Вопрос 1. Виды опасных зон при подземной разработке месторождений полезных
ископаемых.
Опасная зона – участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется
осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые проектом на
отработку месторождения, а также проектом мероприятий на ведение горных работ в
опасной зоне.
При подземной разработке угля могут образовываться следующие опасные зоны:
Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов:
– опасные по горным ударам;
– опасные по внезапным выбросам угля и газа;
– повышенного горного давления от целиков или краевых частей;
Зоны, обусловленные геологическими факторами:
– у геологических нарушений, в том числе у выходов пластов под наносы;
– опасные по прорыву плывунных пород;
– опасные по суфлярным выделениям метана геологического происхождения.
Зоны, опасные по прорыву воды:
– расположенные под водными объектами на земной поверхности;
– расположенные вблизи затопленных выработок, в том числе у незатампонированных
разведочных и технических скважин различного назначения;
– барьерные целики, в том числе между открытыми и подземными горными выработками.
Зоны, обусловленные горнотехническими факторами:
– опасные по прорыву глины и пульпы;
– пожарные участки;
– загазированные выработки;
– участки ведения горных работ, находящихся в зоне влияния действующих открытых
горных работ (при совместной отработке участка открытым и подземным способом).
Вопрос 2. Организация контроля безопасного ведения горных работ в опасных зонах.
В случае встречи опасной зоны при разработке месторождения горные работы должны быть
остановлены до составления предприятием проекта мероприятий отработки участка опасной
зоны, определяющего необходимые меры безопасного ведения горных работ в опасной зоне.
Проекты на ведение горных работ на участках, где произошли геодинамические явления,
разрабатываются с учетом рекомендаций специализированных организаций в порядке,
установленном Ростехнадзором.
Границы опасных зон в горных выработках следует обозначить предупредительными
знаками или ограждениями.
Границы опасных зон должны быть нанесены на планы горных выработок. Опасные зоны
наносят на горно-графическую документацию в соответствии с условными обозначениями.
Ответственность за своевременное выявление опасных зон, разработку и реализацию
проектов мероприятий по безопасному ведению горных работ в опасных зонах возлагается на
технического руководителя предприятия.
Горные работы в опасных зонах ведутся по специальным проектам, разработанным на
предприятии и утвержденным техническим руководителем предприятия.
Проект мероприятий основывается на действующих нормативных документах или на
рекомендациях специализированных организаций.
Технический руководитель предприятия издает письменное распоряжение, в котором
указывает сроки и назначает ответственных лиц за выполнение следующих работ:
– расчет и построение границ опасной зоны;
– нанесение границ опасной зоны на планы горных выработок;
– составление проекта (или мероприятий) безопасного ведения горных работ в опасной зоне;
– ведение горных работ в опасной зоне с реализацией предусмотренных в проекте решений;
– контроль выполнения мероприятий;
– снятие опасной зоны с контроля.
Вопрос 3. Обязанности главного маркшейдера по обеспечению безопасного ведения
горных работ в опасных зонах.
Главный маркшейдер предприятия:
– относит участки к опасным зонам и строит их границы;
– наносит границы опасных зон на планы горных выработок;
– представляет соответствующим службам предприятия маркшейдерскую документацию,
необходимую для отнесения участков к опасным зонам, построения границ этих зон,
составления проекта ведения горных работ в опасных зонах;
– разрабатывает мероприятия по маркшейдерскому обеспечению проведения горных
выработок вблизи и в пределах границ опасных зон;
– участвует в разработке мероприятий по безопасному ведению горных работ в опасных
зонах;
– не позднее, чем за месяц до подхода горных выработок к границам опасных зон
письменно (в Книге указаний и уведомлений маркшейдерской службы) уведомляет об этом
технического руководителя предприятия и начальника соответствующего участка, а также
знакомит с содержанием этого уведомления горнотехнического инспектора, контролирующего
безопасное ведение горных работ на данном предприятии;
– при подходе горных выработок к границе опасной зоны на расстояние не менее 20 м, но
не позднее чем за трое суток до подхода к этой границе выдает начальнику участка под
расписку эскиз выработок с указанием на нем границ входа и выхода, а также расстояний до
них от маркшейдерских пунктов или от характерных элементов сопряжений горных
выработок;
– ведет совместно с главным геологом (геологом) Книгу учета опасных зон предприятия.
Вопрос 4. Государственный надзор за безопасным ведением горных работ, связанных с
использованием недр.
1. Настоящее Положение, разработанное в соответствии с Законом Российской Федерации
"О недрах", определяет органы государственного надзора за безопасным ведением работ,
связанных с пользованием недрами (далее - государственный горный надзор), их полномочия,
права, обязанности и порядок работы.
2. Задачами государственного горного надзора являются предупреждение, выявление и
пресечение нарушений пользователями недр требований законодательства Российской
Федерации и утвержденных в установленном порядке стандартов (норм, правил) по
безопасному ведению работ, связанных с пользованием недрами, предупреждению и
устранению их вредного влияния на население, окружающую среду, здания и сооружения, а
также по охране недр.
(в ред. Постановления Правительства РФ от 05.06.2013 N 476)
(см. текст в предыдущей редакции)
3. Государственный горный надзор осуществляется в соответствии с законодательством
Российской Федерации Федеральной службой по экологическому, технологическому и
атомному надзору и ее территориальными органами, являющимися органами
государственного горного надзора, во взаимодействии с Федеральной службой по надзору в
сфере природопользования и ее территориальными органами при осуществлении
государственного надзора за геологическим изучением, рациональным использованием и
охраной недр.
(в ред. Постановления Правительства РФ от 05.06.2013 N 476)
(см. текст в предыдущей редакции)
4. Предметом проверок при осуществлении государственного горного надзора является:
(в ред. Постановления Правительства РФ от 05.06.2013 N 476)
(см. текст в предыдущей редакции)
а) соблюдение пользователями недр требований промышленной безопасности на объектах,
на которых ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также
работы в подземных условиях, при их проектировании, строительстве, эксплуатации,
консервации и ликвидации, транспортировании опасных веществ, изготовлении, монтаже,
наладке, обслуживании и ремонте технических устройств, применяемых на этих объектах;
б) соблюдение пользователями недр требований по безопасному ведению работ, связанных
с пользованием недрами, а также по предупреждению и устранению их вредного влияния на
население, окружающую природную среду, здания, сооружения и природные объекты, в том
числе при консервации и ликвидации предприятий по добыче полезных ископаемых и
подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых;
в) соблюдение пользователями недр требований по технологии ведения работ, связанных с
пользованием недрами, при реализации технических проектов, планов (программ) и схем
развития горных работ, а также иной документации на осуществление работ, связанных с
пользованием недрами;
г) правильность осуществляемых пользователями недр пространственных измерений и
определений параметров горных разработок и подземных сооружений, положений участков
строительства и эксплуатации подземных сооружений, границ горных отводов, границ
ведения горных и взрывных работ, опасных зон, зон охраны от вредного влияния горных
разработок и сдвижения горных пород, контуров предохранительных целиков, границ разноса
бортов карьеров и разрезов;
д) соблюдение пользователем недр требований по организации пользователями недр
контроля за состоянием рудничной атмосферы, содержанием в ней кислорода, вредных и
взрывоопасных газов и пыли, осуществлением специальных мероприятий по
прогнозированию и предупреждению внезапных выбросов газов, горных ударов, прорывов
воды, полезных ископаемых и пород;
е) проведение маркшейдерских наблюдений, необходимых для обеспечения нормального
технологического цикла и достоверного учета горных работ и прогнозирования опасных
ситуаций, соблюдение установленных требований по ведению маркшейдерской документации
при пользовании недрами и обеспечению ее сохранности;
ж) правильность использования взрывчатых веществ и средств взрывания, их надлежащий
учет, хранение и расходование на объектах, связанных с пользованием недрами, а также
соблюдение требований пожарной безопасности на подземных объектах и при ведении
взрывных работ на объектах, связанных с пользованием недрами;
Методические указания по ведению государственного горного надзора за охраной недр
предназначены для Госгортехнадзора России и его территориальных органов.
Основной целью государственного горного надзора за охраной недр является обеспечение
рационального и комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов и охраны недр
в интересах народов Российской Федерации и будущих поколений, соблюдение
пользователями недр законодательства о недрах, качественное производство геологомаркшейдерских работ по обеспечению рационального использования и охраны недр,
предотвращению аварий и несчастных случаев при ведении горных работ, предупреждение и
устранение вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду,
здания и сооружения.
Организуют разработку и утверждение федеральных требований (правил и норм) по
рациональному использованию и охране недр, переработке минерального сырья, производству
маркшейдерских работ, охране зданий, сооружений и природных объектов от вредного
воздействия горных разработок и безопасному ведению работ при пользовании недрами,
устанавливают в необходимых случаях единство требований;
Определяют технические требования по охране недр, предупреждению и устранению
вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и
сооружения при ликвидации и консервации опасных производственных объектов по добыче
полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных
ископаемых, а также порядок ликвидации и консервации указанных объектов и сооружений;
В области лицензирования видов деятельности Госгортехнадзор России и его
территориальные органы выдают лицензии на производство маркшейдерских работ.

государственный контроль за соблюдением норм и правил при составлении и
реализации проектов по добыче и переработке полезных ископаемых, использованию недр в
целях, не связанных с добычей полезных ископаемых, включая производство маркшейдерских
работ;

прекращение самовольного пользования недрами и самовольной застройки площадей
залегания полезных ископаемых;

надзор за соблюдением всеми пользователями недр законодательных и нормативных
требований в области охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния
горных разработок, промышленной безопасности;

контроль за соблюдением установленных требований при геологическом изучении
недр в пределах горного отвода;

контроль за правильностью разработки месторождений (включая гидроминеральные)
в части выемки запасов и комплексного использования полезных ископаемых;

контроль за соблюдением ежегодных планов горных работ, а также установленных
нормативов потерь полезных ископаемых при их добыче и переработке;

контроль за соблюдением условий лицензий на пользование недрами, а также за
соблюдением требований (норм, правил) по безопасному ведению работ и охране недр при
реализации соглашений о разделе продукции;

контроль за соблюдением установленного порядка ведения работ по ликвидации
(консервации) объектов недропользования, требований по обеспечению охраны недр, а при
консервации - также требований, обеспечивающих сохранность горных выработок на время
консервации;

надзор за осуществлением производственного контроля в организациях, ведущих
горные работы и работы в подземных условиях (в части геологического и маркшейдерского
обеспечения горных работ);

контроль за соблюдением условий лицензий на производство маркшейдерских работ;

контроль за достоверностью геолого-маркшейдерских и горнотехнических исходных
данных расчетов платежей за пользование недрами;

контроль за выполнением мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от
вредного влияния горных разработок;

контроль за правильностью установления опасных зон при ведении горных работ;

проверку знаний правил и норм охраны недр у специалистов и руководителей
организаций по добыче полезных ископаемых и использующих недра в целях, не связанных с
добычей полезных ископаемых.
Вопрос 5. Организация маркшейдерских работ по обеспечению безопасности горных
работ в зонах повышенного горного давления.
К зонам ПГД относятся участки массива горных пород, расположенные под (над) целиками
и краевыми частями, оставленными при разработке свиты пластов. При разработке
сближенных пластов наличие зон ПГД приводит к потере устойчивости непосредственной и
основной кровли и как следствие этого к резкому возрастанию интенсивности процесса
образования вывалов, завалам лав, случаям групповой посадки «нажестко» гидростоек секций
механизированных крепей.
2. Отнесение участков пласта к зонам, опасным по проявлениям горного давления, и
построение границ этих зон осуществляются в соответствии с методикой, изложенной в
Указаниях (пп. 9.5 и 9.8),
на выкопировке из совмещенного плана горных выработок в масштабе не мельче 1:2000. В
отдельных случаях при значительных размерах зон ПГД может быть допущено построение зон
ПГД на планах масштаба 1:5000. Материалы построения зон ПГД подписываются главным
технологом и главным маркшейдером шахты (ШСУ) и хранятся до погашения горных
выработок, расположенных в зонах ПГД или до ликвидации зоны ПГД.
3. Границы зон ПГД должны изображаться в проектах вскрытия и подготовки выемочных
участков, подготовки очистных забоев, на паспортах крепления очистного забоя, на обменных
чертежах и рабочих планах горных выработок (масштаб 1:500, 1:1000) по мере их
образования.
Ответственным за построение и изображение на планах горных выработок границ зон ПГД
является главный маркшейдер шахты (ШСУ).
4. Ведение горных работ в зонах ПГД должно осуществляться в соответствии с
техническим паспортом, утвержденным главным инженером шахты и разработанным с учетом
требований действующих Правил безопасности Указаний и Инструкции .
5. В проектах вскрытия и подготовки выемочных участков, подготовки очистных забоев, в
паспортах крепления подготовительных выработок и очистных забоев службой главного
технолога шахты (ШСУ) должны быть разработаны мероприятия по безопасному ведению
горных работ в зонах ПГД, с указанием сроков и лиц, ответственных за выполнение этих
мероприятий. С указанными мероприятиями главный технолог шахты (ШСУ) должен
ознакомить должностных лиц, ответственных за их реализацию и контроль (см. табл.).
.6. Если при работе очистного забоя в зоне ПГД фактические проявления горного давления
не соответствуют степени опасности зоны по построению, то название зоны и разработанные
ранее мероприятия по управлению кровлей могут быть скорректированы в проекте с
обоснованием внесенных изменений. Решение об изменении названия зоны ПГД и о
корректировке мероприятий по управлению кровлей принимается главным инженером шахты
на основании наблюдений за состоянием кровли очистного
7. При подходе горных работ к границам зон ПГД главный маркшейдер шахты (ШСУ) в
соответствии с п. 2.5 настоящего Положения уведомляет об этом главного инженера.
Вопрос 6. Особенности съемок горных выработок при подходе к опасной зоне.
При ведении горных работ вблизи утвержденных границ опасных зон, у затопленных и
загазированных выработок, у выработок, опасных по выбросам газа и горным ударам,
удаление пунктов полигонометрических ходов от забоев подготовительных выработок
допускается не более 30 м при подходе выработок на расстояние 50 м к указанным
границам и 150 м при проведении выработок вдоль границы зоны.
На шахтах, опасных по выбросам газа или пыли, применяют приборы во взрывобезопасном
исполнении в соответствии с установленными требованиями безопасности.
При проведении выработки в направлении границы опасной зоны, вдоль нее или
непосредственно в опасной зоне теодолитные ходы прокладывают по мере продвигания забоя
с отставанием от него не более чем на 20 м. В этих случаях координаты пунктов определяют
независимо дважды.
При ведении горных работ вблизи и в пределах опасных зон и при ответственных сбойках
выработок - непосредственно после выполнения маркшейдерских работ, журналы измерений,
вычислительную и графическую документацию проверяет главный маркшейдер организации(
с обязательной отметкой).
Изображения подземных горных выработок, проводимых вблизи и в пределах границ
опасных зон у затопленных и загазированных выработок, выработок, опасных по внезапным
выбросам газа, горным ударам, барьерных и предохранительных целиков на планах
закрепляют тушью в течение суток по завершении съемки. Также в течение суток пополняют
цифровую модель (электронная копия) при ее наличии.
Для съемки подземных горных выработок, не опасных по газу и пыли, возможно
использование электронных тахеометров и систем лазерного сканирования.
При производстве маркшейдерских работ обеспечиваются полнота и точность измерений и
расчетов, достаточная для безопасного ведения горных работ и охраны недр.
Обязательно указываются такие границы как;

искусственные и естественные водоемы, пересохшие русла ручьев и рек, если они могут
представлять опасность для горных работ, с указанием отметок уреза воды и дна русла;

утвержденные границы опасных зон у постоянно затопленных выработок и выработок
опасных по выбросам газа и горным ударам, барьерных и предохранительных целиков;

места прорыва плывунов, подземных и поверхностных вод, вывалов пород, пожаров и
т.д.;
Вопрос 7. Организация производственного контроля при производстве геологических и
маркшейдерских работ.
Главный маркшейдер и главный геолог организации соответственно обеспечивают:

