CN104482845A - 巷道断面测量仪及测量方法 - Google Patents

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李小林
魏连江
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Abstract

一种巷道断面测量仪器及测量方法。适用于煤矿井下使用。其包括全圆量角器、伸缩支架和可抽出式尺子，可抽出式尺子靠近转轴端固定有角度指示针，当可抽出式尺子围绕转轴旋转时，即可通过指针以及量角器读出当前可抽出式尺子所处的夹角度数，将可抽出式尺子由顶端逐节抽出直至接触巷道内壁，即可通过尺子末节读出当前尺子的长度，伸缩支架底端设有踏板底座用以固定仪器。在被测巷道截面内旋转可抽出式尺子，得到多组长度、角度数对，根据长度、角度数对代入公式从而计算出被测巷道截面的周长和面积。

Description

巷道断面测量仪及测量方法
技术领域
本发明涉及一种巷道断面测量仪及测量方法，尤其适用于矿井通风阻力测定过程中测量巷道断面的周长和面积。
背景技术
在对煤矿矿井通风阻力进行测定时需要测量巷道断面周长及面积，做为后期阻力测算的参数。目前，在煤矿现场常用的测量巷道周长断面的方法为使用软尺测量巷道的中宽、中高后，再根据不同巷道形状使用相应公式进行估算。这种测量方法施行简单，但存在两方面缺陷，1)当巷道较高、较宽时，测量人员需要借助长杆或者两人共同操作才能完成测量，因而操作上不方便；2)由于现实中巷道通常会产生不同程度的变形，或者巷道断面不是标准形状，使用中宽、中高的公式进行估算时就会产生较大误差，使得测量结果不准确。
当前市场上直接测量周长面积的仪器设备也有很多，但大多为光、电设备，如激光测距、测面积等仪器。这类仪器通常需要电源，不是本质安全型的煤矿设备，而煤矿井下工作环境非常恶劣，对设备安全性要求高，根据《煤矿矿用产品安全标志暂行办法》等文件要求，这类设备、仪表必须申请煤安认证，并进行价格高昂的改进，因此，也无法直接应用到煤矿现场测量中去。
发明内容
针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，不需要电源，安全可靠的巷道断面测量仪及测量方法
为实现上述技术目的，本发明的巷道断面测量仪包括，全圆量角器、伸缩支架和可抽出式尺子，全圆量角器为前后两片量角器结构，通过转轴固定于伸缩支架顶端，转轴上还固定有可抽出式尺子，全圆量角器与伸缩支架和可抽出式尺子通过转轴共轴，量角器不可转动，可抽出式尺子可围绕伸缩支架的顶端通过转轴进行旋转，全圆量角器采用前后两片的结构，方便读数，可抽出式尺子靠近转轴端固定有角度指示针，当可抽出式尺子围绕转轴旋转时，即可通过指针以及量角器读出当前可抽出式尺子所处的夹角度数，伸缩支架底端设有踏板底座，所述可抽出式尺子为多节伸缩结构，每节标有刻度，可抽出式尺子在使用时由顶端逐节抽出，其上刻度指示尺子顶端距离末端转轴的长度。
所述的全圆量角器与伸缩支架和可抽出式尺子通过转轴共轴，量角器不可转动，可抽出式尺子可围绕伸缩支架的顶端通过转轴进行旋转；所述的可抽出式尺子为可拆卸或方便加长结构。
一种使用权利要求1所述的巷道断面测量方法，其特征在于步骤如下：
a. 首先选取被测量的巷道断面，确定选定巷道断面的底板竖立的位置，标注此位置为A0点，之后在巷道断面内壁标注测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }，其中测点的个数n根据巷道断面实际形状以及测量所需精确度确定，n越大，则测量精度越高；
b. 使用巷道断面测量仪的踏板底座将伸缩支架竖直固定在A 0 点处，调整伸缩支架，使量角器高度至与测量者视线齐平，此时转轴所处位置记为O点,在巷道断面内按顺时针绕转轴旋转可抽出式尺子，并将可抽出式尺子从尺子顶部逐节拉伸至巷道下边角A1点处；
c. 从可抽出式尺子活动节末端读出并记录此位置的长度数值L同时读出并记录此时角度指示针在全圆量角器上标注出的伸缩支架与可抽出式尺子之间的夹角角度α，从而得出一组长度、角度数值对(L 1 ,α 1 )；
d. 保持伸缩支架不动，旋转可抽出式尺子并调整尺子长度，使尺子顶端接触标注测量点集中巷道内壁A 2 点，记录此时可抽出式尺子的长度、角度数值对(L 2 ,α 2 )，重复此步骤直至巷道断面内壁上标注的测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }都被测量完成；
e. 将测量得到的所有长度、角度数值对 代入余弦定理公式：得到任意所测巷道断面近似边的长度，式中当i=0时，；
