Введение к работе
Актуальность темы. Крупные успехи в области создания новых электронно-оптических средств измерений качественно изменили в последние годы рынок маркшейдерских и геодезических приборов. Неуклонно растет число пользователей дорогостоящих автоматизированных систем на основе лазерного сканирования. Конкуренция производителей стимулирует почти ежегодный выпуск новых систем, чем провоцирует внедрение в практику технических решений без должного научно-методического и нормативного обеспечения.
Актуальными задачами обеспечения безопасности функционирования шахтных стволов является маркшейдерский мониторинг положения проводников и состояния крепи ствола. Не менее актуальной является задача передачи в шахту дирекционного угла, плановых координат и высотной отметки.
Вышеперечисленные виды работ выполняются, как правило, известными традиционными методами.
Основные недостатки существующих способов - отсутствие контроля, обилие поправок в измерения (за температуру, за компарирование лент, проволок, мерных дисков, за удлинение от собственного веса и подвешенного груза и т. п.) и, как следствие, высокая погрешность определения превышения между реперами.
К числу других недостатков также можно отнести ограничения по глубине работ (шахтные ленты до 500 метров, длиномер ДА-2 до 1000 м), большие затраты времени, возможность обрыва мерных приборов.
При ориентировании выработок возникают проблемы с опусканием в ствол отвесов, а также их качанием, что сильно затрудняет измерения.
Нередко приходится останавливать ствол на сутки и более, что приводит к большим денежным потерям и невозможности использовать ствол в качестве запасного выхода.
Поиск эффективного и качественного решения этих задач на основе автоматизированных и высокопроизводительных систем измерений послужил основным мотивом представленных исследований.
Объект исследований. Маркшейдерские ориентирно-соединительные съемки.
Предмет исследования. Факторы, влияющие на точность маркшейдерской ориентирно-соединительной съемки с применением сканирующих систем.
Цель работы. Разработка геометрического способа ориентирно-соединительной съемки на основе сканирующих систем и анализ возникающих погрешностей, с целью повышения эффективности и безопасности капитальных маркшейдерских работ в стволе.
Идея работы заключается в использовании возможности сканера автоматически определять координаты отражающих марок, попадающих в поле зрения прибора с высокой точностью.
Основные задачи исследований:
-
Разработать метод передачи через вертикальные и наклонные выработки элементов ориентирования маркшейдерских сетей по результатам лазерной локации специальных отражающих марок на глубину более 1 км.
-
Установить оптимальные значения углового разрешения и расстояния для вычисления центра отражающей марки с требуемой точностью.
-
Определить наиболее выгодную геометрию фигуры сканерного хода в стволе и обосновать количество связующих марок.
-
Выполнить анализ основных источников погрешностей предлагаемых решений.
-
Разработать методику предрасчета погрешности ориентирно-соединительнои съемки выполняемой лазерным сканером.
-
Обосновать требования к выполнению работ, к конструкции и размерам отражающих марок.
На защиту выносятся следующие научные положения:
-
Погрешность определения центра марки находится в прямой экспоненциальной зависимости от углового разрешения сканирования и расстояния до сканера.
-
Погрешность ориентирно-соединительнои съемки с помощью сканерного хода по стволу зависит от геометрии хода, количества связующих марок и возрастает прямопропорционально корню квадратному из числа позиций сканирования.
Новизна результатов:
разработан сканерный ход специальной конфигурации позволяющий передать элементы маркшейдерских сетей в подземные горные выработки;
получена формула, позволяющая рассчитать погрешность определения центра марки на различных расстояниях и с разным угловым разрешением;
получено выражение, позволяющее вычислить угловые ошибки трансформации системы координат сканера по связующим точкам;
получены формулы для предрасчета погрешности ориентирно-соединительнои съемки, выполненной посредством сканерного хода по горной выработке.
Научная значимость результатов исследований:
разработан новый геометрический способ выполнения ориентирно-соединительнои съемки с применением лазерной сканирующей системы;
исследована точность определения центра отражающей марки, и сделан вывод о возможности применения сканера для высокоточных измерений;
на основе исследований факторов, влияющих на точность ориентирно-соединительнои съемки, обоснована геометрия фигуры сканерного хода и небходимое количество связующих марок.
Практическое значение работы. Разработанный способ может быть применён при выполнении ориентирно-соединительнои съемки на стволах
глубиной более 1000 м. Применение сканирующих систем для выполнения ориентирно-соединительной съемки значительно сокращает время производства работ по сравнению с традиционными методами. Методика повышает безопасность труда при проведении маркшейдерских работ, ствол во время работ не перекрывается и может работать как запасной выход. Выполненные в работе исследования и разработки позволяют эффективно использовать наземные лазерные сканеры для производства капитальных маркшейдерских работ.
Методы исследований. Теоретические методы (теория ошибок измерений, математическая статистика) - использовались для обоснования оценки погрешностей получаемых измерений. Методы имитационного моделирования - использовались для моделирования вариантов прокладывания ска-нерных ходов. Экспериментальные методы (анализ данных экспериментальных измерений, сравнивание с результатами традиционных методов, проверка измерений высокоточным тахеометром).
Достоверность научных положений и результатов подтверждается согласованностью теоретических с полученными практическими результатами, а также результатами математического моделирования и актом внедрения в производственную деятельность горного предприятия ОАО «ППГХО».
Личный вклад автора диссертации заключается в сборе и обобщении материалов, постановке задач исследований, выполнении исследований, формулировании научных положений, выводов и рекомендаций диссертации.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях: научно-практической конференции «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (Иркутск, 2009 г.); «Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела» (Улан-Батор, 2009 г.); научно-практической конференции «Игошинские чтения» (Иркутск, 2010 г.); Международной научно-практической конференция «Маркшейдерия и геодезия в 21 веке» (Иркутск, 2011 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Геонауки-60» (Иркутск, 21-22 мая, 2012 г.); IV-й Международной научно-практической конференции «Геодезия, маркшейдерия, аэросъемка. На рубеже веков» (Москва, 2013 г.).
Основные результаты и исследования опубликованы в 4-х статьях, две из которых - в журналах рекомендованных ВАК. По результатам исследований получен патент на изобретение.
Соответствие работы паспорту специальности. Диссертационное исследование выполнено в рамках специальности 25.00.16. Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр (П. 1, 7, 10).
Объем и структура работы. Диссертация включает введение, пять глав, заключение, список сокращений, список терминов, список литературы из 52 наименований. Объем диссертации — 101 страница машинописного текста, в том числе 12 таблиц, 47 рисунков, 1 приложение.
