Маркшейдерское дело: предрасчет точности маркшейдерско- геодезических работ


С. В. Смолич






                МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ДЕЛО:




ПРЕДРАСЧЕТ ТОЧНОСТИ
МАРКШЕЙДЕРСКО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ


Учебное пособие










Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 622.1 (075.8)
ББК 33.12
     С51



Рецензенты:

кандидат технических наук, директор Забайкальского горного колледжа им. М. И. Агошкова (г. Чита) Н. В. Зыков;
кандидат геолого-минералогических наук, главный специалист по инженерным изысканиям АО «ПитерГОРпроект» Д. Л. Авгулевич




     Смолич, С. В.
С51       Маркшейдерское дело: предрасчет точности маркшейдерско     геодезических работ : учебное пособие / С. В. Смолич. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 352 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0629-1

     Изложены теоретические основы и приведены примеры выполнения предрасчета погрешности маркшейдерских и геодезических работ при разведке, разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве инженерных сооружений.
     Для студентов горно-геологических специальностей и инженерно-технических работников.


                                                    УДК 622.1 (075.8)
                                                    ББК 33.12








ISBN 978-5-9729-0629-1

     © С. В. Смолич, 2021
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

    ОГЛАВЛЕНИЕ


  ПРЕДИСЛОВИЕ..............................................7
  ВВЕДЕНИЕ.................................................8
  ГЛАВА 1
  Проект производства маркшейдерских (геодезических) работ.9
      1.1. Разработка ППМР на этапах разведки и разработки месторождений полезных ископаемых......13
      1.2. Проект производства маркшейдерских работ на этапе строительства горного предприятия ........20
      1.3. Проект маркшейдерских работ при строительстве технологического комплекса
         на промышленной площадке..........................33
         1.3.1. Проект построения строительной сетки.......33
      1.4. Проект маркшейдерских работ при монтаже армировки ствола шахты ............................37
         1.4.1. Допустимые отклонения геометрических параметров
              при строительно-монтажных работах..........41
      1.5. Основные положения проекта построения маркшейдерской опорной сети на поверхности ........44
      1.6. Основные положения проекта построения подземной маркшейдерской опорной сети...............48
      1.7. Проект производства маркшейдерских работ для проведения выработок встречными забоями.........55
         1.7.1. Методика производства маркшейдерских работ.56
      1.8. Проект производства маркшейдерских работ по наблюдению за сдвижением при подземной разработке рудных месторождений ...............................58
      1.9. Проект производства маркшейдерских работ при ведении работ в опасных зонах..................61
      1.10. Проект производства маркшейдерских работ на действующем горном предприятии..................64
      1.11. Аудит маркшейдерских работ на действующем горном предприятии.................................68
  ГЛАВА 2
  Особенности работы с электронными тахеометрами на станции ............................................72
      2.1. Оценка погрешности ориентирования тахеометра в пространстве при наведении его на точку визирования.72

3

       2.2. Погрешность определения координат точек базовой стороны......................................74
       2.3. Погрешность центрирования прибора...............78
       2.4. Погрешность визирования.........................88
       2.5. Учет погрешности определения координат базовой стороны .....................................93
       2.6. Погрешность ориентирования тахеометра на линии визирования ................................94
       2.7. Погрешность измерения угла в полигонометрическом ходе ..........................97
       2.8. Погрешности разбивочных работ..................105

  ГЛАВА 3
  Особенности ГНСС (GNSS) технологии.......................115
       3.1. Проект производства маркшейдерских работ с применением глобальных спутниковых систем...................... 115
       3.2. Целевое назначение проектируемых работ.........123
       3.3. Краткая физико-географическая характеристика района работ........................................123
       3.4. Сведения о топографо-геодезической обеспеченности района работ....................................... 124
       3.5. Обоснование необходимости и способов построения планово-высотной основы и выбор масштаба съемки......124
          3.5.1. Выбор оборудования и метода съемки ...... 125
          3.5.2. О конфигурации опорных геодезических сетей
               создаваемых с применением технологии ГНСС....134
          3.5.3. О необходимости иметь пять базовых опорных пунктов..................................138
          3.5.4. Предрасчет погрешности определения координат пунктов геодезической сети, полученных
               с помощью ГНСС технологии ................. 145
       3.6. Организация и сроки выполнения работ, мероприятия по технике безопасности и охране труда...170
       3.7. Перечень топографо-геодезических, картографических и других материалов, подлежащих сдаче
          по окончании работ...............................171

