Общие сведения о маркшейдерских съемках

Лекция Общие сведения о маркшейдерских съемках Каждая шахта или рудник, вне зависимости от своих масштабов, имеют маркшейдерскую службу, представленную обычно самостоятельным производственным участком (отделом). Наличие этой службы связано с необходимостью квалифицированного решения ряда важных, сложных и ответственных задач горного производства. Основной целью маркшейдерской службы является обеспечение руководства горным предприятием необходимой информацией для осуществления эффективного и безопасного ведения горных работ. Виды маркшейдерских работ и решение конкретных задач во многом зависят от целей ведения горных работ и системы разработки месторождения. Основным видом маркшейдерских работ при под­ земном способе разработки месторождения является подземная маркшейдерская съемка. Подземная маркшейдерская съемка - совокупность измерительных действий, выполняемых в горных выработках, для определения и графического изображения их формы, состояния, пространственного положения, а также формы, структуры, качества и условий залегания полезных ископаемых и горных пород. Результаты подземной маркшейдерской съемки служат основой для составления маркшейдерско-геологической документации месторождения, которая используется при решении различных горнотехнических задач, возникающих перед горным предприятием. Объектами подземной маркшейдерской съемки являются все горные, разведочные выработки, пройденные и проходимые в шах­те (руднике): контуры барьерных, предохранительных целиков и границы безопасного ведения горных работ; контуры затопления и загазования горных выработок; контуры очагов подземных пожа­ров, очагов суфляров; места внезапного выброса угля и газа, прорывов плывунов и воды; места подземных источников воды; кон туры пустот; места горных ударов; контуры участков некондиционного и потерянного кондиционного полезного ископаемого, места применения различных видов крепления и места обрушения по род кровли горных выработок; места закладки выработанного пространства и выкладки бутовых полос; а также применения различных видов закладки, места опробования качества и свойств полезных ископаемых и др. Полученная на основании съемок документация должна быть полной, точной и легко читаемой. Основные виды маркшейдерских работ включают: • создание подземной маркшейдерской опорной и съемочной сетей; • ориентирно-соединительные съемки, осуществляющие связь подземной съемки со съемками на земной поверхности; • подземные вертикальные съемки (нивелирование); • съемка подготовительных, нарезных и очистных горных выработок; • съемка и контроль за горными работами и особенностями поведения массива горных пород; • съемки при проведении горных выработок встречными забоями (сбойки) и задания направления горным выработкам; • съемка и контроль геометрических элементов ствола шахты и подъемного комплекса. Основные принципы подземных съемок: – Съемки осуществляют по принципу от общего к частному, т.е. от более точных измерений в опорных сетях к менее точным - съемке подробностей. В этом случае происходит меньшее накопление ошибок. – Все измерения должны производиться с точностью, соответствующей точности решения поставленной задачи. Измерения избыточно-точные требуют лишних затрат труда, малоточные - ведут к ошибкам при выполнении горных работ. – Все маркшейдерские работы, как поле­вые, так и вычислительные, должны сопровождаться контролем, т.е. необходимо соблюдать принцип дублирования. Оринтирно-соединительные съемки Ориентирно-соединительная съемка имеет своей целью осуществление геометрической связи плановых съемок на земной по­верхности и в подземных горных выработках. В результате вы­полнения ориентирно-соединительной съемки должны быть полу­чены: а) координаты х и у начального пункта подземной опорной сети; б) дирекционный угол начальной стороны. Нахождение координат называют центрированием подземной опорной сети, а определение дирекционного угла – ее ориентированием. Получение указанных элементов позволяет вычислять подземную опорную сеть в системе координат, принятой на поверхности. Благодаря этому становится возможным совместно изображать на маркшейдерском плане объекты поверхности и подземных горных работ, а также совмещать в случае необходимости планы раз­ных пластов и горизонтов. Это, в свою очередь, позволяет определять положение любого участка горных работ относительно объектов поверхности или других участков. Ориентирно-соединительная съемка является также необходимой частью ряда ответственных задач, решаемых маркшейдером шахты. К ним относятся .