Новым, более совершенным техническим средством производства съемок явился компас, который начал применяться для маркшейдерских съемок в XI-XII вв. Маркшейдерское дело зародилось в глубокой древности вместе с возникновением горных разработок, когда появилась необходимость в производстве измерений для определения протяженности подземных горных выработок, их взаимного положения и расположения относительно объектов земной поверхности.
В древнее время способ непосредственного построения контуров горных выработок на земной поверхности был наиболее распространенным и состоял в том, что в горных выработках при помощи шнуров строилась цепь треугольников, затем, при помощи этих же шнуров воспроизводились контуры горной выработки на поверхности в натуральную величину. Новым, более совершенным техническим средством производства съемок явился компас, который начал применяться для маркшейдерских съемок в XI-XII вв.
Много веков буссольная съемка с использованием подвесных приборов была единственным способом подземных маркшейдерских съемок. Большая заслуга в распространении знаний и в развитии маркшейдерского дела в России принадлежит М. В. Ломоносову. Глава "О измерении рудников" из книги "Первые основания металлургии или рудных дел" (1763 г.) явилась обобщением отечественной и зарубежной практики и дальнейшим развитием теории маркшейдерского дела того времени.
Дальнейшее развитие горной промышленности, увеличение глубины разработок и общей протяженности горных выработок требовали производства съемок более высокой точности, чем точность буссольной съемки. В середине ХIХ в. почти одновременно во Франции, Германии и России начались работы по применению в маркшейдерском деле геодезических инструментов - теодолитов и нивелиров, положивших начало так называемому новому маркшейдерскому искусству.
Теодолитная съемка и геометрическое нивелирование в шахте стали широко распространяться. Русскими и немецкими маркшейдерами впервые разработаны и описаны способы производства подземной теодолитной съемки и геометрического нивелирования в горных выработках. Наиболее полными курсами "нового маркшейдерского искусства" в первый период являлись работы русского инженера П. А. Олышева (1847 г.) и немецких инженеров Вейсбаха (1851 г.) и Борхерса (1869 г.).
Дальнейшему развитию маркшейдерского дела в России способствовали труды проф. В. И. Баумана и проф. Г. А. Тиме. Трехтомный "Курс маркшейдерского искусства" В. И. Баумана, изданный в 1905-1908 г.г., до 30-х годов был почти единственным наиболее полным учебным руководством. Проф. В. И. Бауман провел работу по созданию единой системы координат для Донецкого каменноугольного бассейна и проделал большую подготовительную работу по реорганизации постановки маркшейдерского дела в России, осуществить которую удалось только после Октя6рьской революции 1917 года.
Немалые заслуги в развитии маркшейдерского дела в России принадлежат проф. П. М. Леонтовскому. Им были разработаны первые правила построения предохранительных целиков для условий Донецкого бассейна и написаны монографии: "Элементы залегания пластов (горная геометрия)" (1905 г.), "Литература об обрушении и оседании пород в рудниках и о влиянии их на дневную поверхность" (1912 г.) и др.
Проф. П. К. Соболевским разработаны основные положения геометрии недр как новой учебной дисциплины, которая получает дальнейшее развитие и применение на практике.
Несмотря на плодотворную работу отдельных специалистов, развитие маркшейдерского дела в России до XX в. шло очень медленно, маркшейдерская служба на горных предприятиях имела существенные недостатки.
Толчок развитию маркшейдерского дела в нашей стране дал Всероссийский маркшейдерский съезд 1921 г., после которого была осуществлена коренная реформа маркшейдерской службы. Были изданы положения и инструкции, определяющие права и обязанности работников маркшейдерской службы горных предприятий. Особое внимание было обращено на подготовку маркшейдерских кадров. В горных вузах создавались отделения для подготовки инженеров-маркшейдеров. В 1926 г. в Первом сибирском политехникуме им. ак. А. Тимирязева в г. Томске (ныне Прокопьевский горнотехнический колледж им. В.П.Романова) впервые в нашей стране началась подготовка горных техников-маркшейдеров.
В 1932 г. была создано Центральное научно-исследовательское маркшейдерское бюро (ЦНИМБ), которое в 1945 г. реорганизовано во всесоюзный научно-исследовательский маркшейдерский институт (ВНИМИ). В настоящее время в развитии маркшейдерского дела в России принимает широкое участие большой круг работников производства, учебных заведений и специализированного научно-исследовательского института.
Выполнены обширные исследования в области точности маркшейдерских съемок и уравнительных вычислений, часть которых получила обобщение в труде проф. И. М. Бахурина "Курс маркшейдерского искусства. Специальная часть" (1932 г.). В результате многолетних наблюдений за сдвижением горных пород и земной поверхности под влиянием горных разработок накоплены исключительно обширные фактические материалы, на основе которых выявлен ряд закономерностей процесса сдвижения и разработаны правила охраны сооружений от вредного влияния горных разработок для всех основных угольных бассейнов и ряда месторождений. Эти работы являются особенно важными и представляют серьезные достижения российских маркшейдеров.
