Маркшейдерские подземные съемки и их классификация

2.3.1 Общие сведения о подземной теодолитной съемке

.Подземная теодолитная съемка, состоящая из угловых и ли­нейных измерений и последующих вычислений, имеет своей не­посредственной целью определение координат системы пунктов, обозначенных в горных выработках шахты специальными зна­ками. Она является основным видом горизонтальных съемок гор­ных выработок. Результаты теодолитной съемки используются для составления планов горных работ и другой графической доку­ментации, а также для аналитического решения различных горно-геометрических задач (задание направлений горным выра­боткам, сбойка выработок и др.).

Прямые линии, соединяющие смежные пункты, заложенные в горных выработках, образуют замкнутые или разомкнутые мно­гоугольники, называемые т еодолитными ходами или полигонами.

Прокладывая в шахте теодолитные ходы, измеряют горизон­тальный угол между каждыми двумя смежными сторонами хода, вертикальный угол наклона и длину каждой стороны хода. По­скольку углы измеряются теодолитом, ходы называют тео­долитными.

Каждый теодолитный ход должен быть привязан к пунктам предыдущей съемки. В зависимости от формы полигонов и способа привязки их к пунктам предыдущих съемок различают несколько видов теодолитных ходов (рисинок 2.7):

1)Свободный (висячий) разомкнутый ход, опирающийся на один пункт с твердыми координатами и на один твердый дирекционный угол.

2)Свободный замкнутый ход, опирающийся на один пункт с твердыми координатами и на один твердый дирекционный угол. 3)Несвободный разом к н у т ы й ход, опираю­щийся в конце и начале на пункты с твердыми координатами и твердые дирекционные углы.

4)Несвободный разомкнутый ход, опекаю­щийся в конце и начале на пункты с твердыми координатами (на­пример, ход между отвесами при ориентировке через два верти­кальных ствола).

5)Ход с гироскопи­ческим определением дирекционныхуглов отдельных сторон мо­жет быть разомкнутым или зам­кнутым и может опираться на один или два пункта с твердыми координатами. Наличие твердых дирекционных углов необяза­тельно.

Смыкаясь между собой, тео­долитные ходы в шахте обра­зуют сложные сети, часто со­стоящие из нескольких десятков полигонов.

2.3.2 Основные принципы выполнения подземных съемок

Рациональная методика съемки определяется характером объ­екта, назначением и требуемой точностью съемки. В общем слу­чае при подземных маркшейдерских съемках руководствуются следующими основными принципами.

1) Съемка должна вестись от общего к частному, что умень­шает возможность накопления неизбежных погрешностей изме­рений и повышает точность.

Как известно, такой же принцип положен в основу топогео- дезических работ на земной поверхности, где вначале создается сеть триангуляции, на основе которой развивается полигонометрия (или аналитические сети), и лишь после этого производится съемка рельефа и подробностей. В соответствии с этим принципом в шахте от ствола к границам поля по основным выработкам проклады­ваются опорные сети, на. базе которых развиваются менее точные съемочные сети 1 и 2 разрядов, прокладываемые соответственно по подготовительным и очистным выработкам сравнительно не­большой протяженности.

2) Все измерения выполняемого вида съемки должны соответ­ствовать точности, необходимой в горном деле. В этом отношении возможны две погрешности: измерения можно производить с не­достаточной или, наоборот, с избыточной точностью. Недопусти­мость первой погрешности совершенно ясна - недостаточная точ­ность подземной маркшейдерской съемки приводит к порче гор­ных выработок, нарушает и осложняет ведение горных работ и может быть причиной массовых несчастных случаев. Избыточная же точность съемки требует излишней затраты сил и времени марк­шейдера. Поэтому маркшейдер, должен уметь правильно выбирать методы измерений с учетом характера объекта и требуемой точности съемки. В этом вопросе значительную помощь маркшейдеру оказывает техническая инструкция по производству маркшейдер­ских работ, где определены точность каждого вида съемкй и спо­собы измерений. Предписания инструкции имеют силу закона и строго обязательны для всех организаций маркшейдерской служ­бы нашей страны.

