Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние лазерных методов маркшейдерских измерений 11
1.1. Особенности подземного строительства 11
1.2. Современные лазерные маркшейдерские приборы 17
1.3. Компенсаторы маркшейдерских приборов 26
1.4. Инструментальные погрешности измерений лазерными приборами 33
1.5. Внешние источники погрешностей измерений лазерными приборами ...38
1.6. Постановка задачи исследований 50
2. Исследование погрешностей измерений лазерными приборами» вызванных влиянием внешней среды 53
2.1. Теоретический анализ влияния рефракции на точность измерений лазерными приборами 53
2.2. Анализ инструментальных методов определения рефракции в подземных горных выработках 62
2.3. Исследование атмосферной рефракции с использованием устройства УНОК 73
2.4. Применение устройства УНОК для исследования рефракции в подземных горных выработках 82
2.5. Исследование влияния капежа на распространение излучения лазерных надир-проектиров 87
2.6. Выводы по главе 2 95
3. Исследование инструментальных погрешностей лазерных приборов 98
3.1 .Иследование точности лазерного нивелира Лимка-горизонт 98
3.2. Исследование точности нивелирования лазерной насадкой ЛН-1 100
3.3. Анализ инструментальных погрешностей лазерного нивелира НКЛ .ЛОЗ
3 .4. Исследование погрешности горизонтирования лучей компенсатором с жидкостным клином 108
3.5. Предложения по совершенствованию лазерных приборов с ПЛД 116
3.6. Выводы по главе 3 120
4. Использование лазерных приборов при подземном строительстве ... 122
4.1. Основные виды маркшейдерских измерений при подземном строительстве 122
4.2. Нормативные требования к точности маркшейдерских работ ,130
4.3. Учет влияния источников погрешностей на точность маркшейдерских измерений 136
4.4. Разработка методики измерений, способствующей снижению влияния рефракции 140
4.5. Совершенствование методики маркшейдерских работ на основе использования предложенных лазерных приборов 147
4.6. Выводы по главе 4 152
Заключение 154
Список использованной литературы
- Компенсаторы маркшейдерских приборов
- Внешние источники погрешностей измерений лазерными приборами
- Применение устройства УНОК для исследования рефракции в подземных горных выработках
- Учет влияния источников погрешностей на точность маркшейдерских измерений
Введение к работе
Актуальность работы. Задачей маркшейдерской службы при подземном строительстве является обеспечение переноса в натуру запроектированных объектов, при этом контроль за геометрической схемой сооружения приходится выполнять как на поверхности, так и в подземном пространстве. Маркшейдерская служба предприятия выполняет сложный комплекс работ по созданию планового и высотного обоснования, ориентированию подземных опорных сетей и заданию направлений горных выработок. Все измерительные операции регламентируются требованиями действующих инструкций и нормативных положений. Особенностями подземного строительства является проходка тоннелей и разделка камер большого сечения.
В зависимости от принятой схемы строительства в сложных горногеологических условиях проходка выработок большого сечения может производиться сплошным забоем или по частям, когда горнопроходческие работы ведутся на разных горизонтах. Задачей маркшейдерской службы при этом является обеспечение точного смыкания элементов обделки, возводимой одновременно в разных частях сооружения. Поэтому задание направлений при проходке горных выработок в горизонтальной и вертикальной плоскостях сочетается с одновременным выполнением комплекса разбивочных работ как при проходке, так и при возведении крепи. Кроме того, при разделке подземных камер большого сечения возникает также необходимость в наблюдениях за устойчивостью временной крепи и подземных конструкций. Наиболее высокие требования к точности разбивочных работ предъявляются при монтаже сложного подземного энергетического, транспортного и другого оборудования.
Современные скоростные способы проходки горных выработок при подземном строительстве требуют применения новых, более прогрессивных методов маркшейдерского контроля, обеспечивающих высокую производительность и точность измерений, ^те етановкгся.в23можным при широком использовании
современных лазерных маркшейдерско-геодезических приборов на всех стадиях подземного строительства, а потому обеспечение необходимого маркшейдерского сопровождения установке и монтажу технологического оборудования в современных условиях возможно только на основе применения лазерных методов. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что совершенствование методики маркшейдерских работ при подземном строительстве с использованием лазерных приборов является актуальной задачей.