В области производства соединительных съемок создана аппаратура и разработаны методики оптического и гироскопического способов ориентирования подземной съемки. Достигнуты успехи в создании малогабаритного маркшейдерского гирокомпаса. Внесено много нового, прогрессивного в области методики производства основных маркшейдерских съемок и работ на шахтах и карьерах. Выполнены значительные работы па созданию новых инструментов и приборов для производства маркшейдерских съемок. Разработана единая "Техническая инструкция по производству маркшейдерских работ".
Дальнейшее развитие маркшейдерского дела в нашей стране предопределяется задачами постоянного технического прогресса в горной промышленности и внедрение новых методик маркшейдерских съемок, технологии анализа и уравнивания подземной полигонометрии. Широкое распространение приборов высокой точности во много раз снизило трудоемкость ориентирования подземной и надземной съемки при любой глубине и протяженности разработки.
В связи с внедрением высокопроизводительных автоматизированных комплексов по выемке полезного ископаемого, на шахтах, карьерах и рудниках широко применяются горногеометрические построения, позволяющие определять с достаточной полнотой и степенью точности форму залегания, свойства и качество полезного ископаемого.
* * *
Основы маркшейдерских съемок
granit2006.ru
Содержание и задачи маркшейдерской службы
Название «Маркшейдерское дело» происходит от немецкого слова die Markscheidenkunst: die Mагке- граница, межа, знак, scheiden- различать, устанавливать, обозначать и die kunst- искусство. К настоящему времени название специалиста - «Маркшейдер» сохранилось в Германии, в России и странах ближнего зарубежья. В других странах этих специалистов называют в большинстве случаев горными геодезистами.
Существующие в настоящее время термины «маркшейдер», «маркшейдерское дело», «маркшейдерские работы» прочно вошли в научно-техническую, справочную, учебную литературу и в производство, хотя их дословный перевод не отражает современного представления и требования горного производства к маркшейдерской службе.
В настоящее время маркшейдерское дело является отраслью горной науки и техники. Маркшейдерская служба участвует на всех этапах освоения месторождений полезных ископаемых (разведке, проектировании, строительстве, эксплуатации), вплоть до ликвидации горных предприятий и рекультивации (восстановления) нарушенных земель горными работами.
При разведке месторождений полезных ископаемых маркшейдер на основе топографической съемки разведываемого участка и утвержденного проекта геологоразведочных работ производит разбивку разведочных выработок (скважин, шурфов, канав, штолен и т.п.), а затем выполняет съемку и составляет план их расположения. Вместе с геологом составляет графическую документацию (планы, разрезы, зарисовки и пр.), характеризующую форму залегания полезного ископаемого в недрах. По построенным планам и разрезам маркшейдер и геолог производят подсчет запасов полезного ископаемого на разведанном участке.
Геолого-маркшейдерские графические и цифровые материалы используются при проектировании горных предприятий и в ряде случаев, сами маркшейдера осуществляют проектные разработки.
При строительстве горных предприятий основными задачами маркшейдера являются: перенесение в натуру геометрических элементов запроектированных сооружений и горных выработок; осуществление в процессе строительства сооружений и проведения горных выработок, контроля за соблюдением геометрических элементов проекта, маркшейдерская съемка фактически выполненных работ, составление планов и разрезов.
Каждая шахта, рудник, карьер, прииск вне зависимости от своих масштабов имеют маркшейдерскую службу, представленную обычно самостоятельным производственным участком (отделом). Наличие этой специальной службы связано с необходимостью квалифицированного решения целого ряда важных, сложных и ответственных вопросов горного дела.
Методы и результаты маркшейдерских работ широко используются не только при производстве горных работ, но и при разведке месторождений полезных ископаемых, при проектировании и реконструкции горных предприятий, при строительстве туннелей и метрополитенов, железных и шоссейных дорог, гидротехнических и других сооружений.
При разработке месторождений полезных ископаемых основной целью маркшейдерской службы является обеспечение горного предприятия всем необходимым для осуществления рационального, бесперебойного и перспективного ведения горных работ.
Перечень маркшейдерских работ и решение конкретных задач во многом зависят от способа разработки полезных ископаемых. Общий же круг вопросов и основные задачи, решаемые маркшейдерской службой, остаются практически одними и теми же. К ним относятся:
- изучение геологии месторождений, геометрии форм залегания полезных ископаемых в недрах и пространственного распределения их свойств;
- своевременная и полная съемка горных выработок и изображение их на планах, разрезах и других маркшейдерских чертежах;
- контроль за правильным ведением горных работ: направлением проходки выработок, размерами их поперечных сечений, качеством крепления, профилем выработки и т.д.;
- решение различного рода горно-геометрических задач, возникающих в процессе строительства и эксплуатации горных предприятий, как перенесение проектных данных в натуру, проходка выработок встречными забоями (сбойки) и т.д.;
- систематический контроль за полнотой извлечения полезных ископаемых и охрана недр;
- учет и анализ движения запасов, потерь и разубоживания (засорения) полезных ископаемых при добыче;
- выполнение горно-расчетной и графической части плана при текущем и перспективном планировании развития горных работ;
- изучении процессов сдвижения горных пород, определение мер защиты подрабатываемых зданий, сооружений и природных объектов.
