Маркшейдерия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский Государственный Технический университет»

Кафедра геологии и геофизики

Реферат на тему: «Маркшейдерия»

Выполнил: студент 1-НТ-8

Фёдоров А.И.

Проверил: Бортников М.П.

Самара 2012

Содержание

1. Введение

2. Специфика профессии

3. Исторический очерк.

4. Важнейшие операции, производимые маркшейдером

5. Маркшейдерско-геодезические опорные сети

5.1 Сети сгущения

5.2.Съемочное обоснование

5.3. Засечки

6. Маркшейдерские приборы

7. Список литературы

1. Введение

Маркшейдерия (от немецкого: Markscheider -- маркшейдер, от Mark -- граница и scheider -- разделять) -- это отрасль горной науки и техники, предметом которой является изучение на основе натурных измерений и последующих геометрических построений структуры месторождения, формы и размеров тел полезного ископаемого в недрах, размещения в них полезных и вредных компонентов, свойств вмещающих пород, пространственного расположения выработок, процессов деформации пород и земной поверхности в связи с горными работами, а также отражение динамики производственного процесса горного предприятия. Работы выполняются с помощью маркшейдерских приборов. Данные синтезируются в горной графической документации, представляющей собой чертежи, полученные методом геометрической проекции.

Сегодня маркшейдер -- это специалист, осуществляющий планирование и контроль всех этапов строительства подземных сооружений и разработки горных выработок (наземных -- карьеры и подземных -- шахты, штольни и скважины), организацию работ и корректировку процесса в соответствии с планом сдачи объекта.

Маркшейдерия является комплексной наукой и тесно связана со многими научными дисциплинами: физико-техническими, математическими, геолого-минералогическими и геологоразведочными, астрономо-геодезическими, а также с технологией разработки месторождений и строительным делом.

2. Специфика профессии

На маркшейдере лежит ответственность за соблюдение всех проектных параметров систем разработки полезного ископаемого, всех параметров зданий и сооружений в шахте и на поверхности горного предприятия. Помимо определенных знаний, умений и навыков, он обязан обладать очень уравновешенным характером, быть бесконечно педантичным, аккуратным и точным в исполнении своих обязанностей, знать технику безопасности. Ошибки в его работе могут привести к колоссальным убыткам, авариям с массовой гибелью людей. Маркшейдер занимается учетом движения и состоянием запасов полезного ископаемого (вскрытые, подготовленные и готовые к выемке запасы), учетом потерь и разубоживания полезного ископаемого.

Смежная профессия в наземном строительстве -- геодезист.

Данные маркшейдерии используются для планирования ведения горных работ, освоения и комплексного использования месторождений, а также при строительстве подземных сооружений, не связанных с разработкой месторождений полезных ископаемых. Маркшейдерия включает: определение пространственного положения, размеров и формы тел полезных ископаемых, данных о горно-геометрической структуре и свойствах залежи; точное определение положения горных выработок и подземных сооружений по отношению к объектам земной поверхности для обеспечения правильного и безопасного ведения горных работ; перенесение в натуру геометрических элементов проектов горных выработок, зданий и сооружений, инженерных коммуникаций, транспортных путей, границ безопасного ведения горных работ, барьерных и предохранительных целиков; составление и пополнение чертежей горной графической документации. В задачу маркшейдерии входят также изучение процессов сдвижения горных пород и земной поверхности, прогнозирование этих процессов, разработка мер защиты сооружений, а также проектов расконсервации запасов в целиках под застройками, изучение процессов воздействия горного массива на выработки и их прогнозирование; учёт запасов, потерь и разубоживания полезных ископаемых. Одной из специфических отраслей маркшейдерии является разработка новых маркшейдерских приборов, предназначенных для автоматизации маркшейдерских съёмок и специальных измерений, вычислительных работ и графических построений. Маркшейдерия использует достижения вычислительной техники, математическую обработку измерений, математическую статистику и связана с геомеханикой, сопротивлением материалов, оптикой, электроникой, геодезией, топографией, картографией.