Однако вопросы, относящиеся к использованию лазерных приборов в специфических сложных условиях горных выработок, при проявлениях капежа, а также для маркшейдерского обеспечения монтажа и установки на проектную отметку технологического оборудования при подземном строительстве, до настоящего времени разработаны недостаточно.
Применение лазерных геодезических приборов для разбивочных работ на предприятиях машиностроения способствовало совершенствованию методов неразрушающего контроля, повышению производительности и точности монтажа при сборке сложных конструкций. Однако известные исследования выполнялись применительно к производственным условиям сборочных цехов самолетостроительных предприятий с постоянным микроклиматом, совершенно отличным от условий, характерных для подземных горных работ. Использование лазерных приборов при маркшейдерском обеспечении монтажных работ в подземном строительстве требует проведения дополнительных исследований с целью определения всех источников погрешностей, влияющих на точность измерений, включая и факторы внешней среды.
Перед автором диссертации была поставлена задача выполнения теоретических и экспериментальных исследований факторов, влияющих на точность маркшейдерских измерений лазерными приборами в условиях подземных горных выработок большого сечения, включая инструментальные погрешности и факторы внешней среды, для определения возможности использования высокоточных лазерных методов при выполнении разбивочных работ в подземном строительстве.
Цель работы - теоретические и экспериментальные исследования источников погрешностей при выполнении высокоточных лазерных измерений в подземных горных выработках.
Идея работы заключается в разработке методики маркшейдерских работ, способствующей повышению производительности и точности выполнения измерений лазерными приборами при подземном строительстве.
Научные положения, разработанные лично соискателем, н их новизна:
-
Применение нового устройства УНОК для натурных наблюдений в тоннелях при исследовании атмосферной рефракции позволило установить существование в рудничной атмосфере устойчивой инверсии, вызывающей отклонение горизонтальных световых лучей вниз, к почве горной выработки.
-
Исследования распространения лазерного излучения в атмосфере вертикальных горных выработок при наличии капежа позволили доказать преимущества использования формирователей кольцевой интерференционной структуры излучения (КИС) в маркшейдерских надир-проектирах.
-
На основе исследования точности различных типов нивелиров с формированием КИС лазерного излучения разработаны рекомендации по выбору оптимального типа прибора и совершенствованию методики нивелирования с учетом влияния рефракции для маркшейдерского обеспечения монтажных работ при подземном строительстве.
Методы исследования: теоретические исследования влияния действующих факторов рудничной атмосферы на распространение световых лучей в подземных горных выработках и инструментальных погрешностей лазерных приборов, а также натурные исследования проявлений рефракции и капежа применительно к условиям подземных горных выработок и оценка точности лазерных маркшейдерско-геодезических приборов по результатам экспериментов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются совпадением данных, полученных из теоретических исследований, с результатами экспериментов, выполненных в лабораторных и полевых условиях, в том числе и при наблюдениях в производственных условиях строящихся тоннелей метрополитена Санкт-Петербурга.
Научное значение работы заключается в разработке теории нового прибора УНОК для исследования атмосферной рефракции в условиях подземных горных выработок, в определении закономерности распределения температуры в рудничной атмосфере по натурным наблюдениям таким прибором, а также в анализе точности измерений лазерными маркшейдерско-геодезическими приборами с учеюм инс фументальных погрешностей и погрешностей, вызванных влиянием внешней среды.