f. 通过公式:求得巷道断面周长L，其中，式中L 0 为伸缩支架（2）的高度；
g. 使用正弦定理扩展三角形面积公式计算测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }与转轴（6）所处O点围成的各三角形面积，其中；
h. 使用公式:计算得到巷道断面面积S，式中，L 0 为伸缩支架的当前高度。
所述当巷道较高、较宽时，可以通过更换更长的可抽出式尺子保证其可以一直拉伸接触墙面。
有益效果：1.本装置和方法，使用安全可靠，不需要电源，方便单人操作完成巷道断面的基础数据的测量采集，节省人力，通过增加测点数目可以提高测量精度，达到准确测算矿井巷道周长和面积的目的；2. 采用纯机械结构可以安全地在矿井巷道中使用，并且本装置体积轻小，结构简单，从而易于在矿井巷道中长距离携带和实施测量。
附图说明
图1 为本发明测量巷道断面原理图；
图2 为本发明巷道断面测量装置结构示意图；
图3 为图2中I部分的角度指示部分局部放大图；
图4 为图2中II部分的长度指示部分局部放大图。
图中：1-踏板底座、2-伸缩支架、3-全圆量角器、4-角度指示针、5-可抽出式尺子、6-转轴、I：角度指示部分、II：长度指示部分。
具体实施方式
   下面根据具体实施例对本发明做进一步说明：
如图1所述，本发明的巷道断面测量仪，包括全圆量角器3、伸缩支架2和可抽出式尺子5，全圆量角器3为前后两片量角器结构，通过转轴6固定于伸缩支架2顶端，转轴6上还固定有可抽出式尺子5，全圆量角器3与伸缩支架2和可抽出式尺子5通过转轴6共轴，量角器3不可转动，可抽出式尺子5可围绕伸缩支架2的顶端通过转轴6进行旋转，全圆量角器3采用前后两片的结构，方便读数，可抽出式尺子5靠近转轴6端固定有角度指示针4，当可抽出式尺子5围绕转轴6旋转时，即可通过指针4以及量角器3读出当前可抽出式尺子5所处的夹角度数，伸缩支架2底端设有踏板底座1，所述可抽出式尺子5为多节伸缩结构，每节标有刻度，可抽出式尺子5在使用时由顶端逐节抽出，其上刻度指示尺子顶端距离末端转轴的长度，所述的可抽出式尺子5为可拆卸或方便加长结构。
如图2所示，一种使用权利要求1所述的巷道断面测量方法，其步骤如下：
a. 首先选取被测量的巷道断面，确定选定巷道断面的底板竖立的位置，标注此位置为A0点，之后在巷道断面内壁标注测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }，其中测点的个数n根据巷道断面实际形状以及测量所需精确度确定，n越大，则测量精度越高；
b. 使用巷道断面测量仪的踏板底座1将伸缩支架2竖直固定在A 0 点处，调整伸缩支架2，使量角器3高度至与测量者视线齐平，此时转轴6所处位置记为O点,在巷道断面内按顺时针绕转轴6旋转可抽出式尺子5，并将可抽出式尺子5从尺子顶部逐节拉伸至巷道下边角A1点处；
c. 从可抽出式尺子5活动节末端读出并记录此位置的长度数值L同时读出并记录此时角度指示针4在全圆量角器3上标注出的伸缩支架2与可抽出式尺子5之间的夹角角度α，从而得出一组长度、角度数值对(L 1 ,α 1 )；
d. 保持伸缩支架2不动，旋转可抽出式尺子5并调整尺子长度，使尺子顶端接触标注测量点集中巷道内壁A 2 点，记录此时可抽出式尺子5的长度、角度数值对(L 2 ,α 2 )，重复此步骤直至巷道断面内壁上标注的测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }都被测量完成；
e. 将测量得到的所有长度、角度数值对代入余弦定理公式：得到任意所测巷道断面近似边的长度，式中当i=0时，；
f. 通过公式:求得巷道断面周长L，其中，式中L 0 为伸缩支架2的高度；
g. 使用正弦定理扩展三角形面积公式计算测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }与转轴6所处O点围成的各三角形面积，其中；
h. 使用公式:计算得到巷道断面面积S，式中，L 0 为伸缩支架2的当前高度。
所述当巷道较高、较宽时，可以通过更换更长的可抽出式尺子5保证其可以一直拉伸接触墙面。 
图3给出了图2中I部分：角度指示部分的局部放大图。该部分由一个360度全圆量角器3以及一个固定在可抽出式尺子5上的角度指示针4组成。可抽出式尺子5能够绕转轴6旋转。全圆量角器3相对于转轴6位置固定无法旋转。将可抽出式尺子5旋转到特定方位，即可以通过角度指示针4以及全圆量角器3读出尺子所处位置的角度。
图4给出了图2中II部分：长度指示部分即可抽出式尺子5的局部放大图。可抽出式尺子5由若干节组成，由梢部逐节抽出进行测量，最终在活动节末端显示的刻度即为尺子顶端距离转轴6的长度。

