1.2. Создание съемочного обоснования карьера

Рабочим (съемочным) обоснованием на карьерах называют сеть пунктов и точек, равномерно расположенных на территории карьера, используемых для съемки подробностей и решения различных горнотехнических задач. Съемочные сети состоят из основных пунктов и определяемых дополнительно к ним съемочных точек.

Плановое съемочное обоснование развивается на основе опорной сети в единой системе координат. Средняя квадратическая погрешность положения точек съемочного обоснования относительно пунктов опорной сети не должна быть более 0,4 мм на плане в принятом масштабе съемки и не более 0,2 м по высоте. Точки съемочного обоснования закрепляются постоянными или временными центрами.

Постоянными центрами закрепляются съемочные точки, расположенные на площадках нерабочих уступов, за контурами промышленных запасов, на старых устоявшихся внутренних и внешних отвалах — в местах, обеспечивающих длительную их сохранность.

Временными центрами съемочные точки закрепляются в пределах рабочей части карьера, на рабочих уступах, на внутренних и внешних отвалах и т. д.

Постоянные знаки представляют собой железные трубки, рудничные рельсы или металлические стержни, забетонированные в скважину или котлован. Глубина скважины (котлована) должна быть на 0,5 м больше глубины промерзания, но не менее 1 м. Временными знаками могут быть железные трубки, стержни, рудничные рельсы или деревянные колья длиной от 0,2 до 0,5 м (в зависимости от крепости пород), забиваемые вровень с поверхностью земли. Центр металлического знака отмечается крестом или керном, а деревянного — гвоздем.

Плотность пунктов сетей рабочего обоснования карьера, включая пункты опорной сети, может быть различной. Исходя из опыта топографической съемки, она должна составлять: не менее 10 пунктов на 1 км² съемки масштаба 1:2000 и 16 пунктов при съемке в масштабе 1:1000. При съемке застроенных территорий число основных пунктов съемочной сети определяется в процессе рекогносцировки. Число съемочных точек определяется в процессе съемки в зависимости от способа и масштаба съемки, от сложности контуров и глубины карьера, но так, чтобы было обеспечено соблюдение оптимальных расстояний от прибора до реечных точек.

Пункты планового съемочного обоснования определяются на основе аналитических сетей, геодезическими засечками; полярным способом; теодолитными ходами; разбивкой прямоугольной сетки и профильных линий; аналитической пространственной фототриангуляцией. Выбор способа создания съемочного обоснования зависит от рельефа местности, размеров, конфигурации и глубины карьера, системы разработки. В ряде случаев применяют комбинацию из перечисленных способов.

Аналитические сети на карьерах часто строят в виде центральных систем и цепочек треугольников (так называемые микротриангуляционные цепочки), а также прямых и обратных засечек, опирающихся на стороны триангуляции или полигонометрии маркшейдерской основы (см. рис. 1 и 2).

Микротриангуляционная цепочка представляет собой цепь треугольников со сторонами не менее 200 м и не более 1000 м, проложенную между двумя сторонами или пунктами триангуляции (полигонометрии). Микротриангуляцию рекомендуется применять на карьерах вытянутой и сложной формы, с внутренними отвалами или неотработанными участками, затрудняющими применение других способов.

а б

Рисунок 1. Схемы аналитических сетей: а – микритриангуляционная цепочка между двумя опорными пунктами; б – центральная система

Треугольники, образующие аналитические сети, должны приближаться к равносторонним. Углы при определяемых точках должны быть не менее 30° и не более 150°. Измерению подлежат все углы в треугольниках теодолитом с точностью не ниже 30", невязка углов в треугольниках не должна превышать 1’. Относительная погрешность наиболее удаленной стороны не должна быть более 1/2000. Предельная длина цепочки треугольников между исходными пунктами не должна превышать 1,5, 3,0 и 6,0 км при съемке в масштабах соответственно 1:1000, 1:2000, 1:5000. В рядах или системах треугольников разрешается определять не более семи пунктов.