Практическое значение работы состоит в разработке методики маркшейдерских измерений при производстве строительно-монтажных работ в тоннелях с использованием лазерных приборов.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Предложенная методика исследования атмосферной рефракции в подземных горных выработках реализована на основе использования опытного образца нового устройства УНОК, преде гавляющего собой насадку с оптическим клином и микрометром для прецизионного нивелира. Результаты исследования инструментальных погрешностей лазерных приборов и разработанные рекомендации, способствующие уменьшению влияния факторов внешней среды на точность маркшейдерских измерений в подземном строительстве, будут использованы ВНИМИ при разработке новых нормативных и методических документов. Разработанная методика исследования лазерных приборов используется в учебном процессе.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результатов исследований докладывались на III Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах»
(Санкт-Петербург, СП61ТУ, 1999 г.), межвузовской научной конференции «ХХУШ неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 2000г.), международной конференции «Естествознание на рубеже столетий» (Москва - Дагомыс, 2001 г.), межвузовской научной конференции «XXIX неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 200] г.), межвузовской научной конференции «XXX юбилейная неделя науки Санкт-Петербургского государственного технического университета» (Санкт-Петербург, 2002 г.), 60-й и 61-й научных конференциях Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (Санкт-Петербург, 2003 г. и 2004 г.)
Публикации. Содержание диссертации с достаточной полнотой опубликовано в 10 печатных трудах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 174 страницах и состоит из введения, четырех глав и выводов по диссертации, списка литературы, включающего 131 наименование (в том числе 22 - зарубежных) и 4-х приложений, содержит 27 рисунков, 10 таблиц
Автор выражает благодарность научному руководителю, проф., д.т.н. Ю.И. Беспалову за полученные навыки ведения научной работы и глубокую признательность ст. преп. КнАГТУ М.Н. Голованову за ценные консультации. Автор благодарит проф., д.т.н. В.Н, Попова и сотрудников кафедры маркшейдерского дела и геодезии МГГУ за поддержку и помощь, оказанную при окончательном оформлении диссертации.
Компенсаторы маркшейдерских приборов
Подземное строительство ведется в широких масштабах во многих странах мира, при этом наблюдается неуклонный рост масштабов этой отрасли строительства. К определенным достижениям мирового опыта следует отнести строительство сложных подземных энергетических комплексов, многокилометровых транспортных тоннелей и отдельных крупных подземных сооружений, имеющих различное назначение. Последние годы характеризуются разработкой и широким применением механизированных тоннелепроходческих машин, мощного бурового оборудования на манипуляторах и самоходных установках для проходки в крепких породах, а также облегченных видов крепи. Все это позволяет повысить темпы работ, снизить затраты и трудоемкость операций, что способствует дальнейшему развитию подземного строительства и увеличению потребности в подземных сооружениях в градостроительстве, транспортном тоннелестроении, для оборонных целей, а также в других отраслях хозяйства. Согласно данным Мосткова В.М. [67], общая длина туннелей, проходимых в мире за год, составляет более 2 тыс. км, при объеме выемки порядка 68 млн. м горной массы и скорости проходки до 79 м в сутки. Решение многих задач подземного строительства выполняется методами, используемыми при проектировании и строительстве горнодобывающих предприятий [97].
Среди объектов подземного строительства, в зависимости от их назначения, можно выделить следующие группы: транспортные тоннели, сооружения урбанистики, энергетические и гидротехнические сооружения, склады и хранилища, а также оборонные объекты. Сооружения каждой группы имеют свою специфику, влияющую на выбор способа проходки линейных выработок, разделки подземных камер и материала крепления, что, в свою очередь, определяет методику и используемый инструментарий для проведения маркшейдерских работ. Рассмотрим характерные особенности подземных объектов каждой группы.
Транспортные тоннели в зависимости от вида подвижного состава делятся на железнодорожные, автодорожные и судоходные. Первыми транспортными тоннелями были железнодорожные — в Англии строительство тоннеля длиной 1190 м на линии Ливерпуль - Манчестер было завершено в 1830 г. [80] . Большой объем строительства железнодорожных тоннелей связан с развитием метрополитенов, общая протяженность линий метро в мире, по данным Справочника [80] на 1992 г. составляла около 5 тыс. км с 4,5 тыс. станций, из них в России - 376 км с 227 станциями.