3. Исторический очерк

Задачи, связанные с измерениями в рудниках, решались с глубокой древности. В 16-14 вв. до н.э. в Египте строили уменьшенные масштабные изображения горных выработок на плоскости. Герон Александрийский (предположительно 1 в.) впервые описал способ подземной съёмки и её ориентирования. Краткую сводку способов решения маркшейдерских задач дал немецкий учёный Г. Агрикола (16 век). Образцы высокого качества маркшейдерских планов старейших рудников России (на Урале, в Сибири) сохранились с 18 века. К этому времени относится первое научное обобщение в области маркшейдерии, которое вошло в труд М. В. Ломоносова по горному делу "Первые основания металлургии или рудных дел" (1763). В 19 веке совершенствованию подземной съёмки, разработке приборов и аналитическому решению задач посвящены труды П. А. Олышева и Г. А. Тиме. В начале 20 веке исследования В. И. Баумана, П. М. Леонтовского, П. К. Соболевского создали основу для развития маркшейдерского дела и геометрии недр. В 1929 по инициативе И. М. Бахурина было создано первое в стране учреждение в области маркшейдерского дела -- постоянное бюро маркшейдерской комиссии Научно-технического совета Наркомтяжпрома CCCP, которое в 1932 было преобразовано в Центральное научно-исследовательское маркшейдерское бюро ЦНИМБ, в последующем -- Горной геомеханики и маркшейдерского дела институт. Одновременно был создан Всесоюзный трест по выполнению капитальных топографо-маркшейдерских работ (Союзмаркштрест).

После Великой Отечественной войны 1941-45 большой вклад в развитие маркшейдерии внесли С. Г. Авершин, Д. А. Казаковский, М. В. Коротков (изучение сдвижения горных пород и создание правил охраны зданий и сооружений от влияния горных работ); Н. Г. Келль, Л. Н. Келль, С. В. Чистяков (методика крупномасштабной стереофотограмметрической съёмки горнопромышленных районов); Д. Н. Оглоблин, Б. И. Никифоров, В. Н. Лавров, С. А. Филатов (усовершенствование методов ориентирования); П. К. Рыжов, И. Н. Ушаков, А. С. Забродин (горная геометрия), А. Н. Омельченко (рациональное использование месторождений, усовершенствование учёта, нормирования и экономической оценки потерь и разубоживания полезных ископаемых).

За рубежом большой вклад в развитие маркшейдерии в 1-й половине 20 века внесли О. Нимчик (ФРГ) и К. Нойберт (ГДР), в 50-70-е гг. -- З. Ковальчик (ПНР), А. Тарци-Горнох (BHP), Й. Шютти (ЧССР) и др. Современные методы расчёта сдвижений и деформаций земной поверхности под влиянием горных работ изложены в трудах К. Крацша (Западной Берлин), Б. Скиндеровича и М. Милевского (ПНР), Ф. Мартоша (BHP), К. Нессета (ЧССР), Б. Сингха (Индия) и др. В 1978 учреждено Международное общество по маркшейдерскому делу (InternationalSocietyforMineSurveying) как постоянный орган Всемирного горного конгресса.

4. Важнейшие операции, производимые маркшейдером

1) М. триангуляция производится с целью точного определения относительного положения главных пунктов рудничного округа, как-то устьев шахт и штолен, рудничных строений и т. п., находящихся друг от друга в больших расстояниях. Такая триангуляция становится необходимою, когда требуется изготовить верную рудничную карту для постоянного сличения подземных работ с дневною поверхностью. Именно в тех случаях, когда рудничные выработки достигли уже значительного развития, простираются на большие протяжения и открываются на дневную поверхность несколькими устьями, которые достаточно удалены друг от друга и которые трудно было соединить с требуемою точностью полигонною съемкою или периферизированием М. триангуляции производятся по тем же правилам, что и геодезические тpинaгуляции, с тем только отличием, что первые никогда не бывают так обширны, как триангуляции собственно геодезические, вследствие чего и измерение базиса (редко превышающего 300400 саж.) для целей маркшейдерских производится обыкновенно более упрощенно, при меньшей затрате времени.

