ПРИМЕНЕНИЕ МАРКШЕЙДЕРИИ В ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТАХ НА КАРСТОВЫХ ТЕРРИТОРИЯХ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

Автор публикации:
Филатова Анастасия Викторовна
Город (населенный пункт):
г. Чапаевск

ПРИМЕНЕНИЕ МАРКШЕЙДЕРИИ В ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТАХ НА КАРСТОВЫХ ТЕРРИТОРИЯХ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

А.В. Филатова

«Аннотация». Статья посвящена применению маркшейдерии в геодезических работах на карстовых территориях Самарской области. В данной статье рассмотрены проблемы карстовых территорий с точки зрения геодезических измерений и методы их решения. Рассмотрено одно из направлений в данной области геодезии как маркшейдерия. Особое внимание обращается на методы измерений на карстовой местности.

Ключевые слова: маркшейдерия, карст, горизонтальная съёмка; съемка методом полярных координат; cсоединительные съёмки; съёмка подробностей ситуации; метод прямоугольных координат; определение дирекционного угла; метод линейных засечек.

Применение маркшейдерии в геодезических работах на карстовых территориях Самарской области направление актуальное на сегодняшнее время. Условно маркшейдерское дело рассматривается как составная часть недропользования, учебная дисциплина, горная наука.

Сегодня маркшейдерская служба занимает особое место в системе управления добывающих предприятий и организаций и в пределах своей компетенции, обеспечивает эффективное и безопасное ведение работ на объектах недропользования – при эксплуатации месторождений полезных ископаемых и стадиях их освоения, тогда как, например, согласно «Основных правил по маркшейдерскому делу и маркшейдерскому контролю» (1929), деятельность маркшейдера сводилась к производству горных отводов (выноске границ «в натуру»), составлению планов горных отводов, съемке на поверхности (триангуляцияи т.д.), съемке подземных выработок и нивелировке.

Производство маркшейдерских наблюдений, ведение маркшейдерской документации при недропользовании предусмотрено действующим законодательством о недрах. Развитие маркшейдерского дела в науке и практике первоначально было тесно связано с подземными разработками «твердых» полезных ископаемых. В XX веке определяющим для него стали также другие типы полезных ископаемых. Не стала исключением и добыча углеводородного сырья.

Автором составлена зона распространения различных видов карста по Самарской области, по данным исследований, проводимые с 2010 по 2014 года включительно, на основании которой мы можем с уверенностью говорить о том, что карстовые процессы развиваются на огромном пространстве и характеризуются различными геологическими и физико-географическими условиями, что видно из рис.1. и дает тем самым широкие возможности работы в геодезическом научно-исследовательском направлении. С точки зрения экономической рациональности рассмотрение этого вопроса остается актуальным [3,5].

Наиболее важными типологическими признаками являются: литология пород и их закарстованность, структурно-тектонические условия, генезис карст, геоморфология, гидрогеологические условия и др.

По схеме районирования А.Г. Чикишева Самарское Поволжье относится к Жигулевско-Бугульминсокй провинции и рассматривается как самостоятельная единица со всеми признаками механизма образования карста[4].

Соединительные съемки имеют важное значение в комплексе мероприятий, обеспечивающих рациональное и безопасное ведение инженерно-геодезических работ. Соединительные съемки производятся для решения ряда горнотехнических задач, в том числе и для составления планов горных выработок в общей с поверхности системы координат. Конкретно задача соединительной съемки заключается в определении дирекционного угла одной из сторон и координат одного из пунктов подземной съемки, что включено в основу работы геодезиста.

Горизонтальная съемка является ситуационной съемкой, при которой углы горизонтальные измеряют угломерным инструментом, а горизонтальные проложения различными инструментами. Превышения между точками местности при этом не определяют, поэтому горизонтальные съемка является частным случаем тахеометрической съемки.

Карбонатный

Известковый

Сульфатный

Смешанный

Рис. 1. Распространение карста по Самарской области.