3) Подземные маркшейдерские съемки должны производиться с обязательным контролем правильности их исполнения и оцен­кой точности. Форма контроля зависит от общей схемы и способа измерений.

Контроль измерений отдельных элементов (длин, углов, пре­вышений) должен производиться непосредственно в процессе измерений с тем, чтобы вовремя обнаружить и исправить дополни­тельными измерениями вкравшуюся погрешность. Так, расстоя­ние между двумя точками измеряют дважды, при измерении гори­зонтальных углов берут контрольные отсчеты и т. п. Такой вид контроля называют полевым.

Полевой контроль не контролирует некоторых источников погрешностей (например, влияние погрешности центрирования инструмента и сигналов) и не является достаточным критерием точности. Поэтому в процессе камеральной обработки произво­дятся заключительный контроль и оценка точности по определен­ным геометрическим условиям. Так, контроль правильности из­мерений и оценка точности в замкнутом полигоне выполняются по угловым и линейным невязкам. По этой же причине многие виды подземных съемок выполняются дважды или в прямом и об­ратном направлениях.

По назначению и способам измерений подземные маркшейдер­ские съемки могут быть разделены на пять основных видов: гори­зонтальная соединительная, подземные теодолитная и вертикаль­ная, съемки очистных и нарезных забоев, замеры горных вы­работок. ,

1) Горизонтальная соединительная (ориентирно-соединительная) съемка устанавливает геометрическую связь в плане подзем­ных съемок с съемками земной поверхности. Она обеспечивает единство системы координат пунктов в шахте и на земной поверх­ности, что позволяет совмещать планы горных работ с планами земной поверхности и графически или аналитически решать за­дачи, требующие взаимной увязки горных работ с сооружениями поверхности (например, оставление предохранительных цели­ков под некоторые объекты поверхности). На результатах ориентирно-соединительной съемки базируется все плановое обоснова­ние горных, выработок, так как дирекционные углы и коорди­наты X, У, переданные с поверхности в шахту, являются исход­ными параметрами для развития горизонтальных подземных съемок по всем выработкам.

2) Подземная теодолитная съемка представляет собой комплекс угловых и линейных измерений с последующими вычислениями, непосредственной целью которых является определение коорди­нат X, У системы пунктов, закрепленных в горной выработке спе­циальными знаками.

Результаты съемки используются при составлении и пополне­нии планов горных выработок и другой графической документа­ции, а также при решении различных горнотехнических задач (сбойка выработок, геометризация месторождений и т. п.).

3) Подземные вертикальные съемки заключаются в определе­нии высот (координат Z) пунктов и горных выработок. Это не­обходимо для однозначного определения положения горных выра­боток в пространстве. К вертикальным съемкам относятся: пере­дача координаты Z с земной поверхности в шахту (для увязки подземных высотных съемок со съемками поверхности); геомет­рическое нивелирование по горизонтальным выработкам; триго­нометрическое нивелирование по наклонным выработкам.

4) Съемка очистных и нарезных забоев выполняется, как пра­вило, в стесненных условиях с помощью угломера (реже теодо­лита) и отличается сравнительно невысокой точностью. Резуль­таты съемки используются для пополнения графической доку­ментации и аналитического решения некоторых горнотехнических задач. , •

5) Замеры горных выработок заключаются в привязке за­боев выработок к ближайшим пунктам теодолитной съемки и являются простейшим видом съемок. Результаты измерений исполь­зуются для определения объемов выполненных горных работ и пополнения графической документации. Замер горной выра­ботки производится, как правило, с помощью рулетки, реже с помощью специальных приборов и приспособлений (измерение скважин, недоступных камер и т. п.).

