Исследование влияния внешних условий на методику производства маркшейдерских работ на высокогорных южных карьерах (на примере Айнак, ДРА и Кальмакыр, СССР)

Актуальность темы

".

После победы Апрельской революции 1978 года и образования Демократической республики Афганистана /ДРА/ перед экономикрй страны встали грандиозные задачи индустриализации народного хозяйства. Важную роль в решении этой задачи играет освоение сырьевой базы страны путем строительства новых горных предприятий! Основное значение в интенсификации горнодобывающей промышленности ДРА имеет развитие открытого способа добычи полезных ископаемых, ввод в эксплуатацию крупных карьеров.

Совместными работами афганских и советских геологов на территории ДРА открыты крупные месторождения меди: Айнак, Дарбанд, Джа-вхар^ крупнейшее месторождение железных руд Хаджигек, большие месторождения барита в провинциях Герат и Бамиан и др1. На этих месторождениях полезных ископаемых проектируется строительство больших карьеров с использованием современного горнодобывающего и транспортного оборудования.

Все проектируемые карьеры расположены высоко в горах, на отметках I500-S000 м и более над уровнем моря, при этом климат рассматриваемого района характеризуется высокой солнечной радиацией, жарким продолжительным летним и коротким зимним периодами. Одно из крупнейших месторождений с первоочередным освоением является Айнаксков, особенности маркшейдерских работ при разработки которо-1j го служ^ предметом рассмотрения данной диссертации.

Горнодобывающая промышленность ДРА в настоящее время представлена рядом небольших карьеров, разрабатывающих сырьё для цементных заводов и месторождения ценных минералов-лазурита, арагонита и др. Маркшейдерское обслуживание этих предприятий было основано на привлечении иностранных специалистов и ведётся нерегулярной Поэтому со всей актуальностью перед национальной промышленностью ДРА встат задача обоснования рациональной методики производства маркшейдерских работ на проектируемых карьерах с учётом специфики местных природных условий.

Маркшейдерскому обслуживанию горнодобывающей промышленности ДРА посвящено несколько печатных трудов, в основном, советских учёных — см" f4″ ], а также кандидатская диссертация Анвари X., посвященная разработке методики маркшейдерского обеспечения открытых горных работ меднорудного месторождения «Айнак» /Ш", 1984 г./. Однако, в этих работах слабо отражены вопросы учёта влияния внешней среды на точность маркшейдерских работ.

Цель работы г.

Основной целью диссертационной работы является совершенствование методики маркшейдерских работ на основе исследования влияния внешней среды на точность прецизионного геометрического и тригонометрического нивелированиям Для выявления факторов, обуславливающих возникновение ошибок при производстве прецизионного геометрического нивелирования на уступах карьеров, необходимо исследовать метеорологические условия внутри карьерного поля, величину термического дрейфавизирного луча нивелира и влияние нивелирной рефракции. Точность тригонометрического нивелирования в значительной степени зависит от учёта влияния вертикальной рефракции. Поэтому необходимо исследовать вертикальную рефракцию в специфических условиях карьеров и выявить факторы, обуславливающие величину коэффициента рефракции!

Также необходимо исследявать отражательную способность горных пород и минералов месторождения для обоснования выбора фотограмметрического оборудования и повышения информативности материалов фототеодолитной съёмки. Изучить вопросы, относящиеся к методике съёмки уступов карьеров различными способами, оценки точности rr подсчёта объёмов полезного ископаемого, методику маркшейдерских работ при проведении траншей и др.

Метода исследований.

Обобщается опыт исследований по влиянию рефракций на точность прецизионного геометрического и тригонометрического нивелирования, выполненных как в Советском Союзе, так и в других странах. Определены основные направления современных исследований в области учёта рефракции на точность инструментальных наблюдений.

Широкое применение нашли лабораторные эксперименты, относящиеся к исследованию термического дрейфа визирного луча нивелиров, определению отражательной способности горных пород и минералов, пробному фотографированию образцов месторождений Айнак и Кальмакыр.

Основным методом исследований являлись натурные наблюдения на месторождении-аналоге Кальмакыр АГМК /СССР/. Наблюдения выполнялись для определения нивелирной рефракции в летний и зимний периоды, для изучения влияния вертикальной рефракции на точность тригонометрического нивелирования на карьерах. Производились опытные маркшейдерские съёмки участка карьера и откоса уступа различными способами, а также пробное фотографирование бортов уступов карьеров•.