  ГЛАВА 4
  Выполнение обратных линейно-угловых засечек электронными тахеометрами................................175
       4.1. Классический способ, без учета уравнивания измерений ... 176
       4.2. Предрасчет погрешности обратной линейной засечки с учетом параметрического уравнивания ............. 181


4

         4.2.1. Среднеквадратическая погрешность определения плановых координат пункта измеренного обратной линейной засечкой .................... 183
         4.2.2. Среднеквадратическая погрешность определения высотной отметки пункта измеренного
              обратной линейной засечкой ........................ 186

  ГЛАВА 5
  Возрождение фотограмметрии в горном деле........................193
      5.1. Краткие исторические сведения..........................193
      5.2. Аналог или цифра?......................................211
      5.3. Где выход?.............................................219

  ГЛАВА 6
  Применение фотокамер премиум-класса в фотограмметрии......231
      6.1. Выбор фотокамеры для фотограмметрии ...................231
         6.1.1. Классификация цифровых фотокамер .................236
         6.1.2. Разрешающая способность сенсора фотокамеры .239
         6.1.3. Разрешающая способность фотообъектива.............241
         6.1.4. Выбор апертуры (числового значения диафрагмы) ... 247
         6.1.5. Управление глубиной резкости .....................252
         6.1.6. Управление перспективой...........................257
         6.1.7. Точность определения объекта на снимке ...........262
         6.1.8. Дисторсия объектива...............................268
         6.1.9. Калибровка фотокамеры.............................271
      6.2. Точность определения координат точек объекта по измерениям стереопары............................279

  ГЛАВА 7
  Структура полевых фотограмметрических работ.....................285

  ГЛАВА 8
  Планирование фотограмметрических работ..........................298
      8.1. Порядок планирования...................................298
      8.2. Пример проектных решений...............................302
         8.2.1. Цели и задачи фотограмметрической съемки..........302
         8.2.2. Обоснование метода фотограмметрической съемки .. 303
         8.2.3. Выбор используемого оборудования и оценка его возможностей................................303
         8.2.4. Создание планово-высотной основы опорных точек и станций фотографирования ......................327
              8.2.4.1. Определение формы и размера контрольных точек съемочного обоснования................328


5

           8.2.4.2. Оценка точности определения координат и высот точек снимаемого объекта...........334
            8.2.4.3. Рекогносцировка на местности. Определение координат контрольных точек опорной сети ......................336
  ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................338
  ГЛОССАРИЙ...................................340
  БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................344

6

    ПРЕДИСЛОВИЕ


        В основу учебного издания, предназначенного для слушателей факультета повышения квалификации и студентов горно-геологических специальностей вузов, положены курсы лекций, читаемые в Забайкальском государственном университете для студентов направления «Горное дело». Горный инженер должен хорошо разбираться в горногеологической документации, уметь читать топографические карты и планы, разрабатывать и реализовывать проекты разработки месторождений полезных ископаемых.
        Данные дисциплины изучаются в нескольких семестрах, как на младших курсах, разделы «Геодезии» и «Маркшейдерского обеспечения горных работ», так и на старших курсах в разделах, «Высшей геодезии» и «Дистанционного зондирования Земли». Предлагаемое пособие содержит одну из наиболее важных частей этих дисциплин - составление проекта производства геодезических и маркшейдерских работ.
        В пособии рассмотрены не только теоретические основы маркшейдерских работ и измерений, но и приведены примеры практического опыта выполнения работ, связанного с различными видами маркшейдерского обеспечения горно-геологических работ.
        Учитывая возросшие современные требования к информационным технологиям (мониторинг различных явлений, происходящих как на поверхности Земли, так и в ее недрах), данное учебное издание будет полезно инженерно-техническому персоналу, чья работа требует выполнения различных маркшейдерско-геодезических измерений на местности и использования горной маркшейдерской документации.

