Опорные, съемочные сети и работы на карьерах
|
Основные задачи маркшейдерской службы при открытой разработке месторождений полезных ископаемых заключаются в определении плановых объемов добычи и вскрыши; составлении горной графической документации, обеспечивающей нормальную деятельность предприятия; участии в планировании буровзрывных работ; проведении контроля по соблюдению параметров систем разработки и размеров сооружений; осуществлении учета добычи полезного ископаемого, объема пород вскрыши, движения запасов потерь и разубоживания полезного ископаемого; проведении наблюдений за сдвижением бортов карьеров и разработке мероприятий по их укреплению. Результаты маркшейдерской съемки используются для составления календарных планов развития горных работ, изучения геологического строения месторождения, подсчета промышленных запасов, определения потерь и разубоживания полезного ископаемого, решения различных задач, связанных с деятельностью эксплуатационных участков, и др. Объектами съемок на карьерах являются: - бровки уступов, съездов, разрезных траншей, разведочные, дренажные и буро-взрывные выработки, нагорные водоотводные канавы и пр.; - контакты висячего и лежачего боков с полезным ископаемым, тектонические нарушения, границы участков с различными сортами руд или различной зольностью угля, точки опробования, границы оползней и т. п.; - сооружения промплощадки, подъемники, эстакады, транспортные пути в карьере, на отвалах, подъездные пути, линии электропередач, пульпопроводы и т. п.; - затопленные выработки, пустоты от подземных работ, зоны пожаров и т. п. Маркшейдерские опорные сети для обслуживания месторождений открытым способом разработки строятся в соответствии с требованиями, предъявляемыми к опорным сетям на земной поверхности на территории экономической заинтересованности горного предприятия. В них могут включаться пункты триангуляции и трилатерации 1, 2, 3 и 4 классов, полигонометрии 1 и 2 разрядов. В качестве опорного обоснования для съемочных сетей карьеров могут использоваться реперы нивелирных ходов I, И, III и IV классов.  В развитии опорных маркшейдерских сетей должна соблюдаться следующая последовательность: вначале создается сеть за пределами проектного контура карьера, затем по мере развития горных работ на бортах, а иногда и внутри карьера закладываются опорные пункты, называемые подходными и служащие для создания съемочной сети. Подходные пункты в зависимости от конфигурации карьера, условий местности, способа вскрытия и наличия технических средств могут быть определены методом триангуляции или полигонометрии. Метод триангуляции используется в тех случаях, когда существует хорошая видимость с опорных на подходные пункты. В этих случаях чаще всего применяют вставку в жесткий угол одного или нескольких пунктов (рис. Х.1), построение цепи треугольников между двумя твердыми пунктами (рис. Х.2) и построение геодезического четырехугольника. При построении цепей треугольников не допускается более пяти фигур. Причем углы в треугольниках не должны быть менее 30° в цепях и менее 20° в геодезических четырехугольниках.  В тех случаях, когда отсутствует видимость между определяемыми (подходными) и опорными пунктами и земная поверхность удобна для линейных измерений, целесообразно использование для создания подходных точек метода полигонометрии. Если для линейных измерений возможно применение свето- или радиодальномеров, то полигонометрия может с успехом быть использована и при пересеченном рельефе. Полигонометрические Ходы чаще всего прокладываются между пунктами маркшейдерской опорной сети (рис. Х.3). Построение съемочных сетей выполняется на базе пунктов маркшейдерской опорной сети. При съемках земной поверхности, отвалов вскрышных пород и для съемки карьеров съемочные сети строят в соответствии со следующими требованиями: - основные пункты съемочной сети должны равномерно покрывать площадь съемки, их плотность определяется из расчета на 1 км2 при съемке в масштабе 1:5000 — 4 пункта, в масштабе 1:2000 — 10 пунктов, в масштабе 1:1000 — 16 пунктов); - на каждом планшете съемки должно быть закреплено постоянными центрами при съемке в масштабе 1:5000 не менее трех основных пунктов, при съемке в масштабе 1:2000 не менее двух, при съемке в масштабе 1:1000 достаточно одного пункта. Съемочные сети в зависимости от рельефа местности, формы карьера в плане, технологии добычи и ряда других причин могут строиться следующими способами; геодезических засечек, аналитических сетей, теодолитных ходов, створных линий, полярным, прямоугольной сетки. Перед построением съемочных сетей должна быть произведена рекогносцировка, в результате которой определяются места будущих пунктов. Обычно съемочные пункты располагаются на нижней площадке каждого действующего уступа на расстоянии друг от друга, не превышающем 400 м. В связи с тем, что съемочное обоснование существует недолго, его отмечают временными пунктами в виде деревянных кольев или металлических стержней, забиваемых в грунт. В скальных породах временные пункты принято отмечать крестообразными насечками на выступах пород. Способ геодезических засечек применяется в тех случаях, когда пункты съемочной сети удалены на значительное расстояние от пунктов опорной маркшейдерской сети. Обычно применяются прямая, обратная или боковая засечки. Прямая и боковая засечки производятся не менее чем с трех исходных пунктов, обратная — по четырем при условии, что определяемый пункт расположен вблизи от окружности, проходящей через три исходные точки. Расстояние от пунктов опорной маркшейдерской сети до определяемых точек не должно превышать 2 км. При расстояниях до 1 км измерение углов может производиться теодолитами типа T15 двумя повторениями или более точными теодолитами одним приемом. При расстояниях более 1 км углы измеряются теодолитами типа Т5, ОТШ, ТТ3, ТТ4 и т. п. двумя круговыми приемами или одним приемом двумя повторениями; теодолитами типа T15, Т20, ТТ50, ОМТ30 и т. п. четырьмя круговыми приемами или двумя приемами по два повторения в каждом. Возможно также применение зарубежных теодолитов The020, The0120 (ГДР), Те-Е6, Те-Е4 (ВНР) и др. Координаты определяемых пунктов прямой или боковой засечкой вычисляют из двух треугольников, а обратной — из двух вариантов. Во всех случаях за окончательное значение координат принимают среднее арифметическое из двух определений. Максимальное расхождение не должно превышать 0,8 м. Способ аналитических сетей применяется на карьерах, у которых оба борта являются подвижными. Аналитические сети строятся в виде цепочек треугольников или различных фигур (геодезического четырехугольника, центральной системы и т. п.), опирающихся на стороны и пункты маркшейдерской опорной сети. Наибольшее распространение получили цепочки треугольников и центральные фигуры (рис. Х.4). Последние применяются для создания съемочной сети на нижних горизонтах небольших по площади карьеров или отдельных участков, цепи треугольников — на карьерах вытянутой формы, имеющих большую глубину.  