Математическая обработка результатов наблюдений за рефракцией выполнялась на ЭВМ МИР-2 ?С-Ю35 с привлечением методов математической статистики1. При обработке материалов опытных съёмок использован аппарат формул теории ошибок-.

Защищаемые научные положения.

1<. Обоснование методики наблюдений за нивелирной рефракцией в условиях южных высокогорных карьеров.

2. Экспериментальные подтверждения возможности применения jctf^ временных теорий для прогнозирования влияния рефракции на точность взятия отсчётов нивелиром по рейке.

3! Рекомендации по уменьшению влияния рефракции на точность прецизионного геометрического нивелирования, выполняемого на уступах карьеров.

4v Методика учёта влияния вертикальной рефракции на точность триt гонометриче ского нивелирования в условиях южных высокогорных карьеров1.

5V Выбор фототеодолита для карьера Айнак /ДРА/ с учётом повышения информативности материалов фототеодолитвой съёмки.

6'. Выбор наиболее рационального способа съемки подробноств^на карьере и создание сети пунктов рабочего обоснования".

7″ Аналив маркшейдерского обеспечения при проведении специальных работ, в частности контро! зЬза проведением траншей.

Научные результаты и их новизна.

Г. $зучено распределение метеорологических параметров внутри карьерного поля и в припочвенном слое воздуха на уступах применительно к условиям южных высоковорных карьеров'. Выявлена неравномерность термического поля над площадками уступов1. Рекомендована методика наблюдений за нивелирной рефракцией, учитывающая расположение реперов наблюдательной станции для определения деформации бортов карьера.

2i. По наблюдениям за суточным ходом нивелирной рефракции установлена корреляционная связь между изменением отсчёта по рейке и величиной вертикального температурного градиента, йсследоваt v ние термического дрейфа визирного луча нивелира позволило выявить собственно влияние рефракции на изменение отсчёта. Сопоставление результатов наблюдений за ходом нивелирной рефракции с величинами ожидаемых изменений отсчётов" рассчитанных на основе современных теорий, показывает возможность применения таких теорий при обработке наблюдений на карьерах.

3″ Установлено, чзго ошибки определения превышений прецизионным геометрическим нивелированием на карьерах, вызванные влиянием ' Г рефракции, могут достигать значительной величины /до 0,9Еш/- Наибольшее влияние нивелирной рефракции проявляется при расположении реек и прибора вблизи верхней бровки или возле откоса вышележащего уступа. Для уменьшения этого влияния разработаны рекомендации методического характера, учитывающие суточный ход рефракции, наиболее благоприятное время года и конструкцию нивелирных ходов.

4. На основе исследования суточного хода вертикальной оеФтзакции установлено при тригонометрическом нивелировании на карьерах-значительное отклонение полученных коэффициентов рефракции от стандартного значения, принятого в геодезических сетях. Выявлена зависимость коэффициента рефракции в условиях карьеров от зенитного расстояния и длины наблюдаемой линии. Предложена методика учёта влияния вертикальной рефракции на точность тригонометрического нивелирования на карьерах с использованием коэффициентов рефракции.

5. Исследование отражательной способности образцов горных пород и минералов меднорудного месторождения Айнак, а также пробное фотографирование этих образцов позволили разработать рекомендации по выбору фототеодолита для карьера, проектируемых на названном месторождении. Применение фототеодолита типа Фотео 1318 с жёлтым светофильтром должно способствовать повышению г, информативности матевиа^ов фототеодолитной съёмки с точки зрения геологии. Использованная методика была затем испытана в условиях меднорудного месторождения Кальмакыр АГМК. Результаты пробного фотографирования бортов уступа карьера Кальмакыр подтверждают возможность повышения информативности материалов фототеодолитной съёмки на основе изучения отражательной способности горных пород-.

Практическая ценность.