Указанные выше задачи маркшейдерской службы не охватывают все вопросы, с которыми маркшейдер встречается в своей практической деятельности, они являются лишь основными при разработке месторождений полезных ископаемых подземным и открытым способами.
При ликвидации горного предприятия маркшейдерская служба производит съемки горных выработок, пополняет маркшейдерские планы, приводит в надлежащий вид согласно существующей на этот счет инструкции всю первичную и вычислительную маркшейдерскую документацию и все материалы передает ликвидированной шахты (карьера) на бессрочное хранение.
При рекультивации нарушенных земель горными работами, как завершающем этапе горного производства маркшейдер выполняет на рекультивируемой территории топографо-маркшейдерские работы, геометрические элементы проекта реконструкции переносит в натуру, по мере проведения работ контролирует их исполнение и по завершению горнотехнической рекультивации производит топографическую съемку участка и на основании ее составляет топографический план.
Обязанности маркшейдерской службы рудника
К ежедневным непосредственным обязанностям маркшейдерской службы рудника относится:
1) Пополнение всех существующих разрезов( римских, арабских) в масштабе 1:500
2) Создание новых и пополнение существующих разрезов в масштабах 1:500, 1:200 по всем планируемым выработкам, камерам для наглядной видимости выработок пройденных ранее на всех высотных отметках.
3) Задание направлений на все горизонтальные, наклонные и вертикальные выработки.
4) Осуществление съемок всех горных выработок с последующим их нанесением на планшеты масштаба 1:500.
5) Ведение книги маркшейдерских указаний (показывать задание направления с чертежами, считать и указывать домеры на все выработки, указывать любые отклонения от проекта, несоответствие крепи паспорту крепления и т.д)
6) Ежемесячный учет количества пройденных метров по всем выработкам за определенный период, учет количества объемов горной массы добытой во всех выработках за период времени, учет количества закрепленных выработок рамами СВП и болтами АКЦ за определенный период времени, учет количества подаваемой закладки на все горные выработки в определенный период времени.
1.2 Взаимосвязь курса с другими дисциплинами
Курс «Маркшейдерское дело» тесно связан с рядом других научных дисциплин и прежде всего с геодезией. При маркшейдерских съемках широко используются геодезические методы и инструменты. Маркшейдерская съемка ведется от пунктов общегосударственной сети и нивелирования.
В решении многих вопросов маркшейдерского дела широко и всесторонне используется математика. Без знания аналитической и начертательной геометрии, дифференциальных исчислений, математической статистики, теории вероятности и других разделов математики невозможно глубокое понимания курса маркшейдерского дела и практической реализации решаемых задач.
Для оценки производимых измерений маркшейдер широко использует положения теории погрешностей и методы наименьших квадратов.
Близко соприкасается с маркшейдерским делом курс «Геометрия недр», который ранее был его составной частью. В настоящее время геометрия недр оформилась как отдельная научная дисциплина.
Для маркшейдера обязательны глубокие знания геологии (особенно разделов «поиски и разведки полезных ископаемых) и горного дела (проведения горных выработок, систем разработки и ведения очистных работ).
Маркшейдер хорошо должен знать горное дело, особенно технологию проведения подготовительных выработок, очистных работ и системы разработки месторождении полезных ископаемых.
Работая с геодезическими и маркшейдерскими инструментами, маркшейдер должен знать разделы физики, касающиеся оптики и гироскопии.
Наконец, маркшейдер должен владеть приемами технического, топографического и маркшейдерского черчения, без чего он не сможет составить горно-маркшейдерскую документацию.
В своей практической' деятельности маркшейдер должен выработать в себе определенные навыки: быть пунктуальным, аккуратным при выполнении маркшейдерских работ на всех их стадиях.
Маркшейдерских чертежей
Значительную долю общего времени работы маркшейдера занимают съемки и замеры горных выработок, на основании которых составляются планы горных работ, разрезы, гипсометрические графики и другие графические материалы. Геометрическая основа всех графических материалов строится по координатам съемки, поэтому очень важно сделать правильный выбор системы координат и направления координатных осей.
Правильный выбор системы координат обеспечивает качественное составление маркшейдерской документации и широкое его использование при решении горно-геометрических и других задач. Неудачный же выбор ведет к обесцениванию большой и трудной работы маркшейдера.
Маркшейдерская служба на горных предприятиях выполняет разнообразные работы, при этом ведутся съемки и составляются чертежи различного назначения. В результате съемок получают: координаты пунктов; комплект планов и карт, отражающих пространственное положение горных и геологоразведочных выработок; комплект чертежей, связанных с обслуживанием строительства горного предприятия; комплект горногеометрических графиков, отражающих геологию месторождений, свойства полезного ископаемого и т.д.