Горизонтальные съемки используют для подготовки ситуационных планов местности и цифровых ситуационных моделей местности (ЦММ), а также для обновления топографических карт и электронных карт.

При производстве горизонтальных съемок особенно эффективным и предпочтительным является использование методов электронной тахеометрии.

При использовании приемников систем спутниковой навигаций «GPS» из всех видов теодолитных (горизонтальных) съемок наземно-космическая горизонтальная съемка является самой производительной, эффективной и обеспечивает полную автоматизацию обработки результатов измерений и подготовки ситуационных планов и ЦММ [1].

При горизонтальных съемках в период производства полевых работ выполняют следующее: рекогносцировку, прокладку ходов съемочного обоснования, съемку подробностей ситуации местности.

Рекогносцировку подлежащего съемке участка местности производят с целью установления границ съемки, определения положения съемочных точек (вершин ходов), направления ходов и выбора метода съемки ситуационных подробностей местности.

Прокладка ходов включает в себя вешение линий, измерение горизонтальных углов, измерение горизонтальных проекций длин линий.

Вешение линий осуществляют с помощью угломерного инструмента. При длинных прямых назначают дополнительные съемочные точки, с которых осуществляют продление створа. Вынос дополнительных съемочных точек при продлении стороны хода для устранения влияния коллимационной погрешности осуществляют переводом трубы через зенит при двух положениях круга (КЛ и КП).

Измерение длин линий осуществляют с использованием дальномеров, а также приемников систем спутниковой навигации «GPS» [1].

Стороны съемочного обоснования измеряют с относительной погрешностью 1:2000. Длины сторон вдоль трасс линейных сооружений измеряют один раз с относительной погрешностью 1:1000. Однако для исключения грубых ошибок периодически привязывают трассу к пунктам государственной геодезической сети.

Съемку подробностей ситуации осуществляют в зависимости от требуемого масштаба съемки с шагом снимаемых точек от 10 до 100 м, однако при этом фиксируют все изломы контурных линий.

Съемку характерных подробностей ситуации местности производят в зависимости от конкретных условий местности и имеющихся в наличии приборов одним из следующих способов: прямоугольных координат; полярным; прямых угловых засечек; линейных засечек; обхода; створов; наземно-космическим.

Метод прямоугольных координат наиболее часто используют при съемке притрассовой полосы линейных сооружений в ходе разбивки пикетажа. Ширину съемки притрассовой полосы в масштабе 1:2000 принимают по 100 м в обе стороны от трассы, при этом в пределах ожидаемой полосы отвода съемку ведут инструментально, а далее глазомерно[2].

Горизонтальную съемку методом полярных координат применяют преимущественно в открытой местности.

Съемка методом полярных координат оказывается особенно эффективной при использовании электронных тахеометров.

Метод прямых угловых засечек применяют главным образом в открытой местности, там, где не возможно выполнить непосредственное измерение расстояний до нужных точек местности. В качестве базиса обычно служит одна из сторон съемочного обоснования или ее часть. Съемку методом прямых угловых засечек обычно используют при производстве гидрометрических работ на реках: измерение поверхностных скоростей течения поплавками, траекторий льдин и речных судов, при выполнении подводных съемок дна русел рек и водоемов и т. д.

Метод линейных засечек применяется, если местность позволяет оперативно выполнить линейные измерения до характерных ситуационных точек местности.

Метод обхода реализуют проложением хода по контуру снимаемого объекта с привязкой этого хода к съемочному обоснованию [1].

Метод обхода используют, как правило, в закрытой местности для определения недоступных объектов большой площади: болота, запретные зоны, территории хозяйственных объектов и т. д.

Суть метода створов состоит в том, что на прямой между двумя известными точками, размещенными на сторонах съемочного обоснования, с помощью одного из мерных приборов определяют положение характерных ситуационных точек местности.

Наземно-космический метод горизонтальной съемки состоит в том, что для получения плановых координат характерных ситуационных точек местности используют приемники систем спутниковой навигации «GPS». При производстве горизонтальных съемок ведут абрис и журнал измерений. Абрис представляет собой схематический чертеж отдельных сторон съемочного обоснования и контуров ситуации в любом приемлемом масштабе, но с обязательным указанием величин промеров.

