Современные технологии маркшейдерских работ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУ ВПО "ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра "Маркшейдерское дело им. Д.Н. Оглоблина"

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

23-24 апреля 2020 г. г. Донецк

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра "Маркшейдерское дело им. Д.Н. Оглоблина"

Материалы студенческой конференции

«Современные технологии маркшейдерских работ»

23-24 апреля 2020 г. г. Донецк

УДК 622.1 Современные технологии маркшейдерских работ: материалы студенческой конференции, 23-24 апреля 2020 г., Донецк - Донецк: ДонНТУ, 2020.– 110с. В материалах конференции освещены следующие вопросы: обзор перспективного оборудования и устройств в области маркшейдерии и ее инновации; сдвижение и деформации горного массива в условиях одной из шахт Донбасса; построение гипcoмeтричecкиx плaнoв угoльныx плacтoв c учeтoм погрешноcтей инклинoмeтричecкoй cъёмки в cрeдe rockworks. Материалы представляют интерес для студентов, аспирантов, научных и инженерно-технических работников горных специальностей.

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: Главный редактор – к.т.н., доц., профессор В.В. Мирный; Зам. гл. редактора – к.т.н., доц., доцент И.В. Филатова Ответственный секретарь выпуска А.А. Канавец

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ: К.т.н., проф. В.В. Мирный (гл. редактор); к.т.н., доц. И.В. Филатова (зам. гл. редактора); д.т.н., проф. Н.Н. Грищенков; к.т.н., доц. Б.В. Хохлов; к.т.н.; ст. преп. А.Н. Грищенков; асс. А.А. Канавец.

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 1. В.В. Руденко, Е.А. Гончар, А.Н. Грищенков, А.А. Канавец Определение постоянной тахеометра Leica ts 06 flex line plus при визировании на различные поверхности………………………………6 2. В.С. Конюшков, И.В. Филатова, А.А. Канавец Историческое развитие маркшейдеской службы….…………………10 3. К.В. Скрипников, Э.Л. Мичелева, А.А. Канавец Совершенствование конструкции и полевые измерения учебного маркшейдерского полигона……………………………………………13 4. А.Э. Розмачаева, А.Н. Грищенков Деформации земной поверхности и проект мер охраны подрабатываемых объектов на территории шахты «Прогресс» от влияния подземных горных работ…………………………………….18 5. Е.А. Пашкевич, А.Н. Грищенков, А.А. Канавец Автоматизация обработки данных маркшейдерской опорной сети шахты ………………………..........................................................23 6. А.В. Потоцкий, А.А. Канавец Модернизация оборудования маркшейдера…………………………27 7. Д.Р. Смирнова, А.Н. Грищенков Анализ состояния электронных маркшейдерско-геодезических приборов…………………………………………………………………32 8. Е.А. Треба, И.В. Филатова, А.А. Канавец Использование системы SURFER для решения маркшейдерских задач……………………………………………………………………..37 9. А.Е. Хаустов, А.А. Канавец Применение спутниковых систем в маркшейдерии…………………..41 10. Н.В. Степанов, А.А. Каричковский, В.В.Мирный Моделирование в учебном процессе вопросов добычи угля в условиях Донбасса………………………….…………………………...45 11. В.А. Берестюк, В.В. Карасев, В.В.Мирный Разработка методиики лабортарных исследование отраженных свойств шахтных подъемных канатов…………………………..……..49

4

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 12. А.В. Грянко, И.В. Филатова, А.А. Канавец Моделирование угольных месторождений с учетом особенностей строения пласта…………………………………………………………54 13. А.В. Безбабных, М.С. Каминская, А.А. Канавец Совершенствование определения высотной отметки при использовании тахеометра……………………………………………...58 14. А.О. Скидан, А.Н. Грищенков Совершенствование методики построения гипcoмeтричecкиx плaнoв угoльныx плacтoв c учeтoм погрешноcтей инклинoмeтричecкoй cъёмки в cрeдe Rockworks……………………...63 15. Д.О. Савин, А.А. Канавец Применение лазерного нивелира в учебном процессе………………67 16. К.Р. Дубовская, А.О. Калиш, Е.О. Калиш, А.Н. Грищенков Определение точностных характеристик тахеометра……….………70

5

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК (622.1: 528)(075.8)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ТАХЕОМЕТРА LEICA TS 06 FLEX LINE PLUS ПРИ ВИЗИРОВАНИИ НА РАЗЛИЧНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ В.В. Руденко студент, Е.А. Гончар студентка, А.Н. Грищенков старший преподаватель А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" В работе описана методика определения постоянной величины при использовании тахеометра в безотражательном режиме для измерения расстояний. При производстве большинства геодезических работ, как правило, требуется выполнять как угловые, так и линейные измерения, для чего обычно использовались оптические тахеометры. Еще в конце XIX века введено в обиход слово «тахеометр», которое в переводе с греческого языка означает «быстроизмеряющий». Позднее для этих целей стали использовать светодальномеры и теодолиты. Когда были созданы компактные светодальномеры, то конструкция их предусматривала возможность установки на теодолит. Позднее начали выпускаться приборы в общем корпусе для оптического теодолита и светодальномера. Мощным толчком в геодезическом приборостроении стал выпуск электронного тахеометра АСА136 (Швеция), в котором оптическая система отсчета углов была заменена на электронную, т. е. в едином корпусе размещался прибор, который совмещал функции светодальномера и цифрового теодолита. В дальнейшем в электронный тахеометр был введен полевой компьютер, открыв тем самым начало выпуска компьютеризованных электронных тахеометров. Использование электронных тахеометров позволило полностью отказаться от ведения полевого журнала. В современные приборы начали встраивать мощные полевые компьютеры для обработки результатов измерений и решения непосредственно в поле типовых геодезических задач, расширились потенциальные возможности приборов за счет значительного улучшения технических характеристик. Принцип работы электронного тахеометра основывается либо на фазовом методе, либо, в более современных моделях, на импульсном методе. Первый метод заключается в разности фаз

6

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» между проецируемым и возвращенным лучами, второй — на времени, за которое лазерный луч проходит от тахеометра к отражателю и возвращается назад. Дистанция, на которой прибор способен работать в безотражательном режиме, зависит от окраса поверхности, на которую проецируется луч — светлые и гладкие поверхности увеличивают дистанцию работы тахеометра по сравнению с темными в несколько раз, однако она не превысит 1 000 — 1 200 м. Линейная дальность измерений в отражательном режиме — не менее 5 000 м. Важной задачей на сегодняшний день остается вопрос связанный с определением постоянной величины при измерении тахеометром в без отражательном режиме на различные поверхности. Методика выполнения работ для отыскания постоянных при визировании на разные поверхности произведена в такой последовательности. Установив прибор и отражатель (расположенный на адаптере) на расстоянии около 4 метров друг от друга, выполняем серию измерений для определения истинного расстояния между прибором и отражателем. Оно равно 3.6953м. Сняв отражатель с адаптера нами было измерено расстояние, в безотражательном режиме (на головку металлического цилиндра адаптера) (рис.1). Теоретически это расстояние состоит из измеренной части и радиуса, цилиндрического стержня составляет истинную длину. Практически измеренное и скорректированное расстояние получилось 3.6961, что дает расхождение, между результатами полученными соответственно в отражательном и безотражательном режимах измерения 0,8 мм.

Рис.1. – Общий вид стержня адаптера Затем к металлическому цилиндру адаптера были последовательно приставлены предметы с различной отражательной поверхностью (пластмасса, бумага, дерево, гипсокартон). Заранее измерив

7

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» штангенциркулем толщину приставляемого предмета и измерив расстояние до него с помощью прибора, мы находили разницу между истинным расстоянием и тем, которое получалась при измерениях на разные предметы, максимальное различие между поверхностями составляет 0.0004метра, что доказывает нецелесообразность ввода поправок при измерениях прибором в безотражательном режиме на разные поверхности (таблица 1) схема представлена на рисуноке 2. Таблица 1. – Расхождения при измерениях прибора на различные поверхности Наименование Измеренные Толщина, мм Вычисление расповерхности длины, м хождений, мм Отражатель 3,6953 Цилиндрический 3,6901 Радиус – 6 мм 0,8 адаптер Пластмасс 3,6893 0,7 0,1 Бумажный ко3,6803 10 0.2 робок Гипсокортон 3,6824 8 0.3 Дерево 3,6810 9.5 0.4

Рис.2 - Установка отражательных поверхностей По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Тахеометр серии LEICA TS 06 FLEX LINE PLUS позволяет выполнять маркшейдерские измерения в лабораторных условиях с

8

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» высокой точностью (угловые с погрешностью ± 5´´, линейные с относительной погрешностью 1: 150000. Перечень ссылок 1.Руководство к электронному тахеометру Leica TS 06 power 5''.

2.Маркшейдерское дело: Учебник для вузов // Д.Н.Оглоблин, Г.И.Герасименко, А.Г.Акимов и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – М., Недра, 1981. – 704 с.

3.Инструкция по производству маркшейдерских работ // Министерство угольной промышленности СССР. – М.: Недра, 1987. – 240 с.

4.Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ: Учебное пособие - Челябинск, 2007.

9

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

ИСТОРИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ МАРКШЕЙДЕСКОЙ СЛУЖБЫ В.С. Конюшков студент, И.В. Филатова доцент, А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО «Донецкий Национальный Технический Университет» В статье рассмотрен вопрос исторического развития маркшейдеской службы. Горный инженер или техник, специалист по проведению пространственно-геометрических измерений в недрах земли и на соответствующих участках её поверхности с последующим отображением результатов измерений на планах, картах и разрезах при горных и геолого-разведочных работах это маркшейдер [1]. Совместно с геологом маркшейдер на основе съёмок составляет чертежи горной графической документации, отражающие объём выполненных разведочных работ, ситуацию земной поверхности, форму и размеры тел полезного ископаемого, его качество, свойства вмещающих пород, а также участвуют в подсчёте геологических запасов. При проектировании горных предприятий маркшейдер участвует в проектно-изыскательских работах, в проектировании границ горных предприятий и систем разработки месторождения, размещении зданий и сооружений, подлежащих строительству на площадях залегания полезных ископаемых, в установлении мер охраны сооружений от вредного влияния горных разработок, составлении календарных планов развития горных работ; проверяют правильность запроектированных соотношений геометрических элементов генерального плана поверхности, производят подсчёт промышленных запасов. Целью моей статьи является рассказать об истории маркшейдерского дела и показать важность этой профессии во всем мире. Описать и рассказать как возникло маркшейдерское дело, как развивалось и до чего дошло. Маркшейдерия зародилась в глубокой древности, одновременно с началом добычи полезных ископаемых, что было обусловлено необходимостью измерения и изображения горных выработок рудников. В России маркшейдерское дело окончательно выделилась в особую службу горных предприятий при Петре I. Специалистов, которые занимались пространственно-геометрическими измерениями, связан-

10

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» ными с горным делом, называли в ту эпоху горными геометрами (рис.

1).

Рис.1 – Работа маркшейдера К развитию маркшейдерского дела приложил свой ум и опыт великий русский ученый М.В. Ломоносов. Изданная в 1763 году его книга «Первые основания металлургии или рудных дел» содержала главу «О измерении рудников», в которой не только был обобщен мировой практики маркшейдерского дела, но и были даны теоретические основы для его дальнейшего развития. Интересно, что в России в то время маркшейдерами называли некоторых чиновников горного ведомства, и этот титул соответствовал чину IX класса в табели о рангах [2]. Со временем двухмерная картина, которую давала буссольная съемка (с использованием особого компаса – буссоли), перестала соответствовать возросшим требованием. У маркшейдеров появились новые геодезические инструменты – теодолиты и нивелиры. Полный курс «нового маркшейдерского искусства» был представлен в 1847 году русским инженером П.А. Олышевым. Впоследствии теорию развили немецкие инженеры Вейсбах и Борхерс. И все же маркшейдерское дело в России, несмотря на труды профессоров В.И. Баумана, Г.А. Тиме, П.М. Леонтовского и П.К. Соболевского, развивалось медленно. Коренная реформа маркшейдерской службы прошла после Всероссийского маркшейдерского съезда в 1921 году. Помимо принятых необходимых положений и инструкций, важнейшим направлением работы стала подготовка специалистов маркшейдерского дела. В 1945 году был создан Всесоюзный научно-исследовательский маркшейдерский институт. С годами были собраны обширные фактические материалы, выявлены закономерности процесса горных разработок, созданы методики оптического и гироскопического способов ориентирова-

11

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» ния, разработаны новые инструменты и приборы для производства маркшейдерских съемок. К развитию маркшейдерского дела в Советском Союзе приложили много усилий целая плеяда деятелей - чл. корр. АН СССР проф. И.М.Бахурин, чл. корр. АН СССР проф. М.Г. Келли, проф. А.Е.Гутт, проф. И.П.Бухиник, проф. Д.А.Казаковський, проф. Д.М.Оглоблин, проф. С.Г.Аверин и многие другие. 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. Маркшейдером сегодня называют специалиста, который занимается проведением пространственно-геометрических измерений в недрах земли. Незаменим такой специалист и на всех этапах строительства подземных сооружений в городах. Но гораздо чаще специальность маркшейдера относится к разработке горных выработок, как наземных, так и подземных. На сегодняшний день создано много приборов, упрощающих задачу маркшейдеру. Как было сказано выше, маркшейдерское дело зародилось очень давно и его развитие не стоит на месте. На сегодняшний день маркшейдерия оснащена новейшими технологиями 21-го века. Перечень ссылок 1. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов/ Д.Н. Оглоблин, Г.И. Терасименко, А.Г. Акимов и др -3-е изд., перераб. и доп.— М.:Недра, 1981—704с.

