Маркшейдерские работы при строительстве зданий и сооружений шахтной поверхности

Содержание Введение Разбивка на промышленной площадке шахты сооружений и зданий Профилирование рельсовых путей откаточной выработки Сущность гироскопического ориентирования Практическая часть

Список литературы

Введение Маркшейдерские работы производятся на всех этапах освоения месторождений подземным способом. При разведке маркшейдер указывает в натуре места заложения разведочных выработок (скважин, шурфов, штолен) и производит их съемку, составляя планы и разрезы, подсчет запасов.

При строительстве горного предприятия маркшейдер переносит в натуру геометрические элементы зданий и сооружений, следит за правильностью выполнения работ, выполняет съемки фактического положения строящихся сооружений и выработок.

При разработке месторождения маркшейдер выполняет съемку выработок с составлением планов горных работ и разрезов; задает направления в плане и по высоте; устанавливает взаимосвязь между подземными горными выработками и земной поверхностью; ориентирование подземных горных выработок; контроль за правильным ведением горных работ и полнотой извлечения полезного ископаемого; изучает процесс сдвижения горных работ и охрану сооружений поверхности от вредного влияния горных разработок; осуществляет контроль за правильным ведением горных работ и полнотой извлечения полезного ископаемого; изучает процесс сдвижения горных работ и охраняет сооружения поверхности от вредного влияния горных разработок; ведет учет движения запасов; определяет объем добытого и потерянного в недрах полезного ископаемого; учувствует в планировании развития горных работ и прогнозировании изменения горно-геологических условий разработки месторождения.

При ликвидации предприятия маркшейдер производит съемки горных выработок, пополнение планов, приводит в надлежащий вид журналы вычисления координат, нивелировок и ориентирования подземных горных выработок, передает документацию в архив.

Разбивка на промышленной площадке шахты сооружений и зданий Основные задачи маркшейдерских работ при строительстве зданий и сооружений шахтной поверхности — построение сети опорных пунктов для производства геодезических разбивок; инструментальные разбивки основных осей зданий, сооружений и технологического оборудования; контроль за правильностью перенесения в натуру геометрических осей, размеров и высотных отметок; установление объемов земляных работ; маркшейдерские проверки соотношения геометрических элементов технологического комплекса шахтного подъема; исполнительная съемка промышленной площадки и составление графической документации, отражающей положение зданий и сооружений.

Расположение на промышленной площадке зданий и сооружений определяется координатами шахтных стволов и ориентацией их осей. По указанным в проекте размерам относительно осей ствола маркшейдерской службой осуществляется детальные разбивки надшахтных зданий, подъездных и внутришахтных путей, связанных с ними складов и погрузочных устройств, конвейерных мостов, эстакад, различных коммуникаций и других строящихся объектов.

Прежде чем приступить к детальным разбивкам сооружений, на промышленной площадке и за её приделами строится разбивочная сеть пунктов. Основанием для проектирования и построения разбивочной сети и детальных разбивочных работ служат проекты организации и производства строительных и монтажных работ на поверхности шахт.

Наиболее важный документ для маркшейдера — строительный генеральный план (стройгенплан), где указывается привязка постоянных сооружений, временных зданий и устройств, а также вертикальная их привязка к уровню высот.

Помимо стройгенплана к началу строительства в распоряжение маркшейдера должен быть передан технический отчет о топографо-геодезических работах, выполненных на территории, подлежащей застройке, а также топографический план этой территории. Эти материалы необходимы для проектирования и правильной организации маркшейдерско-геодезических работ.

Создание разбивочной сети Построению разбивочной сети предшествует разбивка центра и осей шахтных стволов. Перенесение центров вертикальных шахтных стволов, разбивку и закрепление их осей производят по координатам центров стволов и дирекционным углам их осей от пунктов маркшейдерской опорной сети, удалённых от местоположения ствола не более чем на 300 метров. Центр ствола переносят независимо два раза, при этом согласно требованиям Технической инструкции расхождение в положении центра ствола на местности из двукратного определения не должно превышать 0,5 метра, а угловая ошибка разбивки главной оси ствола не должна превышать плюс-минус три минуты.

