Современные состояние методов фиксирования и контроля динамики земной поверхности территорий добычи сырья

Увеличивающийся объем информации о процессах горного производства, взаимосвязях и обусловленности их развития невозможен без применения кибернетики, теории систем, экономико-математических методов, вычислительной техники, информационно-вычислительных и автоматизированных систем.
Системный (комплексный) подход к решению проблем маркшейдерского дела и использование точных количественных методов и вычислительной техники при производстве маркшейдерских работ являются основными составными частями процесса автоматизации маркшейдерского обеспечения горных работ и создают качественно новые условия его реализации. Автоматизация в маркшейдерском деле является не только орудием самосовершенствования, но и поднимает на более высокий уровень все горное производство.
Одним из важнейших направлений развития системы маркшейдерского обеспечения горных работ является создание технической базы, которая позволила бы в полной мере использовать возможности электронно-оптической и вычислительной техники, экономико-математических методов, информационной технологии для повышения эффективности учета и контроля за горными работами и обоснованности принимаемых решений.
Другим направлением системы маркшейдерского обеспечения является создание маркшейдерского информационного обеспечения как объекта интерпретации на основе пакета данных, обеспечивающего устранение неоправданного дублирования, снижения издержек и комплексное использование однократно собираемых данных.
1 Маркшейдерские работы. Общие сведенияМаркшейдерские работы представляют собой набор измерений, расчетов, геометрических построений, необходимых для создания технических планов, маркшейдерских проектов и подготовки документации, при добыче полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений.
Главная цель маркшейдерских работ — исследовать месторождение. Квалифицированный инженер должен выяснить объемы залежи, специфику породы и грунта, установить размеры фракций и прочие критерии, спрогнозировать риски при освоении месторождения.
В комплексе маркшейдерские работы помогают решить различные инженерно-технические задачи, с которыми приходится сталкиваться на всех этапах разработки полезного ископаемого. От их качества зависит безопасность и эффективность функционирования горного предприятия, поэтому исследование может выполнять только специалист — маркшейдер. К его помощи прибегают не только при решении нужд горнодобывающей отрасли, но и во всех других случаях, когда требуется вести строительство под землей.
Чтобы проверить, насколько правомерно осуществляется использование недр, проводится маркшейдерский аудит. Его выполнение позволяет определить, как соблюдаются законодательные нормы и требования, корректно ли оформлена документация. Например, соответствует ли проект существующим технологическим и правовым нормативам.
Процедура аудита подразумевает сбор и анализ сведений, относящихся к условиям реализуемой деятельности. Консолидируется информация об участках, количественные и качественные характеристики территории, данные о расположенных поблизости объектах инфраструктуры.
Маркшейдерские работы – это сложный многоуровневый процесс, организация которого требует предельно точных замеров и экспертиз. К основным мероприятиям в составе данного вида услуг принято относить:
наблюдение за сооружениями и природными объектами, которые находятся в зоне влияния разработки;
построение опорных и съемочных маркшейдерских сетей;
вынесение в натуру проектных данных подземных объектов и сопутствующей инфраструктуры;
замеры геометрических параметров залежей и определение их объемов;
мониторинг движения пород, отслеживание деформаций, устойчивости горных выработок;
обоснование границ горных отводов;
ведение документации;
выявление опасных зон и подготовка мероприятий по контролю над безопасностью процесса;
отборы проб и лабораторные испытания.
Стоит отметить, что характер, объем и содержание услуг маркшейдера может иметь свои нюансы в зависимости от геологических условий и нахождения месторождения.
Порядок выполнения действий:
подготовка проекта предстоящих разработок;
рекогносцировочное исследование;
полевой этап;
вычисление и математическая обработка результатов измерений;
составление чертежей и отчетов.
Все работы производятся современными маркшейдерскими приборами с применением новейшего измерительного, вычислительного оборудования и специализированного программного обеспечения.