Тоннели метрополитенов могут быть глубокого или мелкого заложения, а в отдельных случаях применяются и наземные линии. При глубоком заложении станции располагаются «на горках», а тоннели проектируются по кратчайшему расстоянию между станциями с наибольшими радиусами кривых в плане [88] . Мелкое заложение тоннелей считается более удобным для пассажиров и имеет, в сравнении с глубоким заложением, лучшие экономические и эксплутационные характеристики. Особенностью тоннелей метрополитенов является наличие третьего, контактного рельса; габариты метрополитена для колеи 1520 мм обеспечивают эксплуатацию вагонов шириной 2,7 м, высотой 3,7 м и длиной кузова 18,8 м. Радиус перегонных тоннелей круглого сечения соответственно составляет 2450 мм, а при прямоугольном сечении габариты должны быть не менее 3800 мм (ширина) и 4600 мм (высота) [80]. Оборудование тоннелей сводится к возведению крепи, настилке рельс и навеске электрических кабелей.
Железнодорожные тоннели прокладываются в горной местности или для преодоления водных преград. Среди них имеются тоннели большой протяженностью, например, тоннель Сейкан в Японии под Цугарским проливом имеет длину 53,8 км, тоннель под Ла-Маншем - 51,5 км, самый протяженный тоннель в России - Северо-Муйский длиной 15,3 км [67, 80]. Самый длинный в мире тоннель протяженностью 57,5 км проектируется пройти в Швейцарских Альпах [116].
Автодорожные тоннели по сравнению с железнодорожными имеют меньшую протяженность - так, самый большой автодорожный тоннель Сен-Готард, соединяющий Италию со Швейцарией, имеет длину 16,9 км. В то же время автодорожные тоннели имеют более сложные сооружения, предусматривающие усиленную вентиляцию, камеры для размещения трансформаторных подстанций, размещения обслуживающего персонала и т.д. В ряде крупных городов (Париж, Лондон, Токио, Сан-Франциско) для различных потоков транспорта предусматривается строительство системы тоннелей, соединяющих пригороды с центром города. Такие тоннели проектируются двухъярусными, с несколькими полосами движения по каждому ярусу, эллиптического (с большой вертикальной осью) поперечного сечения высотой 15 м и шириной 12 м [67].
Подземные сооружения урбанистики строятся с целью разгрузки центра города от транспорта и вспомогательных зданий (АТС, архивов, автостоянок, торговых центров и пр.). Подземное городское строительство интенсивно ведется как за рубежом, так и в России - известны торговые комплексы под Манежной площадью в Москве, под площадью Труда в Санкт-Петербурге и др. При строительстве полууглубленных и углубленных сооружений предусматривается замораживание грунтов, а также использование способа «стена в грунте» и т.п. [87].
Энергетические и гидротехнические подземные сооружения характеризуются наиболее сложной сетью горных выработок, располагающихся на нескольких горизонтах и имеющих разные формы и размеры, в зависимости от их назначения. На рис. 1.1 показана схема компоновки Токтогульского гидроузла на реке Нарын по данным источника [35] . Как видно из рис. 1.1, конструкцией гидроузла, включающего плотину 1, поверхностный 2 и глубинный 3 водосбросы, водозаборное сооружение 4, здание гидроэлектростанции (ГЭС) 5 и низовую перемычку 6, предусмотрен также ряд тоннелей. Строительные тоннели — правобережный 7, левобережный 8 и транспортный 9; тоннель 10 к помещению затвора отсасывающих труб, транспортно-вспомогательные тоннели 11 и 12, тоннель 13 электрических кабелей 500 кВ, тоннель 14 на гребень плотины и тоннель 15 - низовой. Проходка таких тоннелей требует задания направления забою как в плане, так и по высоте, в зависимости от принятой схемы выемки породы и последовательности возведения крепи.
Использование деривационных сооружений в системе гидроузлов требует проходки протяженных тоннелей. Так, например, в состав Ирганайского гидроузла на реке Аварское Койсу входят двухниточная тоннельная деривация длиной 5200 м и полуторакилометровый отводящий канал. В схеме гидроузлов могут использоваться и сложные подземные системы турбинных водоводов [80]. Диаметр в свету для тоннелей круглого сечения принимается от 2 до 6 м, минимальный диаметр для тоннелей без обделки -2,5 м [80].