2) Триангуляция совершенно не выполнима в рудниках, где из каждой точки стояния можно визировать только по двум направлениям - вперед и назад; невозможна она и на дневной поверхности в местностях гористых и лесистых, вследствие отсутствия в них свободного кругозора. В подобных случаях, а в подземных выработках всегда, маркшейдеры вместо триангуляции прибегают к переферизированию или полигонной съемке. Последняя состоит в разделении всего рудничного пространства на полигоны и в определении взаимного положения отдельных угловых точек полигона. Угловые точки полигона отмечаются в рудники помощью различных сигналов, висячих и стоячих ламп и т п. Удачный выбор угловых точек зависит от опытности маркшейдера и обусловливает отчасти точность съемки. Для определения положения угловых точек за одну из плоскостей координат принимается в М. практике вертикальная плоскость астрономич. меридиана, за другую - плоскость к ней перпендикулярная, идущая по направлению OW, а за третью

- горизонтальная плоскость. Отыскание астрономического меридиана имеет на М. практике особое значение: оно необходимо как при триангуляциях, так и при полигонных съемках. При употреблении угломерных инструментов с магнитною стрелкою, напр. буссоли, магнит - или компас - теодолита, для определения взаимного положения точек полигона, измеряются углы простирания всех сторон полигона, т. е. углы; составляемые стороною полигона с направлением магнитной стрелки или магнитным меридианом. Но последний подвергнут различным существенным изменениям вековым, суточным и случайным, поэтому необходимо все углы простирания приводит к постоянному в данном месте астрономическому меридиану, что достигается вычитанием из каждого измеренного угла простирания склонения магнитного меридиана, соответствующего времени измерения этого угла. Очевидно, что на каждой рудничной карте должно быть означено склонение магнитного меридиана во время производства съемки. Равным образом без знания магнитного склонения в различные периоды невозможно соединить с верностью в один общий план различные частные планы, снятые в отдаленные между собою времена, и нельзя ожидать требуемой точности от плана, съемка которого продолжалась значительное время. Вот почему при каждом благоустроенном руднике должно быть определено направление астрономического меридиана и устроена магнитная обсерватория с целью ежедневного, в определенные часы, измерения магнитного склонения (маркшейдерская обсерватория, магнитная деклинатория).

3) Соединительная съемка имеет своею целью соединение рудничной съемки с надземной и их взаимное ориентирование. Соединительная съемка наиболее проста в том случае, когда рудник сообщается с поверхностью помощью штольны: здесь рудничная съемка соединяется с поверхностной съемкой помощью устья штольны и таким образом ориентируется относительно стран света. Наиболее трудной является соединительная съемка в тех рудниках, которые открываются на поверхность одной только вертикальной или крутопадающей шахтой, это так наз. способ отвесов: 2 выбранные в устье шахты точки и линия их соединяющая проектируются помощью отвесов на некоторый горизонт рудника. Так как проекция линий соединения выбранных точек по величине равна, а по направлению совпадает с самой линией, и линия эта как составная часть поверхностной съемки ориентирована относительно стран света, то, приурочивая рудничную съемку к проекции этой линии, можно ориентировать последнюю относительно съемки надземной, что дает возможность соединять несколько рудничных съемок, произведенных в различных пунктах и в различное время, в одну общую рудничную карту. С расширением горных работ М. съемки усложняются: исходные точки съемок более и более удаляются от передовых разработок: привязка каждой новой съемки к начальным пунктам требует прохождения с инструментом больших расстояний, кат по вертикальному, так и по горизонтальному направлениям; постоянно оседающие закладки делают недоступными точки прежних лет и требуют изготовления новых, которые, в свою очередь, необходимо связывать как со старыми, так и с новыми съемками. Таким образом, М. съемка обращается в очень сложные геометрические задачи. Для решения их недостаточно одной лишь построенной по координатам геометрической сети рудника. Параллельно с геометрическою необходимо производить также геогностическую съемку и связывать их между собою, т. е. изображать как в планах, так и в вертикальных разрезах формы залегания в совмещении с геометрическою сетью. Горнопромышленники обязаны вести точные планы горных разработок по установленному образцу; за составлением этих планов они могут, но не обязаны обращаться к правительственным маркшейдерам. Последние назначаются преимущественно из горных инженеров и состоят под контролем местного окружного инженера. Они обязаны иметь надзор за тем, чтобы горные работы велись согласно планам и правилам, установленным в видах их безопасности. Маркшейдеры, производя т отграничение в натуре отводов в казенных и частных землях площадей, предоставляемых частным лицам для разработки ископаемых, и снимают с них планы; на их же обязанности лежит принятие известного рода мер, в случае, если работы горнопромышленника зашли далее границ предоставленного ему участка.