Группа компаний выполняет следующие виды работ:
Пространственно-геометрические измерения горных выработок, определение их параметров, местоположения и соответствие проектной документации;
наблюдение за состоянием горных отводов и обоснование их границ;
съемка акваторий и русел рек с применением гидролокатора и составлением планов изогипс дна водоемов;
учет и обоснование объемов горных разработок;
составление и ведение горной графической документации;
съемка и обновление планов земной поверхности;
контрольный пересчет объемов извлеченной горной массы;
производство контрольных съемок карьеров (участков открытых горных работ)
съёмка выработанного пространства и бортов карьеров для проведения контрольного подсчёта объёмов вынутых горных пород (вскрыша и добыча)
съёмка внешних отвалов и складов полезного ископаемого с целью определения объёмов и сравнения их с учетными данными,
разовая съёмка карьера (участка карьера) для проверки (уточнения) планового и высотного положения бортов карьера, конфигурации горных выработок, отметок дна карьера, в целях подготовки материалов для проведения ревизии запасов;
создание трёхмерных моделей карьеров и др. объектов открытых горных работ по материалам заказчика;
вынос в натуру проектных параметров производственных объектов
разработка проектов производства маркшейдерских работ.
съемка рельефа дна водоемов
съемки акваторий и русел рек с применением гидролокатора и составлением планов изогипс дна.
2 Применение гирокомпасовИспользование гироскопов в геофизических и геологических приборах возможно лишь благодаря выдающимся советским учѐным и инженерам таким как Б. И. Никифоров, Б. К. Викулин, А. З. Туниманов, В. Н. Лавров, В. В. Шатихин, П. А. Ильин, И. Я. Стариков, А. И. Королѐв и др. Бесценные труды этих великих людей позволили быстро и беспрепятственно вывести гироскопические приборы, предназначенные для геологических и геофизических исследований, из стадии опытных разработок и внедрить их в широкомасштабное производство, [2, с.121].
Наиболее достоверные сведения о запасах полезных ископаемых можно получить в результате проведения разведывательных работ методом бурения скважин. С этой целью в районе, предназначенном для исследования, в нескольких точках выбранной площади производят бурение скважин, из которых на разной глубине берут для анализа пробы грунта. Однако вследствие различной твѐрдости пород, через которые проходит скважина, ее ось, как правило, отклоняется от запроектированного направления.
Искривление скважины, вызывая усложнение работ, не позволяет составить правильного суждения о количестве запасов полезных ископаемых, залегающих в данном районе. Действительно, предположим, что при бурении скважины (рис. 1) сверло наткнулось на гранитный валун К и вследствие этого отклонилось от запроектированного направления ZZ1. Дальнейшее углубление скважины будет производиться теперь вдоль прямой CD, и вынутые из нее пробы грунта не будут включать в себя породы пласта М, содержащего полезные ископаемые.
Рис. 1. Схема искривления буровой скважины
Поэтому для составления ясного суждения о характере искривления скважины необходимо было знать значения обоих углов α и β. Для замера последних было создано большое количество приборов, называемых инклинометрами, в основе которых лежало использование магнитной стрелки н маятника. Однако они не могли в полной мере удовлетворить возросшим требованиям современных задач, так как магнитная стрелка, реагируя на залежи железных масс, искажала действительную величину угла α. Одновременно требовалось значительное время выдержки прибора в неподвижном положении, необходимое для успокоения колебаний магнитной стрелки и маятника.
Все это удлиняло контроль и не позволяло производить его автоматически по всей глубине скважины. Вот почему приборостроители и при решении данной проблемы обратились к свойствам гироскопа. В Советском Союзе, Чехословакии и ряде других стран появились гироскопические инклинометры, из которых лучшие результаты показал экспонировавшийся на Брюссельской выставке советский гироинклинометр завода «Геологоразведка». Время геологического исследования района можно значительно сократить, устанавливая магнитометр на самолете. Но для этого необходимо, чтобы площадка П сохраняла неизменно перпендикулярное положение по отношению к направлению вектора напряженности магнитного поля Земли.