Практическая ценно сть^значение работы заключается в обосновании методики некоторых маркшейдерских работ на ©-жных карьерах в условиях высокогорья. Содержатся рекомендации по уменьшению влияния рефракции на точность прецизионного геометрического и тригонометрического нивелирования на карьерах. Изложен подход к определению типа фототеодолита применительно к конкретным условиям меднорудного месторождения! Рассмотрены ошибки подсчёта объёмов экскаваторных заходок на основе сопоставления материалов съёмок участка карьера, выполненных различными способами! Разработаны рекомендации по созданию опорных сетей на территории месторождения АЙнак с учётом комбинированного способа разработки месторождения! Содержатся предложения по методике создания съёмочного обоснования и съёмке подробностей, а также при маркшейдерском обслуживании проведения траншей на карьере Айнак.

Личный вклад автора.

Iu Выполнение всех видов лабораторных исследований и натурных наблюдений в разнообразных физико-географических условиях. Общий объём полевых работ составил 180 дней. 2и Соискателем впервые выполнен значительный объём исследований, посвященных определению влияния рефракции на точность марку/ шейдерских работ применительно к условиям южных высокогорных карьеров.

3w Математше екая обработка материалов наблюдений, в том числе с использованием формул математической статистики на ЭВМ МИР-3 и ЕС-1035.

4и Разработка рекомендаций по уменьшению влияния рефракции на точность маркшейдерских работ на карьерах, по определению оптимальных условий фотографирования и по методике маркшейдерских работ на карьере Айнак.

Реализация результатов исследования.

Полученные в работе выводы и рекомендации методического характера по уменьшению влияния рефракции на точность прецизионного геометрического и тригонометрического нивелирования могут быть использованы в условиях южных высокогорных карьеров как в СССР, так и за рубежом. Разработанные рекомендации по методике маркшейдерских работ на карьере Айнак могут служить основой при проектировании такого рода работ на других карьерах для месторождений полезных ископаемых ДРА.

Апробация работы.

Научные положения диссертации основаны на использовании материалов натурных наблюдений и лабораторных экспериментов:. Материалы диссертации докладывались на научно-технических конференциях в Ленинградском инженерно-строительном институте в 1984 и 1985 годах, на научно-технической конференции в Ростовском инженерно-строительном институте в 1984 г. и на научно-технюееких конференциях в Ленинградском горном институте в 1983, 1984 и 1985 годахи.

Публикации.

Опубликована статья «Выбор методики наблюдений за нивелирной рефракцией в кн. «Геодезия и фотограмметрия», сб. научных трудов, Ростов-на-Дону, изд. РИСИ, 1984 г., с.38−43 (соавтор Беспалов Ю.И.).

Принята к опубликованию статья: «Определение объёмов горной массы при открытых разработках», сборник научных трудов «Маркшейдерское дело и геодезия», изд. ЛГИ, 1986 г.

Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность своему второму научному руководителю, профессору Кротову Гавриилу Алексеевичу.

Автор благодарит проф. 1усева Н.А., цроф. Стенина Н. И., проф. Ушакова И. Н., проф. Коробкова С. А., проф. Павлова В. И., д.т.н. Рых-люка Е.И., доц. Павдула И. С., с.н.с., к.т.н. Вохменцева А. Я. и других сотрудников ЛГИ и Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ) за оказанное внимание и помощь.

J3.

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.

I'* Исследование отражательной способности горных пррод меднорудного месторождения Айнак и пробное фотографирование образцов горных пород этого месторождения позволяют сделать вывод о целесообразности выделения длинноволновой части спектра для повышения информативности материалов фототеодолитной съемки. 2! Опытное фотографирование уступов карьера Кальмакыр с выделением длинноволновой части спектра подтверждает возможность использования результатов лабораторных исследований для прогнозирования условий съемки на проектируемых карьерах. ДРА'. Для съёмки карьеров на месторождении Айнак целесообразно использовать фототеодолиты с желтыми светофильтрами /типа «Ротео-1318», Ю. Цейсс, ГДР/.