Проходка гидротехнических тоннелей может осуществляться различными способами, из которых выделяют горный и щитовой способы. При горном способе строительства выработка до возведения облицовки закрепляется при необходимости временной крепью, а при щитовом способе взамен временной крепи используются передвижные металлические щиты [34]. Следует отметить, что при некоторых разновидностях горного способа, так называемом двухштольневом способе опертого свода, задачей маркшейдерской службы является задание направления одновременно двум направляющим штольням, проходимым на разных горизонтах по оси будущего тоннеля [65]. Еще более осложняется работа маркшейдерской службы при проходке тоннелей способом продавливания в грунт [45]. При строительстве подземных гидроузлов используется современное высокопроизводительное оборудование для проходки как подводящего и отводящего тоннелей, так и восстающих стволов. Так, например, при реконструкции гидроузла Венда Нова на реке Кавадо (Португалия) применялось горнопроходческое оборудование фирмы Atlas Сорсо [28]. Поэтому методы маркшейдерских работ по обеспечению строительства таких тоннелей должны соответствовать все возрастающим темпам подвигания забоев.
Внешние источники погрешностей измерений лазерными приборами
На основе анализа современного состояния маркшейдерского обеспечения постоянно возрастающих объемов подземного строительства и уровня решения задач по применению наиболее прогрессивных методов маркшейдерских съемок, можно сделать следующие выводы
1. В условиях широкого применения скоростных способов проходки подземных горных выработок большого сечения и разделки крупногабаритных камер с последующим монтажом сложного технологического оборудования актуальным является использование лазерных маркшейдерско-геодезических приборов, обеспечивающих высокую производительность и точность измерений.
2. Современные лазерные маркшейдерско-геодезические приборы, создающие опорное направление в пространстве, используются для задания направления горизонтальным горным выработкам, проектирования отвесной линии в зенит и надир, нивелирования и выполнения других измерений. Наиболее удобными для работы в подземных горных выработках являются приборы с формированием лазерного излучения в КИС, обеспечивающие высокую точность при визуальном способе отсчитывания
3. Наиболее высокие требования при подземном строительстве предъявляются к точности маркшейдерско-геодезических работ, связанных с монтажом технологического оборудования в подземных горных выработках, особенно при установке конструкций по высоте. Поэтому актуальным является рассмотрение комплекса вопросов, связанных с повышением точности нивелирования лазерными приборами в подземных горных выработках. При выполнении экспериментов для оценки точности нивелирования целесообразно использовать современные отечественные приборы с формирователями КИС излучения ПЛД, например, лазерную насадку ЛН-1 и лазерный нивелир Лимка-горизонт L 4. Компенсаторы углов наклона оптико-механического типа являются сложными устройствами, имеющими подвижные детали. Учитывая возможность влияния магнитных полей в подземных горных выработках на точность работы этих устройств, целесообразно для экспериментов использовать лазерные нивелиры с наиболее надежными компенсаторами жидкостного типа.
5. Инструментальные погрешности лазерного прибора складываются из погрешностей лазерных излучателей, погрешностей оптических устройств и погрешностей механических устройств. При анализе точности нивелирования лазерными приборами в подземных горных выработках необходимо учитывать инструментальные погрешности конкретных нивелиров, используемых для экспериментов. Поскольку применение в приборах формирователей КИС излучения способствует исключению некоторых источников погрешностей, связанных с работой коллимирующих устройств, то для выполнения экспериментов следует рекомендовать нивелир с формирователем КИС излучения и ЖК (см. п.4). В качестве такого прибора может быть использован лазерный нивелир НКЛЗ.
6. Основные погрешности измерений лазерными приборами в подземных горных выработках за счет воздействия внешних факторов на распространение лазерного излучения складываются из погрешностей, вызванных влиянием запыленности рудничного воздуха, проявлением капежа и действием атмосферной рефракции. Воздействие запыленности рудничной атмосферы и капежа в горизонтальных горных выработках на распространение лазерного излучения исследованы в настоящее время с достаточной полнотой. Однако влияние капежа на распространение лазерного излучения в вертикальных горных выработках, а также действие атмосферной рефракции, особенно ее вертикальной составляющей при геометрическом нивелировании лазерными приборами, исследованы не в полной мере. 7. Для исследования атмосферной рефракции в подземных горных выработках целесообразно использовать приборный метод, основанный на применении оптических устройств типа насадки УОРГ. Однако, поскольку для обеспечения необходимой точности получения результата с помощью насадки УОРГ необходим относительно большой объем измерений, целесообразно рассмотреть возможность усовершенствования этого метода.