Рисунок 2. Схема прямой и обратной засечек

Прямые, боковые и обратные засечки применяют в тех случаях, когда пункты съемочной сети значительно удалены от пунктов опорной сети (не более 1500 м при съемке в масштабе 1:1000; 2000 м при съемке в масштабе 1:2000 и 3000 м при масштабе 1:5000), при сложной конфигурации и большой глубине разработки, а также при малой площади уступов. При прямой засечке пункт P₁ вставляется в опорную сеть с трех известных пунктов А, Б и В (третий для контроля) измерением углов α₁, α₂, α₃ (рис. 2). При обратной засечке измеряют углы β₁, β₂, β₃ на вставляемом пункте Р₂ между направлениями на три известных пункта А, Б и В. Для контроля рекомендуется измерить угол β₄, на четвертый пункт Г. Требования к виду треугольников и точности измерения углов такие же, что и в предыдущем способе. Камеральная обработка результатов измерений осуществляется с применением ЭВМ. Расхождение в координатах, определенных в результате решения двух треугольников при прямой засечке и двух вариантов засечек при обратной засечке не должно превышать при съемке масштаба 1:1000 — 0,6 м, при съемке масштаба 1:2000 — 0,8 м и съемке масштаба 1:5000 — 2 м.

Наиболее рациональные варианты обратной засечки определяют предварительным расчетом квадратической погрешности положения определяемого пункта m_p2 по формуле:

(4)

где m_β — средняя квадратическая погрешность измерения β₁ и β₂, (обычно принимают m_β = 15"); ℓ — длина соответствующих сторон, км. Углы φ и ψ измеряют на плане с округлением до 1°. В результате предрасчета выбирают такие варианты, в которых погрешность m_p2 минимальна.

Полярный способ применяется на крупных карьерах, где участки горных работ значительно удалены от пунктов геодезической основы (до 3 км). Для измерения расстояний ℓ₁, ℓ₂, ..., ℓ₅ (рис. 3) (до вставляемых пунктов 1, 2, ..., 5) съемочного обоснования рекомендуется использовать светодальномеры или тахеометры, обеспечивающие СКП измерения длин не более 0,1 м. При измерении длин на пункте геодезической основы А устанавливается дальномер, а на определяемых точках отражатели.

Полярные углы β_i для каждой точки должны измеряться независимо дважды (от двух исходных направлений или от одного направления с измерением левого и правого углов). Расхождение между значениями определяемых дирекционных углов должно быть не более 45". Одновременно измеряют вертикальные углы для приведения измеренных расстояний к горизонту и определения высот. В измеренные линии также должны быть введены поправки за приведение к поверхности референц-эллипсоида и за редуцирование на плоскость проекции Гаусса.

Рисунок 3. Схема полярного способа

Теодолитные ходы прокладывают в виде разомкнутых или замкнутых полигонов на карьерах с вытянутым фронтом работ и широкими рабочими площадками уступов (рис. 4). Они должны удовлетворять условиям, приведенным в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Требования к теодолитным ходам при построении съемочной сети карьера.

Масштаб съемки	Максималь-ная длина хода	Длины сторон	Относительная погрешность измерения длин сторон	Допустимая угловая невязка в теодолитных ходах	Допустимая относительная линейная невязка хода
1:1000	2 км	100 - 300 м	1:1000	fβ = 30" , где n — число углов	1:3000
1:2000	2,5 км	100 - 400 м
1:5000	6 км

Измерение длин сторон производят в прямом и обратном направлениях компарированной лентой или рулеткой, дальномерными приборами и насадками, а также определяют косвенно или аналитически.

Измерения углов выполняют двумя полными повторениями или приемами теодолитами с точностью не ниже 30".

При обработке линейных измерений в измеренные длины вводятся необходимые поправки.

а

б

Рисунок 4 – Построение съемочной сети на карьере прокладкой теодолитных ходов: а – разомкнутые полигоны; б – замкнутый полигон.

Эксплуатационные сетки применяют для съемки верхних уступов при спокойном рельефе поверхности района работ. Эксплуатационная сетка представляет собой систему пунктов, закрепленных в вершинах квадратов или прямоугольников. Стороны сетки располагают по координатным осям плана либо параллельно (перпендикулярно) направлению подвигания фронта горных работ карьеров (рис. 5). Длины сторон отдельных квадратов или прямоугольников принимают от 50 до 200 м в зависимости от масштаба съемки и скорости подвигания уступов. Для съемки подробностей основные квадраты разбиваются на меньшие со сторонами, равными 5—40 м.

Плановое положение угловых точек главной (внешней) фигуры сетки на местности определяют по данным проекта от пунктов маркшейдерской опорной сети засечками, полярным способом или теодолитными ходами.

