角θ，同理，依照上述方法获取测站点与左邦其他特征点之间的水平夹角和平距；以及测站点与右邦特征点之间的水平夹角和平距，即BA边与B-右邦各特征点之间的水平夹角和B-右邦各特征点的平距；

步骤7：在平面图上标示左右邦各个特征点与测站点的位置，并依次将各个特征点连接起来，得到坑道的如图2所示的水平面轮廓图。

如图3所示，基于上述测量出前视点C的坐标和高程基础上，测量测站点B与坑道顶底板各特征位置的平距和坑道顶底板各特征位置到激光测距仪所发射激光束的铅垂距离，进而得到坑道的竖直面轮廓图，例如顶板特征点M和底板特征点N。

具体的，在步骤3的基础上，即激光测距仪所发射的激光射线照准前视点C处吊线时，用卷尺量取顶板或底板的特征点至激光测距仪所发射激光束的铅锤距离，并用激光测距仪测出测站点B与该特征点的平距；同理按照上述方法，测量出测站点B与顶底板各个特征点的与测站点B的平距，以及与激光测距仪所发射激光束的铅锤距离，在剖面图中标记测站点B与底板各个特征点的位置，并用连线连接形成如图3所示的竖直面轮廓图。

例如，量取得到顶板特征点M至激光测距仪所发射激光束的铅锤距离△H3，测站点B与顶板特征点M的平距X；量取得到底板特征点N至激光测距仪所发射激光束的铅锤距离△H4。

需要说明的是，本实用新型提供的坑道测量仪通过激光指向仪和激光测距仪以及360°刻度盘的配合简单快速地测量导线点与特征点之间的平距、水平夹角、铅锤距离的数据，再利用现有已知的公式计算出前视点的坐标、高程，并利用坑道测量仪测得绘制坑道的水平面轮廓图和竖直面轮廓图的基本参数。

还需要说明的是，本实用新型提供的坑道测量仪，优选应用于平硐测量，尤其是坡度≤3度的平硐。使用过程常与三脚架连接，通过对中整平使仪器维持在测量的基准线和基准面。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的范围内可对其进行许多修改，但都将落入本实用新型的保护范围内。