После окончания работ по разбивке осей ствола вычисляют координаты осевых пунктов, причём в журнале вычисления координат приводится схема расположения, привязки закрепления осевых пунктов. Разбивочную сеть создают из основных и дополнительных пунктов. Стороны основных прямоугольников должны быть не менее 80 метров; дополнительные пункты задают в створах между основными. Основные пункты разбивочной сети размещают в местах, обеспечивающих их долговременную сохранность, главным образом по периферии промплощадки, и закрепляют постоянными центрами, конструкция которых должна соответствовать климатическим и грунтовым условиям местности. Постоянные центры закладывают так, чтобы нижняя монолитная часть центра находилась ниже глубины промерзания грунта.

Вынос в натуру осей фундаментов под здания и сооружения Для возведения фундаментов и подземных частей зданий и сооружений маркшейдерская служба переносит на местность основные оси и оси стен здания, определяющая границы котлована, создает высотное обоснование, определяет объем земляных работ. Если фундамент предназначен под монтаж сборных конструкций, то переносят и закрепляют на обноске или столбами за пределами границ котлована оси рядов колонн, называемые также монтажной сеткой. После выемки грунта оси здания или рядов колонн переносят либо теодолитом, либо отвесами на дно котлована и закрепляют там штырями или деревянными кольями. Ошибки перенесения осей на дно котлована не должны превышать 2 см на 100 м фундамента, изготавливаемого из монолитного железобетона и 1 см на 100 м фундамента, сооружаемого из сборных конструкций. Одновременно на дне или стенке котлована закладывают реперы и определяют их высотные отметки с точностью до ±1 см.

При возведении фундаментов глубокого заложения кроме основных осей сооружения, маркшейдер переносит в котлован оси наружных рядов свай или оси шурфов, делает разбивку контура режущего башмака опускного колодца и проверяет его размеры.

Профилирование рельсовых путей откаточной выработки Профилирование выполняют по пикетам, разбивку которых производят тесьмянной рулеткой через 10 или 20 м. Номера их подписывают краской на боковине рельса или табличках, прикрепленных к рамам крепи проволкой или гвоздями. Головку рельса нивелируют между двумя реперами опорной сети по пикетам в прямом и обратном направлениях. Нивелирование выполняют из середины. С одной установки берут отсчеты на нескольких пикетах. Место установки рейки на связующих пикетах обозначают мелом на головке рельса. Одновременно с нивелированием измеряют высоту выработки на пикетах.

В камеральных условиях вычисляют высоты пикетов и иксовых точек. Невязка хода геометрического нивелирования, пройденного в прямом и обратном направлениях не должна превышать

FДОП? ±50vL, мм где L — длина хода, в км.

Полученную величину допустимой невязки распределяют поровну с обратным знаком на все станции хода.

Методика построения профиля рельсового пути аналогична профилю трассы на поверхности. На профиле показывают:

1) схему выработок с указанием пикетных точек и реперов;

2) номера пикетов, фактические и проектные отметки головки рельса;

3) фактический и проектный профиль выработки (рельса);

4) высоты выработки на пикетах и профиль кровли выраотки.

Вертикальный масштаб профиля головки рельса в 10 раз крупнее горизонтального. Тригонометрическое нивелирование производится в выработках с углом наклона более 5−80. Для тригонометрического нивелирования применяют теодолит с погрешностью отсчитывания не более чем 30// по вертикальному кругу и стальную рулетку. Если необходимо определить превышение точки В над точкой А, то в точке В подвешивают отвес.

Измеряют четыре величины: угол наклона д линии визирования аb, наклонное расстояние Lab, высоту инструмента i над или под точкой А, высоту визирования v. Угол измеряют одним полным приемом, расстояние Lab измеряют по методике подземной полигонометрии, а высоты i и v рулеткой с точностью 5 мм. Если точки располагаются в кровле, то высотам (i, v) дается отрицательное значение.

