Задание направлений горным выработкам в горизонтальной плоскости

Задание направления прямолинейной выработке в горизонтальной плоскости осуществляется с помощью теодолита и обозначается в натуре не менее чем тремя точками, надёжно закреплёнными в кровле выработки временными маркшейдерскими знаками (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 - Задание направления выработке в горизонтальной плоскости

Опущенные с закрепленных точек отвесы образуют створ, которым проходчики могут пользоваться для ориентирования забоя. По мере подвигания забоя направление переносится к груди забоя с выполнением соответствующих контрольных измерений.

Когда выработка только засечена, в исходной точке В центрируют теодолит и по рассчитанному разбивочному углу β задают временное направление через визирный прицел трубы, поскольку расстояние от исходной точки до стенок выработки меньше предела визирования в зрительную трубу.

Оно фиксируется минимум двумя точками (В₁, В₂), а с учетом точки стояния теодолита створ направления будет фиксироваться тремя точками В, В₁ и В₂. Когда выработка пройдет по временному направлению от 5 до 10 м, задают постоянное направление тремя точками.

Если требуемая точность разбивки горизонтального угла ниже точности прибора, то порядок задания постоянного направления следующий. Теодолит повторно устанавливается в точке В, на возможно более удаленном от инструмента расстоянии отмечаются точки П₁ и П₂ в створе направлений, образованных построением угла β при двух положениях трубы теодолита КЛ и КП.

Затем расстояние П₁-П₂ делят пополам и посредине (в точке П) закрепляют маркшейдерский знак.

Угол АВП будет соответствовать разбивочному углу β. После закрепления точки П угол АВП подлежит повторному измерению. Расхождение между измеренным и проектным значениями угла β должно находиться в пределах допуска.

Если это условие соблюдено, в створе визирного луча ВП с помощью теодолита выставляются еще две точки П', П" на расстоянии друг от друга от 1 до 3 м. Таким образом, створ, закрепленный тремя точками П, П', П" будет являться началом постоянного направления.

Проходчики могут пользоваться этим направлением до удаления забоя от створных точек на 40 м. После удалении забоя более чем на 40 м необходима инструментальная проверка пройденной части выработки и перенесение направления к забою.

Если направление выработки задают не по её оси, а параллельно ей, например, по оси пути или вблизи стенки выработки, то маркшейдер должен указать расстояние от заданного направления до одной из стенок. Это расстояние принято назвать " скобой".

Обозначать вынесенное теодолитом направление в горной выработке можно с помощью светового указателя направления УНС-2, лазерного указателя направления ЛУН-3 и лазерного визира ЛВ-5М.

3.3.4 Задание направлений горным выработкам в вертикальной плоскости

Перед проведением выработок околоствольного двора должен быть составлен проектный профиль околоствольных и основных откаточных выработок. При этом на схему горных выработок наносят точки изменения проектных уклонов и углов наклона выработок, отметки этих точек и расстояния между ними. По разности отметок и расстоянию между смежными точками вычисляют уклоны выработок для каждого звена, которые должны соответствовать уклонам, заданным в проекте.

В зависимости от уклона или угла наклона выработки применяются различные способы задания направления в вертикальной плоскости.

При углах наклона выработок до 5-6º (I = ±0, 1)задание направления в вертикальной плоскости осуществляется с помощью ватерпаса, нивелира и приборов УНС-2, ЛУН-3, ЛВ-5М. При проверке выработки ватерпасом он устанавливается на рельс или доску, уложенные на очищенную почву, меньшей «подушкой» к забою (в сторону подъёма выработки). Если уклон выработки соблюдён, то отвес ватерпаса будет стоять на нулевой метке.

При использовании нивелира закладывают стенные (боковые) репера на расстоянии от 1 до 1, 5 м от проектного положения почвы выработки или головки рельсов в одной параллельной плоскости с проектным уклоном (рисунок 3.9).

Контроль правильности проведения выработки по высоте и укладки рельсовых путей по заданному уклону с помощью стенных реперов заключается в следующем.