В отдельной цепочке треугольников или фигуре не должно определяться более семи пунктов. Форма треугольников должна быть близкой к равносторонней. Углы при определяемых точках не должны быть более 120° и менее 30°, длины сторон треугольников — менее 300 и более 1000 м. Угловые измерения обычно осуществляются теодолитами типа T15, Theo20, Те-Е6 двумя приемами или двумя повторениями. В тех случаях, когда длина сторон сети превышает 1000 м, измерение углов должно производиться четырьмя круговыми приемами или двумя приемами по два повторения в каждом. Допустимой угловой невязкой в треугольниках с длиной сторон до 1000 M считается 1', при длине сторон более 1000 м — 40". Способ теодолитных ходов применяется на карьерах, имеющих большую протяженность фронта добычных и вскрышных работ и удобные для линейных измерений площадки уступов. Теодолитные ходы прокладывают между двумя известными точками (пунктами маркшейдерской опорной сети) или замкнутыми полигонами. При примыкании теодолитных ходов к исходным пунктам измеряют углы между примыкающей стороной теодолитного хода и двумя направлениями на пункты маркшейдерской опорной сети (рис. Х.5). Расстояние между точками теодолитных ходов не должно превышать 400 м и, как правило, быть менее 100 м. Протяженность хода не должна быть более 2,5 км.  Углы в теодолитных ходах измеряются теодолитами типа Т15—Т20 двумя полными повторениями или приемами. Более точными инструментами измерение может производиться одним повторением или приемом. Угловая невязка хода не должна превышать fβ = ±30" √n (где п — число измеренных углов). При измерении углов целесоофазно применение трехштативной схемы. Центрирование теодолитов должно производиться с погрешностью не более 2—3 мм. Измерение длин в теодолитных ходах может осуществляться стальными мерными лентами, рулетками, длиномерами, дальномерами. Определение длин линий в ряде случаев может производиться косвенными методами, но во всех случаях измерения должны выполняться в прямом и обратном направлениях и разность между двумя независимыми измерениями не должна превышать 1:1000. Линейная невязка в теодолитных ходах допускается не более 1:3000 длины хода. Допустимая фактическая невязка распределяется в приращения координат пропорционально длине линий теодолитного хода. В измеренные длины должны быть введены поправки за температуру, компарирование, провес проволоки (при использовании длиномера АД-1), приведение линий к горизонту. Поправка за температуру вводится в том случае, если разность температур измерения и компарирования превышает 5°. Поправку за приведение к горизонту вводят, начиная с угла наклона 1°. Для измерения длин оптическим способом могут применяться оптический дальномер ОТД, дальномерная аппаратура ДД-3 или ДАР-100. Возможно использование базисной рейки «Бала 2М». В ряде случаев, когда площадки уступов неудобны для измерений по почве и отсутствует аппаратура, применение которой исключает измерение по почве (оптические дальномеры, рейки «Бала 2М», длиномер АД-1), целесообразно использовать косвенный способ измерения линий теодолитного хода с помощью геодезических засечек, предложенный проф. А.И. Дурневым. Дальномер ОТД (оптический топографический дальномер) является дальномером двойного изображения с постоянными базисами на дальномерной рейке. При его использовании измеряется параллактический угол η, вершина которого находится в центре объектива дальномера (рис. Х.6), представляющий собой сумму постоянного угла оптического клина θ и переменной части параллактического угла γ.  Дальномерная рейка представляет собой трубчатую раму, на которой с каждой стороны укреплено по шесть марок. Рейка может крепиться как в горизонтальном, так и вертикальном положении. Зрительная труба дальномера ОТД снабжена компенсатором с перекидным клином. Оптический клин закрывает половину светового диаметра объектива, отклоняя визирный луч на угол θ. Измерительная часть компенсатора позволяет определять разность между параллактическим углом η и углом клина θ. Таким образом происходит измерение переменной части параллактического угла γ. Измеряемое расстояние дальномером ОТД определяется из выражения  где l' = bk/η (здесь b — база, образуемая штрихами на плоскости bk где I' = марок дальномерной рейки; k — коэффициент пропорциональности; для конкретного дальномера и рейки произведение bk является величиной постоянной и называется коэффициентом дальномера k); с = с1 + с2 = 0,119 м — постоянное слагаемое дальномера; Δlα — поправка за угол наклона измеряемой линии (при измерениях по горизонтальной рейке Δlα = l sin2 α/2 по вертикальной Δlα = l sin2 α); Δlt = l [0,000016(t - t0) + θ*0,000007(t-t0)/η] — поправка за температуру (здесь t — температура при определении коэффициента дальномера k и угла θ, т. е. температура компарирования). Дальномер ДД-3 является дальномером двойного изображения с постоянным параллактическим углом и состоит из насадки и дальномерной рейки. Насадка надевается на объективную часть теодолитов. Диаметр конца зрительной трубы равен 46 мм. Пределы измерения расстояний зависят от цены деления рейки и находятся в пределах от 20 до 180 м при рейках с делениями 2 см и от 50 до 250 м при рейках с делениями 5 см.  Авторедукционный дальномер ДАР-100 относится к оптическим дальномерам двойного изображения. В комплект дальномерной аппаратуры ДАР-100 входят оптическая насадка, надеваемая на зрительную трубу теодолита, и дальномерная рейка. Авторедукционная система насадки содержит свободно подвешенный перед объективом зрительной трубы оптический клин. Диапазон измерения с помощью оптической насадки горизонтальных проложений от 20 до 200 м; угловой диапазон авторедукционного устройства 21°. Дальномерная рейка длиной 2,5 м имеет основную шкалу с ценой деления 2 см и вспомогательную (с обратной стороны рейки) с ценой деления 3 см. Принцип измерения расстояния с использованием рейки «Бала» состоит в том, что по известной длине базиса b (рис. Х.7) и измеренному параллактическому углу γ вычисляют высоту равнобедренного треугольника OAB  Измерение параллактического угла должно производиться теодолитом высокой или средней точности. Если длина измеряемых линий менее 100 м, то измерение расстояний производится по методу «базисная рейка на конце» (рис. Х.8, а); если же длина линии более 100 м, то используется метод «базисная рейка в середине» (рис. Х.8, б). Косвенный метод измерения длин сторон теодолитного хода был предложен проф. А.