Все чертежи составляются по координатам точек в той или иной выбранной системе. От выбранной системы координат зависит их использование, а без маркшейдерских чертежей не может работать ни одно горное предприятие.
Требования, предъявляемые к системе координат, должны быть следующими:
а) планы поверхности, планы горных работ и другие маркшейдерские чертежи должны составляться в единой системе координат и быть долговечными. Такие чертежи могут быть полезными на практике даже тогда, когда горное предприятие прекратило свое существование;
б) возможность сопоставления (совмещения) по координатной сетке маркшейдерских чертежей одного масштаба друг с другом. Например, планов поверхности и планов горных работ, погоризонтных планов друг с другом, планов горных работ и горно-геометрических графиков и т.д. Такие совмещения необходимы при решении различного рода маркшейдерских задач: сбойки, решение вопросов о подработке сооружений, взаимной увязки горных работ друг с другом и т.д.;
в) выбранная система должна согласовываться с картографической проекцией. Здесь преследуется цель использования маркшейдерских съемок для картографии страны:
г) переход от измеренных при съемке величин к координатам должен быть простым и удобным для массовых вычислений.
При определении положения пункта в пространстве пользуются на практике тремя взаимно перпендикулярными осями: OX, OY, OZ (рисунок 2.1).
Ось ОХ всегда направлена на север и располагается на плане вверх от читающего. Ось OY - на восток. Положение оси ОХ на плане может быть указано по направлению истинного, магнитного меридианов и осевого меридиана зоны, и это нас будет интересовать с двух точек зрения:
а) сохранности и долговечности планов;
б) возможности сопоставления планов друг с другом.
Выбор оси ОХ по магнитному меридиану (рисунок 2.2) прост, а приборы, применяемые для съемки примитивны. Нанесенная на план поверхности или горных работ координатная сетка по направлению магнитного меридиана не обеспечивает своего постоянства во времени и пространстве.
Рисунок 2.1 - Координатные оси
Рисунок 2.2 - Выбор оси ОХ по магнитному меридиану
Величина магнитного склонения непостоянна в одной и той же точке земли вследствие суточных, вековых и внезапных изменений магнитного поля Земли.
Амплитуда суточных колебаний зависит от широты места ф . Например, для Донбасса она равна 10-12', для Ленинграда - 20', а для Караганды и Усть – Каменногорска - 8-10', а возникающие магнитные бури отклоняют магнитную стрелку до 4о .
Если ОХ принять по магнитному азимуту, то ни одно из требований, предъявляемых к системе координат, не соблюдается. Инструкцией выбор оси ОХ по этому направлению запрещен.
Выбор оси ОХ по истинному меридиану (рисунок 2.3) частично обеспечивает выполнение предъявляемых требований к системе координат. Истинный азимут постоянен во времени, но различен в пространстве для различных точек земли вследствие сближения меридианов и их соединения на земных полюсах. Если представить себе два шахтных поля со стволами А и В, удаленных друг от друга на расстояние S, а планы горных работ этих шахт составлены по истинному меридиану и имеют каждый свое начало, то нетрудно представить, что:
Рисунок 2.3 - Выбор оси ОХ по истинному меридиану
а) сбойки горных выработок смежных шахт невозможны;
б) не обеспечивается безопасность горных работ;
в) планы горных работ смежных шахт не совмещаются друг с другом.
Истинный азимут постоянен во времени и пространстве лишь для одной точки земли или малого ее района. В этом случае планы горных работ, на которых ось ОХ проведена по истинному меридиану, могут быть использованы в течение длительного периода. Для составления сводных планов необходимо учитывать изменение сближения меридианов, которое вычисляется по формулам: 
или 
, где S - расстояние между точками, км; R - радиус Земли, км; 
- широта места наблюдения, град.; 
- 36" на 1км длины по широте; Y 
, Y 
- ординаты точек, км.
Выбор оси ОХ по осевому меридиану зоны (общегосударственная система плоских прямоугольных координат 1942 года) удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к системам (рисунок 2.4).
В общегосударственной системе координат используется эллипсоид Красовского и равноугольная (конформная) поперечно-цилиндрическая проекция Гаусса-Крюгера. Поверхность эллипсоида разбивается по долготе на зоны. Для съемок поверхности мелкого масштаба используется шестиградусные зоны, для 'съемок масштаба 1:25000 и крупнее - трехградусные. Зоны нумеруются с запада на восток, от гринвичского меридиана. Каждая зона образует самостоятельную систему плоских прямоугольных координат. Элементами этой системы являются т. О - начало координат; ОХ - осевой меридиан зоны; OY - линия
Рисунок 2.4 - Выбор оси ОХ по осевому меридиану зоны
экватора. Долгота от Гринвича осевого меридиана шестиградусной зоны с номером N находится по формуле 
=6° N - 3°.