2.3.3 Закрепление и нумерация пунктов теодолитных ходов

Вершины углов теодолитных ходов в горных выработках за­крепляются постоянными и временными знаками. При выборе места закрепления пунктов теодолитной съемки нужно обеспечить взаимную видимость смежных пунктов, наибольшее расстояние между ними, длительную сохранность пунктов, удобные и безопас­ные условия измёрений.

Постоянные знаки закрепляются в кровле или в почве (рисунок 2.8 а, б) горной выработки группами по три пункта в смеж­ных вершинах теодолитного хода, что, обеспечивает возможность контроля их незыблемости путем повторного измерения горизон­тального угла на среднем пункте.

Постоянные знаки закладываются в околоствольном дворе, в главных и участковых квершлагах, в полёвых и основных отка­точных штреках и в других горных выработках. Расположение их следует приурочивать к местам сопряжения горных выработок.

Группы постоянных пунктов закладываются через 300—500 м друг от друга, расстояние между смежными пунктами должно быть не менее 50 м. При весьма неустойчивых породах кровли и почвы группы пунктов закладываются по мере возможности.

При закреплении постоянного пункта в почве выработки, что следует делать только при неустойчивой кровле, над пунктом в верхняке крепи забивают временный знак. Последний служит лишь для облегчения отыскания постоянного пункта, но не для центтрирования под ним теодолита или сигнала.

При закладке постоянного пункта составляется эскиз его место­нахождения и способа закрепления, который воспроизводится в журнале вычислений координат теодолитных ходов.

.

Рисунок 2.8 - Центры пунктов подземной теодолитной съемки: (а) постоянных в почве выработки; (б) постоянных в кровле выработки; (в) временных, за­биваемых в деревянные элементы крепи; (г) временных, закрепляемых на элементах арочной крепи; 1- стальной стержень; 2 - медная пробка; 3 - бетон; 4- болт арочной крепи.

Временным знаком (рисунок 2.8, в, г) закрепляются все пункты подземных теодолитных ходов кроме тех, которые избраны для закрепления постоянными знаками. Отверстие во временном знаке, предназначенное для шнура отвеса, должно быть не более 2 мм. Временный знак может быть забит в деревянную крепь горной вы­работки, в деревянную пробку, прочно забитую в специально пробуренную скважину, или закреплен на элементах металличе­ской крепи.

Возле каждой вершины теодолитного хода на боковой стенке выработки должен быть четко обозначен порядковый номер знака. Система нумерации устанавливается главным маркшейдером шах­ты. Постоянные знаки нумеруются римскими или арабскими циф­рами, временные - арабскими. Повторение номеров на одной и той же выработке недопустимо.

2.3.4 Съемка контура горных выработок и ведение журнала подземной теодолитной съемки

Съемка контуров горных выработок заключается в определе­нии положения стенок выработки относительно сторон теодолит­ного хода и производится, как правило, способом ординат.

По створу стороны хода растягивают рулетку и измеряют в характерных местах расстояния (ординаты) от стороны хода до левой и правой стенок выработки. Одновременно по растянутой рулетке фиксируют расстояния (абсциссы) от оснований ординат до младшей вершины теодолитного хода. Число измерений за­висит от сложности конфигурации выработки и масштаба съемки. На прямолинейных участках можно ограничиться измерением ординат только в вершинах хода.

Результаты измерений проставляют на эскизной зарисовке контуров выработки, называемой абрисом (рисунок 2.9 ). Ординаты проставляют с округлением до 0,05 м, а расстояния до младшего пункта хода - с округлением до 0,1 м. На абрисе проставляют также другие характерные параметры:- размеры камер, ширину выработок на сопряжениях и т. п.

Абрис составляют, как правило, для каждой стороны хода в отдельности. Все зарисовки выполняют от руки в журнале теодолитной съемки или в специальных абрисных книжках.

Кроме контуров выработок, съемке подлежат геологические нарушения, места взятия проб, границы выклинивания залежи и прочие подробности, имеющие значение для правильной эк­сплуатации месторождения.