Основные методы современной маркшейдерской съемки: стереофотограмметрический (воздушный, наземный и подземный); локационные (звуколокация, светолокация, радиолокация); тахеометрический; теодолитный (полярный и ортогональный); нивелирование площадей и комбинированные. Ориентирование подземных маркшейдерских опорных сетей производится электронными, лазерными, геометрическим, оптическим или гироскопическим способами. Конечный результат маркшейдерской съемки - чертежи горной графической документации. Весь процесс их составления состоит из трёх этапов:

1) определение пространственных координат точек;

2) вычисление и математическая обработка результатов измерения;

3) графические работы по составлению чертежей.

5. Маркшейдерско-геодезическиеопорные сети

Геометрической основой для производства всех маркшейдерских, геологических, геодезических и топографических работ, проводимых для обеспечения деятельности горного предприятия, служат: государственные геодезические сети, сети сгущения и съемочное обоснование, развиваемые методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии, нивелирования и аналитической фотограмметрии в соответствии с действующими общеобязательными инструкциями. Для обеспечения инженерных работ, в том числе и некоторых маркшейдерских задач, требующих специфического построения сети или особо высокую точность, строятся сети специального назначения по программе, разрабатываемой для каждого отдельного случая.

5.1 Сети сгущения

Сети сгущения по классификации 1962 г. -- сети местного значения. Они создаются в соответствии с «Инструкцией по топографической съемке в масштабах 1 : 5000, 1 : 2000, 1 : 1000 и 1 : 500» издания 1973 г., «Технической инструкцией по производству маркшейдерских работ» издания 1973 г., «Инструкцией по топографо-геодезическим работам при инженерных изысканиях для промышленного, сельскохозяйственного, городского и поселкового строительства» издания 1974 г. и «Инструкцией по полигонометрии и трилатерации» издания 1976 г. Эти сети, как правило, развиваются на основе пунктов государственной геодезической сети путем перехода от общего к частному (от высшего разряда к низшему), увеличивая плотность пунктов геодезической сети для создания возможности выполнения съемок крупных масштабов и непосредственного решения маркшейдерских задач. Плотность геодезической основы в городах, прочих населенных пунктах и на промплощадках должна быть доведена сетями сгущения не менее чем до 4 пунктов на 1 кв. км, а на незастроенных территориях -- до 1 пункта на 1 кв. км.

При отсутствии пунктов государственной геодезической сети для обоснования геометрической основы маркшейдерских работ и производства съемок разрешается создание самостоятельной геодезической сети. При условии, если площадь участка съемки в масштабе 1 : 5000 не превысит 500 кв. км или в масштабе 1 : 2000 не превысит 100 км2, можно ограничиться созданием самостоятельной геодезической сети сгущения, развиваемой методами триангуляции, трилатерации и полигонометрии.

Геодезические сети сгущения (сети местного значения) подразделяются на триангуляции 1 и 2 разрядов (по классификации 1962 г. -- аналитические сети 1 и 2 разрядов), трилатерации и полигонометрии 1 и 2 разрядов. Исходными пунктами для развития сетей сгущения 1 разряда служат пункты государственной геодезической сети 1--4 классов, а сетей 2 разряда -- пункты государственной геодезической сети и сетей сгущения 1 разряда. Триангуляция и трилатерация 1 и 2 разрядов развиваются в виде сетей, цепочек треугольников и вставок отдельных пунктов и групп пунктов (рис. IV. 1).