ежегодное планирование работы маркшейдерских и геологических служб в
соответствии с годовым планом развития горных работ (годовой программой работ) и
установленными требованиями;
 проведение в пределах своей компетенции проверок соответствия фактического и
планового ведения горных работ, соблюдения технических проектов и
технологической дисциплины, параметров горных выработок и состояния целиков,
выполнения указаний работников служб;
 участие служб в разработке планов мероприятий по обеспечению промышленной
безопасности и охраны недр и техническом расследовании причин аварий, инцидентов
и несчастных случаев;
 приемку маркшейдерских, топографо-геодезических, землеустроительных и
геологических работ, выполняемых сторонними организациями на договорной основе;
 передачу маркшейдерской, топографо-геодезической, землеустроительной и
геологической документации соответствующим организациям, являющимся
правопреемниками реорганизуемых организаций по добыче полезных ископаемых, а
при ликвидации и консервации организаций - в соответствующий государственный
архив субъекта Российской Федерации.
Руководители маркшейдерской и геологической служб организаций осуществляют в
системе производственного контроля следующие функции:
 доведение до руководителей участков, цехов и других подразделений организации обязательных
для исполнения указаний по вопросам маркшейдерского и геологического обеспечения горных работ, а
также по устранению нарушений требований законодательства о недрах, промышленной безопасности,
охране недр и окружающей природной среды, проектной и технологической документации, годовых
планов развития горных работ (годовых программ работ) в целях предотвращения случаев аварий и
травматизма, сверхнормативных потерь полезных ископаемых, выборочной отработки богатых участков
месторождений, приводящей к необоснованным потерям запасов полезных ископаемых, и недопущения
других нарушений законодательных требований;
 внесение предложений руководителю организации по приостановке работ по строительству,
реконструкции, эксплуатации, консервации или ликвидации объектов по добыче полезных ископаемых и
подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, если проведение этих работ
может повлечь за собой порчу месторождений полезных ископаемых, прорыв в горные выработки воды и
вредных газов, возникновение опасных деформаций горных выработок, охраняемых объектов
поверхности и других аварийных ситуаций, а также в случае отступлений и нарушений требований
проекта и установленных норм и правил, незамедлительно ставя об этом в известность руководителя
организации и работников, ответственных за осуществление производственного контроля;
 браковку работ, выполненных с отступлениями от утвержденных годовых планов развития
горных работ (годовых программ работ), проектной и технической документации;
 организацию подготовки и аттестации работников служб в области промышленной безопасности
и охраны недр;
 внедрение в производство геологических и маркшейдерских работ новейших достижений науки
и техники;
 доведение до сведения работников служб информации об изменении требований нормативнотехнических документов в области геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ,
промышленной безопасности, охраны недр, их обеспечение нормативными документами;
 совершенствование организации и методов ведения геологических и маркшейдерских работ на
основе широкого внедрения новейших достижений науки и техники, передового отечественного и
зарубежного опыта на базе развития и освоения геофизической аппаратуры, оптико-электронной,
гравиметрической техники, систем глобального позицирования, лазерных, гироскопических,
инерциальных систем, геоинформационных и иных компьютерных технологий обработки геологической
и маркшейдерской информации;
Вопрос 8. Особенности построения зон повышенного горного давления на пластах
опасных по горным ударам и внезапным выбросам.
Горный удар - хрупкое разрушение угольного целика, краевой части пласта или боковых
пород, находящихся в предельно напряженном состоянии, проявляющееся в виде отброса или
выдавливания угля (породы) в горные выработки и приводящее к повреждению горной крепи,
смещению машин, оборудования и нарушению технологического процесса.
Опасная зона - участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется
осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые, как правило,
специальными проектами.
Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов подразделяются:
-опасные по горным ударам;
-опасные по внезапным выбросам угля и газа;
-повышенного горного давления от целиков или краевых частей.
Построение границ опасных зон производится маркшейдерской службой шахты в
соответствии с методикой, изложенной в Инструкция по безопасному ведению горных работ
на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. Л.: ВНИМИ, 1988.
Границы опасных зон по мере их образования должны быть изображены в проектах ведения
горных работ в опасных зонах, на обменных и рабочих планах. Ответственным за изображение
на обменных и рабочих планах горных выработок границ опасных зон и учет этих зон
является главный маркшейдер шахты, шахто-строительного управления (ШСУ), а по зонам у
геологических нарушений - главный геолог (геолог) шахты (ШСУ).
Порядок расчета и построения защищенных, незащищенных зон и зон ПГД, определение
параметров локальной выемки защитных пластов регламентируются Инструкцией по
безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к
горным ударам (СПб., 1999). Главным маркшейдером шахты наносятся границы
указанных на планы горных работ и на рабочие эскизы участка; представляется
соответствующим службам шахты маркшейдерская документация, необходимая для
составления проектов ведения горных работ; разрабатываются мероприятия по
маркшейдерскому обеспечению ведения горных работ вблизи и в пределах границ зон
ПГД; не позднее чем за месяц до подхода горных выработок к границам незащищенной
зоны и зоны ПГД письменно в «Книге указаний и уведомлений маркшейдерской
службы» уведомляется об этом технический руководитель шахты и начальник
соответствующего участка, а также знакомится с содержанием этого уведомления горнотехнический инспектор, закрепленный за шахтой; не позднее чем за трое суток до
подхода горных выработок к границе зоны ПГД на расстояние не менее 20 м выдается
начальнику участка под расписку эскиз выработок с указанием на нем границ входа и
выхода из зон ПГД, а также расстояний до них от маркшейдерских пунктов или от
характерных элементов горных выработок. Оценка и учет использования защитного
действия пластов ведется согласно разработанным МЕРОПРИЯТИЯм ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ
БЕЗОПАСНОСТИ
РАБОТАЮЩИХ
Все работы по прогнозу опасных зон и мер по предотвращению горных ударов в почве
выработок организует технический руководитель - главный инженер шахты. На
эксплуатационном участке должна находиться необходимая документация с
нанесенными опасными зонами. В службе прогноза и борьбы с горными ударами должен
быть журнал с результатами прогноза и контроля эффективности локальных мер
борьбы с горными ударами в почве выработок
Горные удары на угольных пластах по силе проявления подразделяются на стреляния,
микроудары, горные удары, горно-тектонические удары и удары с разрушением пород
почвы.
Предварительными признаками опасности возникновения горных ударов являются толчки,
стреляния и микроудары при работе выемочных машин, отбойных молотков, при бурении и
взрывании шпуров. Интенсивность их возрастает с ростом глубины разработки, увеличением
мощности труднообрушаемой кровли и наложением нескольких зон опорного давления.
Удар возникает внезапно, сопровождается резким звуком, сотрясением горного массива,
образованием большого количества пыли и воздушной волной. На газоносных угольных
пластах удар приводит к повышенномугазовыделению, а на крутых пластах может вызвать
обрушение
или
высыпание
угля.
Вопрос 9. Расчет и построение границы безопасного ведения горных работ у
затопленных выработок.
Опасные по прорывам воды зоны устанавливают у затопленных выработок, пройденных по
угольным пластам или по вмещающим породам, у затопленных шахтных стволов, шурфов и
скважин, у разрывных тектонических нарушений, пересекающих затопленные выработки, а
также в толщах, залегающих под и над затопленными выработками. Параметры
междушахтных целиков также следует оценивать по условиям предотвращения прорыва через
них шахтных вод. Горные и буровые работы в опасных по прорывам воды зонах можно вести
только с выполнением инженерных мероприятий, которые обеспечивают их безопасность.
Контуры затопленных выработок могут быть достоверными и недостоверными. Контур
можно считать достоверным, если он зафиксирован в горной графической документации по
результатам маркшейдерских съемок, выполненных после остановки забоев выработок с
соблюдением требований инструкции по производству маркшейдерских работ; правильность
нанесения контура выработок может быть проверена по материалам этих съемок. Если эти
условия не соблюдаются, то контур затопленных выработок следует считать недостоверным.
Ширину опасных по прорыву воды зон (барьерных целиков) у затопленных выработок с
достоверным контуром, пройденных в одиночных пластах мощностью до 3,5 м при углах
падения
a
≤
30°,
следует
определять
по
формуле:
d = 0,05 H + 5 m + Δl
где d - ширина опасной зоны (барьерного целика) по пласту при отсутствии в ней
тектонических нарушений, м;
Н - расстояние по вертикали от земной поверхности до пласта в опасной зоне, м;
m - вынимаемая мощность пласта, м;
Δl - погрешность положения затопленной выработки (определяется маркшейдером шахты.
Ширину опасной зоны принимают равной 20 м, если по формуле (1) она получилась менее
20 м. При давлении воды в затопленной выработке менее 0,1 МПа (1 кгс/см2) ширину
барьерного целика принимают равной 20 м.
Вопрос 10. Роль маркшейдерской службы в обеспечении эффективности и безопасности
ведения горных работ.
Важными задачами, решаемыми маркшейдерской наукой, являются изучение
пространственных форм месторождений, залегающих в недрах, и изображение их на
специальных горно-геометрических графиках; определение оптимальных режимов добычи
полезного ископаемого для получения конечного продукта с необходимым наперед заданным
содержанием полезных и вредных компонентов. Фундаментальное направление в
маркшейдерской науке связано с изучением особенностей протекания механических
процессов в массивах горных пород и в элементах систем разработки при извлечении ПИ
(горнаягеомеханика).
Маркшейдер участвует во всех этапах работы горного предприятия, начиная с разведки
месторождений и кончая ликвидацией предприятия. Причем каждый этап требует своей
специфики производства маркшейдерских работ.
Разведка месторождений ПИ. При разведке маркшейдер участвует в съемке земной
поверхности; согласно проекту геологоразведочных работ определяет и задает в натуре
положение разведочных выработок (шурфов, канав, штолен и т. п.); производит съемку
разведочных выработок, мест взятия проб, обнажений горных выработок, элементов залегания
пластов ПИ и вмещающих пород; совместно с геологом составляет на основе съемок
графическую документацию, отражающую форму и условия залегания месторождения.
Существенное значение для оценки месторождений имеют работы маркшейдеров по
составлению различных горногеометрических графиков, отражающих качественные свойства
полезного ископаемого.
Маркшейдерские планы и разрезы, построенные по данным геологической разведки,
используются для подсчета запасов и проектирования горного предприятия.
Проектирование и строительство горного предприятия. При проектировании горных
предприятий маркшейдер участвует в проектно-изыскательских работах: в оформлении границ
шахтных полей в соответствии с действующими положениями о горных и земельных отводах;
в проектировании системы разработки и сооружений на поверхности; в разработке мер охраны
сооружений (поверхностных и под земных) от вредного влияния подземных разработок; в
составлении графиков организации и планов горных работ в процессе строительства и
эксплуатации месторождения; в подсчете потерь и промышленных запасов полезных
ископаемых.
При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач,
связанных с перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка
центра и осей ствола, разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и
т.д.). Он осуществляет контроль строительства подъемного комплекса, проходки и
армирования ствола и проведения капитальных выработок, выполнения проекта специальных
методов строительства стволов шахт.
Эксплуатация месторождения :маркшейдер производит съемки выработок; задает
направления горным выработкам; по результатам съемок составляет планы; осуществляет
контроль ведения горных работ в соответствии с проектами и правилами безопасности;
выполняет соединительные съемки, обеспечивающие связь поверхностных и подземных
маркшейдерских опорных сетей; производит постоянный контроль полноты извлечения
полезного ископаемого; осуществляет наблюдения за сдвижением и давлением горных пород;
участвует в составлении мер охраны сооружений, природных объектов, горных выработок от
вредного влияния подземных разработок и реализует направления рекультивации нарушенных
горными работами земель, принимает участие в планировании как очистных, так и
подготовительных работ, составляет квартальные, годовые и перспективные планы развития
горных работ; предоставляет данные объемов добычи и потерь для учета движения
балансовых запасов.
При ликвидации и консервации горного предприятия маркшейдер определяет полноту
выемки ПИ, а также наряду со съемкой горных выработок и пополнением планов горных
работ готовит журналы вычислений подземных съемок и ориентировок шахт для передачи на
хранение в архив
Вопрос 11 Природа образования полезных ископаемых.
ПИ – природные минеральные вещества, которые с достаточным экономическим эффектом могут быть
использованы для промышленной переработки. П.и. бывают твердые, жидкие и газообразные.
Группы п.и. по направлениям использования:
Руды (черных, цветных и редких металлов);
Горючие п.и. (газ, нефть, уголь и др.);
Химическое сырье (калийные соли, фосфориты и др.);
Строительные материалы (гранит, мрамор, глина, песок и др.)
Драгоценные камни, огнеупоры, пъезокварц, слюда и др.
ЭКЗОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, гипергенные месторождения, седимектогенные месторождения, —
залежи полезных ископаемых, связанные с древними и современными геохимическими
процессами Земли. Образуются на поверхности Земли в её тонкой верхней
части,
включающей горизонты грунтовых и частично пластовых подземных вод, на дне болот, озёр, рек, морей
и океанов.
Экз. месторождения формируются в результате механического и биохимического преобразования и
дифференциации минеральных веществ эндогенного происхождения. Среди экзогенных месторождений
различают 4
генетических
группы:
остаточные
(формируются
вследствие
выноса
растворимых минеральных соединений из зоны выветривания и накопления труднорастворимого
минерального
остатка
образующего руды железа, никеля, марганца, алюминия)
,
инфильтрационные(возникают при осаждении из подземных вод поверхностного происхождения
растворённых в них
минеральных
веществ
с
образованием
залежей
руд урана, меди,
серебра, золота, самородной серы) , россыпные(создаются при накоплении в рыхлых отложениях на дне
рек и морских побережий тяжёлых и прочных ценных минералов, к числу которых принадлежат
золото, платина,
минералы титана,
вольфрама, олова)
и
осадочные(
образуются
в
процессе осадконакопления на дне морских и континентальных водоёмов, формирующего залежи угля,
горючих сланцев, нефти, горючего газа, солей, фосфоритов, руд железа, марганца, бокситов, урана, меди, а
также строительных материалов (гравий, песок, глина, известняк, цементное сырьё). Экзогенные
месторождения имеют крупное промышленное значение.
уголь (бурый, каменный, антрацит);
горючие сланцы, торф, нефть и др.);
калийные соли (Соликамск),
натриевые соли (Соль-Илецк),
мраморы, известняки, (Искитим),
глины (кирпичные и керамические, Евсино),
песок строительный (р. Обь),
ангидрит (гипс, Норильск рудник «Ангидрит» подземная добыча).
ЭНДОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, гипогенные месторождения, магматогенные месторождения, — ПИ,
связанные с геохимическими процессами глубинных частей Земли. Формируются из магматических
расплавов или из газовых и жидких горячих минерализованных растворов среди глубинных геологических
структур в обстановке высоких давлений и температур.
Среди эндогенных месторождений выделяется 5 главных генетических групп:1). Магматические
месторождения образуются
при
застывании
расплавов
с
обособлением руд хрома,титана, ванадия, железа, платины, меди, никеля,
редких
металлов,
а
также апатита и алмазов. 2) Пегматитовые месторождения представляют собой раскристаллизовавшиеся
отщепления конечных продуктов остывающей магмы, используемых в качестве керамического сырья и
для
добычи слюд, драгоценных
камней и
редких
металлов.3)
Карбонатитовые
месторождения ассоциируют сультраосновными щелочными магматическими породами, среди которых
накапливаются карбонатные минералы и находящиеся среди них руды меди, ниобия, апатити флогопит. 4)
Скарновые месторождения возникают под воздействием горячих минерализованных паров, у контакта с
магматической массой, создающих залежи руд железа, меди, вольфрама, молибдена, свинца,
кобальта, золота, бора и др. 5) Гидротермальные месторождения состоят из руд цветных, благородных и
радиоактивных металлов, представляющих собой осадки, циркулирующих на глубине горячих
минерализованных водных растворов.
граниты (карьер Борок, карьер Мочище, карьеры ОАО «Искитим мрамор гранит»)
строительный щебень, каменные блоки, плитка гранитная, бутовый камень.
Месторождение – естественное скопление в земной коре п.и. содержащего полезные компоненты в
количестве и качестве достаточном для промышленного извлечения при современном состоянии
технологии, техники и экономики.
Месторождением ПИ называется его природное скопление в виде геологических тел в земной коре. По
условиям залегания, количеству и качеству минерального сырья при данном состоянии экономики и
техники может служить объектом промышленной разработки. Совокупность требований, которые
предъявляет промышленность к месторождениям полезных ископаемых (это техническая возможность и
экономическая целесообразность их разработки) называется кондициями. Площади распространения
полезных ископаемых (п/и) в порядке их уменьшения разделяются на провинции, области (пояса,
бассейны, районы (узлы, поля, месторождения, тела.
Месторождения могут выходить на поверхность Земли (открытые месторождения) или быть
погребёнными в недрах (закрытые, или «слепые», месторождения). По условиям образования
месторождения подразделяются на серии (экзогенные, магматогенные и метаморфогенные
месторождения), а серии, в свою очередь, — на группы, классы и подклассы.
Экзогенные месторождения (гипергенные, седиментационные) формировались на поверхности и в
приповерхностной зоне Земли вследствие химической, биохимической и механической дифференциации
минеральных веществ, обусловленной энергией на поверхности Земли.
Среди них выделяются 4 группы:
остаточные;
россыпные;
осадочные;
инфильтрационные.
Экзогенные месторождения имеют крупное промышленное значение.
уголь (бурый, каменный, антрацит);
горючие сланцы, торф, нефть и др.);
калийные соли (Соликамск),
натриевые соли (Соль-Илецк),
мраморы, известняки, (Искитим),
глины (кирпичные и керамические, Евсино),
песок строительный (р. Обь),
ангидрит (гипс, Норильск рудник «Ангидрит» подземная добыча).
Магматогенные (глубинные, эндогенные) месторождения формировались в недрах Земли при
геохимической дифференциации минеральных веществ, обусловленной возникновением магмы и её
воздействием на окружающую среду за счёт внутриземных источников энергии.
Среди них выделяется 5 основных групп:
магматические месторождения;
пегматитовые месторождения;
карбонатитовые месторождения;
скарновые месторождения;
гидротермальные месторождения.
Метаморфогенные месторождения возникали в процессе регионального и локального метаморфизма
горных пород.
В соответствии с принятым подразделением геологической истории различают месторождения
архейского, протерозойского, рифейского, палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста. По
источникам вещества, слагающего месторождения, среди них выделяются месторождения с веществом
подкоровых (мантийных, или базальтовых), коровых (или гранитных) магм, а также осадочной оболочки
Земли. По месту формирования месторождения разделяются на геосинклинальные (складчатых областей)
и платформенные.
Известны 4 уровня образования месторождений от поверхности Земли
ультраабиссальный — свыше 10-15 км;
абиссальный — от 3-5 до 10-15 км;
гипабиссальный — от 1-1,5 до 3-5 км;
приповерхностный — до глубины 1-1,5 км.
Вопрос 12. Формы залегания месторождений. Виды нарушений в залегании горных пород.
Формы рудных тел: а – пласт; б – линза; в –- шток; г – жила.
Пласт – геологическое тело имеющее:
• плоскую форму;
• мощность во много раз меньше размеров площади его распространения;
• имеет подошву и кровлю, отделяющую от подстилающих и покрывающих пластов;
• однородный состав, но может иметь и прослои (пласт угля с прослоями песка);
Эта форма тел наиболее типична для осадочных месторождений.
Несколько пластов ПИ называются свитой
Линза — геологическое тело чечевицеобразной формы, имеющее максимальную мощность в центре и
быстро выклинивающееся по всем направлениям. Его мощность невелика по сравнению с протяжённостью.
Соотношение мощности к протяжённости у линз превышает 1/100, при меньшем соотношении говорят о
линзовидном пласте. Линзы, сильно вытянутые в одном направлении называются шнуровидными телами.
Шток – (нем. палка, ствол) интрузивное тело, обычно цилиндрической формы, крутопадающее
Штокверк - изометрический объём горной породы, пронизанный различно ориентированными
прожилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества.