Рисунок 2.9 - Абрис и схема измерений при съемке контуров выработки способом ординат и полярным способом

При детальной съемке контуров выработок сложной конфи­гурации применяют полярный способ.

Для съемки характерных точек 1-7 (рисунок 2.9 ) в точке 26 цен­трируют теодолит, и, установив начальный отсчет равным нулю, визируют лимбом на точку 25. Затем визируют алидадой (при неподвижном лимбе) последовательно на точки /, 2, ..., 7 и берут отсчеты р_г. Одновременно рулеткой измеряют расстояния /, от теодолита до названных точек. Измеренные направления и расстояния записывают в полевом журнале с обязательным ука­занием расположения точек на абрисе.

В заключение полевых работ при подземной теодолитной съемке остановимся кратко на полевом журнале. В него записывают, результаты измерений углов, длин сторон, съемки контуров горных выработок. Это важнейший первичный технический и юридический документ, служащий основой для составления маркшейдерских планов горных выработок. Поэтому журнал подземной теодолитной съемки должен вестись весьма тщательно и аккуратно. Необходимо заполнять все графы журнала, опреде­ляющие место, условия и дату съемки, инструмент и лицо, вы­полнявшее съемку. В случае погрешности в измерениях неверные результаты нужно зачеркивать,а не стирать резинкой.

Несмотря на трудные условия подземной съемки, необходимо обеспечить чистоту каждой страницы журнала, оберегать его в шахте от действия воды и загрязнения.

Форма журнала должна быть простой, удобной и соответст­вовать применяемым инструментам и методике измерений.

2.3.5 Правила безопасности при проведении маркшейдерских съемок

Маркшейдерские съемки (измерения) выполняются бригадой, состоящей из маркшейдеров и горнорабочих маркшейдерского отдела, а также из студентов на учебно-методической или произ­водственной практике. Простейшие виды съемок могут выполня­ться самостоятельно горнорабочими маркшейдерского отдела.

Подземные съемки связаны с пребыванием и передвижением в среде повышенной опасности. Кроме того, они отличаются осо­бым характером работы: а) стесненные условия и ограничения в выборе мест закрепления пунктов и установки инструментов; б) разнообразие и сложность измерений в некоторых выработках; в) постоянное изменение рабочего места и значительное удаление исполнителей друг от друга; г) работа со сложными высокоточ­ными приборами, что отвлекает внимание от окружающей обста­новки. Поэтому безопасные условия работ могут быть обеспечены лишь в том случае, если все занятые на съемке будут строго со­блюдать общие правила поведения людей в шахте (руднике) и меры предосторожности, связанные со спецификой выполнения маркшейдерских работ.

С общими правилами поведения людей в шахте студенту зна­комятся в курсе «Охрана труда», а также при оформлении на учеб­ную и производственные практики.

К мерам безопасности, связанным со спецификой подземных съемок, следует отнести следующие положения.

1) В отдаленных, редко посещаемых людьми выработках, а также в выработках с повышенной степенью опасности (неудов­летворительное состояние, слабая вентиляция, интенсивный тран­спорт и т. п.) съемки должны производиться под непосредствен­ным руководством участкового (главного) маркшейдера. В редко посещаемых людьми выработках газовых шахт участковый (глав­ный) маркшейдер должен иметь при себе газоопределитель.

2) В глухих забоях выработок съемка (измерение) может производиться только при работающем вентиляторе частичного проветривания и нормальном состоянии воздушного става. Осо­бую осторожность следует проявлять при отсутствии в забое людей (проходчиков). На газовых шахтах заходить в такой забой и производить измерения разрешается только после измерения содержания метана с помощью газоопределителя.

3) В выработках, оборудованных концевой (или бесконечной) откаткой, а также на их приемно-отправительных площадках съемка разрешается под непосредственным руководством марк­шейдера после полной остановки транспортных операций. Подъ­емная машина (лебедка) должна быть выключена и заблокиро­вана. О работе в указанных выработках должны быть оповещены лебедчик, рукоятчик и надзор участка. Возобновление работы транспортных средств разрешается после личного уведомления маркшейдера о выходе из выработки всех исполнителей съемки. Съемку в выработках с концевой откаткой рекомендуется произ­водить в нерабочие дни или.смены.

