Практика по приобретению профессиональных навыков
2.4 Маркшейдерские работы, основные методы и порядок выполнения маркшейдерской съемки и нивелирования
Создание опорной сети карьера
Маркшейдерская опорная сеть - ϶ᴛᴏ совокупность жестко закрепленных в грунте пунктов, координаты которых определены с высокой степенью точности, равномерно покрывающих территорию экономической заинтересованности горного предприятия. Сеть создают методом сгущения государственной геодезической сети способами триангуляции, трилатерации, полигонометрии и GPS/ГЛОНАСС позиционирования. Маркшейдерские опорные сети развивают, как правило, от пунктов 4 класса точности по методикам 4 класса, 1 или 2 разрядов точности. Высотную опорную маркшейдерскую сеть создают методом геометрического нивелирования 4 класса точности от реперов или пунктов государственной геодезической сети.
Маркшейдерские съемочные сети
Маркшейдерская съемочная сеть - ϶ᴛᴏ сеть закрепленных в грунте временных пунктов, координаты которых определены с технической точностью, равномерно покрывающие участки ведения горных работ. Съемочные сети развиваются на основе пунктов опорной сети. Они необходимы для съемки контуров и рельефа местности, переноса проектных выработок в натуру, привязки разведочных выработок и точек отбора проб и выполнения других работ. Съемочные сети состоят из базовых пунктов и определяемых в дополнение к ним съемочных точек. Съемочные сети создаются способами: микротриангуляции, микротрилатерации, теодолитными ходами, засечками и GPS/ГЛОНАСС позиционированием.
Высотное обоснование съемочных пунктов осуществляют методом геометрического нивелирования технической точности при построении рельефа с высотой сечения 1 м и тригонометрическим – при большей высоте сечения рельефа.
С точек съемочного обоснования производится съемка подробностей в карьере. К объектам съемки на открытых разработках относятся: рельеф и ситуация земной поверхности, горные и дренажные выработки, буровзрывные и геологоразведочные скважины, оползни и обрушения, транспортные пути карьера и отвалов, основные капитальные сооружения и промплощадки, средства связи и электропередачи, зоны пожаров и затопления, положение базовых механизмов.
Маркшейдер обязан вести контроль за состоянием и развитием горных работ в соответствии с утвержденным проектом разработки и текущего планирования. Он следит за соблюдением проектных направлений и параметров горных разработок, выполнением календарного плана подготовки запасов к выемке.
Контроль за состоянием развития горных работ осуществляют систематическим сравнением календарных планов с рабочими планами на определенный момент времени. При этом контролируют объемы добычи и вскрыши по результатам маркшейдерских съемок и их сравнением с плановыми данными.
В случае обнаружения отклонения от плана горных работ или его нарушения разрабатываются мероприятия по их исправлению, а затем выдается предписание по ликвидации выявленного нарушения. Предписание заносится в специальный журнал предписаний и начальник участка, на котором оно допущено, знакомится с ним под роспись.
В обязательном порядке маркшейдер контролирует параметры выработок: высоту уступов, ширину траншей, углы наклона уступов, ширину забоя, профиль откосов и др. Параметры горных выработок зависят от применяемых экскаваторов и при их замене на другие модели должны быть пересмотрены. Рабочие площадки и предохранительные бермы, являясь частью горизонтов, разделяющих уступы, повышают устойчивость бортов карьера, предохраняют их от обрушений и оползней, защищают нижележащие уступы от падения кусков породы при разработке. Ширина рабочей площадки определяется условиями размещения и передвижения горного и транспортного оборудования с учетом максимальной ширины развала горной массы.
Съемка подробностей карьера
Под съемкой подробностей понимают совокупность полевых измерений и их обработки, в результате которых определяется плановое и высотное положение характерных точек контуров и рельефа местности относительно ближайших пунктов съемочной сети. Целью этих работ является изображение снимаемых объектов на графических документах, а также учет всех видов работ на карьере: горных, геологоразведочных, строительных и т. д.
Основными объектами съемок являются:
· элементы горных выработок (бровки, разведочные и буровые выработки);
· транспортные пути, эстакады, промышленные сооружения;
· отвалы вскрышных пород и склады добытого полезного ископаемого;
· опасные зоны;
· элементы геологического строения месторождения.