По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи.
Простые залежи имеют однородное строение.
Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого.
Рассредоточенные
залежи содержат прослойки полезного
ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих
пород.
Линия простирания – линия (АВ), образующаяся при пересечении поверхности залежи с горизонтальной
плоскостью. Направление линии простирания называют простиранием рудного тела.
Линия падения – линия
(ДС),
лежащая
в
плоскости залежи, перпендикулярная
к линии простирания, направленная в сторону большего уклона. Направление противоположное падению
называют восстанием залежи.
Угол, составленный поверхностью залежи (висячим боком или кровлей) и горизонтальной плоскостью
называют углом падения. По характеру залегания тел полезные ископаемые делят:
1)
горизонтальные (угол падения до 10о);
2)
наклонные (от 10-30 о),
3)
крутопадающие (более 45-90о).
Мощность рудного тела – расстояние по нормали между висячим и лежачим боками залежи, пласта.
Геологические нарушения.
а – взброс;
б – сброс;
в – грабен;
г – горст;
д – надвиг;
е – сдвиг.
ВЗБРОС — смещение горной породы по разлому, связанное с поднятием одного блока земной
коры относительно другого.
СБРОС — разновидность разрывных тектонических нарушений земной коры, образующаяся в условиях её
растяжения и выраженная в опускании одного блока коры и (или) поднятия другого вдоль поверхности
разрыва, вертикальной или наклонённой под относительно опущенный блок. Амплитуда сброса может
достигать первых километров (в рифтах). Встречаются в самых различных структурных зонах земной
коры (как на континентах, так и в океанах).
ГРАБЕН — опущенный участок земной коры, отделённый сбросами, реже взбросами, от смежных,
относительно приподнятых участков.
ГОРСТ — участок земной коры, занимающий приподнятое положение по отношению к окружающим
областям и ограниченный сбросами или взбросами.
НАДВИГ — разрывное нарушениезалегания горной породы обычно с пологим (45-60°) наклоном
плоскости смещения (сместителя), по которому висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на
него.
СДВИГ — один из видов разрывных тектонических нарушений земной коры, образующийся в обстановке
её горизонтального сжатия и проявленный смещением смежных блоков относительно друг друга в
горизонтальном направлении по вертикальной плоскости. Встречаются преимущественно в складчатых
областях, где амплитуда смещений вдоль них может измеряться сотнями километров (Таласо-Ферганский
сдвиг в Тянь-Шане, сдвиг Сан-Андреас в Калифорнии и многие др.).
Вопрос 13 Сведения о запасах и потерях полезных ископаемых.
Запасы ПИ – массовое или объемное количество ПИ и его полезных компонентов
Балансовые запасы – разработка которых экономически целесообразна и удовлетворяют промышленным
кондициям.
Забалансовые запасы – разработка которых экономически нецелесообразна и не удовлетворяют
промышленным кондициям, вследствие малого количества, малой мощности залежи, сложных условий
эксплуатации и др.
•
Кондиции - совокупность требований промышленности к качеству минерального
сырья и горно-геологическим параметрам месторождения при оконтуривании и подсчете
запасов в недрах, соблюдением которых достигается правильное разделение запасов на
балансовые и забалансовые.
Основные показатели кондиции
1. Минимальное промышленное содержание полезного компонента в руде подсчетных блоков
2. Бортовое содержание полезного компонента в руде краевых проб, по которому производится
оконтуривание месторождения
3. Минимальная мощность и максимальная глубина залегания рудного тела
4. Минимальное значение коэффициента рудности и максимальное значение коэффициента вскрыши
5. Максимальное содержание вредных компонентов
6. Минимальные запасы полезного ископаемого
*Вскрыша – горные породы, которые надо удалить при открытой разработке полезного ископаемого
Потери при разработке балансовых запасов
Потери – часть подсчитанных запасов ПИ не извлеченная в процессе разработки месторождения.
Потери (Р) - отношение потерянных балансовых запасов (Рв) к общему количеству отработанных
балансовых запасов (В):
Р = (Рв / В) × 100, %
Проектные, плановые, фактические
Обусловлены:
- сложной морфологией, строением и условиями залегания рудных тел;
- необходимостью оставления целиков;
- ошибки в разведке и проектировании разработки месторождения.
Разубоживание – потеря качества полезного ископаемого при добыче или снижение содержания полезного
компонента в добытой руде по сравнению с содержанием его в балансовых запасах за счет прихвата пустых пород.
Разубоживание (R) - отношение прихваченной массы породы Qп при отбойке и выпуске руды к добытой
рудной массе
R = Qп / (В – Рв + Qп) × 100, %..
Вопрос 14 Производственные комплексы при подземной и открытой разработке месторождений
полезных ископаемых.
Месторождение (или часть), разрабатываемая карьером, называется карьерным полем. Оно разделяется
в процессе разработки на горизонтальные слои. Каждый вышележащий слой отрабатывается с
опережением по отношению к нижележащему. В результате этого слои приобретают ступенчатую
(уступную) форму. Слой толщи горных пород, разрабатываемый самостоятельными средствами выемки
и транспорта, называют уступом. Иногда уступ разделяют по высоте на подуступы, которые
разрабатываются самостоятельными средствами выемки, но обслуживаются общим для всего уступа
транспортом.
Основными элементами уступа являются: верхняя и нижняя площадки, откос, угол откоса бровки
уступа и забой уступа (рис. 27.1). Верхняя горизонтальная часть поверхности уступа называется
верхней площадкой, а нижняя — нижней площадкой. Площадки уступа ограничивают уступ по высоте.
Откос уступа — наклонная (иногда вертикальная) плоскость, ограничивающая уступ от выработанного
пространства. Угол, образуемый откосом уступа и горизонтальной плоскостью, называется углом
откоса уступа. Линии пересечения откоса уступа с верхней и нижней площадками называются
соответственно верхней и нижней бровками уступа.
Расстояние по вертикали между нижней и верхней площадками называют высотой уступа. Она
выбирается с учетом физических свойств разрабатываемых пород и применяемого оборудования. Угол
откоса уступа определяется устойчивостью гарных пород и изменяется в широких пределах — от 40 до
80º.
Часть уступа по его длине, подготовленная для разработки, называется фронтом работуступа.
Суммарная протяженность фронта работ уступов составляет фронт работ карьера.
Площадки уступа, на которых располагают выемочное оборудование (буровое, добычное,
транспортное), называют рабочими площадками (рис. 27.2).
Основные элементы карьера
В отличие от рабочих нерабочие площадки оставляются с целью повышения устойчивости откосов
карьера.
Поверхность уступа, являющаяся объектом горных работ и перемещающаяся в результате этих работ,
называется забоем уступа (рис. 27.3).
Основные элементы карьера
Им, как правило, является его торец. В отдельных случаях забоем уступа может быть его откос или
верхняя рабочая площадка.
В результате перемещения забоя производится отработка горных пород в виде полос, называемых
заходками.
Часть заходки по ее длине, разрабатываемая самостоятельными средствами отбойки и погрузки,
называют блоком.
Боковые поверхности, ограничивающие карьер, называют бортами карьера. Различают рабочий и
нерабочий борта карьера. Рабочим называют борт, на котором ведутся горные работы, а нерабочим —
борт, на котором горные работы уже не производятся. Нижнюю, обычно горизонтальную, поверхность
карьера называют дном карьера.
При решении вопроса о выборе способа разработки, а также определении целесообразной конечной
глубины карьера производят технико-экономические расчеты, при которых используют такой
показатель, как коэффициент вскрыши. Последний представляет отношение количества пустых
(вскрышных) пород, удаляемых при открытой разработке месторождений, к единице добытого
полезного ископаемого. Используя этот показатель, а также учитывая стоимостные показатели добычи
полезного ископаемого подземным и открытым способом, можно определить целесообразность
применения открытого способа разработки.
К настоящему времени открытым способом добывается большая часть полезных ископаемых. Построены
крупные карьеры с годовой производительностью, составляющей десятки миллионов тонн.
Карьерный комплекc
1-2 – верхний контур карьера;
3-4 – нижний контур карьера;
5-6 – рабочий борт карьера;
1-5 и 2-6 нерабочие борта;
7- нерабочие уступы;
8 - рабочие уступы;
9 – площадки уступов;
10 – откос уступа;
11 - заходки;
12 - предохранительные пл.;
13 -транспортные площадки.
Земельным отводом называется участок земной поверхности, выделенный
предприятию (организации) для своих нужд. Для горных предприятий земельные
отводы выдаются под здания, сооружения, коммуникации, отвалы, жилые поселки.
Карье р совокупность горных выработок, образованных при добыче ПИ открытым способом; горное
предприятие по добыче ПИ открытым способом
Отва л — размещение на поверхности пустых (вскрышных) пород или некондиционного минерального
сырья, а также хвостов обогатительных фабрик, отходов или шлаков от различных производств и
сжигания твёрдого топлива.
Подземные горные выработки:
Шахтный ствол – верт. или накл. выработка, имеющая выход на земную поверхность и предназначенная
для обслуживания подземных работ в пределах шахтного поля. Слепой ствол не имеет выхода на земную
поверхность.
Главный ствол служит для подъема на поверхность ПИ, вспомогательный – для спуска, подъема людей,
оборудования, материалов, вентиляции.
Шурф – верт. (редко наклонная) выработка, пройденная с поверхности и служащая для выполнения
геологоразведочных и эксплуатационных работ. На действующих не глубоких рудниках шурфы
используются для спуска оборудования, материалов и в качестве запасного выхода на поверхность.
Восстающий – верт. горная выработка, служащая для проветривания, передвижения людей, разведки, доставки
материалов и т.д.
Рудоспуск – для перепуска ПИ или пустой породы (породоспуск).
Штольня – гориз. горная выработка, проведенная к месторождению с поверхности и служащая для тех же
целей, что и шахтный ствол.
Уклон – накл. горная выработка, предназначенная для вскрытия части шахтного поля или подготовки
отдельного его участка к очистной выемке, передвижения самоходной техники, людей, доставки руды и
породы.
Околоствольный двор – совокупность камерных выработок, пройденных в районе ствола (штольни,
уклона), предназначенных для обслуживания горных работ, приема и выдачи ПИ на поверхность.
Бремсберг – накл. горная выработка, не имеющая выхода на земную поверхность, оборудованная
механизированным подъемом и служащая для подъема или спуска ПИ, материалов и др.
Квершлаг – гориз. горная выработка, пройденная по пустым породам вкрест простирания рудной залежи.
Штрек – гориз. горная выработка, пройденная по простиранию залежи (по руде – рудный, по породе –
полевой). В зависимости от назначения, штреки бывают откаточные (доставочные), вентиляционные,
закладочные, этажные и подэтажные.
Орт – гор. горная выработка, пройденная вкрест простирания рудной залежи, предназначена для доставки
руды, людей, материалов и проветривания рабочих забоев.
1 – вертикальный ствол; 2 – слепой ствол;
3 – штольня;
4 – квершлаг;
5 – рудный штрек;
6 – полевой штрек;
7 – орт;
8 – рудоспуск;
9 – восстающий;
10 – шурф;
11 – зумпф.
Околоствольный двор (ОД) представляет собой совокупность горных капитальных выработок,
соединяющих ствол рудника с главными откаточными и вентиляционными выработками. Основное
назначение ОД – прием грузов (руды, породы) и перегрузка их в подъемные сосуды, прием материалов и
оборудования, а также для вентиляции и перемещения людей.
По типу транспортных средств ОД делятся на локомотивные, конвейерные и автотранспортные. По схеме
движения грузопотоков различают ОД круговые, петлевые, челноковые и тупиковые (рис. 12).
Рис. Типы околоствольных дворов. а, б – круговой; в – петлевой.
1 – скиповой ствол; 2 – клетьевой ствол; 3 – главная
откаточная выработка; 4, 5 – пункты разгрузки.
Угольное предприятие (шахта) - это коллектив работающих, который под единым административным и
техническим руководством, используя закрепленные за ним средства производства, осуществляет добычу
угля подземным способом и связанные с этим другие работы.
Каждая шахта состоит из производственных подразделений - участков (цехов), хозяйств и организаций по
обслуживанию работников предприятия. В зависимости от участия в процессе производства участки
(цехи) делятся на две группы: промышленно-производственные и непроизводственные.
К промышленно-производственным относятся подземные участки, цехи и хозяйственные службы на
поверхности, а к непроизводственным - жилищно- коммунальный отдел, столовые, детские ясли и сады,
профилактории, учебно- курсовые комбинаты, культурно-бытовые учреждения.
Совокупность подразделений, организаций и хозяйств, обслуживающих работников шахты и их
функциональные взаимосвязи представляет общую структуру угольного предприятия. Основным
структурным подразделением шахты является участок, цех.
Производственный участок (цех) - это административно обособленная часть предприятия, в которой
протекает законченный процесс основного или вспомогательного производства, осуществляемый
отдельным коллективом под руководством единого начальника.
Производственные участки и цехи угольной шахты подразделяются на: основные, вспомогательные,
обслуживающие и подсобные.
Основные участки осуществляют производственный процесс по подготовке к добыче и непосредственную
добычу угля, а также подготовку угля к потреблению. Это - участки горно-подготовительных работ,
очистных работ, сортировки, обогащения и брикетирования угля.
Вспомогательные участки (цехи, мастерские) обеспечивают основному производству и шахте в целом
необходимые и достаточные условия для нормальной ритмичной работы. Они осуществляют ремонт
оборудования, снабжение электроэнергией, сжатым воздухом, паром, обеспечивают вентиляцию,
водоотлив, ремонт горных выработок и др.
Обслуживающие участки и подсобные хозяйства включают внутришахтный транспорт, погрузку угля в
железнодорожные вагоны (или другие транспортные средства), угольные, материальные и лесные склады.
Число структурных подразделений зависит от производственной мощности шахты, района ее расположения и горногеологических условий залегания пластов. На некоторых шахтах имеются подсобные цехи по производству материалов
для нужд основного производства: карьеры закладочных материалов, приготовление инертной пыли, цехи предметов
народного потребления и др. На других шахтах эти участки и цехи централизованы и структурно включены в
производственные объедини чия.
Для производства капитальных работ производственная структура угольного предприятия организуется
обособленный структурный отдел капитального строительства или участок капитальных работ Он не
относится к эксплуатационной деятельности и финансируется за счет специальных средств,
предназначенных для капитальных работ (строительства).
Структура угольного предприятия приведена на рис. 1.4.
Подземные производственные участки организуются по производственному принципу (по видам
выполняемых работ) - очистные, горно-подготовительные, внутришахтного транспорта и другие, по
территориальному принципу - горизонты, этажи, крылья.
Вопрос 15 Элементы и функциональная характеристика подземных горных выработок и
комплексов.
Подземные горные выработки:
Шахтный ствол – верт. или накл. выработка, имеющая выход на земную поверхность и предназначенная
для обслуживания подземных работ в пределах шахтного поля. Слепой ствол не имеет выхода на земную
поверхность.
Главный ствол служит для подъема на поверхность ПИ, вспомогательный – для спуска, подъема людей,
оборудования, материалов, вентиляции.
Шурф – верт. (редко наклонная) выработка, пройденная с поверхности и служащая для выполнения
геологоразведочных и эксплуатационных работ. На действующих не глубоких рудниках шурфы
используются для спуска оборудования, материалов и в качестве запасного выхода на поверхность.
Восстающий – верт. горная выработка, служащая для проветривания, передвижения людей, разведки, доставки
материалов и т.д.
Рудоспуск – для перепуска ПИ или пустой породы (породоспуск).
Штольня – гориз. горная выработка, проведенная к месторождению с поверхности и служащая для тех же
целей, что и шахтный ствол.
Уклон – накл. горная выработка, предназначенная для вскрытия части шахтного поля или подготовки
отдельного его участка к очистной выемке, передвижения самоходной техники, людей, доставки руды и
породы.
Околоствольный двор – совокупность камерных выработок, пройденных в районе ствола (штольни,
уклона), предназначенных для обслуживания горных работ, приема и выдачи ПИ на поверхность.
Бремсберг – накл. горная выработка, не имеющая выхода на земную поверхность, оборудованная
механизированным подъемом и служащая для подъема или спуска ПИ, материалов и др.
Квершлаг – гориз. горная выработка, пройденная по пустым породам вкрест простирания рудной залежи.
Штрек – гориз. горная выработка, пройденная по простиранию залежи (по руде – рудный, по породе –
полевой). В зависимости от назначения, штреки бывают откаточные (доставочные), вентиляционные,
закладочные, этажные и подэтажные.
Орт – гор. горная выработка, пройденная вкрест простирания рудной залежи, предназначена для доставки
руды, людей, материалов и проветривания рабочих забоев.
1 – вертикальный ствол; 2 – слепой ствол;
3 – штольня;
6 – квершлаг;
7 – рудный штрек;
6 – полевой штрек;
7 – орт;
12
– рудоспуск;
13
– восстающий;
14 – шурф;
15 – зумпф.
Околоствольный двор (ОД) представляет собой совокупность горных капитальных выработок,
соединяющих ствол рудника с главными откаточными и вентиляционными выработками. Основное
назначение ОД – прием грузов (руды, породы) и перегрузка их в подъемные сосуды, прием материалов и
оборудования, а также для вентиляции и перемещения людей.
По типу транспортных средств ОД делятся на локомотивные, конвейерные и автотранспортные. По схеме
движения грузопотоков различают ОД круговые, петлевые, челноковые и тупиковые (рис. 12).
Рис. Типы околоствольных дворов. а, б – круговой; в – петлевой.
1 – скиповой ствол; 2 – клетьевой ствол; 3 – главная
откаточная выработка; 4, 5 – пункты разгрузки.
По типу подъема и подъемного оборудования ОД подразделяются на клетьевые, скиповые, конвейерные и
автотранспортные.
Кроме протяженных транспортных выработок, в районе ОД предусматривается сооружение специальных
камер: водоотлива, центральной подземной подстанции, противопожарного оборудования, электровозного
и вагонного депо, медпункта, комплекса подземного дробления и др.
Вопрос 16 Технология разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом.
Открытый способ разработки ПИ является наиболее перспективным в технологическом,
экономическом отношениях, благодаря развитой индустриальной базе и значительным запасам ПИ,
расположенных близко к дневной поверхности. Этим способом в настоящее время добывается
примерно ¾ общего объёма твердого минерального сырья, потребляемого народным хозяйством
страны. Прогрессивный открытый способ разработки месторождений ПИ получает развитие при
значительном улучшении экономических показателей на основе совершенствования техники,
технологии и организации горного производства, внедрения передового отечественного и зарубежного
опыта, природоохранных и ресурсосберегающих технологий.
Основные понятия и определения
Карьер – выемка в земной коре, ограниченная искусственно созданной поверхностью, являющаяся
результатом работ по добыче ПИ открытым способом.
В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений термин карьер принято заменять
соответственно терминами разрез и прииск.
Вскрыша – выемка пород, покрывающих ПИ, для обеспечения к нему полного доступа. Вскрыша
осуществляется горизонтальными или слабонаклонными слоями, при этом боковая поверхность карьера
приобретает уступную форму. для вскрыши чаще всего применяются экскаваторный или гидравлический
способы.
Уступ – часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени.
Рисунок 1 – основные элементы уступа:
1 – верхняя площадка уступа.
2 – нижняя площадка уступа.
3 – откос уступа.
4 – верхняя бровка уступа.
5 – нижняя бровка уступа.
6 – забой уступа.
h – высота уступа.
 - угол откоса уступа.
Рабочая площадка уступа – площадка уступа, на которой размещается основное оборудование для его
отработки Ширина рабочей площадки уступа превышает его высоту в 2 –4 раза.
Берма – площадка, на которой работа не производится. Различают предохранительные и транспортные
(соединительные) бермы.
Откос уступа - наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства.
Угол откоса – угол, образуемый плоскостью уступа и горизонтальной плоскостью.
Забой уступа – часть уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования.
Особенности открытого способа:
 необходимость удаления из карьера значительных объемов вкрышных пород, затраты на
разработку которых составляют основную часть общих затрат на добычу полезного
ископаемого;
 необходимость соблюдения определенного порядка отработки слоев – выемку нижних
слоев можно начинать только после отработки (выемки) вышележащих слоев;
неограниченная возможность использования крупногабаритного высокопроизводительного
специального горного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и
автоматизацию всех производственных процессов.
Преимущества открытого способа:
 возможность обеспечения высокого уровня автоматизации и механизации горных работ;
 высокая производительность труда;
 низкая себестоимость полезного ископаемого;
 более безопасные условия труда;
 более полное извлечение полезного ископаемого;
 меньшие капитальные затраты.
Недостатки открытого способа:
 зависимость некоторых параметров технологии от климатических условий;
 значительный экологический ущерб при ведении горных работ.
Основные показатели открытых горных работ:
 годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше;
 коэффициент вскрыши;
 месячная производительность труда рабочего по полезному ископаемому;

