Создание и реконструкция маркшейдерского опорного обоснования

Необходимость создания и реконструкции опорных и съемочных маркшейдерско-геодезических сетей на открытых горных разработках может быть обусловлена двумя причинами. Первая причина – ввод в эксплуатацию новых промышленных объектов, таких как карьеры, отвалы пустых пород, россыпи, шламоотстойники и другие. Вторая причина – необходимость реконструкции существующей опорной сети, когда часть ее пунктов в результате хозяйственной деятельности горнодобывающего предприятия утрачена, а координаты сохранившихся пунктов в результате техногенного воздействия горных разработок на верхнюю часть земной коры претерпели значительные изменения [16].

Основными этапами создания и реконструкции маркшейдерского опорного обоснования являются [8]:

1. Предпроектное обследование пунктов и контрольные измерения

В процессе предпроектного обследования должны быть установлены сохранность исходных пунктов государственной геодезической сети и степень их утраты, пригодность этих пунктов для спутниковых определений. Контрольные измерения выполняются для определения реальной точности существующей государственной геодезической и маркшейдерской опорной сети. Контрольные измерения выполняются между исходными пунктами ранее созданной маркшейдерской опорной сети, исходными и узловыми пунктами полигонометрии, ближайшими пунктами государственной геодезической сети.

Материалы предпроектного обследования и контрольные измерения должны быть максимально получены из отчётов по ранее выполненным работам. Выполнение полевых работ осуществляется только в крайних случаях.

2. Сбор и анализ геодезической обеспеченности

Получение задания и сбор материалов ранее выполненных работ является первым этапом создания технического проекта, который является документом, определяющим содержание, объем, затраты, основные технические условия, сроки, организацию выполнения проектируемых работ и сметную стоимость работ.

Сбор материалов геодезической обеспеченности производится в подразделениях, выполнявших ранее геодезические работы на данном объекте, территориальной инспекции государственного геодезического надзора, городских отделах архитектуры, маркшейдерских отделах, земельных комитетах и др.

При этом собираются следующие материалы:

- топографические карты района работ;

- материалы геодезического обследования на данном объекте по ранее выполненным работам;

- выписки из каталогов координат и высот пунктов на объект работ;

- сведения о центрах исходных пунктов, их состоянии;

- сведения о центрах и состоянии пунктов ранее проложенных сетей;

- выписки из отчетов ранее выполненных геодезических работ (наименование работы, шифр объекта, инвентарный номер отчета, год выполнения, наименование организации-исполнителя работ, оценка точности работ, каталог пунктов, участвующих в работе, схема);

- справки о системах координат и высот, применяемых на объекте.

Все собранные материалы систематизируются для предварительного анализа и составления технического проекта.

На основе собранного материала выполняется анализ с целью установления:

1. Качественных характеристик и плотности существующей сети.

2. Возможности использования пунктов ранее выполненных работ, отвечающих требованиям к пунктам создаваемой сети взамен запроектированных.

3. Возможности построения проектируемой сети, связанные с различными технологиями спутниковых измерений (сетевой, лучевой и совмещенный методы).

3. Проектирование геодезических работ

Проектирование маркшейдерских опорных сетей включает следующие стадии работ:

- Выбор схемы проектируемой сети.

- Выбор метода построения сети в данном районе и его экономическое обоснование.

- Оформление технического проекта.

Выбор схемы проектируемой сети.

Предварительная графическая схема проектируемой сети составляется на топографических картах, масштаб которых позволяет выдержать угловые и линейные параметры создаваемой сети. По крупномасштабным картам и планам анализируется местоположение пунктов, включенных в городскую геодезическую сеть на предмет наличия вокруг них препятствий. Для каждого пункта, на котором отмечаются ограничения обзора наблюдаемых спутников из-за наличия тех или иных препятствий, строится полярная диаграмма видимости небосвода с нанесением на нее экранирующих препятствий. Согласно выбранной схеме составляется графическая часть проекта создаваемой сети, при этом показываются все связи при наблюдениях на пунктах.

Выбор технологии выполнения работ.

При выборе технологии выполнения работ необходимо руководствоваться следующими требованиями:

- Для достижения однородной высокой точности необходимо проектировать минимальное количество классов и разрядов при совмещении старой и новой сетей.

- При построении маркшейдерской опорной сети необходимо использовать максимальное количество одновременно работающих спутниковых приемников, что позволяет за счет избыточных измерений повысить точность и надежность результатов наблюдений.

- При проектировании сети с использованием лучевого метода предусмотреть выполнение спутниковых наблюдений на каждом определяемом пункте дважды с контролем сходимости получаемых результатов.

Для пунктов с ограниченным обзором небосвода из-за наличия тех или иных препятствий время для проведения сеансов наблюдений выбирается на основе анализа полярной диаграммы препятствий, дополненной траекториями движения спутников с указанием времени их прохождения по нанесенной на диаграмму траектории. Для организации синхронных наблюдений это время согласуется со временем проведения спутниковых измерений на всех других пунктах, участвующих в планируемом сеансе наблюдений.