Периодичность съемок зависит от условий и потребностей производства. Обычно съемка уступов карьера выполняется ежемесячно, остальные объекты снимаются по мере появления изменений.
Исходя из условий разработок (глубина, размеры, форма карьера) и обеспечения необходимой точности при съемке подробностей, применяют тахеометрическую, ординатную и стереофотограмметрическую (наземную и воздушную) съемки.
Тахеометрическая съемка является наиболее распространенным способом съемки подробностей на карьере. Она применяется как при разовой, так и при дополнительной съемке всех видов открытых горных работ, особенно на крупных карьерах с большой глубиной разработки, с уступами сложной конфигурации и внутренними отвалами, в случае недоступных расстояний для непосредственного измерения длин. Тахеометрическая съемка выполняется с помощью электронных тахеометров, повторительных теодолитов-тахеометров с точностью отсчета по вертикальному кругу не ниже 1' или тахеометром-автоматом, а также авторедукционными тахеометрами типа Дальта 020 с вертикальной рейкой. Для съемки недоступных точек следует применять тахеометры с внутрибазисным дальномером BRT-006 или Д-1М.
Пикеты при съемке следует набирать на всех характерных точках контуров и поверхностей. Расстояния между пикетами на бровках уступов должно быть не более:
- 30 м, если бровки уступов сложные;
- 40 м, если бровки вытянутые, близкие к прямолинейным;
- 50 м, если бровки прямолинейны на большом протяжении.
При съемке отвалов вскрышных пород расстояния между пикетами не должны превышать 200 м.
Расхождения контуров на границах участков съемки с разных пунктов съемочного обоснования должно быть не более 1 мм на плане для четких контуров и не белее 1,5 мм – для нечетких контуров.
Точность определения высот пикетов при наземных способах съемки должна быть не более 0,4 м.
Ординатую съемку подробностей (способ перпендикуляров) применяют при наличии съемочного обоснования в виде теодолитных ходов, прямоугольной сетки или профильных линий.
Плановое положение снимаемой точки определяется длиной перпендикуляра (ординаты), опущенного из данной точки на ближайшую сторону сетки или теодолитного хода, и расстояния от основания этого перпендикуляра до ближайшей вершины сети. Ординаты измеряют во всех характерных точках контура. Перпендикуляры длиной до 15 м восставляют на глаз, а при длине 15 - 35 м - эккером. Измерения длин при ординатной съемке производят с точностью до 0,1 м.
Высотные отметки снимаемых точек получают в результате геометрического нивелирования технической точности, проводимого параллельно с линейными измерениями.
Результаты замеров записывают в полевой журнал и на абрисе (рисунок1). Камеральная обработка ординатной съемки состоит в графическом отображении на плане снятых контуров по ординатам.
Рисунок 1 – Абрис при съемке уступов: а – тахеометрическим способом; б – способом перпендикуляров
Стереофотограмметрическая съемка. В настоящее время все большее распространение получают наземная стереофотограмметрическая и аэрофототопографическая съемки.
Аэрофототопографическая съемка наиболее эффективна в случае крупных карьеров, со сложной конфигурацией уступов и с внутренними и внешними отвалами. Она позволяет уменьшить объем полевых работ, обеспечивает высокую точность, производительность работ и полную объективность результатов съемки, дает возможность снимать недоступные для непосредственных измерений участки местности.
Задачи маркшейдерской службы при строительстве карьера и проведении специальных работ
Строительство карьера осуществляют в соответствии с проектом, составленным специальными проектными организациями. Проект включает пояснительную записку и комплект чертежей, которые содержат все необходимые данные для проведения маркшейдерских работ. К проекту прилагается геологический отчет с подсчетом запасов полезного ископаемого и отчет о топографо-геодезических работах, выполненных на участке строительства (крупномасштабные топографические планы; схемы триангуляции и полигонометрии, каталог координат, оценка точности проведенных работ и др.).