Превышение с учетом расположения обеих точек в кровле выработки определяют по формуле:

Дh = Дh/ + i — v = Labtgд + (- i) — (- v).

Превышение определяют дважды в прямом и обратном направлениях, допустимое отклонение ±0,05Lab.

Сущность гироскопического ориентирования Для определения дирекционного угла гироскопическим способом используется свойство главной оси свободного гирокомпаса сохранять неизменным направление в пространстве, а также свойство главной оси маятникового гирокомпаса совершать гармонические колебания около положения плоскости меридиана места. Гироскоп — это тело с симметричной массой, свободно вращающееся вокруг своей оси и имеющее свойство сохранять неизменным ее положение в пространстве, например, детская игрушка «волчок».

Гироскоп может быть свободным и несвободным. Свободный гироскоп — это тело, способное вращаться около трех взаимно перпендикулярных осей, пересекающихся в одной точке. Если ротору придать угловую скорость 60 000 об/мин, то основная ось гирокомпаса Х приобретает устойчивость и способность сопротивления изменению заданного направления. В несвободном гироскопе одна ось стабилизирована и тело может вращаться около двух осей. В геодезии и маркшейдерском деле используют несвободный гироскоп, лишенный свободы вращения относительно оси У.

Двухстепенной гироскоп, лишенный свободы вращения относительно оси Y, под влиянием вращения Земли и момента силы тяжести стремится установить основную ось вращения в плоскость географического меридиана. В гирокомпасе после разгона громотора его ось начинает совершать слабозатухающие гармонические колебания относительно плоскости меридиана (прецессии).

Прецессии происходят вследствие воздействия на ось гироскопа вращения Земли, а затухают из-за трения в подшипниках. Для ориентирования съемок используют гирокомпас, соединенный с теодолитом для наблюдения прецессий российского производства МВТ-5, венгерского — Gi-B4 или немецкого — ТК.

Для того, чтобы определить дирекционный угол гироскопическим способом сначала на поверхности в точке I устанавливают гиротеодолит и определяют гироскопический азимут Г0 стороны I-II, дирекционный угол б0, который известен. Вычисляют поправку гирокомпаса по формуле д = б0 + г0 — Г0,

в которой г0 — плоское сближение меридианов в точке измерения.

В шахте определяют гироскопический азимут ориентируемой стороны Г и вычисляют дирекционный угол Б = Г + д + г.

Практическая часть Камеральная обработка результатов ориентирно-соединительной съемки подземного горизонта шахты через один вертикальный ствол Примыкание к отвесам производится одновременно на поверхности и в шахте с помощью соединительных треугольников. Этот способ прост в использовании и не требует применения сложного оборудования и при выгодной форме треугольника позволяет получить высокую точность передачи направления. Треугольник образуют точка примыкания С и две точки пректируемые отвесами в шахту (А и В). При примычной точке С измеряют три горизонтальных угла DCB, DCA, ACB (г) и все три стороны треугольника а, в и с. Точность передачи дирекционного угла от CD на створ отвесов АВ зависит от погрешностей выполнения измерений и формы соединительного треугольника.

Для варианта 5 приняты следующие исходные данные: б-= 27°19'00″, у = 0°56'58″, а = 7.128 м, b= 12.205 м, с = 5.096 м, с' = 5.093 м, b' = 11.782 м, а/ =16.846, г/ = 2°29'45″, XD= 1023.45 м, YD=1234,17 м,

гироскопическое маркшейдерский шахта ствол Аналогичные измерения и вычисления производят на поверхности и в шахте. Выполнение работ производят в следующем порядке. Прекращают работы в стволе, одно звено бригады с инструментами и необходимым оборудованием опускается на ориентируемый горизонт. Ствол освобождают от подъемных сосудов. Оборудуют настилы из досок на поверхности и в шахте. Вверху устанавливают лебедки, внизу — центрировочные тарелки. Опускают отвесы в ствол с легкими грузами 5кГс. На ориентируемом горизонте отвесы пропускают через отверстия центрировочных тарелок и нагружают рабочими грузами, помещаемыми в успокоители. Определяют среднее положение отвесов и закрепляют проволоку в позиции покоя. На поверхности и в шахте выполняют линейно-угловые измерения. В завершении поочередно поднимают отвесы и демонтируют оборудование и настилы, используемые при примыкании.