Учитывая эти выводы, для решения основной задачи, поставленной перед автором настоящей работы, - теоретические и экспериментальные исследования факторов, влияющих на точность маркшейдерских измерений в условиях подземных горных выработок большого сечения с целью разработки методики использования лазерных приборов при подземном строительстве, необходимо выполнить 1. Теоретические и экспериментальные исследования приборного метода определения атмосферной рефракции в подземных горных выработках, основанного на применении оптических устройств типа насадки УОРГ. 2. Экспериментальные исследования распределения градиентов температуры в атмосфере применительно к условиям подземных горных выработок большого сечения с целью разработки рекомендаций по снижению влияния рефракции на точность маркшейдерских измерений лазерными нивелирами. 3. Исследования влияния капежа на распространение излучения лазерных маркшейдерско-геодезических приборов в вертикальных горных выработках. 4. Исследование лазерных маркшейдерско-геодезических приборов с целью разработки рекомендаций по их использованию при подземном строительстве, в частности, для выполнения контрольно-измерительных операций при производстве монтажных работ в подземных горных выработках.
Применение устройства УНОК для исследования рефракции в подземных горных выработках
Полевые исследования нового устройства УНОК в комплекте с прецизионным нивелиром НА-1 (см. рис. 2.3) и специальной рейкой (см. рис. 2.4) на первом этапе заключались в определении точности устройства и экспериментальном подтверждении величины инструментальной погрешности, полученной выше, в параграфе 2.2, теоретическим путем. Поскольку выше было высказано также предположение о близости результатов, получаемых при наблюдениях рефракции устройством УНОК, к результатам определения нивелирной рефракции традиционным методом, то экспериментальные исследования состояли в определении рефракции новым устройством параллельно с наблюдениями нивелирной рефракции традиционным методом, применительно к условиям суточного хода рефракции на поверхности, в приземном слое воздуха. При наблюдениях традиционным методом использовался второй нивелир НА-1, с помощью которого снимались отсчеты по штриховой шкале с ценой деления 5 мм.
Для наблюдений на геополигоне СПбГТУ была выбрана линия длиной 40,7 м, ориентированная на северо-запад, подстилающую поверхность составлял задернованный луг при высоте луча над почвой 1,4 м [86]. Наблюдения проводились в течение 5 дней, начиная от момента утренней изотермии в припочвенном слое воздуха, приходящейся примерно на 9 часов утра (время летнее, Московское), и до верхней кульминации Солнца, т.е. до 14 часов, отсчеты снимались через каждый час.
Устройством УНОК в каждом часовом цикле наблюдений суточного хода рефракции снимались отсчеты по шкале микрометра при биссектральном совмещении изображений двух штрихов рейки (штрихи 1,5 и 1,7), по 10 отсчетов для каждого из штрихов. Одновременно снимались отсчеты (10 отсчетов в часовом цикле) по шкале микрометра нивелира НА-1 путем совмещения клинообразных биссектральных штрихов сетки нитей при визировании на дополнительную штриховую шкалу, установленную на параллельной линии. Метеорологические параметры: атмосферное давление и температура воздуха на высоте ОД м и 1,8 м над почвой измерялись в каждом часовом цикле.