При строительстве карьера маркшейдер подробно изучает проект строительства, особенно его графическую часть; топографо-геодезические материалы; расположение пунктов и реперов геодезической основы на местности; устанавливает в натуре границы горного отвода и рудничного поля; разбивает геометрические элементы промышленных зданий и сооружений на поверхности и в карьере; производит трассировку транспортных путей и обслуживает буровзрывные работы; выполняет весь комплекс маркшейдерских работ при проведении подземных дренажных выработок; задает направления траншеям; устанавливает расположение вскрышных и эксплуатационных уступов; руководит построением целиков под сооружениями, расположенными вблизи бортов; ведет систематический контроль оперативного учета вынутой пустой породы и полезного ископаемого; составляет и систематически пополняет на основе маркшейдерских съемок комплект планов и графиков, необходимых в процессе строительства горного предприятия и при сдаче его в эксплуатацию.
Маркшейдерские работы при проведении траншей
Несмотря на различие способов и условий проведения траншей, маркшейдерские работы во всех случаях сводятся к перенесению с проекта в натуру оси и верхних бровок траншеи, а также осуществлению контроля за соблюдением проектных уклонов подошвы и размеров поперечных сечений траншей.
Для выполнения указанных работ маркшейдер пользуется следующими проектными материалами:
1) планом траншеи, по которому устанавливаются координаты точек примыкания, дирекционные углы примычных направлений, пикетажные значения вершин поворотов, углы поворотов и радиусы их закруглений;
2) продольным разрезом по траншее, на котором должны быть показаны профиль земной поверхности и проектный профиль подошвы траншеи с указанием черных и красных (проектных) отметок точек, а также проектные уклоны;
3) поперечными разрезами траншеи в характерных местах;
4) планами расположения взрывных выработок.
При проведении траншеи на местности с небольшим поперечным уклоном сначала задают направление оси траншеи на поверхности, закрепив ее на прямолинейных участках точками через каждые 20—50 м, а на участках кривой точками через 10 м. Затем по мере проведения траншеи переносят ее ось на подошву, проверяют уклоны и отмечают точки нижних и верхних бровок откосов.
Задание направления траншеи, проводимой по крутому склону, производят следующим образом (рисунок 2).
Рисунок 2 - Задание направления траншеи, проводимой по крутому склону
Сначала по заданным в проекте или определяемым графически координатам x1, y1выносят в натуру начальную точку 1 оси траншеи. Затем по известным примычным углам β1 и β2 закрепляют предварительное направление оси траншеи точками 2, 3, 4,... и по проектным отметкам отмечают нулевые точки 10, 20, 30,... на линии пересечения ее подошвы со склоном местности. По проектным расстояниям от оси отмечают точки 1", 2", 3", 4",... верхней бровки откоса траншеи. На участках поворотов по оси отмечают начало, середину и конец кривой.
По мере проведения траншеи геометрическим нивелированием проверяют уклон подошвы, на нее переносят ось траншеи и фиксируют точки 2', 3',... нижней бровки откоса.
Объем работ при проведении траншеи определяют методом вертикальных параллельных сечений.
Разбивка транспортных путей
При строительстве и эксплуатации карьеров необходима разбивка различных видов транспортных путей: железнодорожных, автомобильных, воздушно-канатных, конвейерных и т. п. Исходными проектными материалами, на основе которых производится разбивка транспортных путей, являются:
- план трассы с координатами характерных точек ее оси, дирекционный угол начального направления, углы поворотов, расстояния между вершинами углов поворота и радиусы сопрягающих кривых;
- продольный и поперечный профили трассы с указанием фактических и проектных отметок, а также проектных уклонов;
- для железнодорожной трассы план расположения переводных стрелок с координатами центров переводов;
- для транспортных подъемников координаты начальной и конечной точек подъемника и предельный угол подъема;
- для воздушно-канатного транспорта координаты центров опор, их высота, предельный угол наклона канатов и данные для сооружений автоматической погрузки и разгрузки емкостей.
Маркшейдер выполняет при этом следующие работы:
- перенесение в натуру оси трассы транспортных линий;
- разбивку закруглений, отводов, стрелочных переводов и углов наклона транспортных линий;
- определение местоположения опор воздушно-канатной линии и контроль их проектной высоты при установке;
- разбивку сооружений автоматической погрузки и разгрузки вагонеток;
- горизонтальную и вертикальную съемку и документацию рельсовых путей, автодорог, транспортных линий и др.;
- наблюдения за передвижными транспортными линиями, с отображением каждого их нового положения на плане;
- для выявления возможных смещений транспортных линий в горизонтальной и вертикальной плоскостях из-за деформации уступов или всего борта производится периодический контроль за их состоянием.
