Маркшейдерское обеспечение подземных горных работ

Соединительная съемка — совокупность маркшейдерских работ, выпол­няемых для ориентирования подземных горных выработок. Соединительной съемкой устанавливаются дирекционные. углы и координаты X, Y начальных пунктов на каждом горизонте горных работ в системе координат, принятой на поверхности. Из этих задач наиболее ответственной является задача определения дирекционного угла, т. е. ориентирование (рис. III. 17).

Ошибка, допущенная в определении координат, не увеличивается при уда­лении от начального пункта. Линейная ошибка положения объектов подземной

 

Рис. III.17. Распространение ошибок в определении координат (а) и дирекционного угла (6")

 

съемки, обусловленная ошибкой определения дирекционного угла, возрастает по мере их удаления от начального пункта. Разность дирекционных углов сто­роны подземной съемки, вычисленная по двум независимым ориентировкам, не должна превышать 3'. Если ориентировки произведены через разные шахты, то эта разность не должна превышать

 

(III.39)

где n — число углов подземного теодолитного хода.

Ориентирование может быть выполнено геометрическим и физическими методами (магнитный, оптический и гироскопический)

Геометрический ме­тод ориентирования является наиболее распространенным и по условиям связи подземных горных выработок с земной поверхностью применяется в трех основных раз­новидностях: ориентирование через штольню или наклонный шахтный ствол; через один вертикальный шахтный ствол; через два верти­кальных шахтных ствола

 

 

Рис. III. 19. Ориентирование через один верти­кальный ствол:

1-лебедки: 2-блоки: 3-проволока: 4-груз: 5-успокоители: 6-центрировочная пластинка

 

 

 

 

Рис. III.18. Соединительная съемка при штольневом вскрытии:

1-4-подземные точки съемки

 

 

 

Рис. III.20. Примыкание к отвесам способом соединительного треугольника

 

Ориентирование через штольню или наклонный ствол осуществляется проложением по ним теодолитного хода от пунктов Т и Л геодезического обоснования на поверхности (рис. III. 18).

Ориентирование через один вертикальный ствол слагается из двух частей: проектирование точек с поверхности на ориентируемый горизонт; примыкание к проектируемым точкам на поверхности и к их проек­циям на ориентируемом горизонте.

Проектирование точек чаще всего осуществляется с помощью двух непо­движных (рис. III. 19) или двух качающихся отвесов.

При ориентировании глубоких стволов колебания отвеса полностью успокоить не удается. Поэтому проектирование точек осуществляется по кача­ющимся отвесам. Качания отвеса обычно наблюдают с помощью центрировочной тарелки с двумя взаимно перпендикулярными шкалами и двух теодолитов. При наблюдении качаний берется 10—15 отсчетов против крайних левых и правых положений отвеса. Шкальный отсчет положения покоя

(III.40)

Примыкание к отвесам по способу соединительного треугольника (рис. III.20). В ствол шахты опускают два отвеса A и В. На поверхности у ствола закладывается подходной пункт С, привязанный к триангуляционным или полигонометрическим пунктам. Отвесы А и В и пункт С образуют на поверхности треугольник AВС. Эти же отвесы образуют с точкой С начального пункта под­земной съемки соединительный треугольник A'В'С.

Теодолитами, установленными на поверхности в точке С и под землей в точке С, одновременно измеряют углы у, б, 8, у', б', е/ и длины сторон соеди­нительных треугольников аЪс и а'Ь'с'. Длины измеряются стальной рулеткой при постоянном натяжении не менее пяти раз. Углы при точках С и С должны быть измерены тремя полными повторениями теодолитом, имеющим точность отсчета не ниже 30".

Вычислив примыкания

получают углы α, β, и α’, β’,

 

 

 

Рис. II 1.21. Ориентирование через два вертикаль­ных ствола

 

Дирекционный угол исход­ной стороны подземной съемки

(CD') = (ТС) + ε + (α + α') — δ' ± 3-180°. (III.45)

Координаты точки С’ вычис­ляются по формулам

Yc’, = Yc+b sin (СА) + b' sin (А'С'); (III.46)

 

Xc’, = Xc+b sin (СА) + b' sin (А'С'); (III.47)

 

Для контроля дирекцион­ный угол (CD') и координаты точки С вычисляют из хода СВВ'С. Исследования показали, что наименьшие погрешности возникают, когда угол у не превышает 3°. Примыкания к отвесам могут быть выполнены по методам соединительного четырехугольника и сим­метричных фигур.