2. Борщ-Компониец В.И. Геодезия и маркшейдерское дело.— М.:Недра, 1989.

3.Борщ-Компониец В.И. Геодезия, основы аэрофотосъемки и маркшейдерского дела. - М.:Недра, 1989.

4. Борщ-Компониец В.И., Навитний А.М., Кныш Г.М. Маркшейдерское дело. - М.:Недра, 1992.–447с.

5. Синанян Р.Р. Маркшейдерское дело. - М.:Недра, 1982.– 303с.

12

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПОЛЕВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ УЧЕБНОГО МАРКШЕЙДЕРСКОГО ПОЛИГОНА. К.В. Скрипников студент, Э.Л. Мичелева студент, А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО «Донецкий Национальный Технический Университет» В статье рассмотрен вопрос совершенствования маркшейдерского полигона и выполнение измерительных работ с применением электронных приборов. Горный инженер или техник, специалист по проведению пространственно-геометрических измерений в недрах земли и на соответствующих участках её поверхности с последующим отображением результатов измерений на планах, картах и разрезах при горных и геолого-разведочных работах это маркшейдер [1]. Данная работа имеет цель, которая заключается в точном измерении учебного маркшейдерского полигона с последующим эталонированием и переработкой паспорта учебного маркшейдерского полигона для его использования в учебном процессе студентами маркшейдерской специальности. Для достижения поставленной цели определены следующие основные задачи исследований: - создание дополнительных точек полигона - точное измерение учебного маркшейдерского полигона; - переработка паспорта учебного маркшейдерского полигона для его использования в учебном процессе студентами маркшейдерской специальности. Начальный этап проведения работ по измерению высокоточными приборами маркшейдерского полигона состоял из составления схемы пунктов полигонометрического хода (рис 1). Учебный полигон запроектирован из десяти точек (по пять на каждом этаже), а также одной дополнительной точки на лестничной площадке между третьим и четвертым этажами(рис. 2). На каждом этаже имеется по 2 жестких исходных пункта, к которым был привязан полигон (точки 31-32 и 41-42). Пункты на третьем этаже были закреплены в кровле ( потолке) и имеют форму крючка, так как на них вешаются отвесы(рис. 3).Сам крючок, в свою очередь, вешается на закрепленный забетонирован-

13

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» ный пункт в потолке, в котором имеется отверстие для шнура на который вешается крючок. Крючки изготовлены из металла [1].

Рис. 1- Схема расположения пунктов полигона. Пункты на четвертом этаже, в свою очередь, были забетонированы и закреплены в почве (полу) ,которые изготовлены из меди в форме цилиндра с продольным отверстием и не сплошным вырезом, находящемся снизу цилиндра (рис. 4) .Небольшое отверстие служит для закрепления в точке иголки или канцелярской кнопки. Это обусловлено тем, что пункт находится практически на уровне пола, и служит для удобного наведения на точку перекрестия сетки нитей.

Рис. 2- Схема расположения пунктов между лестничной площадкой. Вторым этапом данной работы был процесс выполнения высокоточных угловых измерений. Для проведения угловых измерений в работе применялся теодолит 2Т5К, а также Тахеометр Leica Flex Line TS 06 plus. Для каждого прибора были выполнены все необходимые поверки в соответствии с

14

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» паспортами данных приборов. Горизонтальные углы при выполнении работы измерялись методом круговых приёмов. Для проверки правильности измерения углов полигонометрический ход был измерен двумя приемами в прямом и обратном направлении [1].

Рис. 3 – Схема пункта, закрепляемого в кровле(потолке). В прямом ходе измерения проводились начиная с 4го этажа ,переходя на 3й этаж. По такому принципу измерения проводились и в обратном направлении, только начиная с 3 этажа, переходя на 4й. В отверстия пунктов пола были вставлены канцелярские кнопки либо металлическая скрепка для чёткого наведения пересечения сетки нитей зрительной трубы на основание пункта. Такой подход значительно снижал погрешность визирования. При измерении углов между пунктами кровли были использованы шнуровые отвесы. Во избежание ошибки визирования пересечение центра нитей наводилось на то место крючка, где с него начинал опускаться отвес, то есть практически на основание пункта. Однако, ошибки центрирования теодолита под точкой избежать не удалось. Это связано с тем, что отцентрировать теодолит под точкой возможно только при помощи отвеса, что снижает точность данной операции.

Рис. 4- Схема пункта, закрепляемого в почве(полу).

15

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» После измерений произведенных теодолитом 2Т5К все углы были измерены тахеометром Leica Flex Line TS 06 plus с помощью программы Q – съемка, в которой используется трехштативная система измерений. Данная программа проста в использовании и не требует сложных манипуляций. Тахеометр был отгоризонтирован и отцентрирован с помощью электронного уровня и лазерного луча отвеса, а отражатели были отцентрированы с помощью адаптера. Данные по измерению углов были занесены в соответствующие журналы( табл.1).

Точка стояния Точка визиров.

Таблица 1.- Пример полевого журнала.

42

КЛ КП КЛ

41 401 КП 42

КЛ

41 401 КП

Горизонтальный круг ср.значение углаиз 2х приеугол из полуотсчеты ср. знач. угла мов приема град мин сек град мин сек град мин сек град мин сек 0 0 11 167 46 14,0 167 46 25 167 46 16,5 180 0 1 167 46 19,0 347 46 20 167 46 15,75 0 0 3 167 46 14,0 167 46 17 167 46 15 180 0 6 167 46 16,0 347 46 22

Далее были произведены высокоточные линейные измерения. Для измерения длин как горизонтальных, так и наклонных применялась стальная рулетка типа Р30УЗК длиной 30 метров (рис.6), для которой было произведено компарирование [2].

Рис. 6 – Рулетка и динамометр Длины измерялись с натяжением в 10 кг. Сила натяжения фиксировалась при помощи динамометра. Измерение горизонтальных длин

16

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» производилось в прямом и обратном направлениях по 3 приёма. Отсчёт брался с точностью до миллиметра. Точность измерения – 1/3000. После измерений проведенных с помощью рулетки и динамометра для измерения горизонтальных проложений был использован тахеометр. Созданный студентами маркшейдерский полигон поможет кафедре маркшейдерского дела выпускать более подготовленных специалистов, так как данный полигон максимально приближен к реальным условиям выполнения подобных работ в шахте. Далее студентам предстоит выполнить камеральные вычисления по полученным данным, сопоставить их к требованиям маркшейдерской инструкции. После этого требуется выполнение математического анализа точности угловых и линейных параметров полигона, в соответствии с нормативными маркшейдерскими документами. Для окончательного оформление статуса учебного полигона будет разработан паспорт, для утверждения его кафедрой маркшейдерского дела. Перечень ссылок 1. Инструкция по производству маркшейдерский работ // Министерство угольной промышленности СССР. - М.: Недра, 1987 г.

2. Маркшейдерское дело: учебник для вузов // Д.Н.Оглоблин, Г.И.Герасименко, А.Г.Акимов и др.

3. Борщ-Компониец В.И. Геодезия и маркшейдерское дело.— М.:Недра, 1989.

4.Борщ-Компониец В.И. Геодезия, основы аэрофотосъемки и маркшейдерского дела. - М.:Недра, 1989.

5. Борщ-Компониец В.И., Навитний А.М., Кныш Г.М. Маркшейдерское дело. - М.:Недра, 1992.–447с.

6. Синанян Р.Р. Маркшейдерское дело. - М.:Недра, 1982.– 303с.

17

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПРОЕКТ МЕР ОХРАНЫ ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ НА ТЕРРИТОРИИ ШАХТЫ «ПРОГРЕСС» ОТ ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ А.Э. Розмачаева студентка, А.Н. Грищенков старший преподаватель, ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" Произведены расчеты деформаций земной поверхности для расчетных точек и расчетных линий подрабатываемых зданий и сооружений от влияния горных работ при добыче угля подземным способом. Выполнены прогнозы ожидаемых деформаций земной поверхности, определены расчетные и допустимые величины деформаций земной поверхности, разработаны меры охраны зданий. Подземная разработка недр не может существовать без обрушений и явлений, подобных землетрясению. Нынешнее горное производство неосуществимо без изучения физических свойств вмещающих пород, без наблюдения за состоянием массива в процессе добычи, без предварительных расчётов устойчивости обнажений горного массива выработками. Горные работы, которые ведутся в недрах приводят к нарушению внутренних сил сопротивления породе и естественного равновесия внешних нагрузок, для начала образующиеся пустоты вызывают упругое, а затем и неупругое (вплоть до обрушения) деформирование налегающих пород в отработанное пространство. Деформирование выражается в подвижках и сдвижении горных пород до полного их затухания в массиве или же до образования мульды оседания на земной поверхности. Предотвращает деформации крепь, устанавливаемая таким образом, чтобы она обеспечивала допустимый уровень смещений контура выработки и необходимый уровень силового отпора внешнему давлению. В связи с интенсивной застройкой свободной земельной площади в последнее время актуальной проблемой является прогнозирование параметров сдвижения в пределах влияния подземной подработки. Расчет ожидаемых оседаний и деформаций в большинстве случаев выполняется по нормативным методам [1], которые ориентированы на детерминированный характер процесса сдвижений. Для решения

18

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» стохастического характера этого процесса нормативный документ [1] рекомендует использовать коэффициент перегрузки. Однако при умножении ожидаемых оседаний и деформаций на коэффициент перегрузки в точках с нулевыми значениями расчетные значения остаются равными нулю. Другой неточностью является то, что при делении средней квадратической ошибки на величину деформации, равную нулю, возникают разрывы функции [2]. Таким образом, при подработке земной поверхности возникают фактические оседания, которые отличаются от полученных по стандартным методам расчета. На рис. 1 показаны оседания земной поверхности на шахте им. Горького п/о «Донецкуголь» [3]. Авторами описываются результаты инструментальных измерений и расчетов мульды оседаний сформированной на земной поверхности при отработке угольного пласта h 10 тремя лавами: зап. кор. лава, 3 зап. лава, 2 зап. лава. Длина коренной западной лавы составляет 150 м, 3 западной лавы 320 м и 2 западной лавы 200 м. Глубина разработки коренной западной лавы составляла 750 м, 3 западной лавы 550 м, 2 западной лавы 490 м. Средний угол падения пласта составляет 5°. Мощность пласта 1,1-1,2 м. Расстояние между реперами 20 м. На рис. 1 отображены измеренные и рассчитанные по нормативному методу оседания земной поверхности вдоль профильной линии. Линии 1 и 2 показывают суммарное влияние зап. кор. лавы и 2 зап. лавы; 3 и 4 – влияние 3 зап. лавы; 5 и 6 – суммарное влияние смежных лав пласта. Максимальное оседание для первой пары кривых составляет 0,357 м полученное с помощью нормативного метода, и 0,322 м измеренное оседание; для второй пары: 0,738 м и 0,718 м; для третьей пары: 0,942 м и 0,858 м соответственно.

Рис. 1 - Измеренные и рассчитанные оседания на шахте Прогресс [3] 1,3,5 – аппроксимированные измеренные оседания; 2,4,6 – рассчитанные оседания от влияния смежных лав пласта h10

19

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» На рис. 2 приведено отклонение оседаний земной поверхности между измеренными и рассчитанными данными. Определенной закономерности отклонений оседаний не наблюдается. Максимальные отклонения оседаний наблюдаются над центром лавы и составляют около ±90-100 мм. Абсолютный разброс отклонений оседаний составляет 140-150 мм. К краевым частям данные разбросы приближаются к 0. Для первой пары кривых максимальный разброс наблюдается в зоне репера №51 и составляет 0,065 м, что по отношению к расчетному максимальному оседанию составляет 18%; для второй пары максимальный разброс наблюдается в районе репера №38 и составляет 0,087 м, что в процентном соотношении 12%; для третьей пары максимальный разброс на уровне репера №47 и его значения составляют 0,098 м и 10%. На рис. 3 представлены наклоны земной поверхности в пределах влияния подработки лавой I пласта k8 и лавой II пласта l1 шахты «Куйбышевская» п/о «Донецкуголь» [4]. Условия подработки для пласта k8: длина лавы – 140 м, средний угол падения пласта равен 12°, мощность пласта составляет 0,7 м, марка угля Ж; для пласта l1: длина лавы – 66 м, средний угол падения пласта равен 12°, мощность пласта составляет 0,8 м, марка угля Ж. Отклонение оседаний, мм

120 100

3 3

80 60

1

40 20 0 0

10

20

30

40

50

60

70

-20

2

-40 -60

Номера пикетов

Рис. 2 - Распределение отклонений оседаний земной поверхности между измеренными и рассчитанными данными 1 – отклонение оседаний в случае суммарного влияния зап. кор. лавы и 2 зап. лавы; 2 – в случае влияния 3 зап. лавы; 3 – суммарного влияния смежных лав.