7

ВВЕДЕНИЕ


        Маркшейдерское дело (маркшейдерия): это область горной науки и техники, которая включает совокупность методов, способов и средств, применяемых при разведке месторождений полезных ископаемых, проектировании, строительстве и эксплуатации горных предприятий и других, связанных с ними объектов. О маркшейдерии до сих пор часто говорят как об искусстве. Дело в том, что слова «Маркшейдерское дело» или «маркшейдерия» произошли от нем. Markscheidenkunst - в дословном переводе это означает «марки устанавливать искусство», или в русской транскрипции «искусство устанавливать границы».
        В предлагаемом учебном пособии сделана попытка изложить в доступной форме необходимый перечень базисных положений маркшейдерии с точки зрения понимания методов измерений при использовании современной приборной базы и программного обеспечения. На основании этих представлений у студентов должно сложиться системное понимание основ некоторых маркшейдерских дисциплин и особенностей методов практической реализации при использовании современного геодезического и маркшейдерского оборудования, подкрепленного компьютерными программами с внедрением интеллектуальных методов обработки данных измерений на местности и построения по ним трехмерных моделей месторождения и горных выработок (3D моделей).
        В специальной части данного пособия представлен материал по проектированию маркшейдерских работ и предрасчету их точности при выборе геодезических приборов, методов и техники для изысканий и строительства новых или реконструкции и эксплуатации существующих горных предприятий и инженерных сооружений, а также для установки и монтажа сложного оборудования промышленных предприятий.

8

ГЛАВА 1. ПРОЕКТ ПРОИЗВОДСТВА МАРКШЕЙДЕРСКИХ (ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ) РАБОТ

       Совершенствование геодезических приборов и инструментов, широкое внедрение цифровых способов получения исходных данных, специализированные программные продукты обработки и хранения данных революционно влияют на производство маркшейдерских работ на горных предприятиях.
       Деятельность маркшейдерских служб на горных предприятиях определяется следующими основными нормативными документами:
       •  Закон Российской Федерации «О недрах» [14];
       •       Положение о лицензировании производства маркшейдерских работ (утв. постановлением Правительства Российской Федерации от 28.03.2012 № 257) [36];
       •       РД 07-408-01. Положение о геологическом и маркшейдерском обеспечении промышленной безопасности и охраны недр [45];
       •       РД 07-603-03. Инструкция по производству маркшейдерских работ [46];
       •       РД 07-604-03. Инструкция по маркшейдерскому учету объемов горных работ при добыче полезных ископаемых открытым способом [47];
       •       РД 07-226-98. Инструкция по производству геодезическо-маркшейдерских работ при строительстве коммунальных тоннелей и инженерных коммуникаций подземным способом [44];
       •       РД 07-113-96. Инструкция о порядке утверждения мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок [43];

9

        •       ПБ 03-428-02. Правила безопасности при строительстве подземных сооружений [38];
        •       ФНП «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» [28, 39];
        •       ФНП «Правила безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом» [40];
        •  ПБ 07-601-03. Правила охраны недр [41].

        Существующая нормативная база, регламентирующая производство маркшейдерских работ, начинает отставать от современных высоко технологичных способов съемки, обработки и хранения данных.
        Учитывая данное обстоятельство, маркшейдерские службы горных предприятий вынуждены переходить на разработку проектов производства маркшейдерских работ, учитывающих конкретные условия применения современных цифровых технологий. Такой подход не противоречит требованиям вышеуказанных нормативных документов.
        Так, согласно «Положение о лицензировании производства маркшейдерских работ», утвержденного постановлением Правительства РФ от 28.03.2012 № 257 [36], (пункт 5, подпункт «е») лицензионным требованием при осуществлении деятельности по производству маркшейдерских работ является проведение указанных работ в соответствии с согласованной в установленном порядке проектной документацией на производство маркшейдерских работ.
        Сложность разработки проекта маркшейдерских работ для маркшейдерских служб горных предприятий связана с недостаточной методической базой. Разделы технических проектов, описывающие деятельность геолого-маркшейдерских служб, не охватывают весь перечень вопросов маркшейдерского обеспечения и тем более связанных с внедрением на производстве цифровых технологий.