Камеральная обработка результатов измерений состоит из:

Проверки качества измерения углов у и У производят по формулам:

Дг=г — (

Дг=0°56/58// - (133°14/42//- 132°17'45//) = l" ,

Дг/=2°29'45// - (75°15'11/ - 72°45/27//) = l" .

Допустимое расхождениеДг (Дг/) не должно превышать ±20 секунд. Полученное значение угловой невязки является допустимым и чтобы компенсировать влияние этой невязки, прибавим половину ее величины с обратным знаком к значениям углов при одной съемочной точке г= 0°56/58// - 0.5″ = 0°56/57//, г/=2°29'45″ - 0,5″ = 2°29'44//.

В данном конкретном случае поправки в углы <�АС/D/ не вводились, так как вся распределяемая часть невязки отнесена на углы г и г/.

Проверку качества измерения длин выполняют посредством вычисления расстояния между отвесами по теореме косинусов с2= а2 + b2- 2ab*cosг, (с')2 = (а')2 + (b')2- 2а'b'*cosг.

с2 = 7.1282 + 12.2052;2Ч7.128Чl2.205Чcos 0°56'57'/ = 25.793, с =5.079;

(с')2 = 16.8462 + 11.7822 — 2Ч11.782Ч16.846ЧCos 2°29'44//= 26.002, с/=5.099.

Допустимое расхождение вычисленного и измеренного расстояния между отвесами на горизонте примыкания не должно превышать ±3мм.

Сопоставление вычисленных расстояний между отвесами на поверхности (5.079м) и в шахте (5.099м) с их непосредственно измеренными величинами, 5.096 м и 5.093 м, соответственно, свидетельствует о том, что требование инструкции не выполнено. Вместо допустимых 3 мм на поверхности получено 17, а под землей 6 мм. За окончательное значение расстояния между отвесами берут среднее значение с = (5,079+5,099+5,096+5,093)/4 = 5.092 м.

Вычисляем углы при отвесах, А и В на поверхности и в шахте по теореме синусов

sinб = 7.128Чsin 0°56'57///5.088 = 0.0232, б= 1°19/45//;

sinв = 12.205Чsin 0°56/57///5.088 = 0.0397, в = 177°43/22//;

sinб/ = 16.846Чsin 2°29/44///5.096 = 0.1439, б/ = 171°43/28″ ;

sinв' = 11.782Чsin 2°29/44///5.096 = 0.1007, в' = 5°46'46″ .

4. Контролируем качество измерений углов и длин по формулам Дв=180° -<�б-<�в-<�г;

Дв/=180°-<�б/-<�в/-<�г/

при допустимом отклонении в несколько секунд (±9;), которое распределяют поровну на значения обоих вычисленных углов соединительных треугольников.

Дв = 180° - 1°19/45// - 177°43/22//- 0°56/57// = -4//;

Дв/=180° - 171°43/28// -5°46/46// - 2°29/44// = 2//.

Угловые невязки соединительных треугольников меньше допустимого значения, следовательно, окончательные значения углов составят:

б=1°19/43//; в = 177°43/20//; б/ = 171°43/29//; в/ =5°46/47//.

5. Для исправленных значений углов и расстояния между отвесами, определяют исправленные значения измеренных длин сторон в соединительных треугольниках по формулам синусов:

а = cЧsinб/sinг= 5.092Чsin 1°19/43///sin 0°56'57//= 7.129;

b= cЧsinв/sinг = 5.092Чsin l77°43/20///sin 0°56/57// =12,191;

a' = cЧsinб//sinг/ = 5.092Чsin l71°43'29″ /sin 2°29'45// = 16.848;

b = cЧsinв//sinг/ = 5.092 xsin 5°46/47///sin 2°29'45// = 11.788;

6. Координаты и дирекционный угол первой точки и стороны подземной опорной сети вычисляют через соединительные треугольники как в обычном теодолитном ходе.