20

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

Рис.3 – График измеренных и расчетных наклонов земной поверхности [4] На рис. 3 отображены измеренные и расчетные наклоны земной поверхности, вычисленные по правилам 1972 г. и по предлагаемому авторами способу [4]. Как видно, максимальные наклоны наблюдаются около 30 и 18 реперов и составляют: для измеренного значения 7,7∙10-3 на репере 30 и -9,7∙10-3 на репере 18; для значения, рассчитанного по предлагаемому методу 6,6∙10-3 на репере 30 и -5,1∙10-3 на репере 18. В случае расчета наклонов по правилам 1972 г., максимальные наклоны будут наблюдаться около реперов 27 и 11, и будут составлять 4,7∙10-3 и -3,1∙10-3 соответственно. При переходе от выработанного пространства к массиву горных пород амплитуда наклонов приближается к нулю. На основании разностей между измеренными и рассчитанными наклонами был построен график разброса (рис.4). Величина разброса наклонов

2

40

30

10

0

1

Номера пикетов

Рис.4 – Отклонения измеренных наклонов земной поверхности от рассчитанных 1 – по правилам 1972 г.; 2 – по предлагаемому авторами способу [4]

21

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» Как видим, определенной закономерности разброса наклонов не наблюдается. Однако к краевым частям разбросы приближаются к 0, а их максимальные значения находятся над выработанным пространством. Максимальный разброс значений равен 8∙10-3, а абсолютный разброс 11,4∙10-3, при сравнении фактического наклона с рассчитанным по правилам 1972 г. Максимальный разброс значений при сравнении фактического наклона с рассчитанным по методу предложенным авторами равен 4,7∙10-3, а абсолютный разброс 7,7∙10-3. Максимальная разница между значениями измеренных и рассчитанных по правилам 1972 г. наклонов в процентном отношении составляет 170%, а измеренных и рассчитанных по предложенному методу 71%. В результате обработки графиков оседаний и деформаций земной поверхности была установлена закономерность, которая заключается в том, что максимальный разброс наблюдается над центром лавы, а на краевых частях он уменьшается. Образуется область разброса параметров сдвижения земной поверхности. На основании установленной закономерности предлагается усовершенствованная методика определения расчетных оседаний путем введения поправки в ожидаемые величины сдвижений в виде двустороннего разброса. Такой подход позволяет установить не только средние предполагаемые, но и максимально возможные смещения земной поверхности. Перечень ссылок 1. ГСТУ 101.00159226.001 – 2003. Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом. – К., 2004. – 128 с.

2. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов. – В двух частях. Под ред. И.Н. Ушакова – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1989. – Часть 2/А.Н. Белоликов, В.Н. Земисев, Г.А. Кротов и др. – 437с.: ил.

3. Маркшейдерское дело: учебник для ВУЗов / Д.Н.Оглоблин, Г.И. Герасименко, А.Г. Акименко. Минтопэнерго Украины. М.: Недра, 1981 –704 с.: ил.

4. Бугаёва Н.А., Грищенков Н.Н., Назимко И.В., Прокопенко А.И., Сотников Д.Н., Яковенко С.М., Нечипорук А.В., Назимко В.В. Установление особенностей распределения отклонений оседаний земной поверхности при выполнении натурных измерений // Проблеми гірського тиску. – 2010. №18. – С. 38-56.

22

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ МАРКШЕЙДЕРСКОЙ ОПОРНОЙ СЕТИ ШАХТЫ Е.А. Пашкевич студентка, А.Н. Грищенков старший преподаватель, А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" В статье рассмотрен вопрос автоматизации обработки данных полученных при работе маркшейдера. Маркшейдерская опорная сеть - это совокупность жестко закрепленных в грунте пунктов, координаты которых определены с высокой степенью точности, равномерно покрывающих территорию экономической заинтересованности горного предприятия. Продолжительная эксплуатация горного предприятия обязательно приводит к необходимости реконструировать имеющееся территории. Это обусловлено необходимостью продвижения лавы по пласту, заменой оборудования, расширения предприятия и т.д. Реконструкция предприятия включает в себя комплекс работ, направленный на увеличение объемов производства и улучшение технико-экономических показателей. Также нуждаются в реконструкции и маркшейдерские опорные геодезические сети на территории горного предприятия. При этом необходимо учитывать общие и частные особенности разрабатываемых пластов, геологических данных и в целом горнодобывающего предприятия и функционирования маркшейдерско-геодезических сетей в условиях разработки месторождений полезных ископаемых. Анализ существующих маркшейдерских опорных геодезических построений на территории крупных горных предприятий показал, что координаты пунктов сети обычно представлены в государственной системе координат либо в местных или условных системах координат. Эти системы координат часто не учитывают искажения, возникающие в зависимости от выбранной поверхности относимости и положения территории относительно осевого меридиана, что приводит к затруднениям при проектировании горно-строительных работ и выносе проектов в натуру. Кроме того, необходимо учитывать временной износ, а также возможные искажения, обусловленные тектоническими движениями и иными геологическими процессами.

23

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» После того, как будет произведена маркшейдерская съемка на территории горного предприятия, вне зависимости от ее вида и цели произведенных работ, полученные результаты подлежат обработки. Согласно Маркшейдерской инструкции, обработка подземных опорных сетей включает: контроль вычислений в журналах измерений, введение поправок в измеренные длины, вычисление невязок, уравнивание сетей, оценку точности положения удаленных пунктов и вычисление координат пунктов полигонометрического хода. В этой статье мы рассмотрим именно реконструкцию развития маркшейдерской опорной сети шахты с уравниванием и оценкой ее точности. Согласно инструкции по производству маркшейдерских работ:  В проектах на все виды строительства на территории производственно-хозяйственной деятельности горного предприятия должны предусматриваться топографо-геодезические и маркшейдерские работы, необходимые для обеспечения строительства, реконструкции маркшейдерской опорной геодезической сети или восстановления утраченных пунктов опорной и разбивочной сетей, обновления планов земной поверхности в процессе строительства или после его завершения, съемки горных выработок и составления горной графической документации перед сдачей шахты (горизонта) в эксплуатацию.  Порядок и сроки реконструкции опорной сети устанавливает, в зависимости от ее состояния и местных горно-технических условий, главный маркшейдер горного предприятия; проект реконструкции сети утверждает главный маркшейдер вышестоящей организации.  При реконструкции подземных опорных сетей контроль качества измерений выполняют на ЭВМ по программам, позволяющим вычислять фактические и допустимые значения невязок полигонов по кратчайшей ходовой линии.  При реконструкции сети все полигонометрические ходы уравнивают, как правило, совместно. Уравнивание отдельных полигонометрических ходов (систем ходов) выполняют раздельными способами: вначале уравнивают угловые измерения, затем приращения координат.  Если ведутся работы по реконструкции шахты хозяйственным способом, требующие не менее 50% годового рабочего времени участкового маркшейдера, то дополнительно к расчетной численности вводится один участковый маркшейдер. Рассмотрим на примере полученных планов территории шахты им. Скочинского. Для облегчения работы маркшейдера при обработке данных, полученных во время маркшейдерской съемке, принято

24

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» решение полностью автоматизировать все расчеты и графическое оформление. Вполне логично, что при выборе способа автоматизации, учитывая стремительное развитие компьютерных технологий, доступность и удобство обращения, единственным верным решением было написание специальной программы. Однако, написание кода самостоятельной программы не является целесообразным. Значительно проще и удобнее будет использование макросов для распространенной и уже давно знакомой всем пользователям программы Microsoft Excel. Макросы для Microsoft Excel пишут на языке VBA (Visual basic for applications). Запланированная схема выполнения задачи, будет следующей: 1. Ввод полученных результатов маркшейдерской съемки.

2. Обработка результатов: 2.1. Уравнивание.

2.2. Оценка точности.

2.3. Проверка допустимых погрешностей. Если погрешность является допустимой – переход к следующему этапу. Если погрешность больше допусков – работа программы прекращается, а на экран выводится сообщение о соответствующей ошибке.

3. При условии, что все расчеты и замеры выполнены в соответствии с требованиями маркшейдерской инструкции, результаты обработки переходят в таблицу. Компьютерная обработка результатов исключает погрешность расчетов, обусловленную человеческим фактором. Соответственно увеличивается точность расчетов, но, к сожалению, не могут изменить погрешности при съемке. После того, как результаты обработки данных готовы к дальнейшему использованию, необходимо воспользоваться программой для графических работ AutoCAD. Таким образом, мы получим максимально точное решение задачи уравнивания и оценки точности съемки. В ходе проекта выполнены следующие работы: 1. Составление блок-схемы.

2. Написание программного кода на VBA для Microsoft Excel.

3. Объединение результатов с программой AutoCAD. 4. Проверка работы программ на основе данных полученных на шахте Скочинского. В результате выполнения данной работы была уравнена подземная маркшейдерская опорная сеть шахты. Работа выполнялась в пол-

25

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» ном соответствии с техническими условиями, сформулированными требованиями маркшейдерских документов. Точность выполненных измерений и вычисления координат пунктов подземной маркшейдерской опорной сети удовлетворяет требованиям маркшейдерских документов. Перечень ссылок 1. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов/ Д.Н. Оглоблин, Г.И. Герасименко, А.Г. Акимов и др. – 3-е изд. перераб. и доп.-М.: Недра 1981 г. 704с.

2. В.В. Ершов., А.С. Дремуха., В.М.Трость Автоматизация геолого – маркшейдерских графических работ. – М.: Недра, 1991, 347 c.

3. Побединский Г.Г. Программирование геодезических задач на языке бейсик.- М.: Недра, 1991, 96 c.

4.Павлов Д.С. Магистерская диссертация на тему: «Математический алгоритм построения геологических разрезов»: СПбГУ. Санкт-Петербург. 2003 год. http://web.ru/db/msg.html?mid=1174226&uri=index.html 5.Оглоблин Д.Н., Герасименко Г.И., Акимов А.Г., Маркшейдерское дело: Учебник для вузов/ . – 3-е изд. перераб. и доп.-М.: Недра, 1981 г. 704 с.

26

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

МОДЕРНИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ МАРКШЕЙДЕРА А.В. Потоцкий студент, А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" Выполнен обзор маркшейдерско–геодезического оборудования. Определены места применения данного оборудования, а также целесообразность их применения, смена более дорогостоящего оборудования на менее, путём снижения технологии измерения (менее точные приборы). Рассмотрев данную тему, предложено обобщить все известные «маркшейдерские приборы», их развитие и назначения. Маркшейдерские приборы - приборы, применяемые в маркшейдерском деле при пространственных геометрических измерениях в шахтах и карьерах, а также на поверхности Земли. [1 стр.7] Маркшейдерские приборы разделяются на несколько категорий, рассмотрим основные из них: 1) угломерные приборы – приборы, предназначенные для измерения углов между точками [1 стр.7]. Такими приборами являются – теодолит, тахеометр и угломер; 2) приборы для измерения высот или превышений – приборы, с помощью которых определяют высоту измеряемой точки по отношению к Балтийскому морю [1 стр.7]. Такими приборами являются – нивелир, барометр, барограф, профилограф и др.

3) приборы для измерения длин линий и расстояний между точками [1 стр.7], такие как рулетки (стальные и тесьмяные), ленты и др. Этот список пополняется с огромными темпами, так было решено рассмотреть только основные приборы: 1. Нивелир – геодезический прибор, впервые прибор для измерения превышений был придуман в древнем Египте, и представлял собой современный водный уровень, в последствии к его устройству добавили зрительную трубу, сетку нитей, и уровень, который контролировал полностью горизонтальное положение прибора [1 стр.7]. На современных предприятиях используют несколько видов нивелиров: Оптические и Лазерные. Между ними есть различия не только в технологии измерения превышений, но ещё некоторых пунктах:

27

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 1. Первым отличием является количество рабочих, которые выполняют измерение превышений. При работе с оптическим нивелиром, необходимо минимум 2 человека, так как нужно снимать отсчёт с рейки и держать рейку соответственно, в то время как при работе с лазерным нивелиром, любого типа, можно работать в одиночку. Это сокращает не только материальные, но и временные затраты. Теперь только один человек, может снимать отчёты и передвигается с нивелирной рейкой по измеряемой местности.

2. Второе отличие – дальность работы нивелира. Оптические нивелиры ограничены кратностью, то есть увеличением видимости объекта через зрительную трубу. На сегодняшний день максимальным увеличением является 38 крат. Такая кратность установлена на такие нивелиры: RGK N-38(Россия), Leica NA332(Швейцария) и др. До недавнего времени максимальной кратностью являлось значение в 32 крат. Но даже при довольно большом увеличении, второй человек, который носит нивелирную рейку, не сможет уйти на дальнее расстояние. К сожалению, человеческий глаз ограничен в поле зрения. Инженеру, стоящему за нивелиром, нужно попытаться разглядеть миллиметровые отметки на рейке, которые на дальнем расстоянии не так просто увидеть, и дать правильный отсчёт по рейке. В свою очередь, современные лазерные нивелиры позволяют работать на расстоянии до 800-ста метров, благодаря приёмнику лазерного излучения, который не позволит допустить ошибку даже на столь больших расстояниях.

3. Отличие третье –Точность нивелиров. В этом сравнении побеждает оптический нивелир, даже самый дешёвый нивелир будет точнее лазерного построителя плоскостей. А если брать дорогостоящие модели, то погрешность оптического нивелира практически приравнивается к нулю. Средняя погрешность недорогого лазерного нивелира равна трём миллиметрам на 10 метров. Оптический нивелир на данном расстоянии покажет нулевую погрешность, если правильно работать с нивелиром.