Маркшейдерское обеспечение буровзрывных работ
Буровзрывные работы на открытых горных разработках выполняются отдельными скважинами, группами скважин (блоками) или массовыми взрывами. Наиболее распространенным способом в настоящее время является взрывание блоками панелей длиной более 100 м и в поперечнике равными ширине уступа (заходки).
Маркшейдерские работы при этом включают:
- подготовку графических и аналитических материалов для составления проекта взрыва;
- перенос проектного положения скважин на уступы;
- съемку устьев скважин, пробуренных в пределах блока, и контрольный замер глубины скважин;
- съемку бортов, откосов, уступов, зданий и сооружений, находящихся в непосредственной близости от границ опасной зоны;
- съемку блоков после взрыва и определение объема взорванной горной массы.
Подготовка геометрической основы для составления проекта каждого массового взрыва заключается в составлении копии плана участка взрыва в масштабах 1:500 или 1:1000. На этот план геолог наносит контакты полезного ископаемого с вмещающими породами, крупные трещины и тектонические нарушения, оценивает категорию подлежащих взрывной отбойке горных пород по взрываемости. На основе этих данных руководитель взрывных работ отмечает на плане места расположения взрывных скважин и их глубины. Оформленный документ называется «заданием к взрыву».
Вынос проекта в натуру осуществляется полярным или способом перпендикуляров. Углы откладываются с ошибкой не более 5'; расстояния менее 50 м измеряются дальномером; перпендикуляры измеряют с погрешностью до 1 дм. Положение устьев взрывных скважин закрепляют колышками, на которых отмечают их номера и проектные глубины.
После обуривания взрываемого блока маркшейдер производит исполнительную съемку верхней и нижней бровок участка уступа, устьев пробуренных скважин с определением их отметок и фактической глубины.
После взрыва скважин выполняют съемку взорванной горной массы, по результатам которой определяют границы развала (развал раздробленной взрывом породы рассматривается в виде разноразмерной смеси кусков горной породы) и линию откола в массиве. Кроме того, определяется степень дробления пород, которую оценивают в основном по содержанию выхода негабаритных кусков породы в процентах от общего объема взорванной горной массы.
Окончательно количество взорванной горной массы определяют после уборки взорванной породы, съемки и нанесения на план и вертикальные разрезы нового положения верхней и нижней площадок, бровок и откоса уступа. При этом выполняется съемка способом ординат или тахеометрическая.
При сложной конфигурации высоких малодоступных откосов выполняют их профильную съемку. В случае отсутствия приборов с внутри базисными дальномерами (BRT-006, Д-1М) используется эклиметр (угломер) на подставке и рулетка или телескопическая штанга.
При использовании эклиметра маркшейдер с верхней (нижней) бровки уступа визирует на характерные точки откоса уступа и измеряет вертикальные углы γ и δ (рисунок 3, а). В этом случае для определения расстояния Si к рулетке (шнуру) 1 привязывается шарообразный груз 2, который в процессе спуска совмещают с точками визирования. При сложной конфигурации уступа к грузу привязывают шнур, и рабочий, стоящий у нижней бровки уступа, натягивая шнур, укладывает груз на точки визирования, а маркшейдер по рулетке отсчитывает расстояния. Иногда удобней угломер устанавливать у нижней бровки.
При профильной съемке откоса телескопической штангой с рулеткой на верхней площадке уступа по нормали к ее бровке располагают штангу 3 (рейку) (рисунок 3, б). С конца штанги через ролик опускают рулетку 1 с грузом 2 на откос уступа. По штанге берут отсчет, соответствующий горизонтальному проложению, а по рулетке определяют расстояние hi от штанги до снимаемой на откосе точки.
а 
Рисунок 3 - Схема съемки эклиметром (а) и рейкой с рулеткой (б)
По плану и разрезу определяют основные показатели взрыва: производительность скважин, удельный расход взрывчатых веществ, полноту отрыва пород или полезного ископаемого по подошве блока, степень дробления, объем горной массы и полезного ископаемого, выданных из блока.
В конце каждого месяца маркшейдер производит учет остатков не взорванных скважин и неубранной горной массы, на основе которого с учетом утвержденного плана осуществляется планирование буровзрывных работ на следующий месяц.