Рисунок 3.9 - Схема задания направления выработке в вертикальной плоскости нивелиром по стенным реперам

На высоте d от головки рельсов в стенке выработки закрепляют репер R₁ на расстоянии от 5 до 6 м от этого репера отмечают на той же стенке точку А, которая является проекцией визирного луча нивелира, а по рейке, установленной на репере R₁, берут отсчёт а.

Измерив расстояние l между нивелирной рейкой и точкой А, по заданному уклону i вычисляют превышение.

Отложив от точки А по вертикали размер, равный (a+h), определяют положение репера R₂.

Створ R₁ и R₂ указывает в натуре линию заданного уклона. Аналогично реперы восстанавливаются на противоположной стенке выработки.

При углах наклона выработок свыше 6º задание направления в вертикальной плоскости может быть выполнено с помощью теодолита.

Способ осевых реперов. В точке A₁ на рисунке 3.10 заложен исходный репер, представляющий собой постоянный или временный маркшейдерский знак. Под ним устанавливают теодолит и трубу его ориентируют по направлению продольной оси выработки.

Рисунок 3.10 - Схема задания направления выработке в вертикальной плоскости теодолитом осевыми реперами

Измеряют расстояние от точки А до оси вращения трубы теодолита h_t - это будет вертикальная " скоба".

На вертикальном круге теодолита устанавливают отсчёт, соответству-ющий проектному углу наклона выработки δ, и визируют на отвес самой дальней направленческой точки 3. Наблюдая в трубу теодолита, совмещают верх головки отвеса со средней горизонтальной нитью сетки нитей.

В этом положении отвес закрепляют и измеряют вертикальное расстояние от маркшейдерской точки до головки отвеса h₃'. При втором положении трубы получают расстояние h₃". Определяют среднее расстояние h₃ и окончательно отвес вешают так, чтобы расстояние от самой дальней направленческой точки 3 до верха головки отвеса соответствовало h₃.

После этого проводят контрольное измерение угла наклона. Если он соответствует проектному, то пользуясь этим отвесом как ориентиром, по направлению визирного луча устанавливают головки отвесов и на остальных направленческих точках 2 и 1. Закреплённые таким образом отвесы в направленческих точках 1, 2, 3 обозначают в натуре проектное направление выработки в вертикальной плоскости.

3.3.5 Задание направления криволинейному участку выработки

При построении проектного полигона оси криволинейных участков заменяют хордами. Число хорд выбирают графически с таким расчетом, чтобы при переносе в натуру они не касались стенок выработок и при этом имели максимальную длину.

Задание направления криволинейному участку выработки может производиться способами: перпендикуляров, радиусов и коротких хорд.

Способ перпендикуляров. На схеме криволинейного участка, составленной в крупном масштабе (1: 20 - 1: 50), круговую кривую заменяют вписанными в неё хордами, предварительно вычислив углы их поворота и длину (рисунок 3.11). По этой схеме графически определяют расстояния (перпендикуляры) от хорд до стенок выработки через каждые 1-2 м. Числовые значения перпендикуляров и расстояний от начала хорды (от точки поворота) до оснований всех перпендикуляров приводят на схеме.

Рисунок 3.11 - Схема задания направления способом перпендикуляров

Способ радиусов. В этом случае по схеме криволинейного участка (рисунок 3.12), составленной в крупном масштабе, графически определяют расстояния от хорды до стенок выработки по направлению радиусов закругления, затем вычисляют расстояния между осями соседних стоек по наружной d₁ и внутренней d₂ сторонам выработки. Указанные расстояния могут быть вычислены по формулам:

(3.8)

где d - расстояние между осями рам на прямолинейном участке (по паспорту крепления);

s - средняя ширина выработки;

R - радиус закругления криволинейного участка.

Рисунок 3.12 - Схема задания направления способом радиусов

По результатам графических измерений и вычислений составляют схему криволинейного участка, на которой указывают все необходимые размеры.

3.3.6 Съемка склада полезного ископаемого

В зависимости от сложности отвалы полезного ископаемого делят на три категории.

Отвалы I категории представляют собой фигуры, которые без большой ошибки можно уподобить правильным геометрическим фигурам-конусам, пирамидам, призмам и т. д. Отвалы II категории представляют собой налегающие друг на друга отвалы I категории.