Долгота осевого меридиана трехградусной зоны с ее номером определяется по формуле =3°n.
Высотной основой геодезических и маркшейдерских съемок являются государственные нивелирные сети СССР. Отсчет высот пунктов ведется от нуля Кронштадского футштока, т.е. от уровня Балтийского моря.
В маркшейдерской практике широкое применение получила условная прямоугольная система координат, в которой начало системы, т. О, выбрано произвольно, а ось ОХ проведена параллельно осевому меридиану зоны или повернута на некоторый угол О) (рисунок 2.5). Ось OY' перпендикулярна ОХ1.
Рисунок 2.5 - Условная прямоугольная система координат
Две взаимно перпендикулярные линии делят лист бумаги на четыре четверти с нумерацией по ходу часовой стрелки.
Пространственная и плоская полярные системы координат также широко используются на практике, особенно при съемке открытых горных разработок, складов полезных ископаемых, отвалов и т.д.
2.2 Опорные маркшейдерско-геодезические сети на поверхности и в шахте.
В процессе практической деятельности маркшейдер производит съемку поверхности промышленных предприятий, делает ориентирно-соединительные съемки и измерение глубины шахт с тем, чтобы связать поверхностные и подземные съемки в единую систему, замеряет склады полезного ископаемого и т. д. Все съемки опираются на опорную геодезическую сеть и там, где нет этих пунктов, маркшейдерская служба обязана сама создать их путем вставки точек в существующую сеть или путем прокладки полигонных ходов.
Рисунок 2.6 - Классификация опорной геодезической сети на поверхности
Классификация опорных маркшейдерско-геодезических сетей на поверхности характеризуется следующей схемой (рисунок 2.6).
Опорная сеть на поверхности, к которой примыкают топографические и маркшейдерские съемки, может быть создана методами триангуляции (трилатерации), полигонометрии и нивелирования.
Методы триангуляции (трилатерации) и полигонометрии (табл. 2.1 и табл. 2.2) дают плановое обоснование, т.е. в результате их проведения получают координаты X, Υ каждого опорного пункта.
Нивелирование же обеспечивает высотное обоснование съемок, т.е. опорный пункт получает третью координату - Ζ - высоту над уровнем моря.
Триангуляция (трилатерация), полигонометрия и нивелирование разделяются на государственные сети (классы) и на сети местного значения (разряды).
Триангуляция отличается от трилатерации способом определения длин сторон треугольников. При триангуляции длины вычисляются по известной длине базиса и измеренным горизонтальным углом в треугольниках, в трилатерации - непосредственно измеряют, используя радио- и светодальномеры.
Геодезические сети местного значения развиваются на базе государственной опорной сети. Они служат обоснованием для съемок масштабов 1:500 - 1:5000 и выполнения других маркшейдерских работ.
Полигонометрия, при прокладке которой применяются наряду с традиционными приборами и инструментами также радио- и светодальномеры, выгоднее метода триангуляции при сгущении государственной опорной сети в равнинных, полузакрытых и закрытых районах, а также в городах и поселках. Полигонные ходы могут быть замкнутые и разомкнутые, опирающиеся на пункты высших классов полигонометрии или пункты триангуляции.
Таблица 2.1 - Триангуляция (трилатерация)
Таблица 2.2 - Полигонометрии
Таблица 2.3 - Геометрическое нивелирование
Полигонометрические ходы (рисунок 2.7) могут прокладываться методом траверс, при котором измеряется длина линий между пунктами, и методом параллактической полигонометрии, когда длина линии непосредственно не измеряется, а вычисляется по известной длине выставленного в середине этой линии базиса и измеренных горизонтальных углах между линией и направлениями с пунктов на концы базиса.
Первый метод предпочтительнее, поскольку длинные стороны могут быть измерены с высокой точностью радио- или светодальномерами.
При создании опорной сети методом полигонометрии стремятся стороны полигонов делать возможно большими, в этом случае результаты будут точнее, т.к. основную погрешность дают ошибки измерения углов, а не длин.
Используемые в маркшейдерско-геодезической практике инструменты и приборы позволяют вести геометрическое нивелирование с высокой точностью, поэтому без особого труда достигается точность 3 и 4 классов.
Рисунок 2.7 - Виды подземных полигонометрических ходов:
1 - твердый пункт; 2 - сторона с твердым дирекционным углом; 3 - сторона
Государственные геодезические опорные плановые и высотные сети должно выполнять Главное управление геодезии и картографии (ГУГ и К) РК. Остальное - ведомственные организации.
По точности, назначению и методике создания различают опорные сети, съемочные сети 1 разряда, съемочные сети 2 разряда и сети повышенной точности.
Опорные сети прокладываются по главным подготовительным выработкам от ствола к границам шахтного поля. Полигонометрические ходы опорных сетей должны быть замкнутыми, прокладываться между пунктами с твердыми координатами и твердыми дирекционными углами при них или в прямом и обратном направлениях. Если ходы в начале и конце опираются на дирекционные углы, определенные независимо гироскопическим способом, то повторные ходы разрешается не прокладывать.