3! Результаты предрасчёта, выполненного на основании материалов главы 2, показывают, что вертикальная рефракция не оказывает существенн ого влияния на точность тригонометрического нивелирования при тахеометрической съёмке. 4. По результатам экспериментальных съёмок, выполненных на карьере Кальмакыр АГМК установлено, что расхождение результатов подсчёта объёмов горной массы, по материалам ординатной съёмки и способов, основанных на оптическом измерении расстояний, не превышают допусков, данных в /59/. Следовательно, рефракция не оказывает существенного влияния на точность тахеометрической съёмки. 5. Результаты экспериментальных: съёмок подтвердили возможность использования способа ординат, тахеометрического и стереофото-грамметричемкого для съёмки южных высокогорных карьеров. Все перечисление способы обеспечивают точность, удовлетворяющую требованиям инструкции /597. бь Наземная стереофотограмметриче екая съёмка рекомендуется в качестве основного способа для проектируемого карьера Айнак. Тахеометрическая съёмка может применяться на начальной стадии освоения месторождения и для съёмки «мертвых пространств». 7. Основное влияние на точность подсчёта объема горной массы имеет систематическая ошибка определения положения бровки уступов карьеров.

8'.Наземная стереофотограмметриче екая съёмка позволяет получить над иболее точные значения объемов горной массы.

ГЛАВА 4* НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ СЪЁМОЧНЫХ л РАБОТ НА КАРЬЕРАХ В УСЛОВИЯХ АФГАНИСТАНА.

4.1. Обоснование реконструкции опорной сети 4 класса I разряда*.

Для производства маркшейдерских съёмок на карьерах Афганистана нами принимаются основные положения Инструкции, принятой в СССР, пр производству маркшейдерских работ /59/.

Учитывая некоторые специфические особеннастя природных и горных-геологических условий /высокие температуры, сложный высокогорный рельеф, комбинированный способ разработки месторождения/, возникает необходимость рассмотрения более подробно некоторых положения маркшейдерских работ с учётом специфических условий Афганистана в целом и Айнакского месторождения<,^^е|0т.

В соответствии с Инструкцией опорные сети карьеров состоят из пунктов государственной геодезической сети 1−4 ккассов и сетей сгущения I и 2 разрядов. В связи с тем, что месторождение Айнак будет разрабатываться двумя спосрбамиоткрытым и подземным, возникает необходимость выполнения сложных маркшейдерских работ, требующих высокой точности /проведение вертикальных и горизонтальных сбоек встречнымярб забоями и др. Так, например, в соответствии с проектом горных работ предполагаемся проходка около десяти вертикальных стволов .

В соответствии с Инструкцией /5%J ошибка проведения встречными забоями вертикальных выработок не должна превышать 0.30м.

Учитывая, что триангуляционная сеть 4 класса в рамках Айнакского месторождения создавалась на первой стадии производства геологоразведочных работ и к тому же некоторые пункты 4 класса и большинство пунктов I и В разрядов утрачены, возникает необходимость реконструкции сетей 4 класса и I разряда с целью увеличения точности их положения и приближения пунктов 4 класса к основным объектам, связанным со вскрытием и разработкой месторождения.

В качестве опорных пунктов для развития сети триангуляции 4 класса приняты пункты сети 2 и 3 класса, существующих неподалеку от месторождения Айнак /см. рис.4/^ Предлагаемая сеть пунктов триангуляции 4 класса /Дербану* Тагар, Джавхар, Обпаран/ обеспечивает территории центрального и восточного участков месторождения. Они могут быть использованы как опорная сеиь карьеров и подземных выработок/ и как основа развития сети I разряда непосредственно на территории центрального карьера с пунктами 1,2,3,4,5"6 /рис.4.1/. Из рисунка видно, что пункты 4 класса на месторождении максимально приближены к границам карьера и проектируемым вертикальным стволам.

Предрасчёт точности элементов геодезической сети триангуляции 4 класса выполняется параметрическим способом J/&J следующим образом:

Получаем относительныз ошибки стороны Дербант-Тагар, найти ошибки Мх для Дербант-Тагара и Мктсъа^, rctsa/ь Согласно инструеции /" 58>7 гу)^ для 4 класса равна 2″, тогда по формуле jy в ±, «,) решая задачу предрасчёта точности триангуляции 4 класса, можно получить следующие значения:

I. В таблице 4.1 приведены расстояния Sn-i и их дирекционные углы 21. Коэффициенты и вычислены по формуле Z.06ZSS' HnoLn-i Sf)-i (км) Z.06&65-ССЬ<�А n-i.

Определение, а и $.

Сторона oL •S, км mat со.