Для контроля передачу дирекционного угла стороны CD производят дважды по полигонам: DC — CA — A/C/ - C/D/ и DC — CB — B/C/- C/D/.

Координаты точек сведено в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 — Ведомость вычисления координат опорного хода в шахте ориентирно-соединительной съемки через один вертикальный ствол

Камеральная обработка результатов ориентирно-соединительной съемки подземного горизонта шахты через два вертикальных ствола.

При ориентирно-соединительной съемке через два вертикальных ствола геометрическую связь поверхностных и подземных съемок осуществляют с помощью двух отвесов, опускаемых по одному в каждый ствол. В этом случае расстояние между отвесами исчисляется десятками и даже сотнями метров, благодаря чему значительно уменьшается угловая погрешность проектирования. При наличии двух стволов, соединенных подземными горными выработками, этот способ ориентирования лучше по точности. Ориентирно-соединительная съемка через два вертикальных ствола слагается из следующих операций: проектирования точек с поверхности на горизонт горных работ, примыкания к отвесам на поверхности и под землей, вычислений.

Измерение углов и длин в ходах на поверхности (рис. 3) производится по методике полигонометрии 2 разряда (I, 378, II, III, IV).

Примыкание к отвесам в шахте осуществляется проложением между ними теодолитного хода (1, 2, 3, 4, 5) в соответствии с требованиями к подземным опорным сетям. Ходы прокладывают заранее, а после опускания отвесов производят лишь привязку к ним. Для этого измеряется горизонтальный угол напоследней точке хода и расстояние от нее до отвеса.

Рисунок 3 — Схема ориентирования шахты через два вертикальных ствола Вычисления ориентирно-соединительной съемки через два вертикальных ствола производят в следующей последовательности:

По результатам измерений на поверхности вычисляют координаты обеих отвесов ХА, YA, ХB, YB и по ним находят дирекционный угол створа отвесов, а Ав и расстояние между ними ©.

Для варианта 5 координаты отвесов имеют следующие значения ХА = 389.56, YA= 1567.17, ХB = 52.67, YB = 1551.05.

Тогда рассчитанные по формулам величины расстояния между отвесами и дирекционного угла их створа составят.

tan бab =; бab= 357°15/49//;

с=

Нужно помнить, что в формуле получается тангенс не дирекционного угла, а его румба. Дирекционный угол вычисляют по величине румба, руководствуясь знаками при числителе и знаменателе дроби.

В условной системе координат x/Ay/ (начало в точке А, а ось абсцисс направлена вдоль первой стороны подземного теодолитного хода), в которой Х/А =Y/A=0, а б/A-1=0?00/00//, вычисляют координаты всех вершин подземного теодолитного хода и отвеса В.

Вычисления координат точек опорного теодолитного хода под землей сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 — Обработка опорного хода в шахте между отвесами Аи В

Чтобы избежать неоднозначности, приращения координат на земной поверхности, как выполненные более точным методом и в наиболее благоприятных условиях, принимают за безошибочные. Тогда невязку приращений координат распределяют только на стороны подземной опорной сети, пропорционально их длинам.

Контролем выступает величина расхождения координат отвеса В по данным поверхностного и подземного ходов.

Вычисляют дирекционный угол створа отвесов б/AB и расстояние между отвесами c/ в условной системе координат.

tan б/ AB= б/ AB =290?57/28//

с/=

Находят дирекционный угол первой стороны подземного теодолитного хода в системе координат, принятой на земной поверхности.

= 357°15/49// - 290?57/28// = 66°18/21//

5. Вычисляют координаты всех вершин подземного теодолитного хода и отвеса В в истинной системе координат, принимая за исходные координаты отвесов, А и В, полученные в ходе примыкания на поверхности.