И. Дурневым, сущность которого заключается в следующем (рис. Х.9). На рабочей площадке уступа прокладывается теодолитный ход, опирающийся по краям на пункты опорной сети (I, II).   В удалении выбираются вспомогательные точки А, В, С. С точек теодолитного хода измеряются углы β1, β2, β3, ..., β17 и рулетками (или лентой) — линии I—1: 6—II, являющиеся контрольными базисами. Из треугольника IA1 по теореме синусов вычисляется сторона 1—А  Затем, решая следующий треугольник, определяют длину стороны 1—2  Аналогично производится вычисление стороны 2—3, которая является связующей для перехода к решениям треугольников, построенных из точки В. В результате вычисления следующей серии треугольников получают сторону 4—5, являющуюся основой для решения последней серии треугольников, построенных из точки С. Контролем в данном методе является сравнение вычисленной длины последней линии теодолитного хода 6—II с длиной, измеренной в полевых условиях. Измерение углов стороны β1, β2, .... β17 должно производиться теодолитами типа T15 не менее чем тремя повторениями. Способ створных линий применяется на карьерах, когда фронт работ развивается только в одну сторону и с действующих уступов можно без помех наблюдать опорные точки, построенные на неподвижном борту. Этот способ особенно удобен в тех случаях, когда площадки рабочих уступов имеют превышения над земной поверхностью противоположного борта карьера (рис. Х.10).  Для разбивки створов вначале прокладывается полигонометрический ход 2 разряда А, В, С, ... По известным дирекционным углам створных линий вычисляются углы ψ и φ, по которым задаются направления створов, закрепляемых точками А, 1; В, 2; С, 3; ... или точками А', 1; В', 2, С', 3; ... . Точки на профильных линиях разбиваются следующим образом. Вначале в створе одной из линий закрепляется точка (например, P1). Над ней устанавливается теодолит и измеряются два угла α и β. По измеренным углам α и β, известным углам φ и ψ и расстояниям CD и DE производятся вычисления двух боковых засечек и определение координат точки P1. Для выбора оптимальной формы треугольников необходимо, чтобы углы α и β не были меньше 30°. Если эти углы меньше 30°, то возможно визирование на опорные точки, расположенные на следующих створах (например, точка P2 и визирование на точки В и F).  Полярный способ создания съемочного обоснования начал получать широкое распространение благодаря применению светодальномеров. Однако обязательным условием применения этого способа является наличие хорошего обзора большей части карьера с небольшого числа пунктов опорной маркшейдерской сети. При создании съемочной сети на пункте опорной маркшейдерской сети (рис. Х.11) устанавливается малогабаритный светодальномер, а на определяемых пунктах съемочной сети — отражатели. После измерения расстояний вместо светодальномера устанавливается теодолит и измеряются полярные углы. При расстояниях от опорного до определяемых пунктов менее 1000 м углы измеряются теодолитами типа Т15 двумя повторениями, а более точными теодолитами — одним приемом. При расстояниях до 2000 м углы измеряются теодолитами типа T 5 четырьмя круговыми приемами и двумя приемами по два повторения, а более точными теодолитами—двумя круговыми приемами или одним приемом по два повторения. Одновременно с горизонтальными измеряются вертикальные углы. Измерение расстояний до 1500 м светодальномером можно проводить днем, расстояния свыше 1500 м рекомендуется измерять в ночное или вечернее время. Измерение длин линий производится в одном направлении. Способ создания съемочной сети в виде прямоугольной сетки применяется на неглубоких карьерах и при спокойном рельефе поверхности. Сущность способа заключается в том, что на территории месторождения разбивается сеть прямоугольников, в вершинах которых закрепляются маркшейдерские пункты. Принято разбивать две системы прямоугольников: основной сетки с размерами сторон, равными 50, 100 или 200 м, и заполняющей сетки, сгущаемой до прямоугольников с размерами сторон 5—40 м и служащей непосредственно для проведения съемок. Направление сторон сетки выбирается параллельно (перпендикулярно) главному фронту работ или совпадающим с направлением координатной сетки. Разбивка прямоугольной сетки производится следующим образом: - составляется план поверхности, на который выносятся техническая граница карьера и пункты опорной сети, расположенные вблизи карьера; - выбирается направление осей съемочной прямоугольной сетки; - производится разбивка прямоугольной сетки на плане и вычисляются координаты ее вершин; - составляется проект сгущения опорной сети с таким расчетом, чтобы ее пункты максимально приблизить к вершинам прямоугольной сетки; - выполняется в натуре сгущение опорной сети; - закрепляется прямоугольная сетка в натуре. Закрепление вершин может производиться путем выноса от ближайшей опорной точки расстояния и направления или с помощью засечек с использованием двух теодолитов. На рис. Х.12 показан случай разбивки с применением угловых засечек из точек полигонометрического хода. Перенос пунктов съемочной сети на нижележащие горизонты или восстановление уничтоженных пунктов чаще всего производится способом створов, при котором на ближайших сохранившихся пунктах двух взаимно перпендикулярных направлений устанавливаются теодолиты (рис. Х.13), в пересечении визирных лучей которых закладывается новый пункт. Способом прямой угловой засечки положение пункта съемочной сети определяется на местности в точке пересечения визирных лучей двух теодолитов, с помощью которых откладываются (рис. Х.14) два известных горизонтальных угла. Для определения высотного положения точек на карьерах развивается высотное обоснование. Высоты пунктов съемочной сети определяются техническим геометрическим или тригонометрическим нивелированием.  