Результаты наблюдений суточного хода рефракции приведены в таблице 2.1, составленной по материалам Приложения 1. В таблице приведены измеренные метеорологические параметры — температура воздуха на высоте прибора Т, в К (графа 2), атмосферное давление Р, в миллибарах (графа 3), и вертикальный градиент температуры воздуха, в К/м (графа 4). В графах 5 и 6 показаны результаты определения приращения угла рефракции в делениях шкалы барабана микрометра (д.б.), полученные устройством УНОК (6) и нивелиром НА-1 (д) соответственно. Корреляционный анализ, выполненный по результатам определения приращения угла рефракции двумя способами, т. е. устройством УНОК и традиционным методом, с использованием нивелира НА-1 (см. графу 10 табл. 2.1), позволил установить, что коэффициент корреляции между этими величинами не ниже г = 0,97. Для определения надежности коэффициента корреляции воспользуемся критерием Фишера z [22]. Приведенному выше значению г соответствует z = 2,09. Среднее квадратическое отклонение величины z а -7=Ц 2-зл)
Поскольку в нашем случае п = 5, то по формуле (2.3.1 получим) 0(Z) = 0,71, доверительный интервал коэффициента корреляции составляет соответственно 0,11. Поскольку это значительно меньше абсолютного значения коэффициента корреляции, наличие линейной корреляции между определением угла рефракции двумя способами можно полагать установленным [86].
Кроме того, в табл. 2.1 приведены коэффициенты корреляции, подтверждающие наличие связей между изменением температуры Т и приращениями угла рефракции, измеренными устройством УНОК (графа 7) и нивелиром НА-1 (графа 8), а также между изменением вертикального градиента температуры т и величинами б (графа 9) и д (графа 10). Таким образом, выполненные эксперименты подтверждают, что метод, основанный на использовании нового устройства УНОК, и традиционный метод наблюдений за нивелирной рефракцией фиксируют одну и ту же величину — приращение угла рефракции. На рис. 2.6 приведен график суточного хода нивелирной рефракции по результатам наблюдений 13.07.01.
Оценка точности определения угла рефракции устройством УНОК приведена в таблице 2.2. В графах 2 и 3 содержатся результаты наблюдений в часовых циклах приращений угла рефракции (в делениях барабана микрометра) устройством УНОК по штрихам 1,5 (61,5) и 1,7 (б ) рейки соответственно, а также среднее из этих значений (6ср) - графа 4. В графе 5 приведены результаты измерений, выполненных нивелиром НА-1, для каждого дня наблюдений дано значение величины выбранной дистанции D.
Учет влияния источников погрешностей на точность маркшейдерских измерений
Производство маркшейдерских измерений при подземном строительстве должно соответствовать типу возводимого сооружения и характеру ведения горных и строительных работ. Разнообразные объекты подземного строительства можно классифицировать по их назначению, при этом выделяют транспортные сооружения и подземное градостроительство, объекты энергетики и гидротехники, склады и хранилища, а также объекты оборонного назначения [67]. Наиболее сложными являются объекты энергетического строительства, включающие комплексы подземных сооружений - горизонтальные, вертикальные и наклонные горные выработки большого сечения. Строительство подземных гидроэлектростанций может выполняться через вертикальные и наклонные шахтные стволы, а также транспортные и подходные тоннели [38].
Строительству подземных сооружений предшествует процесс проектирования с выбором оптимального варианта их расположения. Для этого выполняется комплекс изысканий, включающий и топографо-геодезические работы [18]. До начала строительных работ маркшейдерской службой принимается и проверяется топографическая и маркшейдерская документация, а также генеральный план строительства и строительные чертежи. При выявлении ошибок они устраняются по согласованию с проектной организацией.
Для обеспечения переноса в натуру проекта наземных и подземных сооружений, а также контроля за соблюдением геометрической схемы этих сооружений в подземных горных выработках создается плановое и высотное опорное обоснование. При этом должны учитываться не только непосредственно маркшейдерские задачи, но и технологические процессы горных работ. Достигается это рациональной закладкой маркшейдерских знаков при взаимной увязке горных и маркшейдерских работ.
При всем многообразии объектов подземного строительства способы проходки тоннелей, вертикальных горных выработок и разделки камер являются общими и зависят, в основном, от характера горных пород, их крепости, устойчивости, обводненности и т.д. Различают проходку тоннелей горным и открытым способом. Горные способы проходки делятся на методы поэтапного раскрытия сечения выработки, сплошного забоя и уступный метод. Особые методы используют при проходке тоннелей в слабых горных породах, включая специальные методы проходки [72]. Соответственно состав и характер маркшейдерских работ должен выбираться применительно к принятому способу проходки горных выработок. Поэтому целесообразно рассмотреть некоторые особенности различных методов проходки горных выработок при подземном строительстве.