Углы измеряются теодолитами с точностью отсчетных приспособлений не менее 30". Средняя квадратическая погрешность измерения углов не должна превышать 20".
Длины сторон измеряют компарированными рулетками или светодальномерами типа МСД. Каждая сторона измеряется независимо в прямом и обратном направлениях. При этом разность не должна превышать 1 : 3000 длины стороны. Для приведения длин линий на горизонтальную плоскость теодолитом измеряют углы их наклона.
При размере крыла шахтного поля более 2 км полигонометрические ходы разделяются на секции с числом углов в секции не более 20. В каждой секции дирекционный угол одной стороны хода определяется гироскопическим способом.
Опорные сети пополняются через 300—500 м подвигания забоя основной подготовительной выработки. Общая протяженность отдельного хода сети не ограничивается и связана с протяженностью выработок.
Методика создания опорной сети и точность угловых и линейных измерений должны быть такими, чтобы погрешность положения наиболее удаленного пункта шахтного поля относительно исходного не превышала ±0,8 мм основного плана горных работ. Поэтому на каждой шахте должен быть специальный проект создания и развития подземной маркшейдерской опорной сети с предрасчетом погрешности наиболее удаленного пункта.
Съемочные сети 1 разряда предназначены для съемки подготовительных выработок и для аналитического решения различных маркшейдерских задач. Они состоят из замкнутых или разомкнутых теодолитных ходов, опирающихся в начале и конце на пункты опорной сети. Длина отдельного хода не должна превышать 2 км. Углы измеряются теодолитом с точностью отсчетных приспособлений не ниже 60". Средняя квадратическая погрешность измерения углов не должна превышать 45". Длины стороны измеряются компарированными стальными рулетками или оптическими дальномерами в прямом и обратном направлениях. Расхождение между двумя независимыми измерениями не должно превышать 1 : 1000 измеренной длины.
Съемочные сети 2 разряда состоят из теодолитных или угломерных ходов длиной до 0,5 км, прокладываемых между пунктами высших разрядов по нарезным и очистным выработкам. Они предназначены для съемки нарезных и очистных выработок, а также для задания направлений второстепенным выработкам внутри нарезных блоков. Средняя квадратическая погрешность измерения углов не должна превышать 3'. Длины линий измеряются стальными или тесмяными рулетками с округлением отсчетов до 1 см.
Сети повышенной точности прокладываются при выполнении работ, требующих особо высокой точности (например, при сложных сбойках выработок). Методика производства работ и требуемая точность измерений определяются инженерным расчетом.
Перед началом или пополнением любого теодолитного хода надлежит измерить в точках примыкания горизонтальный угол ранее выполненной съемки. Этот угол называется контрольн ы м. Разность между первоначальным (из предыдущих съемок) и измеренным значением контрольного угла не должна превышать: для полигонов опорной сети - 1', для ходов съемочной сети 1 разряда - 2'; для ходов съемочной сети 2 разряда -8'. Аналогичные измерения выполняются также при примыкании к предыдущим съемкам в конце хода. Если контрольное измерение горизонтального угла не укладывается в приведейные.выше нормы, то пункты предыдущей съемки смещены, в таком случае теодолитный ход должен быть привязан к другим пунктам, где измеренное значение контрольного угла соответствует требуемым нормам. -
Теодолитная съемка состоит из следующих основных видов работ: закрепление пунктов теодолитного хода маркшейдерскими знаками; измерение горизонтальных и вертикальных углов; измерение длины сторон хода'; съемка контуров выработок; вычисление координат вершин теодолитного хода.
Примеры ориентирования горных выработок
Ориентирование через вертикальные восстающие. Ориентирование съемочных сетей подэтажных горизонтов, соединенных, с основным горизонтом вертикальными восстающими, может быть выполнено:
а) через два вертикальных восстающих, соединенных выработкой на ориентируемом подэтаже;
б) через один вертикальный восстающий спосрбом двух отвесов с примыканием к ним створом йли соединительным треугольником;
в) оптическим способом;
г) гироскопическим способом.
Исходными пунктами для ориентирования съемочных сетей подэтажных горизонтов очистного блока должны быть пункты подземной маркшейдерской опорной сети основного горизонта или съемочной сети 1 разряда. .
Погрешность ориентирования подэтажных выработок по отношению к ближайшей стороне сети основного горизонта должна быть не более ±10'. Для контроля ориентирование выпрлняют не менее двух раз. Расхождение между результатами двух ориентирований не должно превышать 14'.
Ориентирование через два вертикальных восстающих производят по схеме ориентирования через два вертикальных ствола. Углы на пунктах соединительного хода измеряют одним повторением теодолитом Т15 или ему равноточным. Длина сторон хода измеряется стальной рулеткой в прягдом и обратном направлениях. При этом расхождение между результатами измерений одной' и той же стороны не должно превышать 1 : 1000 ее длины.