В ходе камеральных работ осуществляют: проверку журналов измерений и абрисов; обработку и уравнивание угловых измерений ходов; уравнивание приращений координат и вычисление координат съемочных точек и составление ведомости координат; подготовку ситуационного плана местности в заданном масштабе.

Определение дирекционного угла является наиболее важной частью соединительных съемок, поэтому принято соединительные съемки называть ориентированием горных выработок. Объясняется это тем, что влияние ошибки координат начальной точки теодолитного хода остается постоянным независимо от его формы и периметра. Из рис.1 видно, что ошибка в координатах начальной точки СС' = КК = т остается постоянной для всех точек , в то время как ошибка в определении дирекционного угла начальной стороны вызывает поворот всего теодолитного хода, из-за чего ошибки точек возрастают по мере их удаления от начальной точки рис. 2. Если дирекционный угол первый стороны определен с ошибкой т , то наиболее удаленная точка К, находящаяся на расстоянии L от начальной, будет иметь ошибку:

при mα = ± 60'' и L = 3км ≈1м (1)

Вертикальной съемкой, или нивелированием, называют совокупность измерений, выполненных в определенном порядке, для определения превышений, а затем и высот отдельных точек. Вертикальные съемки в горных выработках производятся для:

определения высот точек, закрепленных в горных выработках;

построения профилей и вертикальных разрезов выработок;

задания направления выработкам в вертикальной плоскости.

Все съемки опираются на реперы (пункты высотного обоснования), заложенные в околоствольном дворе и имеющие высоты, определенные в результате вертикальной соединительной съемки. В выработках с углом наклона, не превышающем 5—8°, съемки производятся способом геометрического нивелирования; с большим углом наклона — тригонометрическим нивелированием.

Реперы закладываются в фундаментах стационарных установок, а также в коренных породах почвы, кровли и боков выработки. В качестве них могут быть использованы также постоянные пункты полигонометрических и теодолитных ходов, расположенные парами на расстоянии 20—50 м один от другого. Расстояния между смежными парами реперов должно быть не более 300—500 м.

Для опознавания реперов в выработках на стойках крепи закрепляют железные марки с нанесенными на них буквой Р и номером репера. В выработках с бетонным и металлическим креплением маркировка реперов производится масляной краской на стенках выработок. Конструкция реперов, закладываемых в почву или кровлю, может быть такой же, что и постоянных пунктов плановой подземной маркшейдерской опорной сети; в некоторых случаях сооружаются и специальные реперы.

Вертикальной съемкой, или нивелированием, называется совокупность измерительных и вычислительных операций, в результате которых определяются высотные отметки отдельных точек.

Вертикальные съемки на закарстованных территориях производятся для следующих основных целей: определение высотных отметок точек, закрепленных на закарстованных территориях, построение профилей вертикальных разрезов, задания направления выработкам в вертикальной плоскости. Все съемки опираются на реперы, заложенные в околоствольном дворе и имеющие высотные отметки, вычисленные в результате вертикальной соединительной съемки.

В выработке с углом наклона, не превышающем 5-8, съемки производятся методом геометрического нивелирования, в выработках с большим углом наклона – методом тригонометрического нивелирования.

Пункты высотного обоснования отмечают особыми знаками – реперами, рассчитанными на длительный срок существования. Реперы закладываются в фундаментах стационарных установок , а так же в коренных породах почвы, кровли и боков выработки. В качестве реперов могут быть использованы также постоянные пункты теодолитных ходов. Реперы закладываются парами на расстоянии 20 – 50 м один от другого. Расстояние между смежными парами реперов должно быть не более 300 – 500м.

Для опознавания реперов в выработках на стойках крепи закрепляют железные марки, на которых обозначаются буква Р и номер репера. В выработках с бетонным и металлическим креплением маркировка реперов производится масляной краской на стенках выработок[2].