Оформление технического проекта.

Технический проект должен включать в себя пояснительную записку, графическую и сметную части.

Пояснительная записка должна включать следующие разделы:

- Обоснование технического проекта: нормативные документы, геодезическая изученность, краткая физико-географическая характеристика объекта работ, проектируемые работы, объемы работ, системы координат и высот.

- Сведения о ранее выполненных работах: наименование пунктов геодезического обоснования, наименование работы, наименование организаций, выполнивших работу, год выполнения, оценка точности, системы координат и высот.

- Технология выполнения работ с обоснованием выбранной схемы и способов измерений.

- График выполнения работ с подробным изложением порядка и времени выполнения работ на пунктах.

- Критерии оценки точности полученных результатов.

- График выполнения работ и сдачи готовой продукции.

Графическая часть проекта оформляется на картах с указанием местоположения пунктов опорных и перемещаемых спутниковых приемников и связующих сторон проектируемой сети. Для нанесения графического проекта на карты используются условные обозначения и их цветовое соотношение.

В сметной части рассчитывается время работы на одном пункте во время одного сеанса включения с использованием действующих нормативов времени и общее время работы с учетом количества пунктов сети и проектируемого количества приемников. Стоимость работ определяется с использованием действующих сметных расценок.

4. Рекогносцировка и закладка пунктов.

В процессе рекогносцировки выполняют:

- уточнение проекта сети для максимального совмещения пунктов проектируемой сети с плановыми и высотными пунктами ранее созданных сетей;

- выбор места закладки новых пунктов;

- согласование выбранных мест закладки с учетом типов применяемых центров.

Закладка новых пунктов до необходимой плотности осуществляется на основании технического задания и рабочего проекта, уточненного по материалам рекогносцировки и обследования. Выбранные в натуре места закладки пунктов закрепляются в соответствии с требованиями «Правила закрепления центров пунктов спутниковой геодезической сети» (ЦНИГАиК, 2001 г.) Центры закладываемых пунктов маркшейдерской опорной сети должны быть типа 190 – для районов с сезонным промерзанием грунтов и типа 191 – для скальных грунтов.

Не следует размещать пункты внутри металлических ограждений, рядом с высокими зданиями, большими деревьями, а также другими сооружениями, способными экранировать прямое прохождение радиосигналов от спутников.

Наличие на существующих пунктах металлических или деревянных сигналов и пирамид нежелательно.

5. Привязка исходного пункта к общеземной геоцентрической системе координат.

Используемые в геодезии спутниковые координатные определения базируются на применении дифференциальных методов, позволяющих определять разности геоцентрических координат между пунктами. Вместе с тем конечными результатами создаваемой сети должны быть полные значения координат пунктов в той или иной координатной системе. Исходя из этого, возникает необходимость иметь в составе сети хотя бы один опорный пункт с заранее известными значениями геоцентрических координат. Оптимальным вариантом является наличие в составе сети не менее трех исходных пунктов.

Координаты исходного пункта определяются в геоцентрической системе координат (X, У, Z), (B, L, H). От точности знания этих координат зависит положение всей создаваемой маркшейдерской опорной сети в более общей координатной системе.

Для корректной математической обработки спутниковых наблюдений сети необходима привязка исходного пункта к геоцентрической системе координат, что обеспечит передачу координат в геоцентрической системе на пункты городской сети с максимально возможной точностью. Конструкции реперов показаны на рис. 4.33 и 4.34.

5. Полевые наблюдения и камеральная обработка.

До начала проведения работ в целях обеспечения преемственности геодезической информации должен быть выполнен анализ существующих на территории создания маркшейдерского опорного обоснования геодезических построений и установлена их точность. Реальная точность взаимного положения пунктов существующей сети и государственной геодезической сети определяется сравнением длин контрольных линий, полученных из спутниковых измерений и вычисленных по значениям координат пунктов.

В государственной геодезической сети (ГГС) необходимо выделить каркас в объеме не менее 3 исходных пунктов для создания маркшейдерского опорного обоснования. На указанных пунктах должны быть выполнены спутниковые измерения, обеспечивающие их взаимное положение с повышенной точностью. Определение координат исходных пунктов производится с использованием статического режима.

При создании маркшейдерского опорного обоснования необходимо использовать максимальное количество одновременно работающих спутниковых приемников, что позволяет за счет избыточных измерений повысить точность и надежность результатов наблюдений.

Пункты маркшейдерского опорного обоснования должны быть максимально совмещены с сохранившимися пунктами триангуляции и полигонометрии. Закладка новых пунктов производится в необходимых случаях для обеспечения требуемой плотности сети. Центры пунктов маркшейдерского опорного обоснования по возможности должны быть глубокого заложения.