Ориентирование через два вертикальных ствола (рис. 111.21). Опускают по одному отвесу в каждый ствол А и В. На поверхности от триангуляционного пункта Т прокладывают теодолитные ходы к отвесам А и В и определяют координаты отвесов (Хд, Ул), (Хд, Y в) в принятой на поверх­ности системе координат. По координатам отвесов находят дирекционный угол линии А В, соединяющей отвесы:

(III.48)

 

(III.49)

 

В шахте на ориентируемом горизонте также прокладывают ход первого разряда

А'—1—2—3—4—5—В' по выработкам, соединяющим стволы. Вычис­ляют координаты X’_B и Y’_B в условной системе координат, в которой координаты

отвеса АХ’_A а и У’_A и дирекционный угол (А — 1) равны нулю. Тогда

 

(III.50)

(III.51)

Дирекционный угол (А — 1) вычисляют в системе координат, принятой на поверхности,

(A-1)=(AB)-(AB)’ (III.52)

По координатам точки А и дирекционному углу (А — /) вновь вычисляют координаты подземного хода.

Передача высотных отметок с поверхности на горизонт горных работ. При вскрытии шахтного поля штольней или наклонным стволом превышение (вертикальное расстояние) определяется путем прокладки хода геометрического и тригонометрического нивелирования между пунктами на поверхности и в шахте. Передача высотных отметок через вертикальные выработки как с земной поверхности, так и с одного эксплуата­ционного горизонта на другой может быть выполнена при помощи длинной шахт­ной ленты, стальной проволоки, металлической рулетки и глубиномера (длино­мера).

 

 

 

Рис. III.22. Передача высотной отметки Рис. III.23. Передача высотной отметки

длинной лен­той: длинномером:

/ — рейка; 2 — уровень моря 1 — нивелир; 2— длиномер; 3—

рейка

 

Передача отметки через вертикальные выработки шахтной лентой. На по­верхности вблизи устья ствола шахты закреплен репер Rп, высотная отметка которого Z_Rп известна. В шахте заложен репер Rш, отметку Z_Rш которого необ­ходимо определить. Из схемы (рис. III.22)

 

Z_Rш= Z_Rп-h (III.53)

где h — расстояние по вертикали между реперами Rп и Rш. Для определения h используются стальные ленты длиной от 100 до 1000 м. Перед производством измерений ствол шахты на земной поверхности и горизонте горных работ пере­крывается прочными полками. Барабан с лентой устанавливается на уровне верхней приемной площадки над стволом шахты. Ленту разматывают до тех пор, пока она дойдет до горизонта горных выработок. К концу ленты подвешивается груз, вес которого должен быть равен натяжению при компарировании ленты. На поверхности и в шахте устанавливаются нивелиры, а на пунктах Rn и #ш нивелирные рейки.

При измерениях одновременно по сигналу берутся следующие отсчеты: а_п — отсчет по рейке, установленной на репере Rп; а_ш — то же, на репере Rш; Nп — отсчет по ленте на уровне горизонтального луча верхнего нивелира; Nш— аналогичный отсчет по лучу нижнего нивелира. Кроме того, определяется темпе­ратура воздуха в средней части ствола с точностью до 1 °С.

H=(Nп-Nш)+а_ш-а_п+ΔL₁+ΔL₂+Δt+r (III.54)

где ΔL₁ и ΔL₂ — поправки, учитывающие удлинение ленты под действием силы тяжести ее и груза; Δt — поправка за температуру; r — поправка за компарирование ленты.

Передача в шахту высотной отметки должна быть сделана дважды. При вто­ром измерении меняются высоты обоих нивелиров и положение ленты в стволе

 

 

 

Рис. III.24. Маркшейдерские знаки:

а, б — постоянные; б — временный

Передача отметки через вертикальные выработки длиномером ДА-2 (рис. 111.23). Длиномер состоит из лебедки с проволокой и мерного диска. Бара­бан лебедки и мерный диск вращаются на одной оси. Число целых оборотов мер­ного диска определяется по счетчику. Для отсчета части оборота диска на его реборде нанесены деления, что позволяет отсчитывать 0,001 оборота. К проволоке прибора прикрепляются рейка-груз и контрольная рейка, на которой нанесены сантиметровые деления.