I 2 3 4 5 6.

А-2 223°00 3.98 -0.68 199 -0,73 135 -0.353.

А-В 190.30 2.77 -0.17 365 -0,98 481 -0.129.

А-С 144.30 3.20 +0,58 070 -0.81 412 $ 0374.

A-I 84.00 4.10 +0,99 452 +0.10 453 +0.500.

В-2 265.00 2,21 -0.99 619 -0.8 716 -0.929.

В-С 1 87.30 2.37 +0.99 905 +0.4 362 +0.869.

2−1 63.30 7.54 +0.89 493 +0.44 619 +0.245.

2−3 94.00 7.43 +0.99 756 -0.6 976 +0.277.

C-I 36.00 3-.72 +0.58 778 +0.80 902 +0.326 с-а 71.00 3,62 +0.94 552 +0.32 557 +0.359 с-з 106.00 2,96 +0.96 126 -0.27 564 +0.669 d-1 326.30 2,19 +0.55 194 -0.83 389 -0.519.

1−3 — 171.00 3,88 +0.14 781 -0,98 902 +0.079 с (-ъ — 195.30 2,08 -0.2672″ -0,96 363 -0.265.

Пункты.

Сторона 8 9 Координаты, А м Ум.

II.

А-а.

А-В А-С A-I В-2 в-с 2−1 2−3 C-I c-d с-з d-1 1−3 d-з.

0.379 +0.733 +0.525 -af053 +0.081 -0.038 -0.122 +0.019 -0.449 -0.186 +0.IS2 -0.785 +0.526 +0.956 1.

2 3 A В с 4.

4.0500 720.0 228.0 3640.0 930.0 1038.0 2250.0.

7065.0 280.0 7695.0 2980.0 2480.0 4855.0 8255.0 f ! NN I.

5″ I со.

I i я v.

1 Для удобства составления параметрических уравнений сделан рис.^Х.

3'. В таблице 4.2 приведены параметрические уравнения следующего вида а/ При взаимно-обратных направлениях по стороне между определяв мыми пунктами a".i + Ъ-i fynЯп-1 fxi tyc +hn.c — ^ n (а с с €ес.ом ь x { м б/ При взаимно-обратных направлениях по стороне между опре деляемым пунктом /Ь и исходным пунктом L весом р=+1.

— i fan+^n-C tyn + hn-i = Vn-L.

Ы).

4. В верхней половине таб.4 записаны коэффициенты параметрических уравнений вида r*j" fx* - - •.

•• -Qnrr, Ым = V.

Суммарные уравнения, которым приписан вес Р= - г-^г, где/7"-число отнаблюдаемых направлений с пункта П. 5. В нижней половине табл. 4.3 приведены коэффициенты суммарных уравнений после их приведения к весу Р=-1. Мы все коэффициенты и контрольные суммы 2 умножили на Пп '. Значения ^/Лу On' приведены в табл.4.4.

6'. Вычисление коэффициентов матрицы системы нормальных уравне.

Коэффициента параметрических уравнений.

Строка -1 А — —г — 1 -. .——-¦¦ - ¦¦ - —— i ¦ ¦. В — ?

Ув.

I 2 3 4 5 6 7 8.

А-2 -0.353 +0.379.

А-В -0.129 +0.733 +0.129 -0.733.

А-С +0.374 +0.525 -0.374 -0.525.

A-I +0.500 -0.053.

В-3 -0.929 +0.081.

В-С: +0.869^0.038 -0.869 +0.038.

C-I -4 +0.326 -0.449.

С-0 +0.359 -0.186 -0.359 с-з +0.669 +0.192.

— I -0.519.

— 3 | 1 -0.265.

0.392 +1,584 +0.069 -0.690. +0.III -0.930 ¦ -I.I43 j.

Продолжение Таблица 4.2.

L Z Р j.——.

9 ю II 12 13.

А-2 +0.026 +1.

А-В «0.000 +1.

А-С 0.000 +1.

A-I +0.447 +1.

В-2 -0.848 +1 в-с 0.000 +1.

C-I -0.123 +1.

С-0 0.000 +1 с-з +0.861 +й.

— I -1.304 +1.

— 3 >0.691 +i.

30.357 j j «'-0.250 -0.250.