4. Отличие четвёртое – цена на нивелиры. Самый дешёвый лазерный и оптический нивелиры стоят одинаково. Их цена колеблется от 6000 до 8000 рублей. Конечно, если речь идёт о лазерных нивелирах для улицы. Потому что самый дешёвый лазерный нивелир может стоить 2000 рублей, но его дальность работы сильно ограничена. Оптические нивелиры отличаются в цене в основном из-за торговой марки. Более известный бренд стоит дороже. По качеству сборки можно различить два типа. Либо нивелир собран, и нивелир собран качественно. Под качеством понимается более высо-

28

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» кая степень защиты нивелира от пыли и влаги, плюс внутри прибор собран более надёжно, что предотвращает его от поломки во время падения. Лазерные нивелиры отличаются в цене из-за своих дополнительных функций, несколько вертикальных и горизонтальных плоскостей, точки зенита и надира, электронные и магнитные компенсаторы.

5. Отличие пятое – дополнительные функции. Оптический нивелир не обладает дополнительными функциями, но обладает дополнительными аксессуарами, например, такими как микрометренная насадка, которая позволяет добиться высокой точности. Как правило, эта насадка стоит как сам нивелир. У лазерного нивелира большой потенциал для развития. На данный момент нивелиры обладают несколькими лазерными лучами, что облегчает работу в разы. Так же лазерные построители плоскостей имеют дополнительные аксессуары, такие как приёмник лазерного излучения, лазерные очки и мишени. С каждым годом лазерные нивелиры совершенствуются. Самые дорогие нивелиры позволяют производить несколько видов работ, с которыми оптические нивелиры никогда не справятся.

6. Отличие шестое – долговечность В этом параметре лазерный нивелир уступает оптическому, так как электроника может подвести из-за различных внешних факторов. Оптические нивелиры не содержат электронных схем и элементов, благодаря чему могут прослужить не один десяток лет. Лазерный нивелир может быть испорчен водой, пылью, повышенной или пониженной температурой. Современные модели действительно хорошо защищены от воды и пыли, но от мороза и жары пока что ещё бессильны. Подведя итог данного сравнения, можно сказать, что модернизация оборудования для измерения превышений не стоит на месте! И каждый год, появляются модернизированные модели приборов, которые в последствии только облегчают работу инженера – геодезиста.

2. Вторым по важности прибором для геодезиста в современных условиях работы, является – тахеометр Тахеометр — геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и превышений [2]. На данный момент существует три вида тахеометров: 1. Тахеометр — геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и превышений, Недопустимо словосочетание Теодолит-тахеометр [3] 2. Регистрирующий тахеометр — тахеометр с автоматической регистрацией результатов измерений или Тотал станция (Total station) [3]

29

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 3. Электронный тахеометр — тахеометр, выполненный в едином электронно-оптическом блоке, предназначенный для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов и определения значений их функций [3] В таком разнообразии тахеометров, иногда можно и заблудиться, но предлагаю рассмотреть историю создания тахеометров, его преображения, и эволюцию. В России создателями первого светодальномера являются В.А. Величко и В.П. Васильев, которые в 1953 г. разработали светодальномер на основе авторского свидетельства на изобретение Г.И. Трофимука, выданного в СССР в 1933 г. Первый радиодальномер, названный теллурометром, был создан Уодли в ЮАР в 1956 г. Этим радиодальномером можно было измерять расстояния до 60 км с ошибкой в несколько см. Несколько позднее (в 1960 г.) в нашей стране под руководством А.А. Генике был разработан первый отечественный геодезический радиодальномер — ВРД. Использование светодальномеров и радиодальномеров позволило резко повысить производительность линейных измерений, которые были весьма трудоемкими и малопроизводительными, так как выполнялись до этого механическими мерными приборами. В дальнейшем на основе новейших достижений науки и техники были созданы приборы, не только превосходящие во много раз по точности и производительности традиционные, но и позволяющие решать задачи, которые ранее не могли быть выполнены с такой точностью и скоростью. В основу работы большинства из этих приборов заложены ранее используемые принципы измерений. Сегодня, возрастающая потребность в геодезических приборах, с одной стороны, и развитие электроники, лазерной техники, компьютерных технологий, с другой, позволяют создавать не только новые модели уже известных приборов, но и разрабатывать принципиально новые инструменты и технологии. Продолжается совершенствование электронного тахеометра. За последние 10 лет из прибора, просто объединяющего в себе теодолит и дальномер, он превратился в мощный инструмент для использования в топографической съёмке, кадастровой съёмке, геодезическом сопровождении строительства. Такие изменения стали возможны благодаря оснащению электронных тахеометров встроенным программным обеспечением, расширенной памятью, без отражательных дальномеров. Сегодня электронный тахеометр является основой программно-аппаратного комплекса, включающего в себя помимо прибора мощное программное обеспечение для решения широкого круга прикладных задач.

30

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» На базе моторизованных моделей электронных тахеометров создаются полностью роботизированные станции, способные без участия человека по заранее заложенной программе вести непрерывный мониторинг за объектами, определяя значения крена и смещений. Наряду с тахеометрами, широкое распространение получило ГНСС оборудование. Сегодня ГНСС-приёмник стал привычным инструментом для геодезистов проводящих топосъемку и землеустроительные работы, осуществляющих инженерно-геодезические изыскания и геодезическое обеспечение строительства. Достаточно популярной технологией, сегодня, становятся 3D системы нивелирования для строительной техники, в которой находят свое место, как роботизированные электронные тахеометры, так и спутниковое оборудование. 3D системы нивелирования позволяют строительным машинам выполнять работу точно по проектным данным в автоматическом режиме, тем самым, исключая этап разбивочных работ и увеличивая производительность. Системами нивелирования можно оснастить бульдозеры, автогрейдеры, асфальтоукладчики и многие другие машины. К числу совершенно новых технологий можно отнести технологию наземного лазерного сканирования. Высокая скорость работы, небывалый уровень автоматизации сбора данных, позволяют говорить о том, что лазерное сканирование имеет большое будущее. Для обеспечения самых распространенных и простых видов работстали широко использоваться лазерные дальномеры. Эти приборы пришли на смену обычным рулеткам, поэтому их часто называют лазерными рулетками. Теперь измерить расстояние с высокой точностью можно одним нажатием клавиши дальномера. При этом рулетка позволяет производить дополнительные вычисления, например, вычисления площади и объема. На смену оптическим теодолитам приходят электронные теодолиты, значительно повышающие удобство работы. Наряду с оптическими нивелирами все шире используются лазерные нивелиры и цифровые нивелиры. Перечень ссылок 1.Оглоблин Д. Н., Рейзенкинд И. Я., Новые маркшейдерские приборы, 2 изд., Мос ква 1967г.

2. Отто Юльевич Шмидт, Большая советская энциклопедия первое издание Москва 1926г.

3. В соответствии с ГОСТ 21830-76 Приборы геодезические. Термины и определения

31

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ МАРКШЕЙДЕРСКО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ Д.Р. Смирнова студентка, А.Н. Грищенков старший преподаватель ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" В данной статье рассмотрены вопросы, связанные с развитием маркшейдерско-геодезических приборов. В статье описывается внутреннее обеспечение приборов, как качественно, быстро и с какой точностью они работают. На сколько приборы нового поколения, облегчают работу человека. Развитие геодезии и маркшейдерского дела неразрывно связано с появлением новых и совершенствованием существующих маркшейдерско-геодезических приборов и инструментов. Эволюция этих приборов всегда определяла направление развития методических и нормативных документов, регламентирующих требования к исполнению и качеству выполняемых инженерных задач. В мировой и отечественной практике появление новых серий маркшейдерско-геодезических приборов постепенно вытесняет уже существующие образцы как в области практического применения, так и их методологического и научного обеспечения. Нужно понимать существенные плюсы автоматизации, которые дают человеку большие преимущества. Человек, не прилагая больших усилий, может выполнять большой объём работ, изучив методы работы с оборудованием, созданным на основе работы компьютера. В данной работе приводятся для примера несколько новых маркшейдерско-геодезических приборов [1-9], для того чтобы показать их качество работы и преимущества перед более устарелыми приборами. Теодолит – измерительный прибор для определения горизонтальных и вертикальных углов при топографических съемках, геодезических и маркшейдерских работах, в строительстве и т.д. Основной рабочей мерой в теодолите являются лимбы с градусными и минутными делениями (горизонтальный и вертикальный). Серия электронных теодолитов VEGA – это новое поколение электронных теодолитов. Электронные теодолиты VEGA ТЕО 5B /20B (см. рис.1) предназначены для измерения вертикальных и горизонтальных углов и широко применяются в строительстве. При

32

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» использовании электронного теодолита исключаются ошибки снятия отсчета - значения углов выводятся автоматически на двух дисплеях прибора.

Рис.1 – Электронные теодолиты VEGA ТЕО 5B /20B Надежный электронный компенсатор вертикального круга компенсирует отклонение вертикальной оси теодолита, а при недопустимых отклонениях отключает значение отсчета вертикального круга на дисплее. Такая система позволяет не отвлекаться на постоянный контроль положения цилиндрического уровня и его ручную подстройку при проведении работ. Предусмотрена установка нулевого значения на исходное направление и фиксирование отсчета по горизонтальному кругу. Значение вертикального угла может отображаться в градусах или как уклон в процентах. Имеется 2 блока питания (блок для 4 батареек типа АА и аккумуляторный блок). До конца XX века теодолит считался основным прибором геодезиста. Сегодня, бесспорно, его место занял электронный тахеометр, способный выполнять гораздо больше функций. Но несмотря на этот факт, оптические и электронные теодолиты до сих пор очень востребованы. Электронный тахеометр - разновидность электронного теодолита, оснащенная электронным устройством для вычисления и запоминания координат точек на местности и лазерным дальномером. В отличие от оптического не повторительного, полностью исключает ошибки снятия и записи отсчёта благодаря микропроцессору, выполняющему автоматические расчёты. Электронный теодолит позволяет работать в тёмное время суток. Тахеометр Sokkia NET1200 (см. рис.2) – автоматизированный тахеометр. Высокая точность дальномера (0,6 мм на пленочный отражатель) и односекундная точность угломерной части позволяет ис-

33

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» пользовать этот прибор во многих областях, требующих высокой точности. К внутреннему программному обеспечению относится: определение координат; вынос в натуру координат и линий; обратная засечка; высота недоступного объекта; определение угла методом повторений; определение недоступного расстояния; проекция точки на линию; вычисление площади; измерения со смещением.

Рис.2 – Sokkia NET1200 Сегодня, возрастающая потребность в геодезических приборах, с одной стороны, и развитие электроники, лазерной техники, компьютерных технологий, с другой, позволяют создавать не только новые модели уже известных приборов, но и разрабатывать принципиально новые инструменты и технологии. Продолжается совершенствование электронного тахеометра. За последние 10 лет из прибора, просто объединяющего в себе теодолит и дальномер, он превратился в мощный инструмент для использования в топографической съемке, кадастровой съемке, геодезическом сопровождении строительства. Такие изменения стали возможны благодаря оснащению электронных тахеометров встроенным программным обеспечением, расширенной памятью, безотражательными дальномерами. Сегодня электронный тахеометр является основой программно-аппаратного комплекса, включающего в себя помимо прибора мощное программное обеспечение для решения широкого круга прикладных задач. Гирокомпас. Разработка и применение в геодезии и маркшейдерском деле гироскопического метода ориентирования были бы невозможны без создания гироскопических приборов, отвечающих тре-

34

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» бованиям геодезического и маркшейдерского производства. Суть этих требований обычно сводится к точности и времени однократного определения азимута, надежности и удобству прибора в эксплуатации. Современный гирокомпас представляет собой сложный прибор, и для его создания потребовались многие десятилетия упорной работы. В настоящее время наиболее совершенные модели гироскопических приборов для ориентирования подземных сетей выпускают в Германии и Японии. Гиротеодолит GYROMAT-3000 (см. рис.3) немецкой фирмы DMT является полностью автоматизированным прибором GYROMAT 3000, является прибором, в котором воплощены передовые технические решения и реализована электроника последнего поколения. С его помощью, можно точно измерять направления, независимо от магнитного поля Земли. Это возможно благодаря нейтральному, быстро вращающемуся гироскопу, установленному в приборе. Его ось колеблется вокруг географического севера в результате взаимодействия гироскопического вращения, гравитации и вращения Земли. Таким образом, специальная электрооптическая развертывающая система определяет положение географического севера автоматически, с предельной точностью.