продление встречными забоями горной выработки между двумя шахтами, проведение капитальных горных выработок (околоствольный двор, квершлаги и пр.) по имеющемуся проекту; согласованное расположение подземных и поверхностных сооружений подъемного комплекса; заложение на поверхности земли шурфов или скважин, которые должны пересечь горные выработки в заданном месте Из двух элементов, определяемых в результате соединительной съемки, большей тщательности требует определение дирекционного угла. Как видно из рис.1 а, погрешность ΔS, допущенная при определении положения начального пункта А1, вызывает лишь параллельное смещение всех последующих пунктов хода на ту же величину. Иными словами, влияние этой погрешности не изменяется с удалением от исходного пункта. Наоборот, влияние погрешности дирекционного угла исходной стороны увеличивается по мере удаления от нее (рис. 1, б). Если дирекционный угол определен с погрешностью, то пункт Аn, удаленный от исходного на расстояние R, будет иметь погрешность Mn=(RΘ)/ρ. Пример: Θ=10’, R=3000м, ρ=3438’ тогда Mn=(3000*10)/3438=8,72 м.   Рисунок 1 – Влияние погрешностей центрирования и ориентирования на положение последней точки подземного теодолитного хода Таким образом, при выполнении ориентирно-соединительной съемки задача ориентирования является главной и требует гораздо большей тщательности, чем центрирование. В соответствии с требованиями «Инструкции по производству маркшейдерских работ» Ориентирование должно выполняться с такой точностью, чтобы разность двух независимых определений дирекционного угла стороны не превышала 3'. Разность двух независимых определений положения начального пункта при центрировании сети через вертикальную выработку не должна превышать 5 см. В качестве исходных для производства ориентирно-соединительной съемки принимаются подходные пункты на поверхности, принадлежащие к аналитическим сетям или полигонометрии, не ниже 1 разряда. В зависимости от способа вскрытия месторождения различают три основных случая ориентирно-соединительной съемки: 1) через штольню или наклонный ствол; 2) через один вертикальный ствол; 3) через два вертикальных ствола, соединенных подземными выработками. В первом случае соединительную съемку осуществляют путем прокладки в шахту обычного теодолитного хода. Второй и третий случаи требуют специальных приемов. При соединительной съемке через вертикальные выработки ориентирование и центрирование осуществляется совместно или раздельно, причем каждая из этих задач может решаться гео­метрическим или физическим методами. Центрирование на современном этапе осуществляется геометрическим способом с помощью отвесов, опускаемых в ствол. Физические способы центрирования, например, с использованием лу­ча лазера, пока распространения не получили, хотя работы в этом направлении ведутся. Наоборот, ориентирование выполняется в настоящее время, главным образом, физическими методами — с помощью гирокомпасов. Геометрическое ориентирование применяется обычно лишь в тех случаях, когда одновременно с ориентированием нужно осуществить центрирование сети. Лекция Ориентирование через один вертикальный ствол Ориентирно-соединительная съемка через один вертикальный ствол включает: 1) проектирование двух точек с поверхности в шахту; 2) примыкание к этим точкам на поверхности и к их проекциям на горизонте горных работ; 3) вычисления. Проектирование осуществляется с помощью двух отвесов 4, опускаемых в ствол (рис. 2). Благодаря вертикальному положению отвесов, их координаты х и у на поверхности (точки А и В) и в шахте (точки А1 и B1), а также дирекционные углы створа отвесов αАВ и αА1В1 совпадают. Тем самым точки А и В и направление АВ оказываются спроектированными с поверхности на горизонт горных работ.   