Отвалы III категории имеют весьма сложную и неправильную форму, большую высоту. Съемку отвалов I категории, а также отвалов II категории высотой менее 5 м производят рулеточным обмером. Длины измеряют тесьмяной рулеткой, высоты - нивелирной рейкой с использованием известных высот расположенных поблизости зданий и сооружений. Длины округляют до дециметров, высоты - до полудециметров.

Объем отвалов вычисляют по формулам геометрии (как объем конусов, пирамид, призм и т. д.).

Для определения объемов отвалов II категории высотой более 5 м и отвалов III категории производят профильную, тахеометрическую или мензульную съемку.

Тахеометрическую съемку (рисунок 3.13) применяют на отвалах сложной формы большой площади. Ее проводят с пунктов съемочной сети, закрепленных вокруг отвала. Рейку ставят в наиболее характерных местах поверхности отвала не реже чем через 6 м. По результатам съемки составляют план отвала в масштабе 1: 1000-1: 200 с высотой сечения от 1, 0 до 0, 25 м.

Объем отвала находят способом горизонтальных сечений. Планиметром определяют площади, заключенные внутри одноименных горизонталей. Объем, заключенный между плоскостями соседних горизонталей, вычисляют по вышеприведенной формуле. При этом под S₁ и S₂ понимают площади, находящиеся внутри соседних горизонталей, под l - высоту сечения.

Погрешность определения объема отвала независимо от способа не должна быть более 5%. Расхождение между результатами двух независимых определений не должно быть более 8%; за окончательный результат принимают среднее арифметическое и записывают числом с тремя значащими цифрами.

Рисунок 3.13 - Съемка угольного склада с использованием электронного тахеометра

3.3.7 Подземная теодолитная съемка

Подземная теодолитная съемка, состоящая из угловых и линейных измерений и последующих вычислений, имеет своей непосредственной целью определение координат системы знаками. Она является основным видом горизонтальных съемок горных выработок. Результаты теодолитной съемки используются для составления планов горных работ и другой графической документации, а также для аналитического решения различных горно-геометрических задач (задание направлений горным выработкам, сбойка выработок и др.).

Прямые линии, соединяющие смежные пункты, заложенные в горных выработках, образуют замкнутые или разомкнутые многоугольники, называемые теодолитными ходами или полигонами.

Прокладывая в шахте теодолитные ходы, измеряют горизонтальный угол между каждыми двумя смежными смежными сторонами хода, вертикальный угол наклона и длину каждой стороны хода. Поскольку углы измеряются теодолитом, ходы называют теодолитными.

Каждый теодолитный ход должен быть привязан к пунктам предыдущей съемки. В зависимости от формы полигонов и способа привязки их к пунктам предыдущих съемок различают несколько видов теодолитных ходов.

1. Свободный (висячий) разомкнутый ход, опирающийся на один пункт с твердыми координатами и на один твердый дирекционный угол.

2. Свободный замкнутый ход, опирающийся на один пункт с твердыми и на один твердый дирекционный угол.

3. Несвободный разомкнутый ход, опирающийся в конце и начале на пункты с твердыми координатами и твердые дирекционные углы.

4. Несвободный разомкнутый ход, опирающийся в конце и начале на пункты с твердыми координатами (например, ход между отвесами при ориентировке через два вертикальных ствола).

5. Ход с гироскопическим определением дирекционных углов отдельных сторон может быть разомкнутым или замкнутым и может опираться на один или два пункта с твердыми координатами. Наличие твердых дирекционных углов необязательно.

Смыкаясь между собой, теодолитные ходы в шахте образуют сложные сети, часто состоящие из нескольких десятков полигонов.

3.3.8 Геометрическое нивелирование выработок

Геометрическое нивелирование (рисунки 3.14 и 3.15) производится в горных выра­ботках с углом наклона до 8° (иногда до 15°) с целью определе­ния отметок реперов и пунктов подземной теодолитной съемки.