затраты на 1 м3 вскрыши;

производственная и полная себестоимость полезного ископаемого;

капитальные затраты на 1т (1 м3) полезного ископаемого;
 годовая прибыль и рентабельность карьера.
Вопрос 17 Способы действия на горные породы с целью отделения их от массива. Буровзрывные
работы, паспорт БВР, безопасность при БВР.
ОТБОЙКА – отделение горных пород от массива под действием ударных нагрузок. Различают способы
отбойки: взрывной — с использованием взрывчатых веществ или патронов беспламенного
взрывания кардокс, эрдокс, гидрокс, хемикол; гидравлический — гидромониторными, импульсными и
пульсирующими струями воды; гидровзрывной (взрыв гидравлический) — с использованием взрывчатых
веществ в скважинах с водойпод высоким давлением; механический — с помощью отбойных молотков или
горных машин с исполнительными органами ударного действия. Отбойка — наиболее распространённый
вид разрушения крепких горных пород (ПИ) при подземной и открытой разработках твёрдых Пи.
Взрывной способ разрушения горных пород универсален. Он может применяться при любой крепости
угля и пород, как в очистных, так и в подготовительных выработках.
Буровзрывные работы — совокупность производственных процессов по отделению от массива взрывом
части горной породы с одновременным её раздроблением и перемещением.
Буровзрывные работы применяются в горном деле в различных технологических процессах подземной и
открытой добычи полезных ископаемых. Качество буровзрывных работ определяется равномерностью
дробления скальных пород, хорошей проработкой контура отбиваемой от массива части горной массы,
низким процентом выхода негабарита, шириной развала горной массы. Применяют следующие способы
ведения взрывных работ: шпуровой, скважинный, камерный и накладными зарядами.
Шпуровой метод применяют при проведении выработок.
Шпуром называется продольное цилиндрическое углубление глубиной до 5 м и диаметром до 75 мм,
пробуриваемое в разрушаемом массиве бурильными машинами. При шпуровом методе ведения взрывных
работ применяют сплошной заряд. На шахтах, опасных по газу и пыли, применяют предохранительные ВВ
и сплошные заряды.
 При подземных горных работах буровзрывные работы применяются как при проходке горных
выработок,
так
и
при
добыче
ПИ.
При проходке горных выработок буровзрывным способом вначале в забое вначале бурятся
шпуры с помощью буровых станков, затем заряжаются и производится взрыв с отбивной
горных пород на выработанной пространство. После отгрузки отбитой горной массы
начинается новый цикл проходки: бурение, заряжание и взрыв. Дальше цикл повторяется.
При добыче ПИ с помощью буровзрывных работ технология зависит от системы разработки
рудных месторождений.
 На открытых горных работах работы ведутся уступами. Поэтому буровзрывные работы
ведутся путём поэтапного взрыва уступов карьера. На подготавливаемом к взрыву части
уступа (блоке) вначале бурятся скважины в соответствии с паспортом ведения буровзрывных
работ, затем заряжаются и готовятся к взрыву. На время взрыва все работы в карьере
прекращаются. После массового взрыва производится погрузка отбитой горной массы в
транспортные
В настоящее время универсальным и практическим единственным высокоэффективным способом
подготовки горных пород к выемке с коэффициентом крепости выше шести по классификации проф.
Протодьяконова М.М., является разрушение пород энергией взрыва.
По условиям применения взрывчатые вещества (ВВ) подразделяются на три группы:
 непредохранительные – для взрывных работ на поверхности и в шахтах, не опасных по газу и
пыли (скальные аммониты, гранулиты, аммоналы, аммонит);
 предохранительные – для шахт, опасных по газу и пыли (аммонит АП-5ЖВ, ПЖВ-20 и др.);
 повышенной предохранительности для взрывных работ по углю (угленит Э-6, П-12ЦБ,
патроны СП-1).
При проходке подземных горных выработок применяют ВВ только в патронированном виде.
Различают огневое, электроогневое и электрическое взрывание зарядов. На шахтах, опасных по газу и
пыли, применяют электрический способ. В качестве средств инициирования (СИ) используют
электродетонаторы короткозамедленного действия типа ЭДКЗ-ПК и ЭДКЗ-ПКМ.
Проведение горных выработок буровзрывным способом в обязательном порядке производится на
основании технической документации – паспорта БВР.
Паспорта должны утверждаться руководителем той организации, которая ведет взрывные работы.
Паспорта составляются на основании и с учетом результатов не менее трех опытных взрываний. По
разрешению руководителя взрывных работ организации допускается вместо опытных взрываний
использовать результаты взрывов, проведенных в аналогичных условиях.
Паспорт должен включать:
а) схему расположения шпуров, наименования взрывчатых материалов, число шпуров, их
глубину и диаметр, массу и конструкцию зарядов и боевиков, последовательность и
количество приемов взрывания зарядов, материал забойки и ее длину, схему монтажа
электровзрывной сети с указанием длины (сопротивления), замедлений, схему и время
проветривания забоев;
б) размер радиуса опасной зоны;
в)
схему мест укрытия мастера-взрывника и рабочих на время производства взрывных
работ, которые должны располагаться за пределами опасной зоны.
Кроме того, для шахт, опасных по газу или пыли, в паспорте должны быть указаны количество и схема
расположения специальных средств по предотвращению взрывов газа (пыли).
МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
Основными причинами травматизма при взрывных работах являются:

вспышки и взрывы метана или угольной пыли при производстве взрывных работ;

преждевременное срабатывание электродетонаторов;

механические воздействия на отказавшие заряды взрывчатых материалов при работе
горнорабочих и механизмов;

случайное попадание людей в опасную зону взрыва из-за отсутствия постов
охраны.
С целью исключения вышеуказанных причин травматизма и аварийных ситуаций при производстве
взрывных работ, необходимо руководствоваться требованиями «Единых правил безопасности при
взрывных работах» [1].
1. Условия применения взрывчатых материалов должны соответствовать классификационным
требованиям (3-6 классы) 2. При производстве взрывных работ необходимо проводить мероприятия по
обеспечению безопасности персонала взрывных работ, предупреждению отравлений людей пылью
взрывчатых веществ и ядовитыми продуктами взрывов
3. Взрывные работы должны выполняться взрывниками под руководством лица технического надзора, по
письменным нарядам с ознакомлением под роспись
Взрывник во время работы обязан быть в соответствующей спецодежде, иметь при себе выданные
организацией часы, необходимые приборы и принадлежности для взрывных работ.
4. Каждая организация, ведущая взрывные работы должна иметь техническую документацию,
оформленную в установленном порядке (проекты, паспорта).
5. При производстве взрывных работ обязательна подача звуковых сигналов для оповещения людей
а) первый сигнал – предупредительный (один продолжительный). Сигнал подается при вводе опасной
зоны;
б) второй сигнал – боевой (два продолжительных). По этому сигналу проводится взрыв;
в) третий сигнал – отбой (три коротких). Он означает окончание взрывных работ.
Перед началом заряжания шпуров при ведении взрывных работ в подземных выработках необходимо
обеспечить проветривание забоя, убрать ранее взорванную в забое горную массу, вывести людей, не
связанных с выполнением взрывных работ, за пределы опасной зоны, в места, определенные паспортом
буровзрывных работ, при этом должны быть обеспечены безопасные условия работы взрывника. А в угольных
шахтах при осмотре забоя после взрывания мастер-взрывник обязан проводить замер концентрации метана по
всему сечению забоя,
8. Места укрытия мастера-взрывника, расположения поста охраны, других людей во всех случаях
следует определять в проектах, паспортах или схемах буровзрывных работ с учетом того, что
расстояние от места укрытия мастера-взрывника до постов охраны, не менее 10 м и от места
расположения постов охраны до места нахождения остальных людей – не менее 10 м.
11. Минимальная глубина шпуров при взрывании по углю и породе должна быть 0,6 м.
12. В качестве забойки должны применяться глина, смесь глины с песком, гидрозабойка в шпурах в
сочетании с запирающей забойкой из глины или смеси глины с песком или иные материалы,
допущенные Ростехнадзором.
13. При взрывании по углю и по породе минимальная величина забойки для всех забоечных материалов
должна составлять:
а) при глубине шпуров 0,6-1,0 м – половину глубину шпура;
б) при глубине шпуров более 1 м – 0,5 м;
в) при взрывании зарядов в скважинах – 1 м.
14. Расстояние от заряда взрывчатых веществ до ближайшей поверхности должно быть не менее 0,5 м
по углю и не менее 0,3 м по породе, в том числе и при взрывании зарядов в породном негабарите. В
случае применения взрывчатых веществ VI класса при взрывании по углю это расстояние допускается
уменьшать до 0.3 м.
15. На пластах, опасных по пыли, перед каждым взрыванием в забоях, проводимых по углю или по углю
с подрывкой боковых пород, необходимо проводить осланцевание или орошение осевшей угольной
пыли водой с добавлением смачивателя как у забоя, так и в выработке, примыкающей к забою, на
протяжении
не
менее
20
м
от
взрываемых
зарядов.
Вопрос 18 Понятие о горном давлении. Горные удары.
Горное давление – силы, возникающие в массиве горных пород в результате действия гравитации (силы
тяжести, веса) и тектонических напряжений, существующих в земной коре из-за современных
тектонических процессов
Проявления горного давления – механические процессы (смещения, деформации, разрушения массива,
нагрузки на крепь, давление на целики), происходящие в массиве горных пород, как реакция массива на
нарушение исходного (природного, существовавшего до начала горных работ) напряженного состояния
при ведении работ.
О п о р н о е
д а в л е н и е – это повышенное (по сравнению с исходным, существовавшим до
проведения выработки) горное давление, возникающее в близи горных выработок вследствие
перераспределения исходных напряжений. Высокая концентрация полей напряжений при сооружении
горной выработки, как правило, формируется за счет упругих характеристик пород. В результате
окружающие выработку породы начинают воспринимать объемный вес вышележащей толщи пород.
Существуют две формы проявления горного давления: статическая – деформирование, разрушение и
смещения массива пород с постепенной потерей его устойчивости, и динамическая – разрушение
протекает с большой скоростью подобно взрыву.
Динамические проявления горного давления по мощности, интенсивности, характеру проявления и
последствиям подразделяются на:
■ горно-тектонические удары; ■ горные удары; ■ микроудары; ■ толчки;■ стреляния.
Им обязательно предшествуют более слабые по выделению энергии внешние признаки динамического
проявления горного давления: ■ интенсивное заколообразование,
■ шелушение руд (пород) на контурах выработок и целиков.
Визуально горное давление в подготовительных выработках проявляется в виде вывалов пород со стороны
кровли, пучения почвы, осыпания боков выработки, деформации элементов крепи.
На величину горного давления оказывают влияние горно-геологические факторы:
 глубина ведения горных работ;
 физико-механические свойства горных пород;
 форма и размеры поперечного сечения выработки;
 способ проведения выработки;
 влияние других выработок.
Горно-тектонический удар – мгновенное разрушение руды (породы) в глубине массива, вызывающее
хрупкое разрушение в выработках и целиках в форме горного удара, как правило, на больших площадях.
Сопровождается сильным сотрясением массива, резким звуком, образованием большого количества
пыли и воздушной волной. Сейсмостанциями горно-тектонический удар регистрируется, как техногенное
землетрясение. Влечет за собой остановку работы рудника в целом.
Горный удар  мгновенное хрупкое разрушение целика или краевой части массива, проявляющееся в виде
выброса руды (породы) в выработку с тяжелыми последствиями: нарушение крепи, смещение машин,
механизмов, оборудования, вызывающее нарушение технологического процесса. Удар сопровождается
резким звуком, сильным сотрясением горного массива, образованием большого количества пыли и
воздушной волной. Влечет за собой остановку работы участка.
Микроудар – мгновенное хрупкое разрушение руды (породы) на контуре выработок или целиков с
выбросом в горные выработки без нарушения технологического процесса, возможно локальное нарушение
крепи. Сопровождается звуком, сотрясением массива и образованием пыли.
Толчок – хрупкое разрушение руды (породы) в глубине массива без выброса в выработку. Сопровождается
звуком, сотрясением массива. Возможно появление пыли, падение заколов, обрушение отдельных
участков выработок, шелушение (пород) руд на обнажении, образование трещин в бетонной крепи.
Стреляние  отскакивание от массива линзовидных пластин руды (породы) различных размеров с
острыми краями с резким звуком, напоминающим выстрел.

Вопрос 19 Способы управления горным давлением при ведении очистных работ.
Управление горным давлением или поддержание выработанного пространства в безопасном состоянии
сводятся к четырем основным способам (:

естественное поддержание опорами (целиками) (рис. а);

закладкой выработанного пространства (рис.б);

обрушением руды и вмещающих пород (рис. в);

комбинированное поддержание выработанного пространства закладкой и обрушением
(рис. . 3г).
а- естественное поддержание опорами (целиками
б- закладкой выработанного пространства
В - обрушением руды и вмещающих пород;
г- комбинированное поддержание выработанного пространства закладкой и обрушением
рудная залежь
закладка
обрушенные породы
1
2
1 – часть залежи, отрабатываемая системами разработки с закладкой выработанного пространства
(камерами или слоями); 2 – часть залежи отрабатываемая системами с обрушением; стрелка – направление
фронта очистных работ.
При естественном поддержании выработанное пространство остается открытым. Регулирование горного
давления производится выбором размеров и параметров расположения постоянных рудных (породных)
целиков.
Такой способ поддержания кровли применяется при отработке пологих и наклонных залежей сплошной и
камерно-столбовой системой разработки.
Добыча руды с п о д д е р ж а н и е м в ы р а б о т а н н о г о
пространства
заполнени
е м з а к л а д к о й занимает ведущее место при необходимости сохранять налегающий массив и земную
поверхность в условиях больших глубин, а также при выемке ценного полезного ископаемого.
Управление
горным
давлением
заполнением
выработанного
пространст
в а о б р у ш е н н ы м и в м е щ а ю щ и м и п о р о д а м и применяется для отработки мощных и весьма
мощных залежей любого падения с малой и средней ценностью полезного ископаемого. Обрушение пород
производится на отбитую руду принудительным взрыванием скважинных зарядов ВВ. В неустойчивых и
весьма неустойчивых налегающих породах и достаточном пролете или площади обнажения происходит их
самообрушение.
К о м б и н и р о в а н н ы й с п о с о б поддержания кровли включает выемку пластообразных обширных
залежей чередующимися участками с твердеющей закладкой и с обрушением кровли в форме устойчивого
свода. Устойчивость налегающего массива обеспечивается обоснованием необходимой прочности и
ширины
участка,
заложенного
твердеющей
смесью.
Вопрос 20 Функции крепи горных выработок, виды крепи.
КРЕПЬ ГОРНАЯ — горнотехническое сооружение (конструкция), возводимое в подземных горных
выработках для обеспечения их устойчивости, технологической сохранности, а также управления горным
давлением. При этом крепь горная выполняет одну или совокупность следующих функций:
 охрана подземного сооружения от обвалов и вывалов горной породы;
 обеспечение проектных размеров поперечного сечения подземных сооружений на весь срок их
эксплуатации;
 восприятие внешних и внутренних (в частности, давления воды в гидротехнических тоннелях)
нагрузок и их перераспределение для вовлечения в работу окружающего породного массива;
 предотвращение разрушения, разупрочнения породы от выветривания, размокания и других
воздействий воздуха и воды;
 уменьшение шероховатости поверхности и вследствие этого снижение потерь напора воздуха и воды
(в гидротехнических тоннелях) на трение.
Современные крепи горные подразделяют:
по назначению и виду выработок, где крепь применяют, — на крепи капитальных, подготовительных и
очистных выработок, крепи горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок, крепи сопряжений
и пересечений выработок; по основному (преобладающему) материалу, из которого изготовлена крепь
горная — на металлическую крепь, деревянную крепь, каменную крепь, железобетонную, бетонную,
полимерную. Выделяют также смешанные крепи горные — изготовленные из двух и более разнородных
материалов, без значительного преобладания одного из них (например, рама из деревянных или
железобетонных стоек с металлическим верхняком).
По рабочей характеристике различают жёсткие крепи и податливые крепи;
по характеру взаимодействия с окружающими породами — поддерживающую крепь, подпорную
крепь, ограждающую крепь, изолирующую, упрочняющую, а также комбинированную крепь,
обладающую свойствами нескольких перечисленных типов крепи горной.
В свою очередь, крепи горные капитальных и подготовительных выработок подразделяют:
по сроку службы — на временные крепи и постоянные крепи (постоянную крепь тоннелей различного
назначения и подземных помещений камерного типа принято называть обделкой);
по форме очертания — на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, бочкообразную,
сводчатую, круговую;
по степени перекрытия периметра сечения выработки — на замкнутую и незамкнутую;
по конструктивному исполнению — на сплошную крепь, рамную крепь и анкерную крепь.
Рамную и анкерную крепи горные обычно применяют в сочетании с межрамным ограждением. По
способу изготовления и возведения различают сборную и монолитную крепь горную.
Крепи горные очистных забоев делятся: по конструктивному исполнению — на индивидуальную
крепь, механизированную крепь и щитовую крепь; по выполняемой функции — на призабойную
крепь и посадочную крепь.
Основные требования, предъявляемые к конструкциям крепи горной: податливость системы
"порода-крепь" при поддержании горных выработок в неустойчивых породах; криволинейность
очертания, обеспечивающая высокое сопротивление конструкции за счёт уменьшения изгибающих
моментов и растягивающих напряжений. Кроме того, крепь горная подземных помещений камерного типа
(в т.ч. тоннелей) должна воспринимать внешние и внутренние нагрузки и по возможности в наибольшей
степени включать в работу породный массив (причём деформации крепи горной не должны превышать
заранее заданные достаточно малые величины); иметь конструктивно-минимальную толщину
(выравнивающая монолитная крепь горная); рассчитываться на весь срок службы сооружения (постоянная
крепь), поскольку перекрепление в условиях эксплуатации подземного сооружения крайне
затруднительно. К крепям капитальных горных выработок, учитывая длительный срок их службы,
предъявляются повышенные требования надёжности и долговечности. В связи с этим основные
крепёжные материалы, из которых они изготовляются, — монолитный бетон и железобетон. В сложных
горно-геологических условиях применяют сборные крепи горные из бетонных и железобетонных блоков и
тюбингов. В благоприятных для поддержания условиях иногда используют более лёгкие крепи
(из набрызг-бетона, анкерную и др.).
Вопрос 21 Сведения об основных видах, технических средствах и схемах
транспорта.
Карьерный транспорт
Трудоемкость процесса транспортирования весьма высока, а затраты на собственно транспорт и
связанные с ним вспомогательные работы составляют 45-50%, а в отдельных случаях 65-70% общих
затрат на добычу. Специфика горных работ обуславливает следующие особенности карьерного
транспорта:

значительный объем и сосредоточенная (односторонняя) направленность
перемещения карьерных грузов при относительно небольшом расстоянии транспортирования;

периодическая передвижка транспортных коммуникаций в связи с постоянным
изменением положения пунктов погрузки и разгрузки горной массы;

движение в грузовом направлении происходит, как правило, с преодолением
значительных подъемов;