Рисунок 2 – Схема ориентирно-соединительной съемки через один вертикальный ствол  Примыкание к отвесам на поверхности заключается в произзодстве угловых и линейных из­мерений, которые позволяют от известных пунктов С и D найти координаты ХА, YА, Xв, Yв отвесов на поверхности и дирекционный угол их створа αАВ. Соответственно, примыкание к отвесам на горизонте горных работ — это измерения, позволяющие по найденным координатам ХА1, YА1, Xв1, Yв1 отвесов в шахте и дирекционному углу их створа определить координаты Хс, УС начального пункта и дирекционный угол αС1D1, начальной стороны подземной опорной сети. Проектирование точек с поверхности на горизонт горных работ с помощью отвесов. Для осуществления проектирования с помощью отвесов необходимы: ручные лебедки 1 для спуска-подъема отвесов, блоки 2 для направления отвесов в шахту, центрировочные пластинки 3, стальная проволока 4, грузы 5, успокоитель 6. Размещение перечисленного оборудования показано на рис. 2.  Лебедки, на которые намотаны проволоки, устанавливают на верхней приемной площадке надшахтного здания. С помощью прочных брусьев на станке копра закрепляют направляющие блоки. Концы проволок пропускают через блоки и опускают, в шахту, где к ним подвешиваются грузы. Для уменьшения колебаний отвеса грузы помещают в специальные сосуды, заполненные какой-либо жидкостью (успокоителем). На высоте 1-2 м над уровнем нулевой площадки прочно, закрепляют центрировочные пластинки, которые обеспечивают неизменность положения проектируемых точек А и В в течение всего времени производства работ. Каждую из пластинок располагают так, чтобы опущенная с блока проволока в месте соприкосновения с V-образным Вырезом пластинки имела небольшой перегиб. Благодаря этому проволока прочно прижимается к вершине выреза и остается неподвижной при возможных перемещениях направляющего блока. Для отвесов применяют стальную проволоку самого лучшего качества, обладающую большим сопротивлением на разрыв. Диаметр проволоки выбирают в зависимости от глубины ствола и скорости движения воздуха в нем. При глубине до 300 м и скорости потока воздуха, не превышающей 0,7 м/с, рекомендуется применять тонкую проволоку диаметром до 1 мм. При больших глубине и скорости воздушной струи применяется проволока ди­аметром 1-2 мм. Проволока, предназначенная для проектирования, не должна иметь изгибов и повреждений. Сращивание ее из отдельных кусков не допускается. Для уменьшения погрешности проектирования массу груза выбирают возможно большей, насколько это позволяет качество и диаметр проволоки. Обычно ее принимают равной 60% от пре­дела прочности проволоки. Успокоители применяются для уменьшения колебаний отвеса, вызываемых ударами капель воды, движением воздуха в стволе и другими причинами. В качестве успокоителей обычно используют баки с водой или вязкой жидкостью. Размеры бака должны быть значительно больше размеров груза, чтобы он в процессе колебаний не касался стенок или дна бака. Перед началом работ устье и зумпф ствола перекрывают сплошным настилом из досок. Отвесы опускают в шахту поочередно; сначала один, а затем другой. Для спуска используют небольшие грузы массой 3—5 кг, которые в шахте заменяют рабочими грузами. После подвески рабочих грузов проверяют, не касаются ли отвесы стенок ствола или расположенного в нем оборудования. Проверка осуществляется обычно посылкой «почты». Для этого на проволоку отвеса на поверхности надевают кольцо диаметром 2-3 см, изготовленное из мягкой проволоки. Под действием собственной тяжести кольцо опускается по отвесу и при отсутствии его касаний достигает горизонта горных работ. При наличии касания его местоположение в стволе можно установить способом, маятника, сравнивая фактический полупериод колебаний отвеса с вычисленными. Окончательный контроль отсутствия касания осуществляется сравнением расстояний между отвесами на поверхности и на горизонте горных работ (применяется только при ориентирно-соеди­нительной съемке через один ствол). Расхождение не должно превышать 2 мм.  