Стабилизация этого положения и осуществляется с помощью гироскопа, ротор которого вращается вокруг оси АА1, в гирокамере ВК. Гирокамера, как и в обычном гироскопе с тремя степенями свободы, монтируется по оси ВВ1, в наружном кольце подвеса НК, которое по оси СС1, устанавливается в корпусе К прибора. С помощью рычагов Рc и Рв площадка П так связана соответственно с наружным кольцом НК и камерой ВК гироскопа, что его главная ось АА1, всегда остается параллельной продольной оси основного феррозонда. [7, с.50]
Сигналы, снимаемые с дополнительных зондов, поступают на устройство D, смонтированное на гирокамере ВК, с помощью которого создают воздействующие на гироскоп внешние моменты аналогично тому, как это было рассмотрено в § 27 (рис. 85), [2, с.98]. Только управление устройствами, создающими внешние моменты, осуществляется теперь не маятниками, а непосредственно дополнительными феррозондами З.
Как только ось основного зонда отклонится от вектора напряженности магнитного поля, так сразу же сигналы, снимаемые с дополнительных феррозондов, поступят на устройство D, которое и создаст внешние моменты. Действие последних на гироскоп будет вызывать его прецессионное движение в таком направлении, в результате которого ось АА1, а следовательно, и ось основного зонда придут к совмещению с вектором напряженности магнитного поля Земли.
В этот момент сигналы, снимаемые с дополнительных зондов, станут равными нулю, и прецессия гироскопа прекратится. Как видим, гироскопический стабилизатор обеспечивает непрерывное совмещение своей главной оси AA1, а вместе с ней и продольной оси основного феррозонда магнитометра, с вектором напряженности магнитного поля. По отклонениям этого вектора от направления, зафиксированного на магнитных картах, и определяют наличие в недрах Земли данного района залежей полезных ископаемых, [2, с.124].
Техническая мысль настойчиво искала методы для контроля направления буровых скважин. Сложность решения проблемы обусловливалась тем, что искривление скважины могло происходить поп произвольным углом β к вертикали ZZ1, причем плоскость Q этого искривления могла быть расположена под любым углом α к меридиану NS. [6, с.196]
Поэтому для составления ясного суждения о характере искривления скважины необходимо было знать значения обоих углов α и β. Для замера последних было создано большое количество приборов, называемых инклинометрами, в основе которых лежало использование магнитной стрелки н маятника. Однако они не могли в полной мере удовлетворить возросшим требованиям современных задач, так как магнитная стрелка, реагируя на залежи железных масс, искажала действительную величину угла α. Одновременно требовалось значительное время выдержки прибора в неподвижном положении, необходимое для успокоения колебаний магнитной стрелки и маятника. Все это удлиняло контроль и не позволяло производить его автоматически по всей глубине скважины.
Вот почему приборостроители и при решении данной проблемы обратились к свойствам гироскопа. В Советском Союзе, Чехословакии и ряде других стран появились гироскопические инклинометры, из которых лучшие результаты показал экспонировавшийся на Брюссельской выставке советский гироинклинометр завода «Геологоразведка».