Для составления структурных и качественных горно-геометрических графиков на маркшейдерские планы, разрезы и проекции наносятся точки, в которых определены показатели, характеризующие те или иные свойства залежи.

Перед нанесением точек на маркшейдерские графики для каждой из них должны быть определены координаты. Работа по определению местоположения точек ведется геолого-маркшейдерской службой непрерывно, начиная с разведки месторождения, в период строительства горного предприятия и во время его эксплуатации.

Съемка точек производится по естественным обнажениям, если они имеются, и по всем горным выработкам, вскрывающим залежь. В период разведки к таким выработкам относятся скважины, шурфы, канавы, в период строительства и эксплуатации – стволы шахт, капитальные, подготовительные и очистные выработки, разрезные траншеи, уступы бортов карьеров, буровзрывные скважины и др. выработки.

В практике встречаются случаи, когда задача по определению точек или показателей залежей решается специальными способами:

Способ определения координат точек встреч скважины с висячим или лежачим боком залежи. Залежь может быть разведана вертикальной, наклонной или искривленной скважинами.

Способ определения элементов залегания по трем точкам. Такая задача может встретиться, когда на месторождении имеется три обнажения, естественные или искусственные, не лежащие на одной прямой.

Способ определения элементов залегания способом перекрещивающихся прямых. Этот способ применяется в случаях, когда залежь пересекается выработкой, направленной произвольно по отношению к простиранию и падению залежи.

Подсчет запасов по способу изолиний производят по графику изомощностей или линейных запасов.

П.К. Соболевский предложил два способа определения объема «осажденного» тела, поверхность которого выражена в изолиниях – по формуле призматоида и при помощи объемной палетки[1].

При определении объема по формуле призматоида задача сводится к установлению объема тела, расчлененного горизонтальными сечениями на слои высотой h, равной сечению изомощностей. Изомощности являются контурами этих сечений.

Подсчет запасов производится в такой последовательности:

Планиметром определяют площади, оконтуренные каждой из мощностей,

Вычисляют объем залежи по формуле (2):

V= [ + ) + 2 ( + + …) + 4( + + + …) (2)

Число слоев должно быть четным. Если число слоев не четное, то объем последнего слоя подсчитывают отдельно и суммируют с общим объемом,

Вычисляют запас полезного ископаемого

Q = Vd (3)

Определяют запас компонента

P = Qc. (4)

При подсчете запасов при помощи объемной палетки залежь, изображенную в виде изомощностей, палеткой расчленяют на ряд вертикальных призм с одинаковым квадратным основанием. Объем каждой призмы определяют как произведение основания на ее среднюю высоту, равную высоте центра квадратика. Объем тела равен сумме объемов всех призм.

Подсчет запасов производится в следующем порядке.

На прозрачной бумаге вычерчивают палетку, представляющую собой правильную сетку точек, расположенных на расстоянии 0,5 – 1,0 см друг от друга. Каждая точка представляет собой, таким образом, центр квадратика площадью 0,25 – 1,0 см2

Палетку накладывают на план изомощностей в произвольном положении и в каждой ее точке в пределах промышленного контура залежи берут отчет значения мощности по плану и записывают в формуляр подсчета.

В формуляре подсчитывают суммы мощностей по всем строчкам и колонкам и вычисляют общую сумму мощностей.

Вычисляют объем и запас полезного ископаемого залежи по формулам

V = Σ ma; Q = Vd, (5)

Где а – площадь основания палетки в масштабе плана.

Запас компонента определяют по графику линейного запаса произведений мс.при этом определяется палеткой объем V'

V' = aΣmc,(6)

Определяют запас компонента. Если содержание компонента выражено в процентах, то

P = V . (7)

Нитяный дальномер весьма прост по устройству и имеется в зрительных трубах всех геодезических приборов.

В комплект дальномера входит вертикальная шашечная рейка с сантиметровыми делениями.

Для измерения линии на одном её конце устанавливают прибор, а на другом рейку. Лучи от дальномерных нитей а и в, пройдя через объектив в передний фокус F, пересекут рейку в точках А и В(рис.2).