4) При съемках в выработках, оборудованных конвейерной доставкой, установку инструментов и измерения следует произ­водить по стороне для прохода людей.

5) При съемках в выработках крутого залегания необходимо особое внимание уделять предотвращению падения кусков по­роды, инструментов, предметов. Нечаянно задетый кусок угля или породы скатывается вниз с большой скоростью и может травмировать находящихся ниже людей.

6) Маркшейдерские пункты следует закреплять в безопасных местах. Перед закреплением точки надо-осмотреть кровлю и убе­диться, нет ли зависающих глыб породы и надежна ли крепь выработки. Точки (по возможности) закрепляют в стороне от рельсовых путей и троллейных проводов. Для закрепления точки в высокой выработке необходимо пользоваться лестницей или ме­тодами, предотвращающими'падение.

7) Перед установкой инструмента необходимо осмотреть кро­влю и убедиться в ее безопасном состоянии. Установку инстру­мента следует производить (по возможности) в стороне от рельсо­вых путей.

8) В высоких выработках подвеску отвесов нужно производить с помощью лестницы или методами, предотвращающими падение. При подвеске отвесов следует избегать касаний троллейных проводов.

9) Рабочие, освещающие передний и задний сигналы, должны следить за приближением транспортных средств (электровоза, самоходной машины и т, п.) и оповещать об этом работающего у инструмента. При занятых инструментом габаритах выработки надо заблаговременно останавливать транспорт, помахивая ин­дивидуальной лампой поперек выработки. Для пропуска тран­спортных средств все измерения должны быть прекращены, а инструменты убраны в безопасные места.

10) Следует избегать соприкасания стальной рулетки с трол­лейными проводами при измерении длин.

11) Нельзя производить измерение длин рулеткой через рабо­тающие машины, механизмы и движущийся состав.

12) Запрещается закреплять точки, устанавливать инстру­мент, находиться и производить измерения в зоне действия ра­ботающих машин и механизмов. Для выполнения названных операций машины или механизмы должны быть выключены, а пу­скатели заблокированы.

13) В газовых шахтах запрещается вскрытие и ремонт элект­ронных приборов (светодальномера, гирокомпаса и др.).

14) При съемке очистных забоев закрепление пунктов, уста­новку инструментов и измерения необходимо производить по свободному проходу для людей. Рекомендуется съемку произво­дить в нерабочую или ремонтную смену.

Приведенные выше правила безопасности и меры предосторож­ности не охватывают всех случаев и особенностей каждого гор­ного предприятия. Ознакомление с ними должно быть произве­дено в период предварительного обучения при поступлении на шахту.

Рекомендуемая литература: [ 1-6 ]

Контрольные задания для СРС [ 1-6 ]

1. Маркшейдерские подземные съемки: основные принципы и их классификация. Закрепление и нумерация пунктов теодолитных ходов. Съемка контура горных выработок и ведение журнала подземной теодолитной съемки. Правила безопасности при проведении маркшейдерских съемок. Прямая и обратная геодезические задачи

2.Подземные маркшейдерские опорные сети. Подземные маркшейдерские съемочные сети. Правила безопасности при проведении маркшейдерских съемок

Вопросы для контроля знаний:

1 Требования, предъявляемые к системе координат

2 Проекция Гаусса – Крюгера

3 Маркшейдерские опорные сети

4 Основные принципы выполнения подземных съемок

5 Виды подземных съемок

3 Ориентирно-соединительные съемки

План:

1. Общие сведения, цель и задачи ориентирно-соединительных съемок

2. Ориентирование через один вертикальный ствол.

3. Способ соединительных треугольников

4. Ориентировка через два ствола

5. Организация работ при геометрических методах ориентирования шахт и меры безопасности