Рис. 3 – Гиротеодолит GYROMAT-3000 И так, в маркшейдерских работах в подземных горных выработках гироскопический способ ориентирования остается единственным

35

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» надежным средством, обеспечивающим необходимую точность и надежность опорных и съемочных сетей. В заключении необходимо сказать, что на сегодняшний день маркшейдерия и геодезия имеет большой вес, как науки. Отследив путь их развития и становления, можно сказать, что имеются достаточно прогрессивные методы работы, которые совершенствуются все больше и больше, также развитие данных наук дало человечеству массу полезных возможностей. Направление развития геодезических технологий сегодня представляется одним из самых перспективных и прогрессивных. Перечень ссылок 1. https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshle nnost/GIROKOMPAS.html 2. http://id-yug.com/images/id-yug/SET/2018/2/2018-2-209-213.pdf 3. http://www.nngasu.ru/geodesy/classification/chastnyeklassifikatsii/Taxeometri/8_Sokkia_NET1200.php 4. https://www.rmnt.ru/story/instrument/elektronnyy-taxeometr-vvoprosax-geodezii-bez-nego-nikak-ne-oboytis.385673/ 5. https://www.gfkleica.ru/katalog/giroskopicheskoe_oborydovanie/gyromat_3000/ 6. http://www.nngasu.ru/geodesy/classification/istoriya/ 7. https://eft-teodolit.ru/index.php?route=information/articles&articles_id=1 8. http://www.nngasu.ru/geodesy/classification/chastnyeklassifikatsii/Teodoliti/12_VEGA_TEO-20.php 9. http://masters.donntu.org/2007/ggeo/lumar/libraly/Art9.html

36

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМЫ SURFER ДЛЯ РЕШЕНИЯ МАРКШЕЙДЕРСКИХ ЗАДАЧ Е.А. Треба студент, И.В. Филатова канд. техн. наук, доцент, доцент А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО «Донецкий Национальный Технический Университет» В статье рассмотрены вопросы использования системы Surfer для применения маркшейдерской службой. Практически на всех стадиях геологических исследований Практически на всех стадиях геологических исследований необходимо иметь объемное представление о строении изучаемой площади. Оно используется при составлении разрезов по материалам геологических маршрутов, по профилям скважин или по геологической карте. Без гипотезы о форме геологических тел в изучаемом пространстве невозможно составление геологических, структурных, тектонических и других карт. Пространственное представление о геологических структурах — основа для решения многих геологомаркшейдерских задач. При поисках глубоко залегающих месторождений полезных ископаемых встает вопрос не только о взаимосвязи между породами, слагающими изучаемую часть земной коры, но и об обоснованных оценках глубин залегания и морфологии геологических границ. Особенно точными такие данные должны быть при поисках и разведке угольных месторождений. В связи с этим требуется составление единой геологической объемной модели изучаемой площади в целом. Наиболее часто маркшейдера сталкиваются с задачей интерполяции данных при построении карты поверхности пластов по данным бурения скважин. Интерполяция – это главная, но далеко не единственная задача, которую можно решить с использованием Surfer, часть из которых попытаемся проиллюстрировать [1]. Существует большое количество программ, решающих подобные задачи, но программа Surfer достаточно распространена, относительно дешева, проста в освоении и у нас есть опыт ее использования. Исторически сложилось так, что эта программа получила широкое распространение и по сути стала стандартом программ подобного типа, о чем говорит включение формата файлов Surfer в программы других производителей. Surfer разработала в 1983 г. небольшая американская

37

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» фирма Golden Software, названная так по имени города Голден (Golden) в штате Колорадо, где она находится. Программа Surfer – трехмерная программа вычерчивания поверхности карт, которая выполняется в среде Microsoft Windows. Surfer отличается богатым разнообразием создаваемых карт: изолиний, векторов, исходных данных, затененного рельефа и других. Благодаря Surfer создание высококачественных карт будет необычайно быстрым и простым. Помимо карты в изолиниях маркшейдера часто используют некоторые другие типы карт, но не все великое разнообразие типов карт, которые умеет строить Surfer, а только строго определенные. Эти карты представлены в следующем порядке: Post Map – представляет собой набор точек, показывающих места опробования на местности. Около точек можно выводить метки номера пикетов, но при геолого-маркшейдерских поисках точек так много, что обычно метки лишь "засоряют" пространство карты и не приводятся. Пример приведен на рисунке 1.

Contour Map – это карта в изолиниях. Собственно карта искомого параметра, где разные градации содержаний отображены разными цветными заливками. Также требует легенды, которая связывает цвет заливки с уровнем содержаний. Градации заливок настраиваются вручную (рис.1). Помимо собственно содержаний элементов (или их логарифмов) в маркшейдерии широко используются карты многоэлементных показателей. Это могут быть мультипликативные коэффициенты (где содержания нескольких элементов перемножаются), карты значений фактора (главной компоненты) и т.п. Собственно, задача маркшейдерии - найти показатель, который позволяет решить геологическую задачу. Коль скоро такие показатели, как правило, выражаются в коллективном поведении элементов, вполне естественно, что моноэлементные карты (т.е. карты одного отдельно взятого элемента) часто менее информативны, чем полиэлементные. Поэтому этап построения карт обычно предваряется этапом статистической обработки данных с получением результатов многомерного статистического анализа, например, МГК (метода главных компонент).

38

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

Рис.1 – Построение Post Map совмещкнное с Contour Map Base Map – это обводка карты. По умолчанию Surfer создает прямоугольную карту. В том случае, если точки опробования не образуют прямоугольник, получается, что область опробования вписана в искусственно созданный прямоугольник, в котором часть площади в реальности не опробовалась. Карта в изолиниях будет построена на всю площадь, поэтому неопробованные участки карты будут содержать фиктивные данные. Чтобы избежать этого, нужно ограничить область построения карты той частью площади, на которую имеются данные опробования. Для этого область опробования нужно оконтурить специальной линией, которая может быть построена вручную.

Wireframe Map (каркасная карта) – это трёхмерное представление сеточного файла, создаваемая путём рисования линий, соответствующих столбцам и строкам сетки. В каждой точки пересечения столбца и строки (т. е. в каждом узле сетки) высота поверхности пропорциональна значению Z в этой точке. Количество линий X и Y, рисующих каркасную карту, определяется числом столбцов и строк сетки (рис.2).

39

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

Рис.2 – Пример Wireframe Map (каркасная карта) Surface (трёхмерная поверхность) – это объемное теневое представление сеточного файла. Высота поверхности определяется значением Z соответствующего узла сетки. В виде трёхмерной поверхности хорошо смотрятся только довольно плотные сетки. По итогам можно сделать вывод что программа Surfer вполняет моделирование рельефа любой местности. Приложение предоставляет огромное количество методов построения сетки и больше контроля над параметрами сетки, включая настраиваемые вариограммы, как излагают сами авторы, нет достойной альтернативы их инструменту. Не важно, являетесь ли вы инженером, гидрологом, археологом, геологом,маркшейдером,геодезистом, океанологом, геофизиком, медицинским исследователем, биологом или климатологом, программа Surfer - один из лучших вариантов для вашей работы. Его мощная структура, а также отличные функции наряду со скоростью выполнения делают мощное прикладное программное обеспечение, которое действительно может помочь вам выполнить ваши утомительные работы. Перечень ссылок 1.Surfer 8. User’s Guide. Contouring and 3D Surface Mapping for Scientist and Engineers. – Golden Software Inc., 2002. – 640 с.

2. Дэвис Дж. Статистический анализ данных в геологии. Пер. с англ. – М.: Недра, 1990. – Кн. 2. – 427 с.

3. Искандеров М.А. Нефтепромысловая геология и разработка нефтяных месторождений. – Баку: Азербайджанское государственное издательство нефтяной и научно-технической литературы, 1956. – 317 с.

4. Вильямс Орвис. Excel для ученых, инженеров и студентов. – К.: Юниор, 1999. – 528 с. 5. Галкин В.М., Иванова И.А., Чеканцев В.А. Построение карт, геологических разрезов и вычисление объемов углеводородов по залежи в Surfer:Методические указания. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 48 с.

40

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.1

ПРИМЕНЕНИЕ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ В МАРКШЕЙДЕРИИ А.Е.Хаустов студент, А.А.Канавец ассистент ГОУ ВПО “Донецкий Национальный Технический Университет” В данной статье приведен обзор имеющихся на данный момент времени спутниковых навигационных систем, изложены основные принципы их работы, технологии выполнения съемок с использованием спутниковой геодезической аппаратуры. Основное внимание в статье уделено вопросам практического использования систем спутниковой радионавигации в горной промышленности, и в частности, в маркшейдерском деле. За последние несколько лет системы спутниковой радионавигации прочно вошли в маркшейдерскую практику во всем мире и широко используются при создании опорного маркшейдерскогеодезического обоснования и для детальных съемок на горных предприятиях. Применение спутниковых геодезических систем позволяет не только повысить производительность полевых и камеральных работ, но и улучшить качество маркшейдерского обслуживания горного предприятия. С появлением в последние годы систем позиционирования в реальном времени стало возможным создать автоматизированные системы управления оборудованием, включающими в себя системы разбивки сеток скважин, планировки поверхности, управления грузопотоками горного предприятия и др. Новые системы управления транспортом, разработанные за последние годы, объединяют последние достижения в области спутникового позиционирования и подходящие средства САПР. Они позволяют оператору оборудования в обычных условиях видеть созданный компьютером объект и непрерывно обновлять топографическую информацию о нем. Эти системы могут сохранять схемы выполненных работ и сразу передавать результаты проектировщику для проверки. Конечная цель системы - полностью исключить этап разбивки объекта традиционными методами, осуществить электронную передачу проектных данных в транспортное оборудование сразу из офиса и непрерывно обновлять данные о перемещении машин и материалов (рис. 1).

41

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» Использование дополнительных программных средств позволит решать задачи диспетчеризации движения транспортных и железнодорожных средств горного комбината - самосвалов, экскаваторов, бульдозеров, погрузчиков и др.; с отображением их в реальном времени на мониторе в едином диспетчерском центре. Основной частью автоматизированной системы управления является система позиционирования, поскольку при любых операциях должно быть известно положение всего оборудования в пространстве.

Рис. 1 – Спутниковые (gps) измерения Основной проблемой, решаемой при помощи спутниковой геодезической аппаратуры на горных предприятиях, является создание и реконструкция опорных и съемочных маркшейдерско-геодезических сетей. Необходимость подобного рода работ может быть вызвана, как минимум, 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

42

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» результате техногенного воздействия горных разработок на верхнюю часть земной коры претерпели значительные изменения. В обоих случаях очень важным является вопрос выбора пунктов государственной геодезической сети, от которых будет осуществляться привязка опорной маркшейдерской сети. Как показывают исследования Института горного дела, в качестве основы для опорной сети следует выбирать пункты государственной геодезической сети более высокого класса, расположенные на удалении от района горных разработок на 5-15 км. Пункты сети, расположенные недалеко от горных разработок, находятся в зоне влияния как минимум трех мощных техногенных факторов. Первый фактор - образование в результате массовых откачек подземных вод обширной депрессионной воронки, в зоне действия которой происходят значительные деформации толщи горных пород в виде оседаний земной поверхности. Второй фактор - деформации массива горных пород, прилегающего к горным разработкам. Эти деформации в основном оказывают влияние на пункты опорной сети, расположенные на бортах карьеров и отвалов. Третий фактор - в результате мощного техногенного воздействия горных разработок нарушается изостатическое равновесие верхней части земной коры на обширных территориях, которое сопровождается деформациями. 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. 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. Такая технология работ позволяет существенно снизить затраты времени на определение координат пунктов маркшейдерской опорной сети. Применение для решения задач геомеханики методов спутниковой геодезии позволяет во-первых, отказаться от измерений деформаций массива горных пород по профильным линиям и получать в результате измерений полный вектор смещения реперов, а во-вторых, значительно расширить границы исследуемых областей влияния гор-

43

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» ных работ, что в итоге позволяет на качественно новом уровне изучать деформирование верхней части земной коры, вызванное техногенными факторами. Многолетний опыт работы компании Trimble Navigation в области технологии систем управления механизмами позволил лучше определить основные принципы и методики, необходимые для решения практически любой проблемы интеграции GPS. Специальное программное обеспечение включает в себя трехмерное моделирование поверхности карьера и комплексную CAD - систему, что позволяет логически перенести запланированные проекты из камеральных условий в полевые. Ниже приводится информация по некоторым основным направлениям использования спутниковых систем в горной промышленности: В заключение следует отметить, что несмотря на очевидное отставание отечественной технологии горных работ от мирового уровня, в настоящее время имеются все предпосылки для того, чтобы ликвидировать это отставание. Для этого необходимо широко использовать богатых зарубежный опыт технологии ведения горных работ, маркшейдерского обслуживания горных предприятий и управления технологическими процессами предприятия с использованием современных спутниковых навигационных технологий. Перечень ссылок

1. Бровар В.В., Магницкий В.А., Шимбирев Б.П. Теория фигуры Земли. – М.: Геодезиздат, 1961.

2. Шимбирев Б.П. Теория фигуры Земли. – М.: Недра, 1975.

3. Макаров Н.П. Геодезическая гравиметрия. – М.: Недра, 1968.

4. Катевян С.К. Главный фактор, определяющий точность современной геодезии. – М.: Геодезист,2001, № 6.

5. Урмаев М.С. Оптимальный метод интегрирования уравнений движения ИСЗ. – М.: Геодезист. 2001, № 6.

6. Ильичев А.Н. Пахмутов Л.П. Высшая геодезия, учебник для спец. 0901 «Маркшейдерское дело». – М.: МГИ, 1993.

7. Современные проблемы фотограмметрии и дистанционного зондирования ; материалы Пятой научно-практической конференции, посвященной 80-летию образования кафедры фотограмметрии МИИГАиК, М., 2005.