В процессе вычислений подсчитывают относительную невязку хода между отвесами, которая не должна превышать 1 : 300. При вычислениях координаты отвесов, определенные на основном горизонте, считают"безошибочными. Если невязка допустима, то ее распределяют на все приращения соединительного хода, в противном случае ориентирование повторяют.
Ориентирование через один вертикальный восстающий по двум отвесам с примыканием к ним соединительным треугольником производят по методике, аналогичной ориентированию через один вертикальный ствол. Для спуска отвесов применяют блоки и катушки облегченного типа, которые закрепляются с помощью стержня, ввинченного в деревянную крепь или специальную стойку. Погрешность проектирования точек не должна быть более ±1 мм. -
Для отвесов применяют тонкую (d =0,3 - 0,4 мм) стальную проволоку, а также латунную или полиамидную проволоку диаметром 0,5-0,7 мм) и грузы массой до 10 кг. Возможно использование суровых или шелковых шнуров с грузами массой 4—5 кг.
Для обеспечения достаточной точности ориентирования соединительному треугольнику необходимо придать выгодную форму. При этом расстояние между отвесами, опущенными в восстающий, должно быть не менее 0,5 м.
Углы соединительных треугольниквв измеряют одним приемом или одним повторением теодолитами типа Т15. Стороны треугольников измеряют стальной рулеткой дважды (расхождение между двумя измерениями не должно быть более 3 мм). Углы треугольников вычисляют по формулам синусов или сторон с обязательным контрольным вычислением расстояния между отвесами. Расхождение непосредственно измеренного и вычисленного расстояний между отвесами не должно быть более 5 мм.
Ориентирование через один вертикальный восстающий способом створа двух отвесов. Примыкание к отвесам осуществляется установкой теодолита в створе отвесов на основном горизонте с помощью специальной подставки с юстировочными винтами или насадки с передвижной пентапризмой на объектив трубы. Для примыкания на ориентируемом горизонте между пунктами съемочной сети А и В (рисунок 4.2) натягивают проволоку, ккоторой прикрепляют два отвеса, опущенных в восстающий. На основном горизонте теодолитом, установленным в створе отвесов в точке С, измеряют горизонтальный угол между направлением на известную точку К и створом отвесов, а также, расстояние от точки С до отвеса а. На ориентируемом горизонте измеряют расстояние от точки А до отвеса а.
Методика выполнения угловых и линейных измерений такая же, как и в предыдущем способе. По результатам измерений на основном горизонте обычным способом вычисляют дирекционный угол створа отвесов, а следовательно, и линии АВ на ориентируемом горизонте. Вычисляют горизонтальную проекцию расстояния от точки С до точки А как разность измеренных расстояний Са и Аа. По полученному значению и дирекционному углу линии СА (т. е. створа отвесов) вычисляют координаты точки Д.
Для контроля изменяют установку теодолита и повторяют все измерения. За окончательный результат берут среднее значение координат точки А и дирекционного угла А В из двух ориентирований.
Погрешность установки теодолита в створе отвесов (по данным Д. 3. Гельмана) не превышает ±3'. Применение насадки с пентапризмой позволяет уменьшить ее до 10—20".
| Рисунок 4.2 - Ориентирование съемочной сети подэтажа способом створа двух отвесов: а - вертикальный разрез; б - план; I - отвесы; 2 - восстающий; 3 - основной горизонт; 4 - ориентируемый горизонт . |
Оптическое ориентирование подэтажных выработок производится через вертикальные или крутонаклонные восстающие с помощью угломера УТ-3.
При выполнении работ используют одновременно два угломера с ориентирно-дальномерными рейками. Первый угломер устанавливают под восстающим в точке В (рисунок 4.3), а второй — над тем же восстающим в точке С. Первый угломер визируют на точку А и берут отсчет по горизонтальному кругу. Вторым угломером, установленным в точке С, визируют на керн первого угломера и берут отсчет по вертикальному кругу.
По сигналу маркшейдера, работающего с верхним угломером нижний угломер вращают вокруг вертикальной оси и добиваются совмещения оси рейки с горизонтальной нитью сетки нитей верхнего угломера. По горизонтальному кругу нижнего угломера берут отсчет (первое положение.) Маркшейдер с помощью" микро- метренного винта алидады верхнего угломера производит 4—5 совмещений горизонтальной нити с осью рейки нижнего угломера и берет соответствующие отсчеты по горизонтальному кругу. После этого поворачивают трубу нижнего угломера на 180° вокруг горизонтальной оси вращения, устанавливают рейку во второе положение, повторяют серию совмещений и отсчетов по верхнему угломеру. За окончательное значение отсчета по горизонтальному кругу в точке С принимают среднее арифметическое из серий отсчетов при двух положениях рейки.