Горные способы проходки тоннеля с поэтапным раскрытием сечения используют при ведении работ в слабых, неустойчивых породах с использованием временного крепления, а под его под защитой в дальнейшем возводят постоянную бетонную обделку. Наибольшее распространение получили два метода сооружения тоннеля по частям: метод опертого свода (бельгийский) (рис. 4.1 ,а) и метод опертого ядра (германский) (рис. 4.1,6). Цифрами на рис. 4.1 показана последовательность разделки отдельных частей поперечного сечения тоннеля. Метод опертого свода применяется при проходке тоннелей в не сильно сжимаемых породах, не требующих больших объемов производства буровзрывных работ [34]. При методе опертого свода с проходкой нижней опережающей штольни 1 (см. рис. 4Л,а) и верхней штольни 2 , соединяющихся между собой фурнелями — вертикальными горными выработками 2а, разделка свода тоннеля ведется проходкой калотт 3 с последующим его бетонированием. Под защитой постоянного крепления свода вынимаются боковые штроссы 4, а после бетонирования стенок разрабатывается ядро 5 и бетонируется лоток - нижняя часть тоннеля.
Маркшейдерские работы заключаются в обеспечении проходки штолен, разработки калотт и разделки штросс , выемки ядра и оформлении лотка. Эти три группы работ различаются характером измерительных операций, требуемой точностью и используемым инструментарием. Целью маркшейдерских работ является обеспечение геометрически правильной разработки породы по внешнему контуру сооружаемого тоннеля с минимальными переборами. Наиболее ответственным является обеспечение проходки опережающей штольни, задание направления забою которой может осуществляться с использованием проходческих отвесов, однако удобнее использовать для этого лазерные указатели направления [40, 56]. Размеры нижних боковых штолен задаются в проекте разработки тоннеля, при этом могут быть приняты различные проектные решения, учитывающие как габариты откаточных сосудов (вагонеток) для подачи бетона, так и удобство возведения постоянного крепления стенок горной выработки [38].
Постоянные знаки маркшейдерских опорных сетей закладываются, как правило, в нижних штольнях (см. рис. 4.1, а), тогда как в верхние штольни проектную ось и высотные отметки передают через фурнели. При передаче направления могут использоваться методы створа двух отвесов, опускаемых в фурнель, с использованием дополнительных породных фурнелей для контроля перенесения осей. На рис. 4.2 показаны способы выполнения соединительных съемок между нижней и верхней штольнями через фурнель.
При разработке калотт маркшейдерская служба задает контуры свода тоннеля с перенесением его на временную крепь. При неустойчивых породах кровли и возведении временной крепи в виде лонгарин (продольных элементов деревянной крепи) и штендеров (стоек) контролируется как горизонтальность установки каждой из лонгарин, так и ее проектный размер. Кружала, используемые при возведении опалубки для бетонирования свода, проходят маркшейдерскую проверку и приемку на поверхности, до опускания их в подземные горные выработки. Кружала могут применяться как деревянные, так и изготовленные из металла [34].
Метод опорного ядра применяется в неустойчивых породах при большом горном давлении. Для этого метода (см. рис. 4Л,б) характерна разработка, начиная с подошвы тоннеля, боковых штолен 1, 2, в которых выполняется бетонирование части обделки стен. Далее проходится центральная штольня 3 и расширяется подсводовое пространство 4 с бетонированием свода и опиранием его на боковые стенки. После этого под защитой свода разрабатывается часть горного массива 5 - ядро выработки [72].
Особенностью маркшейдерских работ, связанных с этим методом строительства тоннелей, является обеспечение проходки штолен встречными забоями и обеспечение разбивочных работ при возведении постоянного крепления.
Хотя выемку пород ядра можно механизировать, тем не менее проходка большого количества поярусных штолен удорожает метод опорного ядра по сравнению с другими способами. Поэтому, если имеется возможность, стараются использовать метод сплошного забоя с разработкой поперечного сечения тоннеля за один прием [67].