Claims (5)

1.一种巷道断面测量仪，其特征在于：它包括全圆量角器（3）、伸缩支架（2）和可抽出式尺子（5），全圆量角器（3）为前后两片量角器结构，通过转轴（6）和伸缩支架（2）顶端相互固定，转轴（6）上还活动连接有可抽出式尺子（5），全圆量角器（3）采用前后两片的结构方便读数，可抽出式尺子（5）靠近转轴（6）端固定有角度指示针（4），当可抽出式尺子（5）围绕转轴（6）旋转时，即可通过指针（4）以及量角器（3）读出当前可抽出式尺子（5）所处的夹角度数，伸缩支架（2）底端设有踏板底座（1），所述可抽出式尺子（5）为多节伸缩结构，每节标有刻度，可抽出式尺子（5）在使用时由顶端逐节抽出，其上刻度指示尺子顶端距离末端转轴的长度。
2.根据权利要求1所述的巷道断面测量仪，其特征在于：所述的全圆量角器（3）与伸缩支架（2）和可抽出式尺子（5）通过转轴（6）共轴，量角器(3)不可转动，可抽出式尺子（5）可围绕伸缩支架（2）的顶端通过(转轴（6）进行旋转。
3.根据权利要求1所述的巷道断面测量仪，其特征在于：所述的可抽出式尺子（5）为可拆卸或方便加长结构。
4.一种使用权力要求1所述的巷道断面测量方法，其特征在于步骤如下：
a. 首先选取被测量的巷道断面，确定选定巷道断面的底板竖立的位置，标注此位置为A0点，之后在巷道断面内壁标注测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }，其中测点的个数n根据巷道断面实际形状以及测量所需精确度确定，n越大，则测量精度越高；
b. 使用巷道断面测量仪的踏板底座（1）将伸缩支架（2）竖直固定在A 0 点处，调整伸缩支架（2），使量角器（3）高度至与测量者视线齐平，此时转轴（6）所处位置记为O点,在巷道断面内按顺时针绕转轴（6）旋转可抽出式尺子(5)，并将可抽出式尺子（5）从尺子顶部逐节拉伸至巷道下边角A1点处；
c. 从可抽出式尺子（5）活动节末端读出并记录此位置的长度数值L同时读出并记录此时角度指示针（4）在全圆量角器（3）上标注出的伸缩支架（2）与可抽出式尺子（5）之间的夹角角度α，从而得出一组长度、角度数值对(L 1 ,α 1 )；
d. 保持伸缩支架（2）不动，旋转可抽出式尺子（5）并调整尺子长度，使尺子顶端接触标注测量点集中巷道内壁A 2 点，记录此时可抽出式尺子（5）的长度、角度数值对(L 2 ,α 2 )，重复此步骤直至巷道断面内壁上标注的测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }都被测量完成；
e. 将测量得到的所有长度、角度数值对                                                代入余弦定理公式：得到任意所测巷道断面近似边的长度，式中当i=0时，；
f. 通过公式:求得巷道断面周长L，其中，式中L 0 为伸缩支架（2）的高度；
g. 使用正弦定理扩展三角形面积公式计算测量点集{A 1 ,A 2 ,…,A n }与转轴（6）所处O点围成的各三角形面积，其中；
h. 使用公式:计算得到巷道断面面积S，式中，L 0 为伸缩支架（2）的当前高度。
5.根据权利要求3所示的巷道断面测量方法，其特征在：所述当巷道较高、较宽时，可以通过更换更长的可抽出式尺子（5）保证其可以一直拉伸接触墙面。
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