Таблица 2.3 — Обработка опорного хода в шахте между отвесами Аи В

Камеральная обработка передачи высотной отметки в шахту при помощи длинномера ДА-2

Для полной связи съемок необходимо передать с поверхности в шахту не только плоские координаты, но и высотную отметку, то есть осуществить вертикальную соединительную съемку. Исходную высотную отметку методом геометрического нивелирования передают на репер RP, заложенный вблизи вертикального ствола. В околоствольном дворе закладывают репер подземной высотной сети RSH (смотри рисунок 4). Чаще всего передачу высотной отметки в шахту производят длинномером ДА-2.

Рисунок 4 — Схема измерения глубины шахты Длинномер ДА-2 представляет собой лебедку с диском, длина окружности которого равна I м. Проволока с лебедки раскручивается через поверхность диска, с которым соединен счетчик его оборотов, напоминающий спидометр автомобиля. В комплект прибора входят: две специальные металлические рейки.

Длинномер устанавливают на специальном полке над вертикальным стволом. В ствол опускают прикрепленную к концу проволоки длинномера ДА-2 контрольную рейку и утяжеляющую всю конструкцию рейку-груз до уровня визирования, установленного на поверхности нивелира. В этот момент опускание груза прекращают и берут отсчеты NP по счетчику оборотов диска длинномера ДА-2, np — нивелиром по рейке-грузу и ар — по рейке, установленной на репере RP.

Затем, по команде опускают проволоку на 1,5 метра и берут отсчеты по длинномеру N*р и контрольной рейке n*p. После этого рейку-груз опускают до уровня визирного луча нивелира, установленного в шахте.

Идентично берут отсчеты по длинномеру ДА-2 -NSH, рейке-грузу nSH и рейке aSH, установленной на репере RSH-Затем, N*SH, n*SHпо контрольной рейке.

Из полученных отсчетов глубину шахты (превышение между реперами RSH и RP) определяют дважды

h1= (NSHnSH-)-(NP-np) — aSHаР

h2=(N*SH-n*SH-)-(N*P-n*p) — a*SHа*Р

Для варианта 5 исходные данные NP=21; пР=0,002; NP`=22; Пр*=0.510; NSH=318; nSH=0.154; N’s"=319; n`sH=0.613; aP- 1.565; aSH= -1.445; Hp=257,268

Получены следующие значения глубины шахты

h1=(318−0,154)-(21−0,002)+1,445−1,565=296,728 м

h2=(319−0,613)-(22−0,510)

Допустимое расхождение между отдельными измерениями контролируется формулой:

h< 0,01 + 0,02 (NSHNP), м Для рассматриваемого варианта это расхождение будет

h= 0.01 + 0.0002*(318 — 21) = 0,069 м, что существенно ниже реально полученного расхождения в 801,668- 801,564= 0,104 м.

Найдя среднее значение hCP, вычисляют высотную отметку репера RSH которая для рассматриваемого варианта будет равна

НRSH = 219.705 — 801.616 = -581.911 м.

1. Николаенко, В. Г. Маркшейдерские работы при сооружении вертикальных шахтных стволов: учебник / В. Г. Николаенко — М.: Недра, 1977. — 220 с.

2. Маркшейдерское дело: учебник /Д.Н. Оглоблин — М.: Недра, 1981. 704 с.

3. Геодезия и маркшейдерия: учебник / В. Н. Попов — М.: Изд-во МГГУ, 2007. — 453 с.

4. 1. Методические указания по маркшейдерскому обеспечению строительства технологического комплекса на шахтной поверхности. — Л., 1988;

5. Маркшейдерское дело. Учебник для вузов. Под ред. В. А. Букринского — М: Недра, 2001;

6. Маркшейдерские работы на карьерах и приисках. Справочник. В. Н. Попов и др. — М: Недра, 1989;

7. Курс инженерной геодезии: Учебник для вузов. Под ред. В. Е. Новака. — М: Недра, 1989