В начале измерений рейка-груз устанавливается против горизонтального луча нивелира на поверхности, и по ней берется отсчет яп, а затем отсчет аи по нивелирной рейке, установленной на репере Rп. Отсчет Nп записывается по счет­чику оборотов. Затем проволоку медленно и равномерно опускают в шахту до тех пор, пока рейка-груз окажется против горизонтального луча нивелира, уста­новленного в шахте. После этого берут отсчеты: Nш — по счетчику длиномера, n_ш — по рейке-грузу, а_ш — по рейке, установленной на репере

Высотная отметка репера Rш вычисляется по формулам

Z_Rп=Z_Rп-h (III.55)

H=(N_ш-N_п)- (a_п-n_п)+(a_ш-n_ш)+Δl+Δt_п+Δt_D+r

Где — Δl, Δt_п, Δt_D и r поправки за диаметр и материал проволоки, за разность температур и поправка за компарирование.

Передача отметки длиномером должна производиться не менее двух раз.

Закрепление и нумерация пунктов теодолитных ходов. Вершины углов теодолитных ходов в горных выработках закрепляются постоянными и времен­ными знаками. При выборе мест закрепления пунктов необходимо обесценить взаимную видимость пары смежных пунктов и наибольшее расстояние между ними.

Постоянные знаки закрепляются в кровле (рис. II 1.24, а) или почве (рис. III.24, б) горной выработки. Постоянными знаками закрепляют не менее трех смежных вершин теодолитного хода. Группа постоянных пунктов закре­пляется не реже чем через 300—500 м.

 

 

Временные маркшейдерские знаки (рис. III 1.24, в) забивают в верхняки крепежных рам или в деревянные пробки, укрепленные в специально пробурен­ных в кровлю скважинах. Все постоянные и временные знаки нумеруются. Для каждой шахты должна быть принята общая нумерация. Номера временных и постоянных пунктов обозначаются на металлических марках и крепятся на борту выработки на креплении или пишутся масляной краской при креплении бетоном и в выработках без крепления.

Измерение длин сторон подземных теодолитных ходов. Инструментами для измерения длин служат стальные длиной 20, 30, 50 м и тесемочны\ длиной 10 м рулетки. Стальные рулетки обычно применяются в основных маркшейдер­ских съемках, тесемочные — в съемках очистных работ. Длину каждой стороны хода для контроля измеряют два раза — вперед и обратно. Расхождения между двумя значениями одной и той же стороны в теодолитных ходах первого и второго классов не должны превышать соответственно 1: 2000 и 1: 3000. Разрешается применять дальномеры, обеспечивающие необходимую точность.

Съемка подробностей в горных выработках производится от пунктов и сто­рон теодолитного хода. Объектами съемки являются контуры горных выработок, контакты пород и полезного ископаемого, тектонические особенности месторо­ждения, вид крепления выработки и др. Съемка может производиться способами ординат и полярным. Камеральная обработка теодолитной съемки, как и ниве­лирование подземных горных выработок, ведется по правилам, выработанным в маркшейдерии.

Геометрическое нивелирование применяется в горизонтальных и слабонаклон­ных (до 8°) выработках, тригонометрическое — в наклонных и крутых.

Геометрическое нивелирование ввиду более высокой точности применяется для создания высотного обоснования в шахте, тригонометрическое — ведется одновременно с теодолитной съемкой горных выработок. Реперы закладываются в фундаментах стационарных установок, а также в коренных породах почвы, кровли и бортов выработки.

Съемка нарезных и очистных выработок. Способы, объем и характер съемок определяются формой залегания полезного ископаемого. Съемка может быть произведена с пониженной точностью упрощенными угломерными инструмен­тами, висячими инструментами, а также рулеточным замером. Дальномерами ведется съемка недоступных точек в очистных камерах. Съемки привязываются к теодолитному ходу шахты. Результаты съемок затем проверяют, вычисляют и наносят на планы горных работ.