Использование гироскопа в горном деле не ограничивается приведѐнными примерами. В настоящее время он получает всѐ большее распространение и при маркшейдерских работах, проводимых с целью согласования направлений подземных разработок с рельефом местности и размещением сооружений на поверхности земли. Недостатки геометрического метода определения азимутальных направлений в шахте заставили маркшейдеров уже на первом своем всероссийском съезде в 1913 г. поставить вопрос об использовании для целей ориентирования шахт гироскопического компаса. Однако осуществление этой идеи было не под силу промышленности царской России. Только при Советской власти были созданы отечественные образцы маркшейдерских гирокомпасов, показавшие высокую точность при работе в шахтах. В основе маркшейдерского гироскопического компаса лежит тот же принцип, что и у морского гирокомпаса, однако конструктивно он выполнен в значительно меньших габаритах. Кроме того, в маркшейдерских гирокомпасах широкое распространение получили гироскопические устройства, выполненные по схеме гирокомпаса Фуко. Основание маркшейдерского компаса выполнено в виде треноги, снабженной отвесом для фиксирования на площадке местоположения точки подвеса гироскопа. Наружное кольцо гирокомпаса имеет шкалу, по которой производится определение направления плоскости меридиана. Для большего удобства пользования на гирокомпасе смонтирована оптическая труба для определения азимутальных углов, составляемых направлениями тех или иных выработок в шахте с плоскостью географического меридиана.
Описанная конструкция маркшейдерского компаса удобна для переноски в шахте и не требует остановки еѐ работы на время определения направления плоскости географического меридиана, [2, с.127].
Заключение Исходя из вышеизложенного материала, придѐм к выводу, что гироскопический эффект играет значительную роль в жизнедеятельности человека и позволяет ему намного быстрее справиться с техническими задачами. Изучив теоретические сведения о гироскопе, мы перешли к его рассмотрению в практическом применении на примере горного дела. Обычный с виду прибор, позволяет проводить самые разнообразные, но при этом предельно точные измерения, необходимые для геологических и геофизических исследований.
Таким образом, гироскоп, несмотря на свою кажущуюся простоту и наглядность, является ещѐ далеко не изученным объектом исследования физики и теоретической механики. Но, несмотря на всѐ это, та область знаний, которой мы уже обладаем, достаточным образом удовлетворяет человеческие потребности, как в повседневной жизни, так и во многих отраслях народного хозяйства. Неопределѐнность знаний и сведений о гироскопических явлениях и процессах даѐт оптимистические ожидания и твѐрдую уверенность в дальнейшем освоении и решении многочисленных проблем нашего необъятного мира.
На маркшейдере лежит ответственность за соблюдение всех проектных параметров систем разработки полезного ископаемого, всех параметров и деформаций зданий и сооружений в шахте и на поверхности горного предприятия. Помимо определённых 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 учётом движения и состоянием запасов полезного ископаемого (вскрытые, подготовленные и готовые к выемке запасы), учётом потерь и разубоживания полезного ископаемого.
Маркшейдерская служба на горном предприятии также следит за процессом сдвижения горных пород на бортах карьера, отвалах пустых пород, и при необходимости предпринимает меры для предотвращения сдвижения горных пород, либо о предотвращении дальнейших горных работ. Смежная профессия в наземном строительстве — инженер-геодезист.
Список использованной литературы 1. Карман Т., Био М. Математические методы в инженерном деле // Перевод с английского М. Г. Шестопала под редакцией А. М. Лопшица, издание второе – Москва, Ленинград: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1948. – 424 с.
2. Павлов В. А. Гироскопический эффект, его проявления и использование. 5-е изд., перераб. и доп. – Л.: Судостроение, 1985. – 176 с., ил.
3. Павлов В. А. Теория гироскопов и гироскопических приборов. 2-е изд., испр. И доп. – Л.: Судостроение, 1964. – 497 с., ил.
4. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Учеб.пособие: Для вузов. В 5 т. Т. I. Механика. – 4-е изд., стереот. – М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2005. – 560 с. – ISBN 5- 9221-0225-7; 5-89155-078-4.
5. http://moryak.biz/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=306
6. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ В ТРУДАХ ДЕКАРТА. Дагирманова Д.М., Ягафарова Х.Н. В сборнике: Материалы 42-й Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов сборник научных трудов в 2 томах. 2015. С. 194-199.
7. СОВРЕМЕННЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА СИЛЫ ИНЕРЦИИ Ашин М.С., Ягафарова Х.Н. В сборнике: Материалы 41-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Уфимский государственный нефтяной технический университет. 2014. С. 49-52.