повышенные прочность и мощность двигателей транспортного оборудования, что
вызвано большой плотностью, повышенной крепостью, абразивностью и неоднородной
кусковатостью горной массы.
Интенсивность работ конвейерного транспорта характеризуется грузооборотом карьера, который
определяется количеством груза (в кубических метрах или тоннах), перемещаемого в единицу времени
(час, смена, и т
Грузооборот (или его часть) характеризуется устойчивым во времени направлением перемещения,
называемым грузопотоком. Грузопоток является сосредоточенным, если все грузы перемещаются из
карьера на поверхность в одном направлении по одним транспортным коммуникациям, в противном
случае грузопоток является рассредоточенным.
Основными видами карьерного транспорта являются железнодорожный, автомобильный, конвейерный и
гидравлический.
Железнодорожный транспорт целесообразно применять на карьерах с большим годовым грузооборотом
(15 млн.т и более) при значительной длине транспортирования (4 км и более). По сравнению с другими
видами карьерного транспорта железнодорожный требует наибольших радиусов кривых (100 – 120 м),
значительной протяженности фронта работ (700 – 800 м) и допускает наименьшие подъемы пути (40-60 о/оо
). Эти условия обеспечиваются при больших размерах карьера в плане и незначительной глубине (150-250
м). При железнодорожном транспорте относительно велики объемы горно-капитальных работ,
капитальные затраты, затраты на содержание транспортных коммуникаций и их эксплуатацию и наиболее
сложная организация труда.
Автомобильный транспорт применяется главным образом на карьерах с небольшим годовым
грузооборотом (15-20 млн.т) при расстоянии транспортирования до 4 км. С появлением автосамосвалов
большой грузоподъемности (120-180 т и более) область применения автотранспорта значительно
расширилась. Его особенно эффективно применять в период строительства карьеров, при интенсивной
разработке месторождения с большой скоростью подвигания забоев и высокими темпами углубки горных
работ. Отсутствие рельсовых путей и контактной сети, менее жесткие требования к профилю и плану
автомобильных дорог (допустимый радиус кривых составляет 15-20 м, а подъем пути 80-100 о/оо ) снижают
объем горнокапитальных работ и уменьшают сроки и затраты на строительство карьеров. К недостаткам
автомобильного транспорта относится резкое снижение эффективности при увеличении расстояния
транспортирования и зависимость от климатических условий.
Конвейерный транспорт (ленточные конвейеры) применяется на карьерах для перемещения горной
массы в рыхлом и раздробленном (размер кусков до 400 мм) состоянии. Широкий диапазон изменения
производительности конвейерных установок (до 15000 м3/ч) позволяет применять их в карьерах с
различным грузооборотом. Достоинствами конвейерного транспорта являются возможность преодоления
подъемов до 18о и поточность перемещения грузов. Последнее обеспечивает возможность полной
автоматизации процесса транспортирования и позволяет более эффективно использовать погрузочное
оборудование. Широкое применение ленточных конвейеров ограничивается быстрым износом
конвейерной ленты, жесткими требованиями к размерам транспортируемых кусков горной массы и
способу погрузки. Эффективность конвейерного транспорта существенно снижается при низких
температурах и большой влажности транспортируемой горной массы. Конвейерный транспорт применять
на карьерах с мягкими породами при годовом грузообороте 20 млн. т и более.
Комбинированный транспорт для перемещения горной массы в одном направлении включает разные
виды транспорта. Как правило, он применяется при разработке глубоких и нагорных месторождений.
Автомобильно-железнодорожный транспорт с внутрикарьерным перегрузочным пунктом целесообразно
применять на нижних горизонтах (120-150 м и ниже) при использовании на верхних горизонтах
железнодорожного транспорта. Автомобильно-скиповой транспорт наиболее эффективен в условиях
крутых залежей с ограниченными размерами в плане при глубине разработки более 150 м и устойчивых
вмещающих породах, обеспечивающих надежную и безаварийную работу подъемников.
Шахтный транспорт включает транспортные машины, транспортные коммуникации, вспомогательное
оборудование (погрузочные, перегрузочные и разгрузочные пункты), средства автоматизации
и диспетчеризации, а также технического обслуживания и ремонта. Различают шахтный транспорт
подземный (забойный, участковый, магистральный, в околоствольных дворах и наклонных стволах) и
шахтный транспорт поверхности (в надшахтных зданиях, породных отвалах, складах). В зависимости от
вида перевозимого груза шахтный транспорт разделяют на основной, предназначенный для перемещения
полезных ископаемых и пустой породы, и вспомогательный — для перемещения горного оборудования,
различных
материалов
и
людей.
Основные виды подземного шахтного транспорта — локомотивный, конвейерный, самоходный на
пневмошинном механизме перемещения, гравитационный, скреперный, гидравлический и пневматический.
Вспомогательный шахтный транспорт (по горизонтальным и наклонным главным и участковым
выработкам) — локомотивный или самоходный, монорельсовый (с локомотивной или канатной тягой),
моноканатные дороги или напочвенные дороги с канатной тягой. Перевозку людей осуществляют
пассажирскими составами, сформированными из специальных вагонеток, самоходными машинами на
пневмошинном механизме перемещения, монорельсовыми или моноканатными подвесными дорогами,
реже людскими или специально приспособленными конвейерами. В качестве вспомогательного
оборудования
шахтного
транспорта широко
применяют
затворы, питатели, опрокидыватели
вагонеток, лебедки, толкатели, различное путевое оборудование; контейнеры, поддоны, пакетирующие
кассеты для формирования материалов и изделий в грузовые единицы, приспособленные для
механизированных способов погрузки, разгрузки и складирования а также перевозки различными видами
транспорта
без
перегрузки
по
всему
пути
их
перемещения.
Основные виды шахтного транспорта на поверхности шахты — гравитационный (самотёчный) под
действием силы тяжести и конвейерный. Транспортное оборудование технологического комплекса
поверхности шахты отличается в зависимости от вида подъёма. На шахтах большой производственной
мощности применяют
скиповой
подъём,
при
котором
полезное
ископаемое
от
приёмных бункеров транспортируется ленточными конвейерами к погрузочным устройствам
железнодорожных вагонов или на резервный склад. На поверхности шахты ленточные конвейеры
располагают в закрытых галереях на разгрузочных эстакадах. При клетевом подъеме в надшахтном здании
производят приём, разгрузку и отправку в шахту порожних вагонеток. Обмен вагонеток в надшахтном
здании осуществляют по двум основном схемам: со свободным перемещением по рельсовым путям под
действием силы тяжести с последующей компенсацией потерянной высоты или с принудительным
перемещением вагонеток с помощью различных механизмов.
Вопрос 22 Вентиляция и водоотлив при подземном способе добычи полезных ископаемых.
Вентиляция шахты — система мероприятий, направленная на поддержание во всех действующихгорных
выработках шахты атмосферы с параметрами необходимыми для ведения горных работ.
Различают вентиляцию общешахтную, при которой воздух, подаваемый с поверхности, омывает основные
выработки шахты, и местную вентиляцию. Средства инженерного обеспечения вентиляции шахты:
вентиляторные установки, вентиляционные сооружения шахт, вентиляционные регуляторы,
вентиляционные трубопроводы (обычно при местной вентиляции), горные выработки, проходимые
специально для вентиляции
(вентиляционные выработки),
средства
снижения
аэродинамического сопротивления выработок и утечек воздуха.
Основные схемы вентиляции шахты: центральная и фланговая; их
сочетание — комбинированная схема.
При
центральной
схеме вентиляции шахты (рис., а) воздух
поступает в шахту и выходит из неё через стволы в центре шахтного поля. Схема применяется при
ограниченных размерах шахтного поля по простиранию и относительно небольшой мощности шахты,
ведении работ на глубоких горизонтах; обеспечивает быстрый ввод в действие главного вентилятора и
создание сквозной струи при строительстве шахты; характеризуется большой протяжённостью пути
движения воздуха, наличием параллельных струй чистого и загрязнённого воздуха, их неоднократными
пересечениями и, как следствие, большими утечками и депрессией шахты.
При фланговой схеме вентиляции шахты воздух поступает в шахту через ствол в центре шахтного поля,
выходит через стволы (шурфы), расположенные на флангах. Схема применяется на неглубоких шахтах,
когда невозможно или нецелесообразно поддерживать единый вентиляционный горизонт; практически
исключает встречное движение поступающей и исходящей струй; длина пути движения воздуха, утечки и
депрессия шахты меньше, чем при центральной схеме.
Разновидности фланговой схемы: крыльевая — единая выработка для исходящей струи на всё крыло (рис.,
б), групповая — выработки для исходящей
струи проходятся на каждую группу участков крыла (рис., в), участковая — выработки для исходящей
струи проходятся на каждом участке (рис.г,
Рис.
Схемы
вентиляции
шахт:
а) центральная б) крыльевая в) групповая г) участковая
При небольших и средних размерах шахтных полей, небольшой мощности и газообильности шахты
применяют единые схемы вентиляции шахты. На крупных шахтах с высокой газообильностью, при
объединении нескольких шахт и разработке одной шахтой нескольких удалённых друг от
друга залежей используют секционные схемы вентиляции шахты, при которых шахтное поле делится
на обособленно вентилируемые секции. Способы вентиляции шахты: всасывающий, нагнетательный,
комбинированный (нагнетательно-всасывающий).
При всасывающем способе вентиляции шахты вентилятор отсасывает воздух из шахты, создавая в ней
разрежение, в результате чистый воздух через воздухоподающие выработки засасывается в шахту. При
этом возможно засасывание воздуха с поверхности через зоны обрушении.Способ применяется на
газообильных угольных шахтах, на рудных шахтах (до глубины 1500 м).
При нагнетательном способе вентиляции шахты вентилятор нагнетает воздух с поверхности в шахту;
применяется на неглубоких шахтах, при небольшом газовыделении и аэродинамическом сопротивлении
вентиляционной сети, аэродинамической связи выработок с поверхностью через зоны обрушения,
фланговой схеме вентиляции шахты.
При комбинированном способе вентиляции шахты один вентилятор работает на нагнетание, другой — на
всасывание; применяется при большом аэродинамическом сопротивлении вентиляционной сети шахты,
разработке ПИ, склонных ксамовозгоранию , при фланговой схеме вентиляции.
ВОДООТЛИВ — удаление шахтных и карьерных вод из горных
выработок.
Приподземной
разработке различают главный водоотлив, предназначенный для откачки общешахтного притока воды, и
участковый водоотлив — для перекачки воды из отдельных участков шахты к водосборникам главного
водоотлива В редких случаях применяется центральный водоотлив, когда несколько шахт имеют общую
водоотливную установку, и региональный, обеспечивающий водоотлив всего района в целом.
Водоотлив по схеме откачки воды на поверхность разделяется на прямой, когда откачка воды из главного
водосборника производится сразу на поверхность, и ступенчатый, когда из нижних горизонтов через
стволы вода перекачивается в промежуточные водосборники вышележащих горизонтов и затем на
поверхность (рис. 1).
Рис. 1. Схемы водоотлива на шахтах:
а) прямой при одном горизонте
б) прямой при нескольких горизонтах
в)ступенчатый с насосными камерами вышележащий горизонтов
В систему шахтного водоотлива входят: устройства для регулирования внутришахтного стока,
водосборники, насосные станции с водозаборными колодцами и водоотливными установками, с
всасывающими и нагнетательными трубопроводами.
Водоотливные установки оборудуются аппаратурой автоматизации, контроля и защиты. Аппаратура
автоматизации обеспечивает автоматическую заливку, пуск и остановку насосов в зависимости от уровня
воды в водосборнике, поочерёдную работу насосов, автоматических включение резервных насосов при
аварийном подъёме уровня воды в водосборнике и неисправности работающего насоса, дистанционный
контроль и сигнализацию об уровне воды в водосборнике. На угольных шахтах, опасных по газу и пыли,
применяется аппаратура автоматизации во взрыво- и пылебезопасном исполнении.
Вопрос 23 Основные сведения о скважинной добыче полезных ископаемых.
СКВАЖИННАЯ ГОРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ — научная дисциплина о скважинном
способе
разработки месторождений ПИ; входит в систему горных наук. Изучает вопросы добычи газообразных,
жидких и полужидких ПИ (газ, конденсат, нефть, вода, битуминозные породы), а также твёрдых ПИ путём
их перевода в текучее состояние. Скважинная горная технология решает задачи рационального
воздействия на пласты и массивы горных пород (с целью наиболее полного извлечения ПИ) и
на призабойную
зону (для
повышения
производительности
добывающих
или
приёмистости нагнетательных скважин, подъёма ПИ из недр на поверхность).
Методы скважинной горной технологии основываются на достижениях физики, химии, математики,
геологии, термогидромеханики пластов, трубной гидравлики, подземной гидрогазодинамики и др.
Скважинная горная технология тесно связана с технологиямибурения скважин, сбора,
внутрипромыслового транспорта и первичной переработки полезных ископаемых. Для решения задач
скважинной горной технологии используются моделирование, промышленных эксперименты,
графические и аналитические методы, ЭВМ.
Скважинная технология добычи ПИ пока имеет ограниченную область применения в связи с
существенной зависимостью ее от изменчивости горно-геологических условий залегания, от качества ПИ
и свойств вмещающих горных пород в пределах одного месторождения.
Скважинную добычу ПИ ведут через скважины, пробуренные с земной поверхности или из подземных
горных выработок, они и являются главными вскрывающими и добычными горными выработками.
Сущность скважинной технологии добычи состоит в переводе ПИ из природного твердого фазового
состояния в новое подвижное состояние непосредственно в массиве горных пород и перемещении его по
скважине на земную поверхность под воздействием рабочих агентов — флюидов.
Под флюидом понимают жидкую, газообразную или смешанную среду, химически активную или
инертную, являющуюся носителем энергии и подаваемую к залегающему в недрах земли полезному
ископаемому через скважину с поверхности земли. Продуктивным флюидом называют флюид, в состав
которого входит полезное ископаемое, переведенное из твердого природного состояния в новое
агрегатное: раствор, расплав, газы, гидравлическая смесь — пульпа.
Управление процессом добычи ПИ осуществляют с поверхности земли путем изменения параметров
флюидов: расхода, температуры, давления, концентрации химически активных компонентов.
Скважинную технологию разрабатывают и применяют для добычи полезных ископаемых, в которых
возможен хотя бы один из следующих физических или физико-химических процессов: размыв,
растворение, выщелачивание, плавление, возгонка, окисление — горение.
К процессам скважинной добычи полезных ископаемых относят:
 размыв залегающих на некоторой глубине рыхлых пород струей воды, подаваемой по
скважине, или превращение пород в плывунное состояние путем вибрационного
воздействия с откачкой образующейся пульпы по скважине на земную поверхность

- растворение водой каменной и калийной солей, соды;
 выщелачивание ценных компонентов из медных, никелевых, урановых, свинцовых,
цинковых, марганцевых и других руд;
плавление серы, озокерита;
 возгонку — сублимацию киновари, реальгара, углей;
 окисление — сжигание углей и горючих сланцев с получением газов или тепловой
энергии.
Гидромеханический процесс основан на переводе пород в подвижное состояние путем
гидравлического разрушения связей между их частицами и образования дисперсной
системы — гидросмеси, которую затем транспортируют на земную поверхность по трубам.
Процесс физического растворения протекает без изменения химического состава полезного ископаемого
за счет диффузии флюида в горную породу и межмолекулярного взаимодействия веществ. Образующиеся
продуктивные флюиды откачивают по скважинам на земную поверхность. Способность вещества
равномерно распределяться в объеме растворителя называют его растворимостью.
Выщелачивание — процесс перевода в раствор вещества с изменением его природного химического
состава. При этом полезный компонент переводят из твердого в жидкое состояние непосредственно в
месте его залегания в недрах с последующим извлечением этого компонента из продуктивного раствора на
земной поверхности. Способом подземного выщелачивания извлекают из руд металлы, их соли и оксиды.
Под растворимостью в химических растворителях понимают проявляющуюся по отношению к ним
реакционную способность или устойчивость выщелачиваемых минералов.
Вопрос 24 Основы обогащения и переработки полезных ископаемых. Основные понятия и термины.
Обогащение руды — совокупность методов разделения металлов и минералов друг от друга по разнице в
их физических и/или химических свойств. Природное минеральное сырьё, которое представляет собой
естественную смесь ценных компонентов и пустой породы, перерабатывается с целью получения
концентратов, существенно обогащенных одним или несколькими ценными компонентами. Обогащение
руды
является
сложным
процессом,
который
может
включать
такие
операции
как дробление, измельчение, флотация, обезвоживание, другие физико-химические методы, и т. д..
Полученные продукты классифицируются на два и более классов отличных по качеству, более богатый
продукт называют концентратом, самый бедный — хвостами, продукты со средним содержанием
называют промежуточными, они обычно возвращаются на переработку. Обогащение руды как правило
производится на горнообогатительных фабриках и комбинатах.
Показатель способности полезных ископаемых к разделению на соответствующие продукты при их
обогащении называется обогатимостью.
Основные (обогатительные) процессы предназначены для разделения исходного минерального сырья
с раскрытыми или открытыми зёрнами ПИ на соответствующие продукты. В результате основных
процессов полезные компоненты выделяют в виде концентратов, а породные минералы удаляют в виде
отходов, которые направляют в отвал. В процессах обогащения используют отличия минералов полезного
компонента
и
пустой
породы
в
плотности, магнитной
восприимчивости,
смачиваемости, электропроводности, крупности, форме зёрен, химических свойствах и др.
Основные методы обогащения ПИ
По виду среды, в которой производят обогащение, различают обогащение:

сухое обогащение (в воздухе и аэросуспензии),

мокрое (в воде, тяжёлых средах),

в гравитационном поле,

в поле центробежных сил,

в магнитном поле,

в электрическом поле.
Гравитационные методы обогащения основываются на различии в плотности, крупности и скорости
движения кусков породы в водной или воздушной среде. При разделении в тяжёлых средах
преимущественное значение имеет разница в плотности разделяемых компонентов.
Различия в смачиваемости компонентов водой используется при обогащении ПИ флотационным
способом. Особенностью флотационного способа является возможность штучного регулирования
смоченности и разделения очень тонких минеральных зёрен. флотационный способ является одним из
наиболее универсальных, он используется для обогащения разнообразных тонковкрапленных ПИ.
Магнитное обогащение ПИ основывается на неодинаковом воздействии магнитного поля на минеральные
частички с разной магнитной восприимчивостью и на действии коэрицитивной силы. Магнитным
способом,
используя
магнитные
сепараторы,
обогащают железные, марганцевые, титановые,
вольфрамовые и другие руды.
ПИ, компоненты которых имеют разные по величине и знаку электрические заряды, могут обогащаться
способом электрической сепарации. К таким ПИ относятся апатитовые, вольфрамовые, оловянные и
другие руды.
Использование того или иного метода обогащения зависит от минерального состава ПИ, физических и
химических свойств разделяемых компонентов.
Заключительные операции в схемах переработки ПИ предназначены, для снижения влажности до
кондиционного уровня, а также для регенерации оборотных вод обогатительной фабрики.
Основные заключительные операции – сгущение пульпы, обезвоживание и сушка продуктов
обогащения. Выбор метода обезвоживания зависит от характеристик материала, который обезвоживается,
(начальной влажности, гранулометрического и минералогического составов) и требований к конечной
влажности.
Для обезвоживания продуктов обогащения используют способы дренирования (грохоты, элеваторы),
центрифугирования
(фильтрующие,
отсаживающие
и
комбинированные
центрифуги), сгущения (сгустители, гидроциклоны), фильтрования (вакуум-фильтры, фильтр-прессы) и
термической сушки.
В результате обогащение ПИразделяется на несколько продуктов: концентрат (один или несколько) и
отходы. Концентраты — продукты обогащения, в которых сосредоточено основное количество ценного
компонента. Концентраты в сравнении с обогащаемым материалом характеризуются значительно более
высоким содержанием ПИ и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей.
Отходы — продукты с малым содержанием ценных компонентов, дальнейшее извлечение которых
невозможно технически или нецелесообразно экономически. (Данный термин равнозначен
употреблявшемуся ранее термину отвальные хвосты, но не термину хвосты, которые, в отличие от
отходов, присутствуют практически в каждой операции обогащения)
Промежуточные продукты (промпродукты) — это механическая смесь сростков с раскрытыми зёрнами
полезных компонентов и пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким в сравнении с
концентратами и более высоким в сравнении с отходами содержанием полезных компонентов.
Качество ПИ и продуктов обогащения определяется содержанием ценного компонента, примесей,
сопутствующих элементов, а также влажностью и крупностью.
Под идеальным обогащением ПИ понимается процесс разделения минеральной смеси на компоненты,
при котором полностью отсутствует засорение каждого продукта посторонними для него частичками.
Эффективность идеального обогащения ПИ составляет 100 % по любым критериям.
Частичное обогащение - это обогащение отдельного класса крупности ПИ, или выделение наиболее легко
отделяемой части засоряющих примесей из конечного продукта с целью повышения концентрации в нём
полезного компонента.
Под потерями ПИ при обогащении понимается количество пригодного для обогащения полезного
компонента, которое теряется с отходами обогащения вследствие несовершенства процесса или
нарушения технологического режима.
Граница обогащения ПИ — это наименьший и наибольший размеры частичек руды, угля, эффективно
обогащаемых в обогатительной машине.
Глубина обогащения - это нижняя граница крупности материала, который подлежит обогащению.
Вопрос 25. Задачи маркшейдерской службы в шахтном строительстве.
Основными задачами маркшейдера при строительстве шахт являются:
а) изучение проекта и его рабочих чертежей, их проверка;
б) перенесение в натуру геометрических элементов зданий, сооружений и капитальных
горных выработок, подлежащих строительству согласно проекту;
в) осуществление маркшейдерского контроля в процессе строительства сооружений на
поверхности и горных выработок за соблюдением геометрических элементов, вынесенных в
натуру;
г) производство съемок и составление исполнительной документации с отображением
фактического положения построенных зданий, сооружений и пройденных горных выработок.
Для решения выше перечисленных задач маркшейдер должен знать технологические
комплексы поверхности, горное производство, технологию строительных и монтажных работ.
Маркшейдер в период строительства и эксплуатации горного предприятия должен выбрать
соответствующую методику измерений, обеспечивающую необходимую и достаточную
точность перенесения элементов проекта в натуру и производства контрольных измерений.
Работы по перенесению и закреплению геометрических элементов проекта в натуру
называются разбивочными. Разбивка запроектированных зданий и сооружений заключается в
указании на местности их характерных точек и линий, по которым в процессе строительства с
помощью простейших приспособлений было бы возможно определить положение всех
деталей сооружения.
Разбивочные работы начинаются с перенесения в натуру центра и осей вертикальных
шахтных стволов, создания планово-высотной разбивочной сети, разбивки главных осей
каждого здания и сооружения, осей фундаментов и т.д.
Разбивочные работы заключаются в перенесении в натуру одного или нескольких
следующих геометрических элементов:
- горизонтального угла;
- горизонтального расстояния;
- точки с заданными координатами Х, У, Н;
- линии с заданным уклоном «i» или углом наклона.
Вопрос 26. Особенности маркшейдерских работ при строительстве шахт.
Все маркшейдерские работы при строительстве шахт делятся на две группы:
1)работа с проектной документацией (как приемка, так и ее создание)
2) полевые работы
Проектная документация
Строительство шахт производится на основе утвержденного комплексного проекта
разработки месторождения. Различают следующие стадии проектирования: разработка
технико-экономического обоснования, составление проектного задания, технического проекта
шахты и рабочих чертежей.
На основании схемы развития и размещения объектов горнодобывающей отрасли
разрабатывают технико-экономическое обоснования ТЭО проектирования, строительства,
реконструкции или расширения горного предприятия и определяет расчетную стоимость его
строительства.
В районе, установленном ТЭО, выбирают площадку для строительства объекта и составляют
техническое задание ТЗ на проектирование его строительства. Проектное задание состоит из
пояснительной записки и прилагаемых к ней графических материалов: плана месторождения,
топографического плана территории шахты с указанием границ шахтного поля, геологические
карты и разрезы, таблицы подсчета запасов, схемы вскрытия шахтного поля и
околоствольного двора, планов и разрезов технологического комплекса поверхности и
генерального плана поверхности.
В соответствии с утвержденным ТЗ разрабатывают проектно-сметную документацию
(технический проект). В состав проектно-сметной документации проекта входят:
пояснительная записка, рабочие чертежи, сметная документация, конспект и паспорт проекта.
В части, посвященной генеральному плану и транспорту, приведено плановое положение и
высотные отметки всех зданий и сооружений, планы и профили подъездных путей и
железнодорожной станции.
На основе утвержденного проектного задания и технического проекта составляют рабочую
документацию. Рабочая документация включает в себя: рабочие чертежи, ведомости объемов
строительных и монтажных работ, паспорта строительных рабочих чертежей зданий и
сооружений.
По рабочим чертежам осуществляются все строительные и монтажные работы. Основные
данные для вынесения геометрических элементов объекта строительства в натуру содержатся
на рабочих чертежах проекта, поэтому изучению рабочих чертежей и проверке их цифровых
данных уделяется большое внимание.
Особенность маркшейдерских работ при шахтном строительстве состоит в том, что
здесь основное место занимают не съемки фактического положения сооружений и
выработок, а начальная задача - перенос с проектного плана в натуру геометрической схемы
проектируемых сооружений (разбивка сооружений). Детальное изучение проекта и
горнотехнических условий строительства позволяют маркшейдеру правильно и рационально
решать поставленные перед ним задачи. При производстве разбивок тех или иных
сооружений маркшейдер должен знать назначение этих сооружений в общем
производственном комплексе и технические условия их работы.
Разновидности полевых работ при строительстве шахты:
1)Перенесение в натуру проектного горизонтального угла
2)Перенесение на местность проектной линии
3)Перенесение точки по заданным ее координатам
а) полярный способ
б) Способ угловой засечки
в) Способ линейных засечек
г) Способ прямоугольных координат
д) способ створов
4) Перенесение в натуру линии с заданным уклоном
5) Перенесение на местность проектной отметки
6) Передача отметки на дно глубокого котлована
7) Разбивка центра и осей ствола шахты
8) Построение геодезической основы для разбивочных работ
Вопрос 27.
Принципы и последовательность производства маркшейдерских работ.
Накопление ошибок в маркшейдерских сетях.
При подземной маркшейдерской съемке руководствуются следующими основными
принципами:
1. Съемка должна вестись от общего к частному, что уменьшает возможность накопления
неизбежных ошибок измерений и повышает точность.
Как известно, такой же принцип положен в основу топогеодезических работ на земной
поверхности, где вначале создается триануляция, на основе которой развивается
полигонометрия (или аналитические сети), и лишь после этого производится съемка рельефа и
подробностей. В соответствии с этим принципом в основных выработках прокладываются
более точные теодолитные ходы, создающие скелет будущего плана. На основе этих ходов во
второстепенных горных выработках прокладываются менее точные теодолитные ходы. От
пунктов и сторон указанных ходов ведется съемка контуров подготовительных и очистных
выработок.
2. Все измерения выполняемого вида съемки должны соответствовать точности, необходимой
в горном деле. В этом отношении возможны две ошибки: измерения можно производить с
недостаточной или, наоборот, с избыточной точностью. Недопустимость первой ошибки
совершенно ясна — недостаточная точность подземной маркшейдерской съемки приводит к
порче горных выработок, нарушает и осложняет горные работы и может быть причиной
массовых несчастных случаев. Избыточная же точность съемки требует излишней затраты сил
и времени маркшейдера. Поэтому маркшейдер должен уметь правильно выбирать методы
измерений с учетом характера объекта и требуемой точности съемки. В этом вопросе
значительную помощь маркшейдеру оказывают технические инструкции по производству
маркшейдерских работ, где определена точность каждого вида съемки и способы измерений ее
элементов. В СССР в настоящее время действует «Техническая инструкция по производству
маркшейдерских работ» (1971 г.), которая имеет силу закона и ее предписания строго
обязательны для всех организаций маркшейдерской службы нашей страны.
3. Подземные маркшейдерские съемки должны производиться с обязательным контролем
правильности их исполнения. Форму контроля съемок предусматривают при выборе общей
схемы и способов измерений. Так, например, правильность измерения углов в замкнутом
полигоне может быть проверена сравнением суммы измеренных углов с теоретической .
Контроль измерений отдельных элементов (длин, углов, пре-
вышений) должен производиться в процессе самих измерений, чтобы вкравшуюся ошибку
можно было обнаружить и устранить дополнительными измерениями. Такой контроль может
быть обеспечен повторными измерениями одних и тех же величин. Расстояние между двумя точками измеряют
дважды. При измерении горизонтальных углов берут контрольные отсчеты по лимбу. Для
определения превышений нивелиром берут отсчеты по рейкам при двух высотах инструмента.
Накопление ошибок в маркшейдерских сетях.
Ошибки координат вершин и дирекционных углов сторон свободного теодолитного
хода
2. Средняя ошибка дирекционного угла любой стороны несвободного теодолитного хода
при предварительно уравненных его углах
3. Средние ошибки координат конечного пункта теодолитного хода, имеющего твердый
дирекционный угол промежуточной стороны
4 . Средняя ошибка геометрического нивелирования
5. Средняя ошибка тригонометрического нивелирования
6. Средние ошибки координат любой вершины теодолитного хода, уравненного в углах и
координатах
7. Ошибка положения последней точки вытянутого равностороннего теодолитного
хода, пройденного между двумя сторонами с твердыми дирекционными углами
8. Средние ошибки координат конечного пункта теодолитного хода при предварительно
уравненных углах
9. Ошибка положения последней точки свободного вытянутого равностороннего
теодолитного хода
10. Средние ошибки координат точки свободного теодолитного хода, обусловленные
ошибкой ориентирования его первой стороны
1.
Вопрос 28. Погрешность положения точки при полярной съемке. Передача превышений.
3. Полярный способ (рис. 33) применяется преимущественно на открытой местности при
съемке внутриквартальной застройки.
Положение точки при съемке полярным способом определяется углом b i , измеренным от
твердой линии MN до снимаемой точки i и расстоянием Si ,измеренным o т твердой до
снимаемой точки.
Углы измеряются теодолитом при одном положении круга с точностью до 1', а расстояние мерной лентой, стальной рулеткой или дальномерами однократно.
Рис. 33. Съемка полярным способом
Допустимые значения расстояний могут быть вычислены исходя из средних квадратических
погрешностей измерений т (см. табл. 19 ) по формуле [ 28]
( 41)
где S - полярное расстояние;
m b - точность измерения полярного угла;
-относительная погрешность линейных измерении;
т - средняя квадратическая погрешность измерений.
Допустимые значения расстояний при съемке полярным способом, с учетом длины стороны
теодолитного хода, приводятся в табл. 21.
Характер
Полярные расстояния, м, при масштабе съемки
контуров
1:2000
1
1
:1000
:500
При измерении лентой
Четкие
(капитальные
1
9
сооружения)
00
80
0
Четкие
(некапитальные
2
2
сооружения)
50
50
00
При измерении нитяным дальномером
Четкие
(капитальные
6
3
сооружения)
00
0
0
Четкие
(некапитальные
1
8
00
50
0
сооружения)
Примечание . При измерении линий оптическими дальномерами расстояния увеличиваются
соответственно увеличению точности дальномера.
Достоинством полярного способа съемки является определение местоположения каждой
контурной точки независимо от других, благодаря чему не происходит накопления
погрешностей.
Средняя квадратическая погрешность положения
станции при полярном методе находится по формуле
точки
относительно
где mS и mβ - средние квадратические погрешности измерения длин линий
и углов.
При mS = 0,02 м, mβ = 30'', ρ = 206265'' и S = 124,46 м средняя
квадратическая погрешность положения точки относительно станции при
полярном методе составит 0,027 м.
Общая ошибка положения точки определяется по формуле:
где mt средняя
квадратическая
(2)
ошибка
положения точки
относительно
станции
при
полярном
методе;
mtоп - средняя квадратическая ошибка точки хода (max).
При полярном методе съемки, положение снимаемой точки определяются через угол и длину
линии, т.е. определяются полярные координаты. Причем центром полярных координат
является опорная точка, над которой стоит теодолит. Ее называют обычно станцией. Осью
полярных координат является линия между опорными точками. (Рис.5)
О2
2
N
1
О1
2
1
N
d2
1
2
dN
Рис.5. Схема съемок полярным методом и методом ординат.
При любой топографической съемке одновременно с объектами снимается и рельеф
(неровности) местности. Для этого определяется высота от уровня моря (отметка) каждой
снимаемой точки. Отметки опорных точек определяются заранее.
Относительно опорных точек (станций) находят превышение - разность высот станции и
снимаемой точки. Превышение определяется тригонометрическим нивелированием.
(передача превышений)
Передача отметок в шахту (котлован) производится от двух реперов - построенных или
временных (рабочих). За исходный принимается ближайший к шахте репер; передачу отметки
от второго репера выполняют для контроля.
Передачу отметок на дно котлована осуществляют с помощью двух нивелиров, рейки и
рулетки.
Способ передачи отметок должен обеспечить требуемую точность, определенную проектом
производства маркшейдерских работ.
В измеренное значение превышения должна быть введена поправка Δh:
Δh = Δк + Δt,
где Δк - поправка за компарирование рулетки;
Δt - поправка за разность температур компарирования и измерения рулеткой.
Δt = 0,012L(t - t0),
где L - длина рабочей части рулетки;
t0 - температура рулетки в момент измерения;
t - температура рулетки в момент компарирования.
Рис. 15. Схема передачи отметок на дно котлована.
На строительный репер А устанавливают рейку, а над котлованом подвешивают рулетку, к
началу которой прикреплен груз. Нивелир устанавливают на равном удалении от рейки и
рулетки, берут отсчеты a1 по черной стороне рейки и b1 по рулетке. Отсчеты под номерами (1)
и (2) записывают в журнал нивелирования. Затем меняют высоту прибора и берут отсчеты b /
(3) и a/ (4). Для контроля вычисляют разности отсчетов по рейке (5) и рулетке(6). Расхождение
между ними более 6мм не допускают.
Затем нивелир и рейку переносят в котлован и берут отсчеты a2(7)и b2(8) по рейке,
установленной в точке В. Снова меняют горизонт прибора и берут отсчет по рейке b 2/ (9) и
рулетке a2/ (10). Расхождение в разностях отсчетов по рейке (11) и рулетке (12) зависят от условий
измерений и глубины котлована. Для осредненных условий разности не должны различаться
более чем на 8-10мм.
Обработку журнала и вычисления отметок проводят как при техническом нивелировании. На
первой станции вычисляют превышения по первым парам отсчетов h1=a1-b1 (13) и по вторым
парам h2/=a2/-b2/ (14). За окончательное значение превышения берут среднее hср=0,5(h1+h2/)
(15). Аналогичные вычисления выполняются и на второй станции hср2 (18).
Затем обрабатывают журнал и вычисляют отметку точки Вв котловане по формуле:
H B  H A  hср  hср2
(38)
Вопрос 29.
Технология построения на местности элементов: углов, длин, превышений
Перенесение на местность проектной линии
1. рулеткой.
Для перенесения на местность проектной линии с помощью лент и рулеток от исходной
точки откладывают в заданном направлении наклонное расстояние, горизонтальное
проложение которого равно проектному значению. Наклонное расстояние вычисляют по формуле
D=d + Д;
(1.3)
где D - наклонное расстояние; d - длина проектной линии; Д - сумма поправок за наклон
линии, компарирование мерного прибора и температуру.
2. измерение шагами.
3, при помощи линейки
Перенесение в натуру проектного горизонтального угла
1. теодолитом;
Перенесение или разбивка в натуре проектного горизонтального угла заключается в
отыскании и закреплении на местности направления, образующего с исходным направлением
угол, равный проектному.
Для этого теодолит устанавливают в рабочее положение в точке N, совмещают алидаду
с лимбом на нулевом отсчете и ориентируют теодолит призакрепленной алидаде по линии при
каком-либо круге — правом или левом. Закрепляют лимб, открепляют алидаду и откладывают
на лимбе заданный угол. Затем на местности путем обычного вешения намечают точку . Далее
строят значение угла таким же путем при другом положении круга и получают
точку . Расстояние между отмеченными точками делят пополам и намечают точку. Так будет
построен угол β, свободный от влияния коллимационной погрешности.
2. При составлении плана надо знать длину гориз.приложения линии на местности
измерение превышений точек местности
при помощи теодолита
При помощи теодолита превышения точек местности можно измерять геометрическим и
тригонометрическим нивелированием.
1.
Геометрическое
нивелирование
теодолитом
выполняется
при
приведении
цилиндрического уровня на зрительной трубе в нуль-пункт. Нивелирование выполняется на
равнинных участках методом из середины и методом вперёд, принцип выполнения действий,
как с нивелиром. Превышения соответственно вычисляются по формулам
h=З-П, h=i-П.
2. Тригонометрическое нивелирование теодолитом выполняется в горных и высокогорных
районах методом вперёд. Тригонометрическое нивелирование выполняется в прямом и
обратном направлениях. Для определения превышения необходимо знать высоту прибора i и
высоту наведения υ зрительной трубы на рейку. Расхождение между прямым и обратным
превышением не должно превышать 4 с. на каждые 100 м длины хода. Прямое и обратное
превышение отличаются между собой знаком «+» или «-».
ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ МЕСТНОСТИ
Чтобы определить превышение h между теодолитом и рейкой, необходимо измерить
следующие величины:
i- высоту теодолита,
а- отсчёт по рейке,
υ- высоту наведения (отсчёт по рейке),
ν- вертикальный угол наклона,
Sгоризонтальное
проложение линии
местности (рис. 45).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПРОЛОЖЕНИЙ ЛИНИЙ МЕСТНОСТИ ПО
ДАЛЬНОМЕРУ
Горизонтальные
проложения
линий
местности
вычисляются
по
формуле S=Кlkosν
при ν>±3°,
S=Kl
К=100 – коэффициент теодолита,
ν - вертикальный угол наклона,
при ν<±3°.
l - разность отсчётов по верхнему и по нижнему дальномерному штриху сетки нитей.
Измерительные работы делятся на линейные и угловые. Для их выполнения применяются
приборы разной точности. Горизонтальные линейные измерения на местности выполняются
мерными лентами, рулетками, нитяными дальномерами. Эти работы требуют значительных
затрат ручного труда. Совершенствованию методики измерений, повышению их точности,