Рассечка околоствольного двора. С приближением забоя ствола к проектному горизонту производят контрольные измерения глубины ствола и передают от­метку на реперы, заложенные в креплении ствола несколько выше места сопря­жения. Горизонт рассечки намечается от этих реперов путем рулеточных замеров. Направление рассечки сопряжения определяется от осевых проходческих от­весов, опущенных с поверхности или последнего опорного венца. Пользуясь точками предварительно вынесенной оси, проводят выработки околоствольного двора на расстояние не более 20—30 м. Дальнейшую проходку можно вести после точного ориентирования и перенесения оси ствола на горизонт околоствольного двора.

Рис. III.25. Задание горизонтального направления прямолинейным горным выработкам:

а, Ь, с — отвесы

 

 

 

 

Рис. III.26. Задание горизонтально­го направления

криволинейной вы­работки

 

 

До проведения выработок околостволь­ного двора должны быть составлены и вы­числены проектные полигоны. Полигоны об­разуют оси проектируемых выработок око­лоствольного двора. Вычисление проектных полигонов ведется по числовым данным ра­бочих чертежей в истинной или условной системе координат. При построении проект­ного полигона оси криволинейных участков заменяют хордами. Наряду с составлением проектного полигона должен быть составлен проектный профиль откаточных путей.

Задание направления горным выработ­кам. Горизонтальное направление прямоли­нейной выработки закрепляется тремя вре­менными маркшейдерскими точками, рас­стояние между которыми должно.быть не менее 2—3 м.

Маркшейдер указывает расстояние от закрепленных отвесов до стенок выработки /п (правое) и /л (левое) (рис. II 1.25, а). С закрепленных точек опускают отвесы (рис. 25, в) и, дав им успокоиться, становятся сзади них так, чтобы все три нити отвесов покрывали друг друга. Полученное направление проектируют на забой.

Для задания направления выработки на прямом участке может быть использован световой указатель направления УНС-2, разработанный ВНИМИ.

Световая точка создается оптической частью прибора и источником света. Световой зайчик проектируется на забой в виде двух перекрещивающихся свето­вых полос.

Задание горизонтального направления криволинейной выработки (рис. III.26). На схеме криволинейного участка, составленной в крупном масш­табе (1: 20—1: 50), круговую кривую заменяют вписанными в нее хордами, предварительно вычислив углы их поворота и длины. По этой схеме графически определяют расстояния (перпендикуляры) от хорд до стенок выработки через каждые 1—2 м.

Числовые значения перпендикуляров и расстояний от начала хорды до оснований всех перпендикуляров приводят на схеме. Кроме того, име­ются способы радиусов и продолженных (коротких) хорд.

Направление выработки в вертикальной плоскости задают в - соответствии с проектным уклоном i (рис. III.27).

Уклон можно задать при помощи реперов, закладываемых по обеим стенкам выработки. Расстояние от реперов до почвы и кровли выработки должно быть одинаковым по всей длине выработки.

Проведение выработок встречными забоями. Положение точек С и D встреч­ных горизонтальных забоев (рис. 111.28) определяется по плану и выносится в на­туру путем прокладки теодо­литного хода.

Дирекционный угол направ­ления (DC) вычисляют по фор­мулам:

 

(DC)=(CD)+180˚

 

 

 

Рис. III.27. Задание направления выработки в вер­тикальной плоскости

 

 

 

Рис. III.28. Проведение выработок встречными забоями:

1— пройденный штрек; 2 — проектный штрек

 

Для задания горизонтального направления вычисляют углы при вершинах С и D:

β₁= (CD) — (СВ); (III.60)

β = (DC) - (DA). (III.61)

Уклон i сбиваемой выработки определится по разности отметок точек С и D:

(III.62)

 

(III.63)

Сбойка вертикальных вырабо­ток (рис. III.29). Положение то­чек Ц и Ц₁, расположенных на

одной вертикали, определяется аналогично после прокладки теодолитного хода.

Контроль за соблюдением проектного сечения выработки. Поперечное сече­ние выработок проверяется систематически, их ширина измеряется вчерне н в свету. Измерения ведут тесемочной рулеткой через равные по длине проме­жутки выработки.

Сечение выработки, имеющей криволинейное очертание, проверяется при помощи шаблона, способом линейных засечек или полярным способом. Помимо проверки сечений вновь пройденных выработок ежеквартально определяют состояние главных подготовительных выработок, для чего через каждые 50 м производят замеры сечения выработок и устанавливают состояние крепи и вели­чину зазоров между наиболее выступающими частями подвижного состава и под­вешенного на крепи оборудования.