44

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.1

МОДЕЛИРОВАНИЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ВОПРОСОВ ДОБЫЧИ УГЛЯ В УСЛОВИЯХ ДОНБАССА А.А. Каричковский студент, Н.В. Степанов студент, В.В.Мирный канд. техн. наук, доцент, профессор ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" В этой работе производилось построение имитации очистных забоев лавы и угломерных ходов. Было сделано построение пунктов угломерного хода и ознакомление с приборами В работе на основании значительных практических действий практические приемы и методы работы маркшейдерского отдела шахты при ежедневном учете добычи угля. Рассмотренные изменения при их вычислении значения усиливают практические и теоретические знания студентов. Рассмотренный комплекс работ выполнен впервые в учебной работе специальности «Маркшейдерское дело». Отражение состояния заносов полезных ископаемых является обязательным элементом маркшейдерских работ горнодобывающего предприятия. Эта работа находится постоянно в динамике, т.к. они отражают различные состояния движения запасов полезных ископаемых, начиная от разведочных работ и заканчивая закрытыми или консервацией предприятия. [1] При начале отработки месторождения «вступают в действия» запасы сырья, утвержденный, как балансовые для данной шахты, рудника разреза. При учете движения запасов угольной шахты отражаются на геодезической документации и в специальных отчетах формах не только состояние запасов (обычно на начало года), но и все изменения в запасах, которые прошли за отчетный период. Одним из важных элементов деятельности горного предприятия является систематический учет добычи угля за отчетный период (год). Система отработки каждого угольного пласта не позволяет процесс добычи отражать непрерывно, и он отражается дискретно (по месяцам). Периодический учет добычи угля производит геологи – маркшейдерская служба, фиксируя помимо количественного учета добытого угля множество различных параметров, характеризующих пра-

45

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» вильные и полные использование недр (вскрытие и подготовка запасов, потери за отчетный период, разведанность шахтного поля, списание с баланса и др.) [2] Изучение перечисленных вопросов осуществляется обычно студентом маркшейдерской специальности в период прохождения учебных и производственных практик на горном предприятии. В стенах учебного заведения экспериментально выполнить это почти невозможно, т.к. трудно смоделировать такое чисто производственные термины, пласт и т.д. Поэтому обычно изучение происходит теоретически (на чертежах и с помощью формул). Однако, при соблюдении некоторых условий даже в стенах учебного заведения можно смоделировать эту работу так, чтобы создать достаточно полную имитацию необходимых для маркшейдера видов полевых, графических и вычислительных работ. В предыдущем выступлении авторов [2] была показана возможность условного представления положения забоя лавы угольной шахты на начало и конец месяца. Представлена так же схема проведения угломерных полигонометрических ходов в лаве вкратце описана методика полевых работ, выполняемых с помощью угломера У-60 и приспособлений (принадлежностей) к нему. Ниже представлены дальнейшие разработки, показывающие возможность проведения конкретных занятий студентовмаркшейдеров с возможностью индивидуализации студенческих занятий по вариантам. Для конкретизации работ были приняты наиболее часто встречающиеся условия очистных забоев центральной части Донбасса. Основные параметры для моделирования выбраны следующие 1) Схема горных работ соответствует подвиганию лавы по падению пласта [3], рис 1, в

Рис 1. – Схема выработок выемочного участка (по В.И. Стрельникову)

46

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 2) Разработка вариантов для заданий студентам предусматривает угол падения пласта до 10° (в производственных условиях не должна быть попадания воды в лаву) 3) Угольный пласт имеет двух пачечное строение с прослойкой угольного сланца Для разработки данных для отдельных вариантов воспользуемся геометрической схемой (рис.2)

Рис. 2 – условное смещение почвы 3 этажа, имитирующее положение лавы в конце месяца Очевидно, для планирования вариантов студенческих заданий при сравнительно постоянной длине лавы (70-80м) можно изменять угол падения пласта при постоянном превышении между откаточным и вентиляционном превышении между откаточным и вентиляционными штреками (4,5м). Подвигание лавы за месяц составляет

При этом значении подвигание лавы в плане для . Таким образом, регулируя угол падения пласта, составляется таблица вариантов исходных данных [4].

4) Разнообразие вариантов обеспечивается также варьированием мощности и структуры пласта, Схематически можно представить профиль лавы по линии падения с маркшейдерскими пунктами на вентиляционном (верхнем) и откаточным штреках (рис.3)

47

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

Рис 3. – Схематическое положение пласта по линии падения между пунктами В1 и Н1 (вертикальный масштаб крупнее) По результатам исследований можно сделать следующие выводы Впервые создана пространственная анимационная модель, позволяющая экспериментально во время учебного процесса полноценно изучить и получить реальные числовые результаты путем выполнения маркшейдерских работ. Маркшейдерские работы (не смотря на процесс моделирования) выполняются реальными рабочими инструментами по методике, утвержденной нормативными документами. Работа значительно обогащает опыт работы как преподавателя, так и студента в учебном процессе. Перечень ссылок 1. Техническая инструкция по производству маркшейдерских работ. – М.:, Недра, 1987г. – 240с.

2. Маркшейдерские работы на угольных шахтах и разрезах. Инструкция. – Изданные официальное. – Киев: Минтопжерго Украины, 2001г. -124с 3. Стрельников В.И. Технология очистных работ (Учебное пособие) – Донецк: ДонНТУ 2001г. -148с.

4. Степанов, Н.В. Апробация методики съемки очистного забоя угольной шахты на имитационной модели. / А.А. Каричковский, В.В.Мирный // Современные технологии маркшейдерских работ: материалы студ. и научн. конф. 25 апреля 2019 г., Донецк. – Донецк: ДонНТУ, 2019. – С. 27-32.

48

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.1

РАЗРАБОТКА МЕТОДИИКИ ЛАБОРТАРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРАЖЕННЫХ СВОЙСТВ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ КАНАТОВ В.А. Берестюк студент, В.В. Карасев студент, В.В.Мирный канд. техн. наук, доцент, профессор, ГОУ ВПО «Донецкий Национальный Технический Университет» Представлены предложения по разработке установки и методики для исследования подъемных канатов, использующихся на действующих стволах шахт. Установка ориентирована на применение современных методов линейных и угловых измерений, выполняемых современными электро-оптическими тахеометрами. Маркшейдерская проверка горношахтного оборудования и стационарных машин строго регламентируется нормативными маркшейдерскими документами [1], в которых указаны требования к периодичности проверок и геометрических параметров проверяемых объектов. В литературе детально описаны как методика выполнения работ, так и необходимые допуски для проверяемых параметров [2]. При этом методика выполнения работ ориентирована на выполнение угловых и линейных измерений, относительно пространственного положения пунктов маркшейдерско-плановой основы на промпрощадке шахты, в здании шахтного подъема, на подшкивной площадке и т.д. В качестве объектов для этих измерений участвуют конструктивные элементы подъемов (проводники, направляющие шкивы, барабаны, подъемные канаты и др.). В схемах выполнения работ подъемные каната обычно изображают точками (на планах) или линиями (на профилях и проекциях). Между тем, реальные подъемные канаты представляют собой объемные объекты значительной толщины, состоящей из свитых стальных проволок. Поэтому, изображая канат точкой или линией, исполнитель подразумевает в геометрической схеме центральную точку в сечении или осевую линию на определенном отрезке. Следовательно, эти геометрические элементы не являются недоступными для маркшейдерских измерений. Поэтому маркшейдер самостоятельно разрабатывает приспособление и методику работ, позволяющие по результатам измерений (углов и расстояний) до внешней поверхности каната определять положение скрытой центральной его точки (рис 1). Какие-либо стандартные приспособления не разработа-

49

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» ны и в каждом отдельном случае являются своеобразным «техническим творчеством» маркшейдера.

Рис.1 – Общая схема отображения конструкции подъемного каната (внутренняя часть не показана) Между тем в последнее время предпринимаются попытки совершенствования полевых измерений при проверке при проверке подъемных комплексов с помощью современных средств измерений [3]. В этих случаях измерения производятся путём фиксирования путем лазерного визирного луча, отраженного от поверхности каната. Поскольку его поверхность представляет собой сложную конфигурацию, то возникает два основных вопроса:  как быть уверенным в том, что отражение произошло именно от усредненной поверхности каната;  как по результатам отражений лазерного визирного луча от видимой поверхности определить положение центральной точки и осевой линии канат. В данной статье не рассматриваются вопросы проверки шахтного подъема, которая представляет собой сложную в техническом и ор-

50

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» ганизационном отношении работу. Этому будут посвящены последующие исследования авторов с анализа полученного результата. Здесь изложен проект предполагаемых лабораторных исследований для ответа на поставленные выше вопросы. Безусловно, в лабораторных условиях кафедры невозможно расположить подъемный канат в сочетании с оборудованием подъема. В связи с этим нами заготовлены три отрезка канатов метровой длины для различных модификаций, которые были получены на действующих подъемных установках шахт при очередной их проверке. Для выполнения исследований была спроектирована и реализована установка, представленная на рис.2. Конструкция имеет достаточную жесткость и может выдержать нагрузку не менее 300кг.

Рис. 2 – Конструкция установки для подвески каната. Масштаб 1:1 Одним из сложных вопросов считается образование подвески отрезка каната на спроектированной установке (рис. 3). При этом среди множества технических вопросов должны быть учтены следующие положения: 1. Место среза каната (конец отрезка) представляет собой «размочаленную поверхность», торчащих проволок его витков. Поэтому предстояло их аккуратно срезать.

51

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 2. Были сконструированы затяжные зажимы, обеспечивающие при затяжке симметричную круглую форму сечения каната в концевых его частях.

Рис. 3 – Конструктивные элементы подвески 3. Отрезок каната с обоих концов с помощью стальной страны соединяется к точке подвеса (на крюке) и к грузу.

4. Для соединения струн с затяжными зажимами взят гибкий синтетический трос, благодаря которому ось симметрии каната является продолжением струн подвесок (этот вопрос подлежит дополнительным исследованиям).

52

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 5. Согласно законам теоретической механики вертикальная линия линии подвеса (струны) обязательно пройдет через центр тяжести подвешенной конструкции.

6. Предыдущее положение соответствует задачи исследования, если отрезок каната занимает строго вертикальное положение и его ось симметрии совпадает с положением линий, являющейся продолжение линии струн.

7. Однако, все три отрезка разных канатов имеют некоторый изгиб, связанный с тем, что длительный срок службы шахтного подъема в соответствии футеровкой барабана «укладывает» канат с некоторым изгибом. Если канат «свисает» в стволе, загруженный скип или клетью (с учетом собственной массы) то он занимает, бесспорно, отвесное положение. Отрезанный же отрезок как бы сохраняет конфигурацию, полученную при наливке на барабан. Учитывая изложенное можно сделать следующие выводы: Для исследования авторами создана пленово-высотная основа. Используя методику высокоточных измерений, следует создать надёжную точность координат пунктов, с которых будет производиться съемка канатов. При проведении дальнейших исследований должны быть разработана схема стандартных измерений с помощью электронного тахеометра и разработана методика вычислений. Перечень ссылок 1. Маркшейдерские работы на угольных шахтах и разрезах. Инструкция. – Киев: Минтопэнерго Украины, 2001. – 264 с.

2. Оглоблин Д.Н. Маркшейдерское дело / Д.Н. Оглоблин, Г.И. Герасименко, В.В. Мирный, С.Г. Могильный и др., М.: Недра, 1975г. – 704 с.

3. Берестюк, В.А. Совершенствование работ по проверке соотношений геометрических элементов одноканатных подъемных комплексов с применением современных инструментов / В. В. Карасёв, В.В.Мирный // Современные технологии маркшейдерских работ: материалы студ. и научн. конф. 25 апреля 2019 г., Донецк. – Донецк: ДонНТУ, 2019. – С. 45-47.

53

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

МОДЕЛИРОВАНИЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ ПЛАСТА А.В. Грянко студентка, И.В. Филатова канд. техн. наук, доцент, доцент А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" В статье рассмотрены вопросы построения гипсометрических планов угольных пластов c учётом нарушений. Приведены практические примеры построения гипсометрических планов в среде Surfer и нарушения в 3D.. Современный уровень развития ГИС технологий, применение их в проведении исследований по наукам о Земле часто требует получения максимально корректных цифровых моделей рельефа для научных и прикладных исследований в области геологии, геоморфологии, геофизики, при проведении поисково-разведочных работ. Задача усовершенствования методов интерпретации и полноты использования геологоразведочных данных как основы подсчета запасов является весьма актуальной. Получение информации о состоянии горного массива и маркшейдерской ситуации является одной из основных задач. Данную информацию можно получить с помощью цифровой модели месторождения ПИ, она в полном объеме отражает пространственные закономерности распределения широкого комплекса параметров минерализации для месторождений твердых полезных ископаемых, а так же их нарушения. На протяжении всего времени исследований были предложены разные версии визуализации трехмерного геологического моделирования. Для подтверждения и развития этой идеи необходимо было произвести более детальное изучение геолого-геохимических данных на основе геоинформационного подхода с обязательным учетом их пространственных характеристик. Для решения задач изучения описываемых геологических объектов с планируемым выходом на поисковые критерии, на основе всей совокупности данных была разработана и создана геоинформационная система обеспечения геолого-геохимических исследований угольных месторождений.