созданию условий для автоматизации работ способствует примене- ние свето- и
радиодальномеров. Измерения для определения превышений между точками местности
производятся
с
помощью
нивелиров
Вопрос 30 Способы и точность построения точек на местности.
Вынос на местность проектной точки методом полярных координат
Точка С находятся на местности от опорного пункта А путѐм построения
полярного угла β и отложения проектного расстояния d.
Вынос на местность проектной точки методом прямоугольных координат
Точность перенесения на местность точки С зависит от погрешности в отложении прямого
угла (Δβ ),в отложении расстояний d1 и d2 (Δd1 и Δd2).
Вынос на местность проектной точки методом линейной засечки
Точка определяется пересечением проектных расстояний d1 и d2 , расчетная формула
ΔС=(на картинке) для наиболее благоприятного случая, когда отрезки d1 и d2 пересекаются
под прямым углом.
Предлагается дополнительно учитывать влияние погрешностей в длине базиса (Ми),
фиксации точки на местности (Мф). Расчетную формулу в этом случае
записывают в виде:
√
Вынос на местность проектной точки методом створной засечки
Рекомендации по применению различных способов разбивочных работ
1) прямой угловой засечки – для разбивки мостовых переходов и
гидротехнических сооружений;
2) замкнутого треугольника – для уточнения разбивки предыдущим
способом;
3) полярных координат – главным образом для разбивки
сооружений с пунктов полигонометрии;
4) прямоугольных координат – при наличии на площадке
строительной сетки, в системе координат которой задано
положение всех главных точек и осей;
5) линейной засечки – при значениях проектных расстояний менее
длины мерного прибора;
6) створной засечки – преимущественно при разбивке
промышленных сооружений, где, как правило, оси
пересекаются под прямым углом.
Вопрос 31. Основные задачи, решаемые маркшейдером, на различных этапах
строительства горного предприятия (изыскания, проектирование, строительство).
Маркшейдер является одним из важнейших представителей инженерно-технических
работников (ИТР)шахт, рудников и карьеров при разведке, проектировании, строительстве и
эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Методы и результаты маркшейдерских
работ широко используются на нефте-и солепромыслах, при строительстве тоннелей,
метрополитенов и других инженерных сооружений. Важнейшими задачами маркшейдерской
службы являются создание и ведение маркшейдерского обеспечения при разведке
месторождений полезных ископаемых, проектировании, строительстве сооружений и
производстве горных работ.
Под маркшейдерским обеспечением геологоразведочных, строительных и горных работ
понимают геометрическую основу и документацию для решения ответственных инженерных
задач и выполнение оперативных производственных работ.
К основным инженерным задачам, требующим маркшейдерского обеспечения, относятся:
- создание инженерных проектов и реализация их в производстве;
- проведение выработок и безопасное выполнение горных и строительных работ в
соответствии с проектными решениями и горно-геологическими условиями;
- перспективное и текущее планирование горных работ;
- оперативный подсчет запасов полезного ископаемого, обеспечивающий полноту
извлечения запасов из недр и необходимое качество добываемого сырья;
- охрана подрабатываемых залежей полезного ископаемого, горных выработок и
сооружений, а также природных объектов.
В освоении месторождений полезных ископаемых (МПИ)можно выделить следующие
стадии:
- разведку (доразведку) и оценку МПИ или отдельных их участков;
- проектирование и строительство горного предприятия;
- разработку МПИ;
- консервацию горного предприятия и рекультивацию земель в пределах горного отвода.
Разведка МПИ(или доразведка отдельных участков)
При разведке МПИ необходимо:
- создание опорной и съемочной сети в районе разведуемого участка (при необходимости),
производство съемки земной поверхности в требуемом масштабе или дополнительной съемки
естественных обнажений горных пород и других объектов геологических наблюдений, для
составления планов, являющихся геометрической основой для геологического
картографирования и проектирования геологоразведочных работ;
- выполнение выноса в натуру устьев разведочных выработок, их направлений, расчет их
длин (глубин) по составленному и утвержденному проект угеологоразведочных работ;
- производство исполнительной съемки и составление совместно сгеологами
необходимыхграфических материалов, характеризующих условия залегания МПИ и
пространственное размещение показателей полезного ископаемого (геометризация МПИ на
стадии разведки);
- создание на завершающем этапе геологоразведочных работ геометрической основы для
подсчета запасов полезного ископаемого и подсчет его запасов.
Разведка месторождений полезных ископаемых. При разведке месторождений полезных
ископаемых маркшейдер участвует в съемке земной поверхности; согласно проекту
геологоразведочных работ определяет и задает в натуре положение разведочных выработок
(шурфов, канав, штолен и т. п.); производит съемку разведочных выработок, мест взятия проб,
обнажений горных выработок, элементов залегания пластов полезного ископаемого и
вмещающих пород; совместно с геологом составляет на основе съемок графическую
документацию, отражающую форму и условия залегания месторождения. Существенное
значение для оценки месторождений имеют работы маркшейдеров по составлению различных
горногеометрических графиков, отражающих качественные свойства полезного ископаемого.
Маркшейдерские планы и разрезы, построенные по данным геологической разведки,
используются для подсчета запасов и проектирования горного предприятия.
Проектирование и строительство горного предприятия. При проектировании горных
предприятий маркшейдер участвует в проектно-изыскательских работах: в оформлении границ
шахтных полей в соответствии с действующими положениями о горных и земельных отводах;
в проектировании системы разработки и сооружений на поверхности; в разработке мер охраны
сооружений (поверхностных и под земных) от вредного влияния подземных разработок; в
составлении графиков организации и планов горных работ в процессе строительства и
эксплуатации месторождения; в подсчете потерь и промышленных запасов полезных
ископаемых.
При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач,
связанных с перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка
центра и осей ствола, разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и
т.д.). Он осуществляет контроль строительства подъемного комплекса, проходки и
армирования ствола и проведения капитальных выработок, выполнения проекта специальных
методов строительства стволов шахт.
Эксплуатация месторождений.Роль маркшейдера при разработке месторождений
полезных ископаемых исключительно велика: он производит съемки выработок; задает
направления горным выработкам; по результатам съемок составляет планы; осуществляет
контроль ведения горных работ в соответствии с проектами и правилами безопасности;
выполняет соединительные съемки, обеспечивающие связь поверхностных и подземных
маркшейдерских опорных сетей; производит постоянный контроль полноты извлечения
полезного ископаемого; осуществляет наблюдения за сдвижением и давлением горных пород;
участвует в составлении мер охраны сооружений, природных объектов, горных выработок от
вредного влияния подземных разработок и реализует направления рекультивации нарушенных
горными работами земель, принимает участие в планировании как очистных, так и
подготовительных работ, составляет квартальные, годовые и перспективные планы развития
горных работ; предоставляет данные объемов добычи и потерь для учета движения
балансовых запасов.
При ликвидации и консервации горного предприятия маркшейдер определяет полноту
выемки полезного ископаемого, а также наряду со съемкой горных выработок и пополнением
планов горных работ готовит журналы вычислений подземных съемок и ориентировок шахт
для передачи на хранение в архивы.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
11.1. При строительстве горных предприятий выполняют: проверку числовых
значений и графической части проектных чертежей; перенесение геометрических
элементов проекта в натуру; контроль за соблюдением установленного проектом
соотношения геометрических элементов зданий, сооружений и горных выработок;
наблюдение за осадками сооружений; съемку промплощадки, горных выработок и
пополнение
чертежей горной графической документации;
учет
объемов
горнопроходческих работ.
11.2. Маркшейдерские работы по перенесению геометрических элементов проекта в
натуру производят на основе пунктов маркшейдерских опорных сетей, разбивочных
сетей и осевых пунктов шахтных стволов.
Проект разбивочной сети, как правило, должен быть разработан проектной
организацией.
11.3. Построение разбивочной сети, вынесение и закрепление осей шахтных стволов,
трасс линейных сооружений выполняет организация - заказчик (или по ее поручению
специализированная организация) и передает по акту генеральному подрядчику.
Вынесение осей зданий, сооружений и технологического оборудования, построение
монтажных сеток, задание направлений подземным выработкам выполняет
маркшейдерская служба строительной организации.
Съемку промышленной площадки и обновление топографических планов территории
горнодобывающих предприятий на момент сдачи в эксплуатацию выполняют, как
правило, специализированные топографо - геодезические организации.
Наблюдения за осадками сооружений входят в обязанности заказчика.
11.4. Разбивку зданий, сооружений и задание направлений выполняют по проектным
чертежам, имеющим визу заказчика "К производству работ".
Проектную документацию проверяют сопоставлением рабочих чертежей зданий и
сооружений с генеральным планом, а также сопоставлением проекта с расположением
существующих сооружений и рельефом местности.
Размеры и сечения горных выработок должны соответствовать габаритам
размещаемого в них оборудования с учетом допустимых отклонений, установленных
настоящей Инструкцией, отраслевыми Правилами безопасности и СНиП. Проектные
чертежи околоствольных выработок проверяют построением проектных полигонов.
О выявленных в проектных чертежах несоответствиях главный маркшейдер
письменно уведомляет руководство строительной организации, а последнее, в свою
очередь, - заказчика и проектную организацию для внесения исправлений и
корректировки проекта.
11.5. Отклонения строительных конструкций и технологического оборудования от
проектного положения не должны превышать допустимых значений, установленных
настоящей
Инструкцией,
строительными
нормами
и
правилами
(СНиП),
государственными стандартами (ГОСТ), отраслевыми Правилами безопасности и
Технической эксплуатации или особыми техническими условиями проекта.
О выявлении недопустимых отклонений ставят в известность главного инженера
строительной организации и главного маркшейдера вышестоящей организации и
делают запись в книге маркшейдерских указаний.
11.6. Все измерения, выполняемые при разбивках, должны быть зафиксированы в
журнале разбивок. В журнале приводят: схему разбивки; данные, относящиеся к
исходным точкам; номера проектных чертежей; расстояния и размеры, по которым
выполнена разбивка и ориентировка объектов относительно осей промплощадки или
осей сооружения. После вынесения в натуру заданных углов, расстояний, высотных
отметок производят необходимые контрольные измерения. Схему разбивки объекта
подписывают исполнитель работ по разбивке и начальник участка, принявший эти
работы.
11.7. Для отражения застройки поверхности и положения инженерных коммуникаций
составляют исполнительные чертежи.
Положение фундаментов, колонн, технологического оборудования, подкрановых
путей и подземных коммуникаций наносят на рабочие чертежи проекта с указанием
отклонений.
Съемку инженерных коммуникаций выполняют в процессе строительства объектов (в
открытых траншеях и котлованах) с соблюдением требований "Инструкции по съемке
и составлению планов подземных коммуникаций".
Круг обязанностей маркшейдерского отдела горного предприятия широк и многообразен.
Непосредственным исполнителем маркшейдерских работ (полевых и камеральных) является
участковый маркшейдер.
На шахте участковый маркшейдер производит маркшейдерские работы во всех выработках
одного или двух производственных участков. Один участковый маркшейдер занят
маркшейдерским обеспечением на участке капитальных работ.
На разрезе участковые маркшейдеры закрепляются за участками по их целевому назначению,
т. е. за участками вскрышных, буровзрывных, добычных, отвальных работ, за транспортным,
дренажным участками.
Главный маркшейдер предприятия занимается подбором ирасстановкой кадров, планирует
работы отдела, составляет заявки на оборудование. Он контролирует работу участковых
маркшейдеров — прокладывает контрольные ходы, производит контрольные съемки, а также
возглавляет производство разовых общешахтных маркшейдерских работ.
Главный маркшейдер участвует в планировании развития горных работ, составляет по
полученным от участковых маркшейдеров данным общешахтную отчетную документацию об
объеме выполненных горных работ и добытого полезного ископаемого, о запасах, потерях и
разубоживании и т. д.
К о н т р о л ь н ы е функции маркшейдерской с л у ж б ы г о р н о г о п р е д п р и я т и я
состоят в том, что она имеет право:
останавливать горные работы, производящиеся с отступлением от проектного порядка
отработки месторождения;
останавливать проведение горных выработок, осуществляемое с отступлением от заданного
направления в плане и по высоте, от паспорта крепления;
не предъявлять к оплате участки выработок, проведенные с отступлением от направления
или паспорта крепления;
останавливать горные работы, вызывающие повышенные (по сравнению с нормативами)
потери и разубоживание.
О всех обнаруженных на своем участке отступлениях от проекта, плана развития горных
работ, паспортов, заданных направлений и о необходимости остановить работы или устранить
нарушения (остановить забой, перекрепить выработку, перестлать пути и т. д.) участковый или
главный маркшейдер пишет в специальную книгу маркшейдерских предписаний.
Запись маркшейдера, заверенную подписью автора, утверждает своей подписью главный
инженер предприятия, после чего запись приобретает силу приказа, т. е. становится
обязательной для исполнения начальниками производственных участков, смен, бригадирами
очистных и проходческих бригад.
Вопрос 32. Вертикальная планировка промплощадки.
Подготовительные работы.
Вертикальная планировка промплощадки может выполняться как перед началом
строительства, так и частями в процессе его. Это зависит от объемов вынимаемого и
перемещаемого грунта, характера планировки (большие площади или отдельные террасы),
календарного плана развития строительно-монтажных работ и характеристики наносов.
Рис. 27: Планировочная сетка
Перед началом работ маркшейдер должен иметь следующие документы: план вертикальной
планировки, картограмму земляных работ, план промплощадки с отметками чистого пола
первого этажа всех зданий и сооружений, топосъемку масштаба 1 : 500. На всех чертежах
должна быть надпись «в производство работ» и подпись главного инженера стройуправления.
Проверке подлежат планировочные отметки у зданий, их соответствие отметкам чистого
пола и отмосткам. Проверяют также уклоны площадок и их направления, обеспечивающие
сброс ливневых вод от зданий и с промплощадки.
Объемы земляных работ не проверяют и не пересчитывают.
Вертикальная планировка производится по нивелирному плану (в маркшейдерских
учебниках его называют системой опорных пунктов) (рис. 27). Сетки могут быть самыми
различными: в виде квадратов со сторонами 20—40 м, прямоугольников, радиальных
построений и т. п. У каждой вершины сетки подписывают проектную (красную), фактическую
(черную) и рабочую отметки. Нумеруют и квадраты сетки. Черную отметку получают из
нивелирования поверхности или из съемки М 1 : 500 путем интерполяции между
горизонталями. Рабочую отметку, т. е. разность между отметкой проектной плоскости и
черной отметкой, подписывают со своим знаком (насыпь — «плюс», выемка — «минус»).
Есть два варианта маркшейдерских работ с документацией при вертикальной планировке
промплощадки:
1. Пользуются картограммой земляных работ и планом вертикальной планировки на
светокопиях. На них схематично наносят пункты обоснования и привязку планировочной
сетки.
2. Составляют рабочую схему планировочных работ в масштабе плана вертикальной
планировки на хорошей чертежной бумаге.
Если учесть, что приходится черные и рабочие отметки в процессе работ уточнять несколько
раз, исправляя старые записи, делать привязки отдельных сеток, вести учет объемов земляных
масс, то предпочтение следует отдать второму варианту. Кроме того, документы на светокопиях накапливают столько вспомогательных записей, что становятся трудночитаемыми и
быстро изнашиваются.
На рабочую схему наносят по координатам пункты планового обоснования, контуры зданий
и сооружений, переносят проектную планировочную сетку, выписывают проектные высотные
отметки вершин сетки. Нумеруют вершины сетки и квадратов. Черные и рабочие отметки
наносят карандашом. В контурах зданий выписывают отметки чистого пола первого этажа и
отметки отмостки. Внизу схемы, по краю, красным выписывают таблицу проектных объемов.
Ниже подготавливают такую же таблицу, в которой потом будут отмечать фактическое
движение объемов земляных масс.
Разбивка планировочной сетки.
Когда бы ни производились планировочные работы — перед строительством или в процессе
строительства, выполняются не все объемы сразу, а по частям. Поэтому разбивку
планировочной сетки также выполняют частями.
В натуру вершины сетки выносят теодолитом и рулеткой, стараясь сначала разбить две
стороны (две линии) по краям участка работ. Затем два исполнителя (лучший вариант)
определяют вершины остальных углов сетки.
На каждой вершине забивают вровень с поверхностью земли колышек и ставят сторожок.
Нивелируют колышки, вычисляют черные и рабочие отметки, которые выписывают на
планировочную схему. Рабочую отметку, кроме того, подписывают на сторожках.
В местах, где должна быть насыпь, колья в вершинах сетки ставят так, чтобы верх их
соответствовал планировочной отметке, конечно, если позволяют рабочие отметки.
Контроль работ.
Самый лучший контроль — это контроль во время работы скреперов или бульдозеров.
Первую ленту срезки делают в 1 — 1,5 м от кольев. Затем нивелиром определяют отметку
новой поверхности на линиях квадратов. Вычисляют новую рабочую отметку, которую
сообщают скреперисту. Так, постепенно, корректируя работу по срезке, и маркшейдер, и
скреперист начинают работать точно и производительно, не делая лишних замеров и лишних
заездов.
На срезку грунта всегда следует обращать особое внимание. Нельзя допускать срезки ниже
проектных отметок. Это приводит к увеличению других проектных объемов, влияет на
закладку подземных инженерных коммуникаций, особенно на кабельные каналы и
теплотрассы.
По мере появления законченных планировкой участков поверхности восстанавливают
планировочную сетку и нивелируют каждую вершину. Окончательные высотные отметки
наносят на план промплощадки масштаба 1 : 500 и планировочную схему.
Подсчет объемов земляных работ. Объемы земляных работ определяют по каждому квадрату
отдельно.
Если рабочие отметки всех четырех вершин одинаковы по знаку, то объем работ будет равен
средней отметке, умноженной на площадь квадрата.
Вопрос 33. Последовательность маркшейдерских работ (М.Р.) при строительстве
зданий и сооружений.
С пункта разбивочной сети выносят центр здания. После установки в центре теодолита
разбивают оси здания и отмечают точки пересечения этих осей с остальными осями здания и
осями стен. Затем, устанавливая теодолит в точках пересечения осей, разбивают
последовательно все оси. Основные оси здания закрепляют пунктами, рассчитанными на
сохранность в течение всего срока строительства. Оси стен закрепляют створными знаками, а
также специальными марками на обноске.
Вблизи строящегося здания или сооружения закладывают один — два высотных репера.
При значительной глубине котлована или траншеи отметку на дно передают при помощи двух
нивелиров и металлической рулетки (рис. 91). Один нивелир устанавливают на поверхности,
другой — на дне котлована. К подвешенной нулем вверх рулетке прикрепляют груз. Берут
отсчеты а1 и а2 по рейкам, установленным на репере R на земной поверхности и репереА в
котловане, а также отсчеты b1 и b2 по рулетке. Превышение h между реперами А и R
вычисляют по формуле
h = HA—HR = (a1—a2) + (b1—b2).
В котлован, отрываемый с разноской бортов, отметку передают проложением хода
технического нивелирования.
Для устройства щебеночной, песчаной или бетонной подготовки на дне отрытого котлована
задают маяки, т. е. забивают металлические штыри так, чтобы отметка их верхних торцов
равнялась проектной отметке верхней плоскости подготовки.
Бетон в фундамент укладывают после монтажа металлоконструкций и закладных деталей
под колонны, перегородки, стационарное и монтажное оборудование. Закладные детали
устанавливают в плане с точностью ±5 мм, а по высоте — от 0 до 20 мм в сторону
занижения.
На фундаментную плиту здания и затем по мере его строительства на каждый монтажный
горизонт (этаж) выносят оси колонн, смещая их параллельно на величину, которая на 20—25
мм больше половины ширины колонны. Оси образуют монтажную сетку. На фундаментной
плите монтажную сетку разбивают теодолитом с осевых пунктов. Створы монтажной сетки на
монтажные горизонты передают специальным оптическим центрировочным прибором или
теодолитом. Передачу отметки с репера, закрепленного на фундаментной плите, на репер,
закрепленный на монтажном горизонте, производят при
помощи двух нивелиров и металлической рулетки.
Нижний торец каждой колонны устанавливают так, чтобы осевые риски колонны совпадали
с осевыми рисками, нанесенными со створов монтажной сетки на основание колонны (стакан,
закладную деталь). Вертикальность колонны контролируют при помощи отвесов или двух
теодолитов, установленных на двух взаимно перпендикулярных осях здания, или зенитприбором.
По результатам исполнительной съемки, которую производят после завершения монтажа
колонн, составляют план фактического положения нижних оснований колонн и схемы