 

 

 

Рис. 4.33. Рабочий центр пункта маркшейдерской опорной сети для районов с сезонным промерзанием грунтов (тип 190)

 

 

Рис. 4.34. Рабочий центр пункта маркшейдерской опорной сети для скальных грунтов (тип 191)

 

Для уравнивания маркшейдерской опорной сети в государственной системе координат используются координаты всех исходных пунктов ГГС. Производится строгая увязка государственной геодезической и опорной маркшейдерской сетей, как это показано на рис. 4.35.

 

Рис. 4.35. Схема привязки опорной сети карьера к пунктам ГГС

 

В результате такой совместной увязки сетей с применением алгоритмов уравнивания выявляются пункты, координаты которых претерпели значительные изменения и должны быть переопределены, а также пункты, координаты которых изменения не претерпели и которые можно считать условно неподвижными. В данном случае за условно неподвижные пункты сети были приняты пункты государственной геодезической сети третьего класса «Подгорный» и «Норы», величины, изменения пространственных координат которых оказались сопоставимы с точностью GPS-измерений.

После дополнительных наблюдений совместная сеть строго уравнивается, и от условно неподвижных пунктов сети переопределяются координаты пунктов сети, расположенных в относительной близости от района работ. Дальнейшее определение координат новых пунктов опорной маркшейдерской сети и переопределение старых производится уже от вблизи расположенных пунктов государственной геодезической сети и пунктов маркшейдерской опорной сети, координаты которых были переопределены в предыдущем уравнивании.

В нашем случае планово-высотная привязка опорной сети карьера производилась от 4-х пунктов сети 2-го, 3-го и 4-го классов «Дусбайка», «Поисковый», «Асбестовый» и «Базисный». В результате выполнения данной работы были определены современные пространственные координаты пунктов опорной сети карьера, расположенных на верхней бровке по всему периметру карьера. Схема опорной сети карьера приведена на рис. 4.36. Приведенная технология выполнения геодезических работ позволяет существенно снизить затраты времени на определение координат пунктов маркшейдерской опорной сети и получить качественный результат.

GPS геодезическая сеть по сути своей представляет собой линейно-угловую сеть, в которой измеренными величинами являются длины линий, превышения между концами линий и азимуты линий. Для однозначного нахождения координаты определяемой точки необходимо измерить только один вектор от точки с известными координатами (рис. 4.37). Такая технология называется радиально-лучевой, а ее аналог в традиционной геодезии – методом полярной засечки. На рисунке треугольниками показаны точки с известными координатами, прямоугольниками – определяемые точки. В данном случае резко снижаются затраты времени на определение координат пунктов опорной сети.

 

Рис. 4.36. Схема опорной сети карьера

 

Рис. 4.37. Определение координат пунктов с использованием
радиальной технологии наблюдений

Единственным недостатком этого способа является либо отсутствие какого-либо контроля определения координат кроме внутреннего контроля вычислений, либо достаточно слабый контроль в случае, когда одновременно работают две базовые станции. Хотя, как показывает практика, по результатам внутреннего контроля вычислений можно гарантированно отбраковать недоброкачественные измерения и не возникнет необходимость выполнения повторных полевых измерений.

Для выполнения же особо ответственных геодезических работ применяется другая технология, схематично представленная на рис. 4.38.

Рис. 4.38. Схема создания сети с контрольными измерениями

 

В этом случае на каждой определяемой точке наблюдаются как минимум три вектора. При таком способе спутниковых наблюдений возникают избыточные измерения в сети, что позволяет уравнивать такую сеть методом наименьших квадратов. В случае выбраковки в такой сети некоторого количества векторов не возникает необходимости возвращаться в поле и выполнять повторные измерения. После отбраковки некачественных векторов, как правило, имеется возможность для дальнейшего уравнивания сети. При применении этой технологии наблюдений затраты времени на определение координат пункта сети увеличиваются как минимум в два раза, что компенсируется более надежными результатами всей работы.

Одним из самых часто задаваемых вопросов при создании и реконструкции опорных сетей методами спутниковой геодезии является вопрос о том, насколько эффективнее создавать маркшейдерско-геодезическую сеть с применением новых технологий по сравнению с методами традиционной геодезии. Практика показывает, что в зависимости от различных внешних факторов увеличение производительности труда может составлять от 25 до 100 % и более. Наибольшее увеличение эффективности использования комплексов спутниковой геодезии наблюдается при производстве работ на открытой местности, где характерны малые помехи прохождения спутникового радиосигнала. Однако следует иметь в виду, что при всех имеющихся неоспоримых достоинствах методы спутниковой геодезии имеют несколько ограниченные условия применения и ни в коей мере не могут полностью заменить традиционные методы создания и реконструкции опорных маркшейдерско-геодезических сетей на открытых горных разработках. Наиболее приемлемым в данном случае является совместное использование методов традиционной и спутниковой геодезии.