Нивелирование предназначено также для определения про­филя рельсовых путей и для других нужд горного производства (задание направлений и сбойка выработок в вертикальной пло­скости, разбивочные работы при подземном шахтном строительстве и т. п.).

В подземных условиях техническое нивелирование аналогично нивелированию на земной поверхности. Отличительными особенностями являются: расположение исходных и определяемых пунк­тов как в почве так и в кровле выработки; стесненные условия работ и трудность соблюдения равенства плеч; необходимость освещения реек и инструмента индивидуальными шахтными светильниками; запыленность атмосферы.

Четыре возможных случая расположения заднего и переднего пунктов. Где бы ни был заложен пункт (в кровле или почве), рейка всегда своим нулем устанавливается на определяемую точку. При этом условились, отсчеты по рейкам, приставляемым нулем к пунктам в кровле, считать отрицательными и отмечать это знаком минус в полевом журнале. Тогда превышение на любой станции инструмента определяется из алгебраического выражения:

Δ Z_i = a_i - b_i, (3.9)

где a, b - отсчеты по задней и передней рейкам станции;

i - номер станции.

Необходимо подчеркнуть важность постановки знака минус перед соответствующими отсчетами. Отсутствие его в журнале может привести к грубым погрешностям при вычислениях.

Высотные отметки реперов и пунктов полигонометрических ходов определяются с помощью замкнутых или пройденных в пря­мом и обратном направлениях висячих ходов. В опорных сетях нивелирование производится из середины с допустимым неравен­ством плеч в пределах от 5 до 8 м. Расстояние от нивелира до рейки не должно превышать 50 м. Отсчеты по рейкам берут с точностью до миллиметра.

Отсчеты берут по черной и красной стороне реек или только по черной стороне, но при двух горизонтах инструмента, Расхождение в превышениях на станции, определенных по черным и красным сторонам реек или при двух горизонтах инструмента, не должно превышать 10 мм.

В начале любого нивелирного хода измеряется контрольное превышение между двумя реперами, отметки которых известны с предыдущих съемок. Если разность измеренного (контрольного) и первоначального превышения превышает 5 мм, то реперы нарушены и их нельзя использовать в качестве исходных. В этом случае съемку необходимо начать от других реперов, где контроль­ное превышение укладывается в допуск. Аналогичные измерения контрольного превышения производятся также в случае примыка­ния к известным реперам в конце хода.

Рисунок 3.14 - Схемы геометрического нивелирования в подземных

выработках геометрического нивелирования

Рисунок 3.15 - Геометрическое нивелирование вентиляционного штрека 37К₁₀-В

3.3.9 Тригонометрическое нивелирование выработок

Тригонометрическое нивелирование (рисунки 3.16 и 3.17) применяют в горных выработках с углом наклона более 5°. Инструментами для производства тригонометрического нивелирования являются теодолит и стальная рулетка.

Пусть требуется определить превышение h_AB точки B над точкой А. Для этого под точкой А центрируют теодолит, а от точки В подвешивают отвес, на котором отмечают точку визирования b и измеряют ее высоту V=Bb. Кроме того измеряют высоту инструмента i, т. е. расстояние от точки А до оси вращения зрительной трубы теодолита. Затем известным способом измеряют угол наклона δ по направлению линии визирования, а при помощи стальной рулетки измеряют наклонное расстояние L.

Превышения вычисляют по формуле:

h_AB = Lsinδ + V – I (3.10)

Для контроля это превышение измеряют и в обратном направлении. Разность между превышениями, определенными в прямом и обратном направлениях, не должна превышать величины 0, 05L см, где L - длина линии, м.

При расположении точек А и В в почве выработки соответствующие величины i и V в выше приведенной формуле имеют обратные знаки, т. е.

h_AB= L sinδ + i –V (3.11)

Высотная невязка в ходах тригонометрического нивелирования не должна превышать следующие величины: в опорных сетях 100 мм, а в теодолитных ходах - 120 мм, где L - длина хода, км.

Рисунок 3.16 - Схемы тригонометрического нивелирования в

подземных горных выработках

Рисунок 3.17 - тригонометрическое нивелирование конвейерного квершлага 30К₁₀-К₁₂-В