Геометрическое нивелирование обычно применяется на карьерах с железнодорожным транспортом. Для нивелирования применяют технические нивелиры и нивелирные рейки любого типа. Техническое нивелирование, выполняемое между пунктами опорной сети, может производиться в одном направлении; разрешаются висячие ходы, но проложенные в прямом и обратном направлениях. При нивелировании отсчеты берутся только по одной нити, разность превышений, определенных по черной и красной сторонам реек, не должна превышать 10 мм. Допустимая невязка ходов ±50 √L мм (где L — длина хода, км). Тригонометрическое нивелирование получило распространение на карьерах с безрельсовым транспортом, а также при создании съемочной сети способом геодезических засечек. При определении высот пунктов с помощью тригонометрического нивелирования вертикальные углы измеряются одновременно с горизонтальными углами теодолитами с точностью отсчетных приспособлений вертикального круга не ниже 30". Высота инструмента и визирной цели должны измеряться с точностью до 1 см. Контролем правильности измерения вертикальных углов является постоянство места горизонта (места нуля) вертикального круга. Колебания места горизонта не должны быть более тройной величины погрешности отсчитывания по вертикальному кругу. Ходы тригонометрического нивелирования должны опираться на пункты, высоты которых были определены в результате геометрического нивелирования. Их длина не должна превышать 2,5 км. Расхождения прямого и обратного превышений не допускаются более 0,04l см (где l — длина линии, м). Невязка хода не должна превышать величины  где [l] — длина хода, м; n — число линий хода. В тех случаях, когда пункты съемочной сети определяются полярным способом или способом геодезических засечек, превышения между пунктами определяют тригонометрическим нивелированием в прямом и обратном направлениях или в одном направлении, но не менее чем с двух пунктов. В этих случаях расхождения в определяемых превышениях не должны быть в сантиметрах больше 0,03l при расстояниях до 1 км и 0,02 l при расстояниях более 1 км (l — длина линий, м). Если при одностороннем нивелировании сторона превышает 700 м, то в определение превышения следует вводить поправки за кривизну Земли и рефракцию. Периодичность и порядок съемок на карьерах отличаются следующим своеобразием: съемка контуров бровок уступов и буровзрывных скважин осуществляется только в тех местах, где должны быть произведены взрывные работы. Все остальные объекты, за исключением складов полезного ископаемого, снимаются по мере необходимости. Съемка складов в зависимости от методики учета добычи должна производиться ежедекадно или ежемесячно. Основным критерием, определяющим точность съемочных работ, является достоверность определения объемов извлеченной горной массы. Подсчитано, что среднеквадратическая погрешность определения объемов для каждой зачищенной экскаваторной заходки равна ±2,5%. Таким образом погрешности положения подходного пункта по отношению к ближайшим пунктам маркшейдерской опорной сети не более ±0,1 м; положения пунктов съемочной сети по отношению к подходным пунктам или ближайшим пунктам маркшейдерской опорной сети не более ±0,2 м; положения точки бровки уступа перпендикулярно направлению бровок по отношению к ближайшему пункту съемочной сети не более ±0,6 м; определения высот пунктов съемочной сети по отношению к пунктам маркшейдерской опорной сети не более ±0,1 м. При производстве полевых съемочных работ существенное значение имеет правильная организация безопасного ведения работ. Передвижение маркшейдерских групп должно производиться по специальным пешеходным дорожкам. Переход через железнодорожные пути и автодороги должен осуществляться по специальным местам, обозначенным указателями. Переход маркшейдеров с уступа на уступ или по взорванной горной массе допускается только при съемке этих участков, но обязательно с разрешения представителя технического надзора. Маркшейдер, участвующий в съемочных работах, обязательно должен знать предупредительные звуковые или световые сигналы, оповещающие о производстве взрывных работ, и при первом же сигнале должен покинуть опасную зону. При съемках уступов надо избегать ставить рейки над козырьками или навесами на верхней бровке и под ними на нижней бровке. Съемки в районе действия добычных механизмов разрешается производить только после их остановки. Съемочные работы при экскаваторном способе выемки без предварительного рыхления обычно проводятся тахеометрическим способом или способом перпендикуляров. Тахеометрическая съемка выполняется теодолитами-тахеометрами с точностью отсчетных приспособлений вертикального круга не менее 1'. Наиболее удобными для съемки являются авто-редукционные тахеометры, например тахеометр «Dahlta-020» с вертикальной рейкой. Съемка выполняется с пунктов съемочной сети; в некоторых случаях определяют дополнительные (висячие) пункты, расстояние до которых допускается не более 400 м. Расстояния от инструмента до реечных точек допускаются для тахеометров с увеличением трубы 25х не более 250 м, с увеличением 18—20x не более 200 м. Это расстояние можно также определить по формуле l = 10v (где v — увеличение трубы). При одновременной съемке верхней и нижней бровок уступов расстояние между реечными точками не должно превышать 30—40 м. Если снимается только верхняя бровка, то это расстояние равно 20—25 м. Причем на каждые 100 м протяженности уступа должно быть не менее трех точек, где замерялась высота уступа. На каждой съемочной станции ведется абрис (рис. Х.15). При тахеометрической съемке высокой производительности добиваются при использовании тахеометра-автомата «Dahlta-020» с картографическим столиком «Карти-250», который дает возможность непосредственно на месте нанесения снятых точек местности. Диаметр свободной площади картографирования 250 мм. Погрешность нанесения точек не превышает 0,1 мм. Способ перпендикуляров (рис. Х.16) рационально использовать при съемке бровок уступов с несложными контурами, когда не требуется большого числа реечных точек.  