Вершины прямоугольников на сторонах главной фигуры находят по проектным длинам сторон прямоугольников. Второстепенные (заполняющие) пункты сетки, находящиеся на линиях, параллельных основным направлениям, определяют с помощью двух теодолитов способом пересекающихся лучей (перпендикулярной засечкой). Длины визирного луча при определении вершин сетки основных и заполняющих не должны быть более 800 м.

Правильность разбивки сетки проверяется контрольным провешиванием сторон или диагоналей сетки с помощью теодолита. Заполняющая сеть пунктов разбивается на участках ближайшей разработки; вершины прямоугольной сетки (основные пункты) закрепляются в натуре постоянными знаками, а заполняющие — временными. Линии прямоугольной сетки, перпендикулярные направлению фронта работ, могут быть использованы также для подсчета объемов выработанного пространства и решения других задач.

Рисунок 5. Эксплуатационная сетка

Способ профильных (створных) линий применяют при развитии горных работ в одном направлении с неподвижным положением одного из бортов карьера и небольшой глубине разработки. Он состоит в том, что на неподвижном борту карьера разбивают параллельные профильные линии, которые закрепляют минимум двумя постоянными створными пунктами (1—1', 2—2', 3—3', 4—4') (рис. 6). Координаты этих пунктов получают привязкой к пунктам опорной сети. Передние створные точки 1, 2, 3, 4 должны быть расположены на одной базисной прямой, перпендикулярной направлению профильных линий, и примерно параллельно простиранию бортов уступов карьера.

На створных точках устанавливают высокие вехи. При определении контуров снимаемых объектов на уступах в створе профильной линии (например, 2—2') на глаз или с помощью прибора вставляют точки съемочного обоснования В, А и т. д. Для получения координат вставляемых точек на них измеряют углы β₁, β₂, в прямоугольных треугольниках В32 и А32 вычисляют расстояния d_B, d_A. По расстояниям d_B, d_A и дирекционному углу профильной линии вычисляют приращения координат точек В и А. Расстояние от передних створных точек профиля до вставляемых точек на уступах должно быть не больше десятикратного расстояния между створными точками 2—2', 3—3' и т. д.

Рисунок 6. Схема способа профильных (створных) линий

Способ аналитической пространственной фототриангуляции наиболее эффективен на крупных карьерах, где широко используется аэрофотосъемка. В этом случае заранее производится маркировка (белыми геометрическими фигурами) точек съемочного обоснования, так чтобы их легко можно было опознать при камеральной обработке фотопленки. Фотоснимки, на которых отображены пункты опорной сети и определяемые точки (маркированные) съемочного обоснования, измеряют на стереокомпараторе, определяя их координаты в системе координат снимка. Затем (обычно на ЭВМ) вычислят их истинные координаты X, Y, Z.

Высотное съемочное обоснование создают путем определения высот всех точек планового съемочного обоснования. При необходимости закладывают постоянными знаками дополнительные реперы, располагая их в местах, обеспечивающих длительную сохранность (выездные траншеи, породные отвалы и т. п.).

Высоты съемочных точек определяют геометрическим нивелированием технической точности или тригонометрическим нивелированием, а также методом пространственной аналитической фототриангуляции.

Нивелирные ходы прокладывают между пунктами опорной высотной сети; при этом длина хода не должна быть более 4 км, разрешаются висячие ходы, проложенные в прямом и обратном направлениях. Техническое нивелирование производят при двух горизонтах прибора или с двухсторонней рейкой при одном горизонте, расстояние между рейкой и нивелиром допускается не более 150 м.

Невязка в нивелирных ходах (в мм) не должна превышать величины 50 (L — длина хода в одном направлении, км). Если на 1 км хода имеется более 15 штативов, то невязка (в мм) не должна превышать 12 (n — число штативов в ходе).

При тригонометрическом нивелировании превышения определяют дважды: в прямом и обратном направлениях или с двух различных пунктов с допустимым расхождением не более 0,04ℓ см, где ℓ - длина стороны в метрах. Невязка f_h в тригонометрическом ходе должна быть не более величины, определяемой по формуле

, где L — длина хода, м; n — число линий хода. (1)

При расстояниях от исходного пункта до определяемых тригонометрическим нивелированием более 700 м в превышения вводят поправки (со знаком « + ») за кривизну земли и рефракцию по формуле

f=0,42 d²/R, (2)

где d — горизонтальное проложение до определяемого пункта, м; R — радиус Земли, равный 6,37*10⁶ м.