Рис.2. Схема измерения нитяного дальномера

Расстояние от рейки до оси вращения теодолита определяется: D = kn + c. (8)

В зрительных трубах современных приборов внутренняя фокусировка делает постоянное слагаемое малым по величине и им чаще пренебрегают.

Тогда формула имеет вид: D = k • n. (9)

Для удобства пользования таким дальномером, постоянную величину К делают, как правило равной 100 (при этом параллактический угол = 34,38'), а рейку делят на деления кратные сантиметрам, и тогда определяемое расстояние получается в метрах[1].

Рис.3. Измерения по рейки

Поле зрения зрительной трубы, как видно по рис.3. (отсчет по нитяному дальномеру 39,5 м).

Одна дальномерная нить наведена на отсчет b = 1275 мм, а другая на отсчет a = 1670 мм, тогда n = a – b = 1670 – 1275 = 395 мм.

Расстояние D будет равно: D = k • n = 395 • 100 = 39 500 мм или 39,5 м.

Данные маркшейдерии используются для планирования ведения геологических и горных работ, освоения и комплексного использования месторождений, а также при строительстве подземных сооружений, не связанных с разработкой месторождений полезных ископаемых[2].

Итак, автором выявлено, что маркшейдерия в геодезических научно-исследовательких работах на закарстованных территориях Самарской области необходима для: определения пространственного положения, размеров и формы тел горных пород, данных о горно-геометрической структуре и свойствах карста, точное определение положения карста и подземных сооружений по отношению к объектам земной поверхности для обеспечения правильного и безопасного ведения горных работ, перенесение в натуру геометрических элементов проектов горных выработок, зданий и сооружений, инженерных коммуникаций, транспортных путей, границ безопасного ведения горных работ, барьерных и предохранительных целиков; составление и пополнение чертежей горной графической документации.

В задачу маркшейдерии входят также изучение процессов сдвижения горных пород и земной поверхности, прогнозирование этих процессов, разработка мер защиты сооружений, а также проектов расконсервации запасов в целиках под застройками, изучение процессов воздействия горного массива на выработки и их прогнозирование; учёт запасов, потерь и разубоживания полезных ископаемых.

Одной из специфических отраслей маркшейдерии является разработка новых маркшейдерских приборов, предназначенных для автоматизации маркшейдерских съёмок и специальных измерений, вычислительных работ и графических построений. Маркшейдерия использует достижения вычислительной техники, математическую обработку измерений, математическую статистику и связана с геомеханикой, сопротивлением материалов, оптикой, электроникой, геодезией, топографией, картографией.

Библиографический список.

1. Дементьев В.Е. Современная геодезическая техника и ее применение [Текст]: учеб. пособие для вузов/В.Е. Дементьев; под общ. ред. Ю.В. Визирова.-2-е изд.- Тверь.: ООО ИПП «Ален», 2006. – 592 с.- ISBN: 978-5-8291-0997-4

2. Инструкция по производству маркшейдерских работ. РД 07-603-03. – СПб.: ЦОТПБСП, 2003. – 122 с. [Электронный ресурс]-Режим доступа: http://www.znaytovar.ru/gost/2/RD_0760303_Instrukciya_po_proi.html

3. Филатова А.В., Шеина Т.В. Вопросы строительства автодорог на закарстованных территориях [Текст]/ А.В. Филатова, Т.В. Шеина: Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика: материалы региональной 63-й научно-технической конференции по итогам НИР за 2005 г. / СГАСУ.-Самара,2006.-С.124-125.

4. Дормидонтова Т.В. Экономическая и технические базы системы мониторинга зданий и сооружений городов // Вестник Самарского государственного университета. -2011. -№1/1 (82).

5. Филатова А.В. Экономическая рациональность в современных условиях// Вестник Самарского государственного университета: Серия «Экономика и управление». – Самара, 2011. - № 9(90).-С.38-43

Просмотр содержимого документа
Скачать файл публикации