Съемочная сеть для способа перпендикуляров строится в виде теодолитных ходов или прямоугольной сетки. Длина ординат, как правило, не допускается более 30 м. При их длине более 15 м они должны восставляться с помощью эккера. Длины измеряются рулетками с округлениями до дециметров, В последние годы на многих карьерах вместо тахеометрической съемки стали применять наземную стереофотограмметрию, которая обладает следующими преимуществами; - повышается производительность труда на полевых работах; - отпадает необходимость в рабочих-реечниках и, таким образом, повышается безопасность работ; - при составлении плана по фотоснимкам появляется большой выбор точек, наилучшим образом характеризующих снимаемый участок; - съемкой охватываются все видимые объекты, в том числе не доступные для тахеометрической съемки. Наземная стереофотограмметрическая съемка может применяться как самостоятельный вид, так и в комбинации с тахеометрической съемкой, которая выполняется фототеодолитом или фотограмметром, в которых соединены угломерный инструмент и фотокамера. Фототеодолит представляет собой фотокамеру, имеющую уровни и устройство, позволяющее ориентировать ее относительно базиса. Для фотографирования используются стеклянные пластинки чаще всего размером 13х18 см. Фотографирование одного и того же участка ведется дважды с разных концов базиса. Получаемые при этом два снимка представляют стереопару. Возможны следующие виды фотографирования: нормальный, равноотклоненный, равнонаклонный, конвергенный и общий (произвольный). При нормальном виде съемки оптические оси обеих камер горизонтальны и перпендикулярны базису. Равноотклоненный вид характеризуется тем, что оптические оси камер горизонтальны и параллельны между собой, но составляют некоторый угол с базисом, отличающийся от 90°. При равнонаклонном виде съемки оптические оси камер перпендикулярны к горизонтальной проекции базиса и имеют некоторый угол наклона (одинаковый для обеих осей). В конвергенном виде съемки горизонтальные оптические оси не параллельны между собой. Общий вид съемки отличается тем, что оптические оси в пространстве могут занимать любое положение. Рассмотрим случай нормальной стереофотограмметрической съемки (рис. Х.17), когда оптические оси фотокамер, установленных в точках S и S', взаимно параллельны и перпендикулярны базису фотографирования В. В стереофотограмметрии для установления связи между координатами точек снимка и их координатами на местности применяется следующая система координат: - ось хф совпадает с направлением базиса фотографирования; - ось уф совпадает с направлением оптической оси фотокамеры, находящейся в точке S (левой точке базиса); - ось zф имеет направление, перпендикулярное к плоскости, формируемой первыми двумя осями.  Определим фотограмметрические координаты точки К местности. Обозначим изображение точки К на левом снимке через kл, на правом — через kп (рис. Х.17 и Х.18). На рисунках приняты следующие обозначения; уф, хф, zф — фотограмметрические координаты точки К местности (координата уф также называется отстоянием); хл — абсцисса точки kл на левом снимке; хп — то же, на правом снимке; zл — ордината точки kл, на левом снимке; В — базис фотографирования; — фокусное расстояние фотокамеры фототеодолита. Из подобия треугольников KK'S и Skлk'п (см. рис. Х.18) запишем  Обозначим хл — хп = р. Это выражение называется горизонтальным параллаксом. Предыдущая формула может быть записана так:  Из подобия треугольников SOK и SOлKл запишем соотношение  Если подставить в уравнение (Х.2) значение уф, получим  Аналогично можно написать  Приведенные выше формулы показывают, что для определения фотограмметрических координат уф, хф, zф характерных точек карьеров необходимо знать величину базиса фотографирования в натуре и значение фокусного расстояния фотокамеры фототеодолита. Кроме того, необходимо определить по снимкам (на стереокомпараторе) для искомых точек величины xл, zл и р. К основным параметрам стереосъемки относят длину базиса фотографирования, отстояние фототеодолита от снимаемых объектов и фокусное расстояние камеры фототеодолита.  Наземная стереофотограмметрическая съемка карьеров включает в себя следующие виды работ; рекогносцировку, геодезические измерения, фотографирование местности. В результате рекогносцировки выбирается местоположение пунктов опорной сети, базисов фотографирования и контрольных точек. Учитывая, что величина базиса фотографирования, число базисов и их направление существенно влияют на производительность съемки, необходимо стремиться к тому, чтобы свести к минимуму число базисов, обеспечивая при этом необходимую площадь съемки без «мертвых» пространств. Для получения необходимой точности при определении координат точек на снимках стереопар и горизонтального параллакса на каждой станции намечается несколько контрольных (корректирующих) точек, координаты которых получают фотограмметрическим и геодезическим способами. Таким образом, при сопоставлении координат, полученных двумя независимыми методами, возникает возможность контроля правильности проведения стереофотограмметрической съемки. Корректирующих точек для одной станции обычно намечают в количестве трех для каждой снимаемой пары. Причем одна точка должна быть расположена в ближнем, а две другие — в дальнем плане снимаемой площади. Для уменьшения числа корректирующих точек обычно стараются часть точек сделать общими для соседних стереопар. При выборе места для закладки базисов фотографирования необходимо базисы располагать параллельно фронту работ и на одном уровне со снимаемыми объектами (или несколько выше). Следует стремиться к тому, чтобы разность высот концов базисов фотографирования была минимальной, так как при фотографировании карьера с наклонного базиса происходит смещение одноименных точек на снимке стереопары по оси zz, которое вызывает эффект, называемый вертикальным параллаксом. Вертикальный параллакс может быть исключен полностью или во всяком случае уменьшен до допустимых пределов в стереокомпараторе только в том случае, если концы базисов фотографирования не различаются по высоте более чем на ±0,3 В. Кроме того, базисные точки должны быть расположены в местах, которые обеспечат их длительное использование. Соседние базисы должны выбираться с таким расчетом, чтобы было необходимое перекрытие соседних стереопар. Для составления проекта съемочных работ надо знать минимально допустимое отстояние yфmin и максимально допустимое отстояние yфmax точек от базиса фотографирования, первое из которых обеспечивает появление стереоэффекта, второе — заданную точность. Принято минимально допустимое отстояние определять по формуле  максимально допустимое отстояние — по формуле  где m — масштаб составляемого плана. В зависимости от размеров карьера, системы разработки, направления фронта работ могут быть следующие варианты расположения базисов и съемки карьеров: 1) при транспортной системе разработки с внешними отвалами базисы фотографирования неглубоких карьеров располагаются на бортах, при съемке нижних уступов глубоких карьеров базисы располагаются на площадках уступов; 2) при транспортной системе с внутренними отвалами и при транспортно-отвальных системах базисы фотографирования размещаются непосредственно на отвалах; 3) при комбинированных системах разработки, когда породы перемещаются во внутренние и внешние отвалы, производится раздельная съемка верхних и нижних уступов. Верхние уступы фотографируются с базисов, расположенных на неподвижном борту, нижние — с базисов, расположенных на внутренних отвалах.  