10

        Единственным методическим документом в этой области являются - «Рекомендации по подготовке проектной документации на производство маркшейдерских работ», разработанные Научным центром геомеханики и проблем горного производства Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В. Плеханова [48]. Рекомендации формируют общий подход к составлению проектной документации на производство маркшейдерских работ при строительстве, эксплуатации и ликвидации (консервации) горных, нефтегазодобывающих, специализированных и других организаций, имеющих лицензии на производство маркшейдерских работ. Рекомендации разработаны на основе анализа нормативных правовых актов, регламентирующих маркшейдерское обеспечение производства работ.
        Под проектной документацией на производство маркшейдерских работ следует понимать документ регламентирующего характера, содержащий:
        •       описание состава (объемов) маркшейдерских работ по видам (направлениям);
        •  допустимые погрешности тех или иных измерений;
        •  методики выполнения этих работ с оценкой их точности;
        •  методы их контроля;
        •  сроки исполнения;
        •       состав отчетной документации в конкретных условиях недропользования;
        •       виды и состав графической документации, включая традиционный бумажный и электронный, способы ее хранения;
        •       организацию баз данных цифровых измерительных приборов, способы обработки и хранения цифровой информации.

11

       В зависимости от выданной лицензии на право пользования участка недр и условиями, указанными в лицензионном соглашении, исходя из стадии разработки месторождения возможны различные подходы к разработке проекта производства маркшейдерских работ (далее -ППМР) отображенные на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Типовые подходы к разработке проекта производства маркшейдерских работ

       Проект может быть разработан как один из разделов в составе технического проекта разработки месторождения, может быть выполнен как комплексный проект охватывающий весь комплекс маркшейдерских работ на горном предприятии, так и отдельным документом на локальные виды маркшейдерских работ. Возможно применение типовых решений.


12

        Проект разрабатывается на основе проектной документации на пользование участками недр (проекта организации строительства) в соответствии с техническим заданием на проектирование.
        Особое внимание при разработке проекта необходимо уделить обоснованию практического использования инновационных разработок в области маркшейдерского дела: - усовершенствованные методы производства маркшейдерских работ; - применение новых приборов и средств измерений; - внедрение эффективных систем контроля производства работ, не регламентируемых требованиями действующих нормативных документов. А также применению в решении маркшейдерских задач не сертифицированных программных продуктов или разработанных силами организации.


1.1.     Разработка ППМР на этапах разведки и разработки месторождений полезных ископаемых

        Все горные предприятия проходят закономерный цикл начала и окончания производства горных работ, связанный с поиском, открытием и разведкой полезного ископаемого, разработкой и его полным извлечением из недр земли.
        Задачи маркшейдерских служб напрямую зависят от этапов развития горных работ.
        На этапе производства геологоразведочных работ необходимо проведение топографо-геодезических работ на территории охваченной поисками и разведкой полезных ископаемых.
        Основными задачами топографо-геодезического обеспечения геологоразведочных работ являются:


13

        •       своевременное и качественное обеспечение геологоразведочных организаций и их структурных подразделений топографическими картами (планами), аэрокосмическими материалами, топографическими основами специальных (геологических, геофизических, гидрогеологических, инженерно-геологических и др.) карт;
        •       подготовка на местности сети точек геологоразведочных наблюдений и соответствующее (геодезическое, маркшейдерское, инженерно-геодезическое и т.п.) сопровождение этих наблюдений в процессе геологоразведочного производства;
        •       определение планово-высотного положения устьев скважин, горных выработок, геофизических и других пунктов и точек (в дальнейшем именуемых объектами или пунктами геологоразведочных наблюдений).
        В соответствии с указанными задачами выполняются:
        •       создание геодезической основы для геологоразведочных работ;
        •       топографические съемки в масштабах 1:5000 и крупнее;
        •       разбивочно-привязочные работы;
        •       маркшейдерские работы;
        •       создание топографических основ;
        •       разные сопутствующие работы.
        В соответствие с требованиями «Инструкции по топографо-геодезическому и навигационному обеспечению геологоразведочных работ» (утв. Министерством природных ресурсов РФ 3 декабря 1996 г.) [18].
        Топографо-геодезические работы проводятся, как правило, в Государственной системе координат (1942 г.) и в Балтийской системе высот (1977 г.). Прямоугольные координаты геодезических пунктов и объектов геологоразведочных наблюдений вычисляются в шести- или трехградусных зонах проекции Гаусса.

14