Из-за влияния воздушной струи и капежа колебания отвесов, как правило, окончательно не затухают. В этом случае проекти­рование осуществляют колеблющимся отвесом. Для повышения точности проектирования наблюдают качания отвеса с помощью центрировочной тарелки со шкалами. Цель этих наблюдений состоит в том, чтобы по шкальным отсчетам против крайних положений отвеса найти отсчет, соответствующий его положению, покоя. Закрепляя против этого отсчета отвес, можно вести от него измерение всех элементов примыкания. Лекция Примыкание к отвесам способом соединительного треугольника По окончании проектирования, когда оба отвеса закреплены в положении покоя, осуществляют примыкание к ним. Обычно оно производится одновременно на поверхности и в шахте. Способ примыкания выбирают таким образом, чтобы средние квадратические погрешности передачи дирекционного угла от исходной стороны на поверхности к створу отвесов и от створа отвесов к стороне подземной опорной сети не превышали каждая в отдельности 30". Наиболее распространено примыкание способом соединительного треугольника. Оно складывается из выбора расположения примычных точек, угловых и линейных измерений. Выбор расположения примычных точек. На рис. 3 показан способ соединительного треугольника использованного для примыкания и на поверхности, и на горизонте горных работ. - При этом на поверхности и в шахте вблизи ствола закрепляют точки С и С1 с таким расчетом, чтобы с них были видны оба-отвеса, а также ближайший пункт поверхностной и подземной опорной сети. Вместе с проектируемыми точками А и В и. их проекциями А и В выбранные точки образуют треугольники АВС и А1В1С1, которые называются соединительными Рисунок 3 – Схема примыкания соединительным треугольником Точки С и С1 выбирают таким образом, чтобы придать обоим соединительным треугольникам выгодную форму, при которой погрешности измерений оказывают минимальное влияние на точ-, ность примыканйя. В специальной части настоящего курса доказывается, что наиболее выгодную форму имеет треугольник с углами у и а (или Р), не превышающими 2-3° и с возможно меньшим отношением а:с и b:с. Соединительные треугольники невыгодной формы допускаются лишь при ориентировании второстепенных выработок протяженностью до 300 м. Измерение углов. На закрепленных точках С и С1 с помощью теодолитов измеряют углы γ, δ и ε (γ1, δ1 и ε1). Измерение, производится не менее чем двумя приемами. Расхождение углов в приемах не должно превышать 10". Средняя квадратическая погрешность каждого из углов должна быть не более 7". Линейные измерения. С помощью рулетки измеряют все три стороны соединительного треугольника а, b, с (а1, b1, с1). Каждая из сторон измеряется пять раз, причем разность между от­дельными результатами не должна превышать 2 мм. За окончательное значение принимается среднее арифметическое. На этом измерения заканчивают и приступают к камеральной обработке примыкания. Она складывается из контроля правильности измерений, решения соединительного треугольника и вычисления дирекционного угла и координат. Контроль измерений элементов соединительного треугольника осуществляется сравнением расстояния между отвесами, полученного из непосредственных измерений и вычисленного по формуле Разность измеренного и вычисленного расстояний между отвесами не должна превышать 3 мм при примыкании на поверхности и 5 мм – при примыкании в шахте. Решение соединительного треугольника — это вычисление углов α и β при отвесах по известным трем сторонам и углу γ. Вычисление производится по формулам синусов После вычисления углов при отвесах находят угловую на­вязку в треугольнике и распределяют ее поровну на вычисленные углы. Вычисление дирекционного угла начальной стороны и координат начального пункта подземной опорной сети производится по обычным формулам обработки теодолитного хода. Достоинством примыкания соединительным треугольником является прежде всего простая схема выполнения измерений и вычислений. Кроме того, этот способ позволяет получить довольно высокую точность примыкания за счет создания треугольника выгодной формы и тщательного выполнения измерений. Поэтому при производстве ориентирно-соединительной съемки через один ствол геометрическим методом примыкание почти всегда осуществляется соединительным треугольником. Лишь при невозможности создания треугольников выгодной формы пользуются другими способами примыкания. Для контроля ориентирно-соединительная съемка через один ствол выполняется дважды (при двух положениях отвесов). Если фактическая разность двух опреде­лений дирекционного угла αC1D1 не превышает 3', а расхождение в определении координат точки С1 – 5 см, то за окончательное значение принимают среднее арифметическое. Начало формы Конец формы Начало формы