При проведении съемочных работ на концах базиса устанавливаются штативы. На левом исходном конце базиса по направлению съемки устанавливают теодолит (для измерения базиса). Затем фотографическую высокоточную камеру ориентируют относительно базиса. Фотографирование ведется с левого и правого концов базиса. Оптическая ось располагается нормально к направлению базиса. В результате получают стереоскопическую пару. Для расширения угла охвата местности, т. е. для повышения производительности съемки, с каждого конца базиса делают два дополнительных снимка. Для этого от центрального положения камера поворачивается влево и вправо на 31° 30'. Таким образом, на каждой станции (рис. Х.19) получают три пары снимков с одного базиса SS'. Большое значение для качества построения плана имеет правильный выбор масштаба изображения объектов, который желательно иметь не мельче 1/4—1/5 масштаба плана. Масштаб фотографического изображения может быть определен из выражения  Здесь N — знаменатель показателя съемки; mp — средняя погрешность горизонтального параллакса; myф — средняя погрешность отстояния.  Наибольшее отстояние фототеодолита от снимаемых объектов уф диктуется применяемой технологией извлечения полезного ископаемого (размерами карьера). Таким образом, при определении отстояния длина базиса фотографирования может быть определена по формуле  где ml — средняя погрешность положения точек контура. Величину базиса фотографирования можно также определить по табл. Х.1, приведенной в работе. Для правильного составления проекта съемки необходимо знать плош,адь перекрытия в стереопаре с конкретного базиса фотографирования. Рассмотрим базис фотографирования SS' (рис. Х.20), из концов которого построим горизонтальные углы захвата а (рабочие углы) местности теодолитом. Полезная площадь съемки Fполезн ограничена точками abed. Она изображается на каждом снимке стереопары и в дальнейшем обрабатывается на стереокомпараторе. Из рис. Х.20 можно записать  где Г — глубина съемки; Lmin — ближнее основание трапеции; Lmax — дальнее основание трапеции. Величины ближнего и дальнего оснований можно подсчитать по формулам:  Таким образом, окончательно формула для определения полезной площади съемки запишется следующим образом:  Геодезические работы при стереофотограмметрической съемке состоят из следующих элементов: - измерения длины базиса фотографирования и определения координат левой точки базиса; - привязки базисов к пунктам опорной сети карьера; - определения координат корректурных точек или измерения вертикальных и горизонтальных углов на контрольные точки.  Длина базиса фотографирования может измеряться с помощью рулетки, мерной ленты, проволочного длиномера и других приборов, обеспечивающих расхождение между прямым и обратным измерениями не более 1:2000 длины базиса. Привязка базиса заключается в определении координат х, у левой точки и дирекционного угла базиса. Координаты левой точки базиса и координаты корректурных точек определяются от точек опорной сети с точностями, предъявляемыми для построения опорных маркшейдерских сетей. Одновременно с определением координат х, у левой точки определяется дирекционный угол базиса. При этом погрешность в определении дирекционного угла базиса фотографирования не должна превышать величины  Высотные отметки точек базисов и корректурных точек определяются геометрическим нивелированием технической точности. Фотографирование является ответственной операцией стереофотограмметрической съемки, так как от качества негативов зависит точность определения координат точек и параллакса. Наилучшие условия съемки в ясную безоблачную погоду. При съемке Солнце должно находиться сзади или сбоку от наблюдателя. При переменной облачности для съемки необходимо выбирать моменты, когда на снимаемые объекты не падает тень от облаков. Фотографирование должно производиться на контрастные репродукционные штриховые или полутоновые пластинки с чувствительностью 1—3 единицы по ГОСТу. При выборе времени съемок в зависимости от погодных условий и периода суток целесообразно руководствоваться следующими рекомендациями для времени фотографирования; утром и днем при ясном небе, днем при слабой и сплошной облачности, вечером при ясном небе. Для производства работ по фотографированию на одной из точек базиса устанавливают фототеодолит так, чтобы два подъемных винта располагались по направлению базиса. На другой точке ставят подъемный аппарат с визирной маркой, подъемные винты которого также располагаются параллельно направлению базиса. При установке фототеодолита особенно тщательно должна быть выполнена его ориентировка. При измерении высоты инструмента следует помнить, что она складывается из двух длин; расстояния от точки базиса до верхнего обреза втулки подъемного аппарата i и постоянной Аi, равной расстоянию от верхнего обреза втулки до узловой точки объектива. Фотографирование выполняется по определенной методике, использование которой позволяет исключить погрешности. Сущность этой методики заключается в следующем: - на обеих точках базиса устанавливают штативы с подъемными аппаратами, на левой точке базиса измеряют высоту i; - на левой точке устанавливают фототеодолит, на правой — визирную марку; - ориентируют фототеодолит по правой точке базиса, проверяют правильность закрытия объектива фотокамеры; - вставляют кассету и выдвигают ее шторку; - с помощью винта крышки фотокамеры прижимают кассету и фотопластинку к прикладной рамке фотокамеры, устанавливают номер снимка и номер станции на нумераторе, а на регистраторе — вид съемки (нормальная, отклоненная влево, отклоненная вправо); - проверяют положение уровней и ориентирование фототеодолита; - определяют экспозицию фотографирования; экспонируют фотопластинку и повторно контролируют положение пузырьков уровней и ориентирование фототеодолита; - освобождают фотопластинку и кассету, вдвигают шторку и вынимают кассету; - повторяют фотографирование с отклонением оси фотокамеры влево, затем вправо; - снимают фототеодолит и вместо него устанавливают визирную марку; - фототеодолит устанавливают на правую точку базиса, производят фотографирование. Камеральные работы при стереофотограмметрической съемке включают в себя вычисление геодезического обоснования, измерение снимков на фотограмметрических приборах, составление и вычерчивание плана. Вычисление координат точек геодезического обоснования левых концов базисов, контрольных точек производится по