54

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» Моделирование – исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя. Это отличный метод управления разработкой месторождения, который позволяет изучить геологическую неоднородность пласта и предсказать его поведение в процессе разработки. За последнее десятилетие трехмерное моделирование стало неотъемлемой частью производственного процесса в угольной промышленности, в связи, с чем растет спрос на специалистов, обладающих навыками трехмерного геологического моделирования На данный момент в пределах стран СНГ такие построения выполняются в следующих программах как: GeoniCS, Topo и др. Но к этим программам ограниченный доступ. Из крупных зарубежных программных комплексов можно выделить AutoCAD Civil 3D [6] с форматами подобными LandXML, и RockWorks с форматом LogPlot DAT. К известным программам можно отнести WinLoG [7], CPT-pro, GEODASY-CE [20] и KeyLAB. В связи c этим было принято решение задействовать в производственный процесс программный комплекс ROCKWORKS и Golden Software Surfer в которых имеются возможности построения гипсометрических планов. Главными возможностями пакета является построение изолиний, поверхностей, моделирование вертикальных разрезов скважин и толщи горного массива в 2D и 3D виде, поддержка баз данных, построение стратиграфических моделей и разрезов толщи горного массива по данным геологоразведочных скважин. Для построения стратиграфических моделей толщи и для построения гипсометрических планов по выбранным пластам использовались данные одной из шахт Донбасса. При создании 3D модели месторождения проводятся следующие виды работ: 1.Каркасное моделирование геологического строения месторождения (в сокращенном варианте каркасное моделирования рудных тел).

2.Если на месторождение были проведены (или проводятся в настоящее время) добычные работы, то дополнительно проводится моделирование горных выработок (открытых и подземных).

3.На основе геостатистического анализа распределения полезных компонентов в рудах проводится блочное моделирование с созданием модели качества руд и дополнительно блочных моделей геомеханических свойств и гидрогеологических параметров.

55

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 4.По результатам оптимизации и планирования проведения добычных работ создаются модели оптимизации планирования горных работ. Создание гипсометрического плана выполнено с помощью программный комплекс ROCKWORKS и Golden Software Surfer (рис. 1 и рис. 2).

Рис. 1 – Гипсометрический план угольного пласта m51

Рис.2 – Модель по угольному пласту m51

56

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» Практика показала, что составные части 3-х мерных компьютерных моделей месторождений зависят от исходной горногеологической информации и от решаемых задач. Геологические задачи, решаемые в процессе 3-х мерного моделирования месторождений: -обработка данных любых видов опробования; -составление геологических карт и разрезов; -создание трехмерных каркасных и блочных моделей рудных тел, угольных пластов, нерудного сырья, с учетом цифровых моделей действующих карьеров и тектонических нарушений; -изучения пространственных характеристик полезных компонент на основе современных методов геостатистики; -подсчет и погашение запасов с любыми заданными кондициями и ограничениями; -оперативное пополнение информации и коррекция модели в режиме постоянного мониторинга; Как видим, данная работа весьма актуальная в наше время, поскольку построения гипсометрических поверхностей пластов в программе Golden Software Surfer весьма облегчает и ускоряет данный процесс, что может весьма положительно сказаться в дальнейших маркшейдерских работах. Перечень ссылок 1. Геоинформационная система Golden Software Surfer 8 - / Силкин К.Ю Воронеж: ВГУ, 2008. – 66 с.

2.Решение геологических задач с применением программного пакета Surfer-/ И.А. Иванова, В.А. Чеканцев – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. − 92 с.

3. Галкин В.М., Иванова И.А., Чеканцев В.А. Построение карт, геологических разрезов и вычисление объемов углеводородов по залежи в Surfer:Методические указания. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 48 с.

57

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТНОЙ ОТМЕТКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТАХЕОМЕТРА А.В. Безбабных студент, М.С. Каминская студентка, А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" Изучение и усовершенствование существующих методов линейноугловых измерений при передаче координаты Z с применением современного геодезического оборудования – электрооптического тахеометра. Стволы, хотя сейчас довольно редко, но проходятся и наверняка будут проходиться в дальнейшем. Так как существует потребность в углублении уже существующих, вскрытие горизонтов слепыми стволами и т.п. Вертикальный ствол проходится всегда изолированно, не сбиваясь с другими выработками. Там где производится рассечка околоствольного двора или рассечка с выработанного горизонта – должно быть задано направление. Первоначальная рассечка и начальная проходка осуществляется путем использования осевых проходческих отвесов. Но по направлению заданному таким способ можно пройти 40 метров от ствола, а далее возникает необходимость в выполнение точного ориентирования. Наиболее предпочтительным является применение одного отвеса (для центрирования) и гирокомпаса для ориентирования. В настоящее время на шахтах действующих гирокомпасов нет. Лишь единицы данных приборов в нашем крае находятся в рабочем состоянии и готовы к эксплуатации. Поэтому вольно или невольно приходится возвращаться к старому методу – опусканию двух отвесов и примыканию к ним на поверхности и на горизонте ведения работ. При таком виде ориентирования возникает необходимость в огромном количестве подготовительных работ, занимающих основное время: остановка подъема, сооружение полков и барьеров, опускание отвесов, установка шкал на горизонте, наблюдение качания отвесов, успокоение отвесов и установка положения покоя и т.д. А уже по окончанию выполнения данных подготовительных работ – линейноугловые измерения. А так как инструкция требует выполнять работы

58

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» более одного раза – то все эти подготовительные работы необходимо проделать вновь при смещенном положении отвесов. Стоит отметить, что данные работы протекают в весьма сложны и неблагоприятных условиях. В следствии чего и возникает необходимость в уменьшении времени на подготовительные работы путем использования современной техники – электронного тахеометра (рис.1). При этом применять его в режиме пассивного отражения.

Рис.1. Электронный тахеометр LeicaFlexLine TS06plus. Высокая точность угловых и линейных измерений выполняемых с помощью тахеометра всегда наводит на мысль об использовании его в условиях шахты, что, безусловно, запрещено по условиям взрывоопасности. Но неизбежно возникает и предположение о возможности создания устройств, ликвидирующих такую опасность. Существуют для этого самостоятельные разработки Конструкция инструмента позволяет осуществлять вертикальное визирование снизу вверх с точностью, обусловленной погрешностью определения вертикального угла, равного 0˚. Это позволяет передавать отметку снизу вверх (например, при строительстве башенных копров и высотных сооружений). Установка отражателя наверху затруднена, но возможно установить строго горизонтальную площадку пассивного отражателя (рис. 2). Постепенно вращая внизу тахеометр, получаем как бы коническую поверхность, описываемую лазерным лучом. Осевая линия этого условного конуса является высотой между приборами и отражательной поверхностью.

59

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

Рис.2. – Схема установки отражательных поверхностей Во время исследований было выполнено измерение вертикального расстояния в учебных условиях. Для этого в лестничном отделении между первым и пятым этажами был пройден нивелирный ход между точкой установки тахеометра и точкой визирования, это же расстояние было измерено тахеометром (рис.3). Прибор был установлен на первом этаже и сфокусирован на потолок пятого этажа при этом зрительную трубу с помощью отсчета вертикально угла установили отвесно. Данные представлены в таблице 1.7. Таблица 1.7 – Расхождения при измерениях прибора на различные поверхности

60

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

Рис.3 – Схема определения превышений По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы. Получен первый опыт работы с высокоточными приборами и хотя общая цель полностью не достигнута уже на первых этапах измерений данным прибором можно сказать что использование электронного тахеометра значительно повышает производительность труда, упрощает и сокращает время на обработку результатов измерений, исключает такие ошибки исполнителя, которые имеют место при ви-

61

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» зуальном взятии отсчетов, при записи результатов измерений в журналы, в вычислениях. Перечень ссылок 1.Руководство к электронному тахеометру Leica TS 06 power 5''.

2.Маркшейдерское дело: Учебник для вузов // Д.Н.Оглоблин, Г.И.Герасименко, А.Г.Акимов и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – М., Недра, 1981. – 704 с.

3.Инструкция по производству маркшейдерских работ // Министерство угольной промышленности СССР. – М.: Недра, 1987. – 240 с.

4.Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ: Учебное пособие - Челябинск, 2007.

62

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.831.1

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ ГИПCOМEТРИЧECКИX ПЛAНOВ УГOЛЬНЫX ПЛACТOВ C УЧEТOМ ПОГРЕШНОCТЕЙ ИНКЛИНOМEТРИЧECКOЙ CЪЁМКИ В CРEДE ROCKWORKS А.О. Скидан студент, А.Н. Грищенков старший преподаватель ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" В статье рассмотрены вопросы построения гипсометрических планов угольных пластов c учётом погрешностей инклинoмeтричecкoй съёмки в среде ROCKWORKS. Приведены практические примеры построения гипсометрических планов в среде ROCKWORKS и расчетные формулы погрешностей определения отклонений в плане и по высоте по данным геологоразведочных скважин. Вопросы оценки точности определения координат точек оси скважины на основе данных инклинометрии рассматривались в работах А.Я. Анишенко, И.Н. Страбыкина, В.И. Гришанова, И.И. Добкина, Ю.И. Рябова, Д.П. Зорина, М.Я. Красноперова, А.С. Мазницкого, В.Г. Совы, А.И. Притчиной, И.Л. Ушакова и др. Однако далеко не все вопросы этой проблемы решены. Она продолжает оставаться актуальной, особенно в связи с увеличением глубины бурения на нефтегазовых и угольных месторождениях. Решению целого ряда горнотехнических задач способствует цифровое геологическое моделирование, которое в настоящее время является принципиально новым направлением в науке. В связи c этим было принято решение задействовать в производственный процесс программный комплекс ROCKWORKS в котором имеется возможность построения гипсометрических планов. Главными возможностями пакета является построение изолиний, поверхностей, моделирование вертикальных разрезов скважин и толщи горного массива в 2D и 3D виде, поддержка баз данных, построение стратиграфических моделей и разрезов толщи горного массива по данным геологоразведочных скважин. Для построения стратиграфических моделей толщи и для построения гипсометрических планов по выбранным пластам использовались данные одной из шахт Донбасса. Расчёты выполнены в условной системе координат.

63

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» Приведем практический пример геологической модели пo одному угольному пласту m51 . Полученная модель отображена нa рисунке 1. и рис. 2.

Рис. 1 – Модель стратиграфии пo угольному пласту m51 и соседним породам Отключив отображение пород можем oтoбрaзить oтдeльнo угoльный плacт m51.

Рис. 2 – Модель стратиграфии пo одному угольному пласту m51 Следует отметить, что полученный гипсометрический план не учитывает погрешностей инклинометрической съемки, поэтому необходимо найти погрешности положения точек пласта на оси каждой скважины. Для расчета вышеуказанных погрешностей воспользуемся математическим аппаратом проф. Кузмина В.И. [2]. Как отмечается в работе [2], в основе известных из литературы формул оценок погрешностей положения точек оси скважины:

64

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

Рис. 4 – Гипсометрический пласт m51

(1)

(2) где - средние значения зенитного угла и азимута оси скважины на интервале съемки; — относительная погрешность измерения глубины скважины до определяемой точки. Для вычисления погрешностей по формулам (1) и (2) необходимо знать средние квадратические погрешности . Рекомендации по расчету этих погрешностей приведены в работе [2]. Основное влияние на точность построения изогипс оказывается и в данной работе анализируется только погрешность в точках встречи скважины с угольным пластом. Поэтому, достаточно будет найти только погрешность по оси Z и отложив в каждой скважине двойную погрешность Mz (допустимую погрешность) по обе стороны от пласта, получим отметки крайних точек, где фактически может быть наш угольный пласт. Введя затем эти отметки (по каждой сква-

65

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» жине) в комплекс RockWorks мы получим еще две поверхности пласта к рисунку 2, одна из которых будет выше, а другая ниже нашего угольного пласта. По сути мы получим диапазон, в котором может по факту находиться наш угольный пласт. Так как эта работа требует отдельного исследования и реализации, то её результаты будут представлены позже. Библиографический список: 1. Ананьев. Ю.С. Геоинформационные системы в геологических исследованиях. Труды XIII Международного научного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» – Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та., 2017. - 961-962с.

2. Кузьмин В.И. Построение геологических разрезов и гипсометрических планов пластов. – М.: Недра, 1987. – 120 с., ил.

66

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.1

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО НИВЕЛИРА В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ Д.О. Савин студент, А.А. Канавец ассистент ГОУ ВПО «Донецкий Национальный Технический Университет» Выполнен обзор модернизации маркшейдерского прибора «Нивелир». Его модернизацию и применение в учебных целях. В развитии маркшейдерских приборов огромную роль играет модернизация компьютерной техники и развитие новых систем и облегчение работы маркшейдера. Лазерные приборы и системы составляют в настоящее время такой большой круг, что перечисление их заняло бы большое место. Можно отметить, например, такие как дальномеры, локаторы, системы связи, гироскопы, интерферометры, геодезические приборы и т.д. При более глубоком рассмотрении данной темы, можно разделить нивелир на две подгруппы: 1. Оптический нивелир - геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками земной поверхности. Основной метод определения превышений Геометрическое нивелирование. [1 стр. ...] Оптические нивелиры были разработаны ещё в древнем Египте, и представляли собой простейший водный уровень. Впоследствии модернизации и доработок в устройство нивелира была добавлена: зрительная туба, сетка нитей, компенсатор и многое другое. В нашем университете в учебных целях используется нивелир марки Н – 3 (рис.1).