Горизонтальные направления в триангуляции 1 и 2 разрядов измеряются круговыми приемами теодолитами Т2, Т5 с соблюдением допусков, приведенных в табл. IV.2. В порядке исключения допускается использование тридцатисекундных теодолитов с измерением углов способом повторений двумя приемами по три повторения в триангуляции 1 разряда и по два повторения в триангуляции 2 разряда. Незамыкание горизонта не должно превышать соответственно и (n -- число углов, замыкающих горизонт). Элементы центрирования и редукции (при внецентренной установке) определяются графически, аналитически или непосредственным замером перед началом наблюдений горизонтальных направлений и после их окончания.

5.2 Съемочное обоснование

Съемочным обоснованием геодезическую основу доводят до плотности, обеспечивающей непосредственное выполнение съемок. Положение точек съемочного обоснования, как правило, определяют одновременно как в плане, так и по высоте.

Съемочное обоснование строят на основе пунктов маркшейдерско-геодезической сети всех классов и разрядов. Съемочные сети состоят из основных пунктов и определяемых в дополнение к ним съемочных точек. Средние квадратические погрешности положения основных пунктов съемочной сети по отношению к ближайшим пунктам обоснования не должны превышать 0,1 мм в масштабе плана в открытых районах и 0,15 мм -- в лесных районах. Средние квадратические погрешности положения пунктов съемочной сети, предназначенных для периодической съемки карьеров, не должны превышать 0,2 м по отношению к ближайшим пунктам опорной маркшейдерской сети.

Основные пункты съемочных сетей определяют методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии, засечек Дурнева и др. При использовании методов триангуляции и трилатерации основные пункты определяются построением цепей треугольников, центральных систем, геодезических четырехугольников, вставок в углы, в треугольники и других типовых фигур, опирающихся на пункты маркшейдерско-геодезической опорной сети, а также посредством различных вставок и засечек одиночных пунктов и нескольких пунктов совместно. Длины сторон треугольников составляют от 0,15 до 3 км.

Углы в треугольниках (или горизонтальные направления) измеряют теодолитами Т15, Т20 и равноточными им двумя круговыми приемами или соответствующим числом повторений, а более точными теодолитами Т5 и другими -- одним круговым приемом. Невязки в треугольниках не должны превышать Г, при длине сторон менее 200 м -- ГЗО".

Длину базисных сторон измеряют инварными или стальными проволоками, рулетками и лентами, длинномерами АД-1, светодальномерами ТД-2, КДГ-3, СТ-62 и другими мерными приборами, эталонируемыми с относительной ошибкой не более 1 : 40 000. Длину стороны измеряют дважды. Разность между результатами двух измерений не должна превышать 1 : 5000. Длину сторон при трилатерационном методе построения съемочных сетей измеряют оптическими дальномерами, стальными лентами, проволоками и другими приборами, компарируемыми с относительной погрешностью не более 1:10 000. Расхождение между результатами двух измерений не должно превышать 1 : 2000--1 : 1500. Результаты измерений уравнивают упрощенными способами.

Съемочные точки определяют засечками, проложением теодолитных ходов, построением сеток, проложением тахеометрических ходов при тахеометрической съемке, графическими способами при мензульной съемке и другими методами.

5.3 Засечки

При определении координат отдельных пунктов триангуляционным и трилатерационным методами широко используют засечки: прямую, боковую, обратную (задача Поте нота), обратную по двум данным пунктам и вспомогательной точке (задача Ганзена), полярную по горизонтальному и вертикальному углам, полярную линейно-угловую, линейную, линейную по двум вертикальным углам и пространственную линейную.

Основные элементы вычисления различных засечек -- решение треугольника по заданной стороне и двум углам, решение треугольника по трем заданным сторонам и вычисление координат второй точки по заданным координатам первой точки, расстоянию и дирекционному углу. В маркшейдерской практике все вычисления ведутся на плоскости проекции Гаусса.