результатам полевых геодезических измерений. Измерения координат и горизонтальных параллаксов точек негативов выполняются на стереокомпараторе. По этим данным в дальнейшем вычисляются фотограмметрические и геодезические координаты. По результатам наземной стереосъемки составляется план горных работ карьера. Для съемки карьеров начинает находить широкое применение аэрофотосъемка, под которой понимают процесс получения изображения местности с воздуха. Аэрофотосъемка состоит из аэросъемки, фотограмметрической обработки аэроснимков, аналитических расчетов (чаще всего на ЭВМ), дешифрирования снимков геодезических и радиогеодезических измерений, чертежных работ. При аэрофотосъемке получают фотограмметрическое изображение местности, в частности территории карьера. Аэросъемка может быть плановой и перспективной. Под плановой понимают съемку, при которой оптическая ось фотоаппарата устанавливается почти отвесно (отклонение от вертикали не более 3°). Под перспективной понимают аэросъемку, при которой оптическая ось фотоаппарата устанавливается под заданным углом. Для съемки карьеров применяется плановая аэрофотосъемка. Аэрофотосъемка ведется со специально оборудованных самолетов или вертолетов. В нашей стране для аэрофотосъемок применяется специальный самолет АН-30, оборудованный совершенной съемочной и навигационной аппаратурой. Управляют самолетом бортовые вычислительные машины, которые позволяют автоматически с большой точностью вести самолет на заданной высоте, рассчитывать траектории поворотов. При этом ЭВМ учитывает нисходящие и восходящие потоки воздуха, силу и направление ветра. Аппаратура самолета позволяет автоматически регулировать частоту съемок, экспонометры непрерывно замеряют яркость земной поверхности, с помощью локаторов регистрируются изменения рельефа.  Фотографирование с самолетов определило особенности аэрофотоаппаратов (АФА). В связи с тем, что фотографирование происходит CO значительных высот, объектив АФА фокусируется на «бесконечность» для всего процесса аэрофотосъемки. АФА, как правило, пленочные, причем позволяют получать большое число снимков (до 200—300) без перезарядки. Формат снимков (lxl) 18x18 или 30x30 см. На рис. Х.21 показана принципиальная схема получения с помощью АФА фотографического изображения местности. Как видно из рисунка, аэрофотоснимок является центральной проекцией местности с центром проектирования в точке S. Расстояние no перпендикуляру, опущенному из центра проектирования S на плоскость аэрофотоснимка, называется главным (фокусным) расстоянием АФА.  Точка пересечения этого перпендикуляра с плоскостью аэрофотоснимка является главной точкой аэрофотоснимка (точка о). Отвесная линия SN называется высотой фотографирования. Пересечение продолжения этой линии с плоскостью аэрофотоснимка называется точкой надира аэрофотоснимка n. Угол OSN = α принято называть углом наклона аэрофотоснимка. Если этот угол равен нулю, то аэрофотоснимок называется горизонтальHым. Горизонтальный аэрофотоснимок плоской горизонтальной местности является планом этой местности. Масштаб горизонтального аэрофотоснимка равен главному масштабу, т. е. l:m = fk:H. Плановыми аэрофотоснимками считаются снимки, у которых угол наклона к горизонту не превышает 3°. При углах наклона более 3° получаются перспективные аэрофотоснимки. Перед выполнением аэрофотосъемки карьера выполняют расчеты по выбору параметров съемки. Масштаб аэрофотосъемки карьера практически принимают равным 1:Mc = 1:10000, если подвигание забоев не превышает 30 м. Если подвигание забоев более 30 м, то масштаб аэрофотосъемки рекомендуется принимать равным 1:Мс = 1:15000. Полученные значения 1:Мс необходимо сравнить со значением  где т'σ = ±0,02 мм — среднее квадратическое смещение контура в плане, выраженное в масштабе аэроснимка; mv/v = 2,5% — заданная точность определения объема извлеченной горной массы; D — ширина заходки. Если значение 1:Мс, вычисленное по приведенной выше формуле, крупнее, чем указанные выше, то аэрофотосъемку выполняют в масштабе, полученном по данной формуле. Фокусное расстояние принимается в соответствии с масштабом аэрофотосъемки и максимальной глубиной карьера Так, при 1:Mc = 1:5000 и глубине карьера от 0 до 500 м fк = 100 мм, при 1:Мс = 1:10 000 и глубине карьера от 0 до 300 м fк = 100 мм, при hmах = 300—400 м fк = 140 мм и при hmax = 400—500 M fк = 200 мм; при 1:Mc = 1:8000 и глубине карьера от О до 200 м fк = 100 мм, при hmax = 200—300 м fк = 140 мм и при hmах = 300—500 м fк = 200 мм. Высота фотографирования Нф над средней плоскостью карьера вычисляется по формуле  Обработка материалов аэрофотосъемки выполняется на стерео-фотограмметрических приборах, имеющих проектирующие камеры, аналогичные съемочным. Проектирующим камерам с аэронегативами придают такое взаимное расположение, какое они занимали в момент фотографирования. В результате образуется пространственная модель местности в уменьшенном масштабе, которая измеряется с помощью бинокулярного микроскопа и пространственной марки. Для съемки карьеров прокладывают аэросъемочные маршруты. Для большинства карьеров достаточно одного маршрута. Для карьеров, имеющих сложную конфигурацию и большие размеры, проектируют прокладку нескольких аэросъемочных маршрутов. Аэрофотоснимки в маршрутах должны иметь так называемое продольное перекрытие, обозначаемое через р и выражаемое в процентах от размера стороны снимка l. Величина продольного перекрытия подсчитывается по формуле  Если прокладываются параллельные маршруты, то аэрофотоснимки соседних маршрутов должны иметь поперечное перекрытие, обозначаемое через q, которое выражается в процентах от стороны аэрофотоснимка и подсчитывается по формуле  где hmах — максимальная глубина карьера; Hф — высота фотографирования над средней плоскостью карьера. Расстояние между центрами фотографирования двух соседних аэрофотоснимков называется базисом фотографирования. Его можно подсчитать по формуле  где l — размер аэрофотоснимка; m — масштаб аэрофотоснимка. Число аэрофотоснимков в маршруте можно подсчитывать следующим образом:  где L — длина одного маршрута. Общее число аэрофотоснимков на всю фотографируемую площадь равно n' = Σn. Из-за угла наклона снимка происходит смещение точек на нем. Для плановых аэрофотоснимков приближенно можно считать, что смещение происходит по направлению, соединяющему эту точку с главной точкой снимка. Это смещение в зависимости от расположения точки и величины угла наклона аэрофотоснимка может быть направлено и к главной точке и от нее. Максимальное смещение точки на плановом аэрофотоснимке за влияние угла наклона может быть оценено приближенной формулой  где r — расстояние от данной точки до главной; α — угол наклона аэрофотоснимка. Анализ приведенной формулы показал, что смещение точек на аэрофотоснимке под влиянием угла наклона незначительно и в некоторых работах с аэрофотоснимками может не учитываться.  