С 
Рисунок 4.3 - Ориентирование подэтажной выработки оптическим способом
По окончании этих действий верхним угломером визируют на точку!) и берут отсчет по горизонтальному кругу. По разностям отсчетов на основном и ориентируемом горизонтах вычисляют углы соответственно (ABC) и (BCD). Для передачи координат и высотной отметки рулеткой или дальномером измеряют расстояние ВС (между горизонтальными осями угломеров) и длину отвесов в точках А, В, С, D. Дирекционный угол ориентируемой стороны CD и координаты точки С вычисляют как в обычном полигонометрическом ходе, используя известный дирекционный угол стороны АВ.
Гироскопическое ориентирование съемочных сетей подэтажных выработок производится с помощью малогабаритных гирокомпасов, гиронасадок и гиробуссоли МВБ-3. Описание этих приборов и методика работы с ними приведены в гл. III.
Ориентирование через наклонные восстающие. Ориентирование, съемочных сетей подэтажных выработок через наклонный восстающий производят:
а) проложением полигонометрического хода;
б) способом створных точек;
в) способом перемещения несвободного отвеса.
Рисунок 4.4 –
Ориентирование
сети подэтажа
способом створных точек
А-А
Рисунок 4.5 - Ориентирование с перемещением несвободного отвеса
При проложении полигонометрического хода через наклонный восстающий часть вершин его закрепляют по возможности в местах сопряжений восстающего с подэтажными выработками.
В тех случаях, когда сквозное визирование на этаж с одной установки инструмента невозможно, для отдельных пунктов съемки укрепляют специальные полки. В полигонометрическом ходе измеряются горизонтальные углы, углы наклона и длина сторон.
Для угловых измерений используют теодолиты или угломеры с точностью отсчитывания по горизонтальному и вертикальному кругам не ниже 10'. Горизонтальные углы измеряют одним полным повторением, вертикальные — при двух положениях трубы в одном направлении. При углах наклона восстающих свыше 50° рекомендуется применять теодолит с внецентренной трубой или выполнять работы способом створных точек.
Каждая сторона теодолитного или угломерного хода измеряется дважды стальной рулеткой. Расхождения между двумя измерениями не должны превышать 1 : 1000.
При углах наклона восстающих 70° и более целесообразно применить способ взаимного ориентирования, как было описано выше.
Координаты вершин хода вычисляют по обычным формулам. Для упрощения вычислений значения горизонтальных углов округляют до 1', вертикальных - до 10', расстояний - до 0,01 м. Теодолитные или угломерные ходы, проложенные по восстающим должны замыкаться на вентиляционных горизонтах или в подэтажных выработках или же дважды прокладываться независимо. При этом относительная линейная невязка не должна превышать 1 : 300 длины хода. При способе створных точек применяется теодолит с окулярной призмой или насадкой, позволяющей визировать вверх под любым углом наклона (рисунок 4.4 ).
На основном горизонте 1 под точкой С устанавливают теодолит, а на ориентируемомгоризонте 3 в точке В подвешивают визирный отвес, который наблюдают в трубу теодолита с помощью окулярной призмы или насадки. Теодолитом измеряют горизонтальный угол А С В и угол наклона, а стальной рулеткой—длину линии СВ. После этого в восстающем 2 выставляют в створе линии СВ дополнительную точку К на таком расстоянии, чтобы отвес на этой точке можно было наблюдать из точки В в центральную трубу теодолита.
Теодолитом, установленным в точке В, измеряют угол KBF, который равен углу CBF. Координаты точек В и F вычисляют обычным способом.
Анализ результатов ориентирований в рудниках Кривого Рога показывает, что угол CBF указанным способом определяется с точностью ±1—3'.
infopedia.su
Введение
В своей работе я хочу я хочу рассказать об истории развития маркшейдерского дела в России, но для этого нужно сначала узнать об истории развития маркшейдерского дела в древние века.
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 (триангуляция и 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.
В 1730 г. английский механик Джон Сиссон создал первый теодолит, который обладал почти теми же возможностями, что и современный.
Но не сразу теодолит завоевал себе популярность. В те времена система выработок была очень простой и перед маркшейдерами не ставилась сложная задача, а простые задачи легко решались графически и горный компас с полукругом вполне это обеспечивали. Теодолит хотя и обладал более широкими возможностями, но был дорогостоящим и владельцы рудников покупать их, не спешили. Поэтому, например, на рудниках Германии в конце ХIХ в. наряду с горными компасами, которые применялись в узких и тесных выработках, применялись и теодолиты. Возросшие требования большой точности, рудничной съемки и, самое главное, значительное развитие применения железа для потребностей откатки грузов и крепления выработок заставили заменять висячие компасы теодолитами.
С помощью теодолитов производились сложные измерения и составлялись планы и профили горных работ на рудниках.Сигналами для наведения теодолита служили или освещенные сзади шнуры навесов, опушенных из угловых точек или особые освещенные рудничные сигналы, представляющие то удобство, что при перенесении теодолита и сигналов точки на точку теодолит автоматически центрируется над точкой, на которой находился предшествующий сигнал.
При съемке необходимо было иметь два сигнала, посередине между которыми устанавливался теодолит.
yaneuch.ru