Решение треугольника по двум углам А к В и стороне с (рис. IV.2) выполняют по следующим формулам:

С = 180° -- (А +B); m = с: sin С;

а = m sin A; b = m sin В. (IV. 1)

Пример решения приведен в табл. IV.3. Решение треугольника выполнено с помощью таблиц натуральных значений синусов. Аналогичным образом решают треугольники и с помощью таблиц логарифмов. Решение треугольника по трем заданным сторонам -- решение линейного треугольника может быть выполнено по одному из 11 приведенных комплектов формул (IV. 2-- IV. 12). Обозначения: измеренные или данные длины сторон треугольника а, Ь, с противолежащие им искомые углы А, В, С (рис. IV.3), площадь треугольника Р, радиус круга r, вписанного в треугольник, высоты треугольника h, проекции двух сторон треугольника на третью сторону f и q с соответствующими значками, полупериметр треугольника р = (а + b + с) : 2 и полусумма квадратов длин сторон = () : 2.

Формулы решения линейных треугольников

6. Маркшейдерские приборы

Решение большинства задач, возникающих при горном производстве, невозможно без проведения комплекса маркшейдерских работ. В свою очередь, залогом качественного и эффективного маркшейдерского обеспечения является использование маркшейдерских приборов, обеспечивающих необходимый уровень точности и оперативности представления результатов измерений.

Прежде висячая буссоль и висячий полукруг были почти единственными инструментами маркшейдера, но с 1830-х гг. стали употреблять и более точные приборы, как-то теодолит (в 1835 г. приспособленный Брейтгауптом к М. целям), мензулу, нивеллир и др.

По назначению М. п. подразделяются на несколько групп.

Угломерные приборы -- теодолит-тахеометры, теодолиты маркшейдерские и приспособления к ним (консоли, сигналы, отвесы), тахеометры со стереоскопическим дальномером, угломеры.

Приборы для измерения высот и превышений -- нивелиры горные с самоустанавливающейся осью, Барометры, Барографы, Профилографы для рельсовых путей.

Приборы для измерения линий -- стальные и тесьмяные рулетки, ленты (в том числе длиной до 1000 м для установления глубины шахт), Дальномеры нитяные, двойного изображения, авторедукционные, стереоскопические, проволочные и Светодальномеры.

Приборы для определения азимута, дирекционного направления -- магнитные буссоли, ориентир-буссоли, Деклинаторы, горные компасы, взрывобезопасные гироскопические компасы.

Оптические проектиры и указатели направления -- световые указатели, указатели, проектиры и отвесы с источниками света -- лазерами.

Приборы специального назначения -- для контроля и профилирования шахтных проводников, габаритомеры автоматические, стойки-самописцы, датчики для измерения горного давления и смещения горных пород, приборы и приспособления для наблюдения и регистрации сдвижения земной поверхности под действием подземных работ, приспособления для геометрического ориентирования (проволоки, грузы и др.). Фотограмметрические приборы -- Фототеодолиты, фотограмметры, Стереокомпараторы.

Приборы для съёмки подземных пустот -- Тахеометры внутрибазные, сектограф, приборы ультразвуковые -- станция «Луч», звуколокатор и другие.

Приборы для съемки скважин -- Инклинометры. Инструменты для камеральных работ -- Планиметры, Пантографы, светокопировальные аппараты, чертёжные инструменты, счётные машины, линейки Дробышева и другие.

Для геодезических съёмок широко применяются на поверхности прецизионные геодезические приборы (теодолиты-универсалы, инварные проволоки, мензулы, нивелиры, приборы для аэрофотосъёмки и её обработки).

7. Список литературы

Омельченко А.Н. - Справочник по маркшейдерскому делу - М., Недра - 1979

http://slovari.yandex.ru/~%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3%D0%B8/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D0%BA%D1%88%D0%B5%D0%B9%D0%B4%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D1%80%D1%8B/

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D0%BA%D1%88%D0%B5%D0%B9%D0%B4%D0%B5%D1%80

http://www.eftgroup.ru/work/marksheidery/marksheidery/

Размещено на Allbest.ru