В связи с тем, что точки физической поверхности Земли расположены на различной высоте относительно уровенной поверхности, превышения точек местности приводят к смещению положения точки на аэрофотоснимке (рис. Х.22). Если принять обозначения: AA0 = h — превышение точки А над N; SN = H — высота фотографирования; ао = r — расстояние на аэрофотоснимке от точки а до главной точки аэрофотоснимка о; aa0 = Δr — смещение точки на аэрофотоснимке за влияние рельефа местности, то можно записать  При строгом рассмотрении задачи направление смещения точек на аэрофотоснимке за влияние рельефа направлено по линии, соединяющей данную точку с точкой надира аэрофотоснимка. Однако при плановой аэрофотосъемке приближенно можно считать, что это смещение направлено в главную точку. Анализ формул (Х.12) и (Х.13) показывает, что искажения на аэрофотоснимке увеличиваются при удалении точек от главной точки аэрофотоснимка. Таким образом, при работе с аэрофотоснимками целесообразно использовать не всю площадь аэрофотоснимка, а только ее центральную часть, которая называется полезной (рабочей) площадью аэрофотоснимка. Практически полезную площадь аэрофотоснимка ограничивают линии, которые проводят посередине продольного и поперечного перекрытий аэрофотоснимка.  При аэрофотосъемке снимки имеют продольное перекрытие более 50%. Таким образом, каждый участок местности изображается на двух аэроснимках. Пусть точка местности M1 (рис. Х.23) изобразилась на левом аэроснимке в точке m1, а на правом — в точке m1'. Отрезок на левом аэроснимке m1o1 = xл, а на правом — m1'o2 = — хп. Величина хл — хп = p1 является изображением базиса фотографирования В в масштабе отстояния точки местности М1 и называется продольным параллаксом. Из подобных треугольников m1''m1'S2 и S1S2M1 следует, что  Выражение (Х.14) можно записать для любой другой точки местности, например для точки  Так как превышение двух точек можно рассматривать как разность их отстояния, то  Учитывая выражения (Х.14) и (Х.15),  Обозначив (р — p2) через Δр, окончательно можно написать  На аэроснимках, имеющих угол наклона или же негоризонтальный базис, значения р и Δp искажены. Поэтому предварительно перед вычислением превышений величины р и Ap исправляют за влияние углов наклона аэроснимков и базиса. Эта задача практически может быть решена аналитическим методом или с использованием специальных фотограмметрических приборов (стереометров). Наблюдения и измерение пар аэроснимков ведут стереоскопическим способом. Простейшим прибором для стереоскопического наблюдения аэроснимков является стереоскоп, в котором левый аэроснимок располагают слева и рассматривают левым глазом, правый — справа. В этом случае при наблюдений аэроснимков получают прямой стереоскопический эффект, т. е. чем ближе точка к наблюдателю, тем ближе она будет казаться и на стереомодели. Перед аэросъемкой карьера должна быть произведена полевая подготовка, которая включает в себя обеспечение каждой стереоскопической пары четырьмя точками планово-высотного обоснования (опознаки), которые обычно располагают в местах, обеспечивающих их долговременную сохранность и возможность использования для последующих аэросъемок. Точность определения плановых координат опознаков должна соответствовать точности определения координат пунктов съемочной сети. Высотные отметки опознаков определяют с точностью технического нивелирования. Обработку аэроснимков для составления или пополнения плана горных работ производят на универсальных стереофотограмметрических приборах. Независимо от конкретного типа стереофотограмметрического прибора основные процессы состоят из подготовительных работ, взаимного ориентирования пар аэроснимков на приборе, геодезического ориентирования. Подготовительные работы включают подготовку планшетов (нанесение километровой сетки и опознаков), изготовление диапозитивов, подготовку аэроснимков, проверку прибора, расчеты по вычислению масштаба модели, фокусных расстояний камер прибора, исправленных за влияние систематической деформации аэронегативов, и т. д. Под взаимным ориентированием аэроснимков понимают определение положения одного снимка относительно другого. В зависимости от устройства универсальных приборов взаимное ориентирование аэроснимков может быть выполнено различными движениями. Например, одна камера считается неподвижной и относительно нее измеряют положение базиса второй камеры. Возможно также изменение положения обеих камер относительно неподвижного базиса. Взаимное ориентирование на универсальных приборах производят путем последовательного наблюдения и уничтожения поперечного параллакса на ряде точек. Хотя задача решается по методу последовательных приближений, результат отличается строгостью полученного решения в пределах точности уничтожения поперечных параллаксов на приборе. Возможен также способ решения задачи взаимного ориентирования аналитическим методом, который основан на измерении поперечных параллаксов шести точек и вычислении элементов взаимного ориентирования по аналитическим формулам. Геодезическое ориентирование геометрической модели включает ее масштабирование и горизонтирование. Масштабирование заключается в определении отношения одноименных отрезков s и S, взятых соответственно на восстановленной и заснятой поверхностях, т. е. 1/m = s/S. Для определения масштаба модели необходимо иметь как минимум два опознака. Горизонтирование модели сводится к определению углов поворота модели вокруг соответствующих осей х и у геодезической системы координат. Таким образом, для решения задачи геодезического ориентирования модели необходимо иметь как минимум три опознавательных знака, для двух из которых известны все три координаты, для третьего — высотная отметка. При геодезическом ориентировании также производится ориентирование планшета. Для этого измерительную марку прибора совмещают с одной из опорных точек, а центр установочного микроскопа устанавливают над соответствующей точкой планшета. Затем визируют на другую опорную точку, а планшет поворачивают до тех пор, пока центр установочного микроскопа не окажется на линии, соединяющей эти точки. После выполнения геодезического ориентирования приступают к составлению или пополнению плана горных выработок. |