1.1. Оптический нивелир Н3 относится к точным нивелирам с уровнем при зрительной трубе; предназначен для нивелирования III и IV классов и может применяться для измерения превышений при построении высотного обоснования топографических съёмок, при инженерно-геодезических изысканиях, в промышленности и строительстве. Нивелир содержит контактный цилиндрический уровень и элевационный винт. Изображение концов цилиндрического уровня передано в поле зрения трубы. Зрительная труба с внутренней фокусировкой даёт обратное изображение предметов. Юстировка угла i производит-

67

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» ся котировочными винтами цилиндрического уровня. Нивелир имеет наводящий и зажимный винты зрительной трубы. [2]

Рис1. – Нивелир Н-3 Но, к сожалению, время идёт, технологии меняются, а с ними и требования к приборам, благодаря которым и выполняется работа по нивелировки местности. На данный момент, нивелир Н – 3 применяется только в учебных целях (Кроме работ по нивелированию III и IV классов). На замену оптическим нивелирам в конце ХХ века пришли лазерные нивелиры: 2. Лазерный нивелир – нивелир, в котором вместо зрительной трубы установлен лазерный уровень [3] Лазерные нивелиры были разработаны с целью замены ими оптических нивелиров, которые уже не устраивали некоторые строительные фирмы из-за отсутствия необходимой точности и дальности наведения луча на цель. На данный момент лазерные нивелиры могут снять отсчёт на расстоянии от нивелира до рейки не менее 800 - ста метров. Хотя нужно так же учитывать и человеческий фактор: прошедший мимо рабочий, который закрыл светоотражатель и т.д. В нашем университете используются лазерные нивелиры фирмы - Leica, модель - Lino L4P1. Он прост в освоении, а также лёгок в использовании уже именно при работе с ним. Также нужно сказать, что нивелиры именно этой фирмы, распространены на рынке строительно – геодезических инструментов. И именно с подобными или же такими

68

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» приборами, выпускникам кафедры маркшейдерского дела придётся работать после выпуска из университета.

Рис.2 – Нивелир Основные отличия между оптическим и лазерными нивелирами: 1. Количество рабочих, которые выполняют работу по нивелировки местности: при работе с оптическим нивелиром, необходимо минимум двое рабочих, а при работе с лазерным нивелиром, работу может выполнять один рабочий; 2. Кратность прибора: оптические нивелиры ограничены кратностью линз, через которые проходит свет. В свою очередь, современные лазерные нивелиры могут обеспечивать дальность замера до 800-ста метров; 3. Точность нивелиров: в этой характеристике побеждает оптический нивелир, так как при работе с лазерным нивелиром, средняя погрешность составляет 3мм на 10м. А при грамотной работе с оптическим нивелиром, на этом же расстоянии, погрешности может и не быть. Проведя сравнение нивелиров, можно сказать, что в современном мире, лазерные нивелиры занимают лидирующую позицию на рынке строительно – геодезических инструментов, и выпускникам кафедры маркшейдерского дела, в своей будущей работе, пригодятся навыки работы именно с лазерным, а не оптическим нивелиром. Перечень ссылок 1. Оглоблин Д.Н., Герасименко Г.И., Акимов А.Г., Маркшейдерское дело: Учебник для вузов/ . – 3-е изд. перераб. и доп.-М.: Недра, 1981 г. 704 с.

2. Ушаков И.Н.Горная геометрия. Учебник для вузов, 4-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1979. 440с.

69

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» УДК 622.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТАХЕОМЕТРА К.Р. Дубовская студентка, А.О. Калиш студент, Е.О. Калиш студент, А.Н. Грищенков старший преподаватель ГОУ ВПО "Донецкий Национальный Технический Университет" Изучение и усовершенствование существующих методов линейноугловых измерений с применением современного геодезического оборудования – электрооптического тахеометра, не обходится без определения его точностных характеристик и параметров, методом проведения исследований..

При производстве любых строительных или изыскательных работ требуется точное вычисление перепадов ландшафта на данном участке, причем иной раз его площадь составляет тысячи квадратных метров. Традиционные геодезические приборы — теодолит, дальномер, нивелир и рулетка тут не подойдут, иначе измерения займут недели, никак не меньше, для таких целей в ХХ веке усовершенствовали технологии и сегодня используют тахеометр Если сравнить работу с теодолитом и тахеометром, то в первом случае требуется вести записи в журнал, во втором же — лишь вести абрис, а данные по дистанциям, углам и номерам пикетов прибор запишет и сохранит в памяти. При изменении местоположения этого геодезического прибора необходимо лишь задать новую станцию и первый пикет, после чего навести на отражатель и получить рассчитанные тахеометром измерения, нажав только одну кнопку. Электронный тахеометр рассчитывает горизонтальные дистанции самостоятельно, в автоматическом режиме. На мониторе прибора демонстрируются либо наклонное расстояние, положении по горизонтали и превышения, либо наклонное расстояние и углы (горизонтальный и вертикальный) — отображение одного из двух вариантов данных управляется вручную оператором. Тахеометры Leica имеют сравнительно небольшой вес при максимуме возможностей как для простых измерений, так и для цепочки сложных вычислений непосредственно на строительной площадке, обладая при этом необходимым запасом прочности. Лежащий в основе электронно-оптических приборов принцип разности фаз испускаемого и отраженного представляет собой фазовый метод работы тахеометра для измерения длин. В более редких случаях используется

70

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» импульсная технология, основанная на расчетах по времени прохождения лазерного луча до отражателя и в обратном направлении. Безотражательный режим стал уже этаким необходимым минимумом, скорость измерения до 3 секунд на расстояние до 80 метров, а программное обеспечение позволяет получать координаты точек в труднодоступных и скрытых местах. Минимальное расстояние, которое способен измерить прибор, составляет всего несколько сантиметров. Имеющие безотражательный режим измерений модели могут производить замеры линейных расстояний практически до любого объекта. В этом режиме следует исключить попадание на пути следования луча посторонних предметов и климатических образований: веток, листьев, сильного тумана, дыма и т.д., могущих повлиять на достоверный промер расстояний. В таком, в каждом исследуемом случае необходимо тщательно исследовать и вопрос определения «постоянной» тахеометра «в паре» с тем или иным типом отражателя. Для того, чтобы работа с электронным тахеометром была удобна, оптимальна и эффективна, прежде всего следует внимательно прочитать инструкции, прилагаемые производителем к каждому прибору. Перед началом работы необходимо установить инструмент на трехопорный штатив на устойчивой поверхности, отцентрировав его по плоскостным ватерпасам, круглому пузырьковому или электронному уровню. Цифровые модели достаточно чувствительны к возможным вибрациям, которые могут повлиять на точность измерений. Убедиться, что трегер установлен правильно, в противном случае проверить юстировочные винты. На достоверности полученных данных могут отрицательно сказаться резкие перепады температуры, при необходимости следует дать время инструменту и его призменным механизмам адаптироваться к условиям окружающей среды. Устанавливать или снимать аккумуляторную батарею следует только при выключенном приборе, в противном случае хранящиеся данные будут утеряны. Работа с электронным тахеометром предполагает определенную квалификацию и опыт в геодезических исследованиях. Персоналу важно понимать правила пользования и техники безопасности, а также методику проведения поверок и юстировок. Для вычисления постоянных могут быть проведены следующие виды работ:

71

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» 1. Измерение расстояния, заранее полученного высокоточным способом измерения.

2. Измерение тахеометром неизвестной длины целиком и по частям.

3. Измерения расстояний на разные поверхности в безотражательном режиме, для нахождения их постоянных. Проведя исследования первым был использован первый метод, контрольные измерения одной и той же длинны компарированной рулеткой и тахеометром. Результаты измерений представлены в таблицах 1-4. Так же было определено оптимальное количество измерений одной и той же длинны в отдельной серии измерений тахеометром. Таблица 1. – Измерение длины IIIs - 33 рулеткой №№

Отсчеты, мм Нач. lн Кон. lк

1 2 3 4 5

79 78 65 55 56

5128 5126 5114 5104 5105

1 2 3 4 5

5165 5154 5151 5136 5168

118 106 104 88 120

Разность,мм l = lн - lк Прямой ход 5049 5048 5049 5049 5049 Обратный ход 5047 5048 5047 5048 5048

Среднее значение l из хода, мм

Среднее значение l= lп - lо,мм

5049 5048,5

5048

Таблица 2. – Контрольное измерние IIIs - 33 рулеткой №№

Отсчеты, мм Нач. lн Кон. lк

1 2 3 4 5

192 172 150 124 116

5240 5219 5198 5172 5163

1 2 3 4 5

5090 5096 5096 5088 5170

41 48 47 40 121

Разность, мм l = lн - lк Прямой ход 5048 5047 5048 5048 5047 Обратный ход 5049 5048 5049 5048 5049

72

Среднее значение l из хода, мм

Среднее значение l= lп-lо,мм

5048 5048,5

5049

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» Как видим из двух серий измерений получили одинаковую длину l= 5048,5 мм. С учетом поправки за компарирование получаем l = 5046,1 мм. В ранее проведенных исследованиях было установлено что погрешность за компарирование для 30 м рулетки составила -14,2 мм, а для длины 5048,5 она будет равна -2,4мм. В таблице 3 Δl - поправка к измеренной длине, равная радиусу груз - рейки. В ходе измерений было получено значение радиуса груз рейки r = 20,2 мм следовательно Δl =20,2 мм. Таблица 3. – Измерение длины тахеометром № №

Горизонтальная длина l,мм

Деление грузрейки

1 2 3 4 5

5026,3 5026,2 5027,6 5027,5 5027,7

23 17 15 12 16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

5026,7 5027,4 5026,1 5026 5026,4 5026,7 5025,9 5025,8 5026,4 5026,7

23 22 21 20 19 18 17 20 19 23

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

5025,6 5027,3 5026,1 5026,6 5027,2 5026,8 5026 5027,4 5025,5 5027,1 5027,5 5025,8 5025,2 5026,9 5027,5

15 16 17 18 19 20 22 16 14 19 23 20 19 15 18

Среднее значение длины и серии l,мм

Поправка к измеренной длине Δl,мм

Значение длины с учетом поправки Δl

20,2

5047,3

20,2

5046,6

20,2

5046,8

Серия 1 (n= 5) 5027,1 Серия 2 (n= 10)

5026,4

Серия 3 (n= 15)

5026,6

73

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» Продолжение табл. 3. №№

Горизонтальная длина l,мм

Деление грузрейки

Среднее значениедлины и серии l,мм

Поправка к измеренной длине Δl,мм

Значение длины с учетом поправки Δl

20,2

5046,6

Серия 4 (n= 20) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

5027,5 5027,5 5026,1 5025,2 5026,4 5027,3 5027,3 5026,1 5025,6 5026,7 5027,3 5025,3 5027,5 5026,8 5025,9 5025,5 5025,4 5025,2 5027,3 5026,1

23 22 21 20 19 23 17 15 12 19 20 22 16 14 19 23 16 22 17 20

5026,4

Исходя из сводных таблиц измерений было установлено, что оптимальная серия состоит из 10-ти измерений. Проверка «постоянной» производилась и вторым методом. Для определения постоянной прибора (рис.1) были проделаны следующие действия: -Установлен прибор на точке (1) и на расстоянии около 32 метров - отражатель (точка 3); расстояние было измерено трижды в прямом и обратном направлениях. Точка (2) была расположена в створе визирного луча, приблизительно разделяя сторону пополам, на ней установлен прибор и были измерены новые образовавшиеся стороны в прямом и обратном положениях, каждая три раза. В итоге выводим формулу для нахождения постоянной: (L + k) = (l1 + k) + (l2 + k) L + k = (l1 + l2) + 2k k = L – ((l1 + l2) где: L, l1, l2 –длины; k- постоянная;

74

(1.2) (1.3) (1.4)

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ»

Рис.1 - Схема определения постоянной Данные вычислений записаны в таблице 4. Измерения выполнены с точностью до миллиметра. При выполнении измерения с более высокой точностью (до десятых миллиметра) значение постоянной возможно. При практических измерениях и вычислениях такая постоянная не имеет влияния. Таблица 4. – Измеренные расстояния для определения постоянной Прямой ход

Обратный ход

Название

Длина, м

Название

Длина, м

(1 - 3)1

32.192

(3 - 1)1

32.192

(1 – 3)2

32.192

(3 – 1)2

32.192

(1 – 3)3

32.192

(3 – 1)3

32.192

(2 - 3)1

14.929

(3 - 2)1

14.929

(2 – 3)2

14.929

(3 – 2)2

14.929

(2 – 3)3

14.929

(3 – 2)3

14.929

(2 - 1)1

17.262

(1 - 2)1

17.262

(2 – 1)2

17.262

(1 – 2)2

17.262

(2 – 1)3

17.262

(1 – 2)3

17.262

К = (32,192 – (14,929 + 17,262)) = 32,192 – 32,192 =0,000м. Как видно из исследований, прибор высокоточен и измерения можно проводить на различные поверхности, что существенно облегчает работу маркшейдера. Следовательно можно сделать вывод: гра-

75

Материалы студенческой конференции «Современные технологии маркшейдерских работ» мотно и квалифицированно используемый тахеометр способен заменить в сложных работах несколько традиционно используемых геодезических инструментов (нивелиров, дальномеров и реек, теодолитов). Его правильная эксплуатация существенно повысит точность производимых измерений при сокращении трудо- и временных затрат на составление точных планов местности, топопривязки различных строительных объектов и прочие виды геодезических работ. Перечень ссылок 1.Руководство к электронному тахеометру Leica TS 06 power 5''.

2.Маркшейдерское дело: Учебник для вузов // Д.Н.Оглоблин, Г.И.Герасименко, А.Г.Акимов и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – М., Недра, 1981. – 704 с.

3.Инструкция по производству маркшейдерских работ // Министерство угольной промышленности СССР. – М.: Недра, 1987. – 240 с.

4.Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ: Учебное пособие - Челябинск, 2007.

76