вертикальности колонн.
Вопрос 34. Выноска центра и осей ствола.
Осями вертикального ствола называются две взаимно перпендикулярные горизонтальные
прямые, одна из которых параллельна несущим основным расстрелам ствола.
Перенесение в натуру центра и осей ствола производят с пунктов опорной сети
проложением полигонометрического хода 2 разряда или угловыми засечками не менее чем два
раза. Расстояние между полученными центрами не должно быть более 0,5 м, для вновь
закладываемого ствола на действующем предприятии — не более 0,1 м. Центр закрепляют
трубой или толстым колом, устанавливают над ним теодолит и по разбивочным углам
разбивают главную и перпендикулярную к ней оси ствола. Направление главной оси не
должно отличаться от проектного более чем на ±3', для действующего предприятия ± 1'З0";
погрешность положения второй оси относительно главной — не более ±45".
Каждую ось закрепляют не менее чем шестью постоянными осевыми пунктами —
грунтовыми или стенными (по три пункта в каждую сторону от ствола). Осевые пункты
закладывают в местах, обеспечивающих их сохранность в течение всего срока работы
предприятия.
Разбивочная сеть представляет собой прямоугольную или квадратную сеть постоянных или
временных пунктов, заложенных на застраиваемой территории для производства разбивочных
работ, т. е. для перенесения элементов проекта в натуру.
Постоянные пункты закладывают в местах, обеспечивающих их сохранность в течение
всего срока строительства. Вынесение их в натуру производят при помощи разбивочных
элементов, вычисленных по координатам. Временные пункты закладывают в створах
междупостоянными с плотностью, обеспечивающей удобство разбивочных работ. Вынесение
в натуру временного пункта производят при помощи двух теодолитов, установленных в двух
взаимно перпендикулярных створах.
Рис. 90. Участок плана вертикальной планировки: а — план поверхности со строительной
сеткой; б—план перемещения земляных масс
Вопрос 35. Маркшейдерские работы при строительстве укосных копров.
Установку копра производят от осей ствола или осей подъёма в соответствии с размерами,
данными в проекте. До начала работ по установке копра маркшейдер должен проверить
правильность закрепления осей ствола , для чего заново определить координаты центра ствола
и направление осей путём съёмки главных несущих расстрелов на нескольких верхних ярусах.
Без проверки правильности закрепления осей ствола маркшейдер не имеет права начать
работы, связанные с установкой копра.
Станок постоянно копра устанавливают на подкопровую раму , закрепляемую в проёмах
устья (шейки) ствола анкерными болтами. До установки подкопровой рамы в шейке ствола
закрепляют осевые скобы, на которые переносят оси ствола. Для этого между осевыми
пунктами натягивают проволоки и с них опускают лёгкие отвесы, по которым и намечают
положение осей ствола на скобках. Вблизи ствола закрепляют высотный репер, по которому
контролируют высотную отметку рамы при её установке. От осей ствола по заданным
проектным размерам намечают места для лунок анкерных болтов.
Установка копра производится от осей ствола или осей подъёма в соответствии с
размерами, данными в проекте. До начала разбивочных работ по установке копра выполняется
съёмка главных несущих расстрелов на нескольких верхних ярусах, по результатам которой
определяют фактические координаты центра ствола и дирекционный угол оси ствола.
Относительно закреплённых осей ствола выполняется разбивка осей анкерных болтов,
устанавливаемых в специальных проёмах устья ствола для крепления подкопровой рамы.
После временного закрепления анкерных болтов определяют их положение в горизонтальной
плоскости и высотные отметки. Смещение анкерных болтов в плане не должны превышать
5мм.
После укладки подкопровой рамы на анкерные болты вначале проверяют положение рамы по
высоте путём нивелирования угловых точек, а затем в плане относительно осей ствола.
Осевые точки, ранее намеченные на раме, должны совпадать с отвесами, опущенными с
проволок, натянутых вдоль осей. После установки рамы в плане вторично проверяют её
горизонтальность.
Для разбивки фундаментов укосины копра используются план расположения фундаментов
относительно осей ствола, оси подъёма и рабочие чертежи отдельных фундаментов, на
которых имеются все необходимые размеры. При разбивке фундаментов целесообразно
пользоваться системой осей пят копровых ног. Разбивочные работы выполняют в следующей
последовательности и представлены на рисунке 12.
По направлению оси ствола от пункта откладывают рулеткой расстояние L. Закрепляют
полученную точку К и устанавливают над ней теодолит. От направления оси ствола
откладывают углы, равные 90 и 270º, и полученное направление закрепляют на обносках,
установленных вне пределов будущих котлованов
От закреплённых осей пят фундаментов способом ординат находят угловые точки котлована
для каждого фундамента и закрепляют их деревянными кольями. После выемки грунта
контролируют глубину и горизонтальность дна котлована с помощью нивелира и рейки,
используя ближайший к котловану репер. Если котлован углублён до проектной отметки, то
разрешается закладка подушки фундамента .
Для возведения верхней части фундаментов изготовляют опалубку, соответствующую её
проектной форме. До спуска опалубки в котлован обозначают на подушке фундамента
угловые точки, используя для этого отвесы и шнуры, натянутые вдоль осей пяты. При
установки опалубки совмещают основание щитов с угловыми точками и подводят под острия
отвесов намеченные на верхнем срезе опалубки точки проекции которых при правильном
положении опалубки должны лежать на осях пяты. Проверку верхнего среза по высоте
выполняют путём нивелирования точки пересечения осей пяты.
Перед подъёмом копра на подшкивной площадке и на горизонтальных связях укосины
маркшейдер намечает точки, которые в проектном положении копра должны лежать в одних
вертикальных плоскостях с осями ствола. После подъёма, соединения станка и укосины, а
также временного закрепления копра производится маркшейдерский контроль правильности
установки копра. Контроль осуществляется с помощью теодолита, устанавливаемого на
осевых пунктах полуосей на расстоянии 40 – 100 м от ствола. Величина несовпадения точек,
намеченных на подшкивной площадке, с точками, полученными при вынесении осей, является
допустимой для металлических копров, если она не превышает ± 25 мм в направлении,
перпендикулярном к оси подъёма и ±50 мм в направлении, параллельном оси подъёма.
Одновременно с помощью рулетки и нивелира определяют высоту подшкивной площадки.
Если монтаж копра производится над стволом шахты путём последовательного наращивания
звеньев (панели), маркшейдер проверяет правильность установки каждой панели. Контроль
осуществляется путём вынесения осей ствола на горизонтальные связи фермы и сравнения с
ранее намеченными точками, фиксирующими положение осей на верхней раме фермы.
Профильная съёмка копра производится после окончания монтажных работ или в тех
случаях, когда искривленность копра не позволяет установить подшкивную площадку или
разгрузочные кривые в проектное положение с допустимыми отклонениями. Съёмка,
выполняемая с помощью теодолита.
Точку стояния прибора выбирают на расстоянии 30 – 80 м от копра примерно в створе двух
угловых стоек станка с таким расчётом, чтобы с этой точки были видны данные стойки по
всей высоте копра. У основания стойки прикрепляют горизонтальную рейку L, располагая
лицевую поверхность её перпендикулярно к направлению визирования. Визируя
последовательно на характерные точки стойки, проектирую их на рейку и определяют
отклонения точек от вертикали. По средним значениям отклонений проектируемых точек
стоек от вертикали составляют профили и определяют искривление станка копра.
Вопрос 36. Маркшейдерские работы при сооружении зданий и фундаментов
подъемной машины.
Контроль возведения фундаментов зданий
Разбивку вспомогательных осей, детальную разбивку фундамента, контроль набора опалубки
в процессе возведения ленточных монолитных, блочных и других фундаментов, не связанных
с монтажнымиработами, осуществляет строительный мастер. Маркшейдер контролирует
процесс возведения фундаментов, предназначенных для монтажа каркаса здания или
оборудования.
Особое внимание при возведении фундаментов и стен зданий уделяют технологическим
осям. Маркшейдер не только указывает места закладки скоб или пластин для закрепления
технологических осей,но и следит за своевременностью и качеством исполнения этих работ.
Перенос технологических осей с обноски на фундамент или стены здания должен быть
выполнен без потери точности и без опоздания. Следует иметь в виду, что востановление осей
— задача более трудоемкая,чем разбивка или перенос осей.
Фундаменты под металлические колонны. При возведении этих фундаментов контролируют
установку анкерных болтов. Опорой для анкерных болтов являются деревянные или
металлические шаблоны,которые крепят на опалубке или на специальных рамах. Для
однотипных групп анкерных болтов изготавливают специальный шаблон, называемый
монтажным кондуктором. Это рамное приспособление, накотором в строгом соответствии с
проектом просверлены отверстия вместах установки болтов. На кондукторе заранее
прочерчивают проектные оси. При установке кондуктора его оси устанавливают в проектное
положение с помощью отвесов, опущенных с осевых проволок.
После закрепления шаблона или кондуктора смещение его осей недолжно превышать 2—3
мм. Верх болтов ставят несколько выше проектной отметки, с учетом усадки
бетона.Одновременно с анкерными устройствами устанавливают и другие закладные части:
трубопроводы внутри фундамента, трубки дляэлектрокабелей и др.
Опалубка и закладные детали должны быть надежно раскреплены. Смещение опалубки
относительно проекта не должно превышать 10 мм. Вертикальность анкерных болтов
проверяют отвесом. На каждой группе анкеров отмечают уровень заливки бетона на 40—50
мм ниже проектных отметок, с учетом подливки под опорные плиты колонн после их
установки.
Съемку фундаментов под металлические колонны производят от проволок, натянутых между
осевыми точками. Отклонение центра каждого анкерного болта в плане по отношению к
проектной оси не должно превышать ± 5 мм.
Высотную съемку делают нивелировкой по торцам болтов и бетону.
В группах болтов (обычно их четыре) нивелируют один болт и бетон под ним. Для того
чтобы исключить путаницу при монтаже, торец этого болта в группе закрашивают
несмываемой яркой краской и прогоняют гайку до бетона. Эти болты служат маяками при
установке колонн (рис. 30).
Вычисляют условные отметки болтов и бетона. За нулевую отметку принимают проектную
отметку верха бетона фундамента
Устанавливают колонны в вертикальное положение, регулируя уровень опорной плиты
гайками. После дополнительной расклинкиделают подливку бетоном.
Фундаменты из бетонных и железобетонных блоков. При съемке этих фундаментов
определяют отклонения каждого блока в плане от проволок, натянутых между осевыми
точками обноски. Фиксируют только отклонения, превышающие ± Ю мм. Нивелированием
проверяют верх фундамента и тоже фиксируют места с отклонениями от проекта,
превышающими 4=10 мм. Проверяют в плане и по высоте отверстиядля ввода коммуникаций с
точностью до 1 см. По результатам съемки составляют схему (рис. 31). Отметки на схеме
ставят условные, от проектного уровня верха фундамента.
Свайные фундаменты. Перед съемкой с помощью нивелира отмечают на всех сваях
проектный уровень низа опорной плиты (ростверка). От проволоки, натянутой между осевыми
точками, с помощью отвеса на уровне низа ростверка замеряют отклонения свай от проектного
положения. Отклонения свай в плане не должны превышать 0,2 Д для однорядного, 0,3 Д для
двухрядного и 0,4 Д для трехрядного поля, где Д — диаметр сваи или сторона сечения.
Крайние ряды свай должны отступать от края ростверка не менее чем на 5 см. Фундаменты
для установки железобетонных колонн. Съемку этих фундаментов лучше производить с
помощью теодолита. Перед съемкой проверяют положение осей на обноске.
Устанавливают теодолит над обноской и в створе осевых точек отмечают карандашом
проектное положение оси фундамента на верхних раняхподколонников («стаканов»). После
того как будут отмечены все оси и проверены расстояния между ними, их закрепляют краской,
двумя черточками, сдвинутыми вдоль оси.
Каждый «стакан» в плане проверяют от нитей, натянутых между осевыми рисками.
Проверяют положение дна «стакана» по отношению к осям. Фиксируют только те отклонения,
которые превышают допуски СНиПа. Передают нивелиром отметки на дно каждого
подколонника. Вычисляют условные отметки дна подколонников от проектного уровня.
Схемы исполнительной съемки с отметками передают руководству (рис. 33).
Подливку бетоном или раствором дна «стаканов» можно делать тремя вариантами.
Первый вариант. Выравнивают все основания «стаканов» до одного уровня: до проектной
отметки либо до отметки самого высокого стакана.
Второй вариант. Подливку делают с расчетом установки на один уровень верхних
оголовков колонн. В этом случае величинуподливки дна каждого «стакана» определяют
несложным расчетом. Измеряют элементы колонн: высоту I и размеры сечения. Размеры всех
элементов выписывают в специальную ведомость контроля геометрических параметров
сборных конструкций. Нумеруют краской подколонники и соответствующие им по маркам
колонны. Составляют расчетную таблицу. В нее выписывают: присвоенные номера колонн,
марки колонн, высотуl, условные отметки дна подколонников h. Третий вариант. Подливку
дна «стаканов» делают с расчетом установки на один уровень консолей колонн. Величину
подливкиопределяют так же, как во втором варианте, только вместо всей высоты колонны в
расчетах участвует высота до верхней плоскости консоли.
Величину подливки фиксируют сподколонниках набором металлических пластин.
Работы при возведении фундаментов подъемной машины
Разбивку осей фундаментов подъемной машины и здания подъема, как правило, производят с
осевых реперов. При подготовке разбивочной схемы учитывают порядок возведения
фундаментов машины и здания, чтобы наметить места закладки скоб для закрепления осей
подъема и вала машины.
После установки обноски проверяют углы и расстояния между осями здания. Закрепляют и
подписывают на обноске все оси. Ось вала закрепляют с точки 2, откладывая угол в 90°
точным способом с погрешностью не более±30
Процесс
возведения
фундаментов
подъемной
машины
находится
под
контролеммаркшейдера.
После набора опалубки проверяют ее установку. В этой трудоемкой работе, кроме
маркшейдера, участвуют строймастер, бригадир и часть бригады, набиравшей опалубку стем,
чтобы в процессе контроля сразу устранять обнаруженные неточности. Работу начинают с
контроля оси подъема и оси вала машины. Затем проверяют выноску всех вспомогательных
осей. Натягивают проволоки на всех осях. Проверяют все без исключения размеры, указанные
на рабочих планах и разрезах фундамента машины. Разнос анкерных болтов проверяют
независимо от того, установлены они в кондукторе или отдельно. Проверяют крепление
рабочей и защитной арматуры, крепление всех закладных деталей, крепление анкерных болтов
и колодцев под анкерные болты, крепление опалубки и др.
Выносят нивелиром уровень заливки бетона на всех частях фундамента с учетом подливки
после монтажа и отмечают его на опалубкегвоздями и краской. Опалубку, которая выступает
выше заданногоуровня и может неправильно ориентировать рабочих в процессе
бетонирования
фундамента,
срезают.
Устанавливают
в
проектное
положение
поддерживающие элементы для окаймления и облицовки фундамента.
Для контроля опалубки и съемки фундамента нужны два экземпляра всех рабочих чертежей.
В процессе проверки опалубки отклоненияот проекта фиксируют на одном экземпляре
чертежей карандашом.
После устранения недопустимых отклонений карандашные заметкиубирают. Когда все
неточности и замечания по опалубке будут устранены, маркшейдер выдает письменное
разрешение на бетонированиефундамента. Выдача и получение такого разрешения
фиксируются вжурнале разбивок.
После возведения фундамента производят исполнительную съемку.
Во время съемки проверяют все размеры и высотные отметки, имеющиеся на рабочих
чертежах. На двух экземплярах рабочих чертежей нижепроектных размеров выписывают
красным фактические. Один экземпляр чертежей официально передают монтажной
организации.
Вопрос 37. Маркшейдерские работы при проходке вертикального шахтного ствола
(технология, допуски, точность).
Для проходки и крепления устья ствола устанавливают проходческую раму-шаблон. Рама
считается установленной, если ее осевые риски совпадают с осями ствола. Несовпадение
допускается до ±20 мм. На центр рамы-шаблона теодолитомс осевых пунктов выносят центр
ствола и закрепляют его центрировочной пластинкой или отверстием. При проходке устья и
возведении постоянной крепи измеряют рулеткой радиусы от отвеса, опущенного из
закрепленного центра ствола. Вертикальный контроль осуществляет, измеряя расстояния h от
рамы-шаблона до элементов опалубки.
После бетонирования устья ствола проходческую рамушаблон заменяют постоянной
проходческой рамой, на которой закрепляют центр ствола и направление его осей. В устье
ствола в постоянной крепи закрепляют осевые скобы (рис. 97) с таким расчетом, чтобы
проволоки закрепленных на скобах отвесов находились на расстоянии не менее 200 мм от
стенок ствола. На осевые скобы отвесами с постоянной проходческой рамы передают оси
ствола. Погрешность передачи не должна быть более 5 мм. Осевые скобы используют при
проходке ствола для разметки проемов, для ориентирования геологических разрезов и задания
направления околоствольным выработкам. При небольшой глубине ствола боковые отвесы
опускают на всю глубину, при большой — скобы переносят вниз по мере проходки.
Грузы отвесов могут быть монолитными (рис. 98, а), составными (рис. 98, б, в) и
барабанными (рис. 98, г). Груз подвешивают на стальном тросе диаметром от 2 до 5 мм.
Контроль за соблюдением вертикальности и проектного сечения ствола в процессе
проходки осуществляют измерением расстояний до стенок ствола от центрального отвеса при
круглом сечении ствола или от боковых отвесов при прямоугольном сечении.
Маркшейдерская служба производит такие измерения выборочно — через три-четыре
технологических цикла, представители сменного надзора — не реже чем через один-два цикла.
В процессе строительства ствола маркшейдерская и геологическая службы заполняют
журнал проходки ствола, который снабжают фактическим вертикальным разрезом по стволув
масштабе 1 : 100 и горизонтальными сечениями через 10 м.
После возведения постоянной крепи ствола производят профильную съемку
(профилирование) его стенок. Для этого в ствол на всю его глубину опускают два отвеса —
центральный и боковой. От центрального отвеса через интервал по глубине, равный шагу
армировки, измеряют радиусы с точностью 0,5 см. Боковой отвес служит для ориентирования
измерений.
Вопрос 38.
Маркшейдерские работы при проведении выработок встречными забоями.
Для обеспечения проходки выработок встречными забоями составляется проект производства
маркшейдерских работ, утверждаемый техническим руководителем (руководителем)
организации. Проект содержит обоснование требований к величинам
допустимых расхождений забоев по ответственным направлениям,
предварительную оценку точности смыкания забоев, описание
методики выполнения маркшейдерских работ.
Работы по обеспечению проходки встречными забоями выработок, не
требующих высокой точности смыкания (разрезных печей,
восстающих,
вентиляционных
выработок),
производятся без
специального предрасчета.
Если рассчитанная ожидаемая погрешность смыкания превышает
установленную допустимую, необходимо последовательно повторить
расчет, принимая более точные методы работ и более точные
маркшейдерские приборы, а при необходимости увеличить количество
наблюдений для видов работ, определяющих величину общей
ожидаемой погрешности смыкания.
Допустимые величины расхождения встречных забоев определяются
в зависимости от способа сооружения и крепления горных выработок и устанавливаются
проектом.
Все измерения при проведении выработок встречными забоями выполняются дважды.
Последние пункты полигонометрических ходов (не менее трех), предназначенные для
задания направления выработкам, закрепляются постоянными центрами. Контрольные ходы
прокладываются не реже чем через 500 м подвигания забоя.
Окончательное направление выработок определяется по координатам конечных пунктов,
когда расстояние между забоями составляет 50 м, а в конвейерных выработках - 150 м.
При расстоянии между встречными забоями 20 м главный маркшейдер или маркшейдер –
исполнитель работ в письменном виде ставит в известность об этом технического
руководителя (руководителя) предприятия и начальников участков, ведущих проходку.
Подвигание выработки, а также заданное или продолженное инструментально направление
отображается на плане с указанием расстояния от последнего отвеса до забоя. После смыкания
забоев измеряется полученное расхождение, замыкается ход и вычисляются невязки. Данные о
результатах сбойки заносятся в журнал вычисления координат.
Журналы измерений, вычислительная и графическая документация не реже одного раза в
год проверяются главным маркшейдером организации, а при ведении горных работ вблизи и в
пределах опасных зон и при проходке выработок встречными забоями - непосредственно
после выполнения маркшейдерских работ.
(Дополнение)
РИС. 1. Схема маркшейдерских работ при проведении встречными забоями квершлага
между штреками двух пластов
В практике горного дела выработки часто проводят встречными забоями. Проведение
выработок встречными забоями называют также сбойкой.
Маркшейдерские работы при сбойке выработок рассмотрим на следующем примере (рис.
1). Между штреками, проведенными по пластам l5 и т1 одной и той же шахты, требуется
пройти квершлаг АВ, для чего необходимо определить направление движения забоев в
горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Маркшейдерские работы для задания направления квершлага в горизонтальной плоскости
можно разделить на три этапа, выполняемые в указанной ниже последовательности.
Первый этап — подготовительные работы. От точкиАдо точки В прокладывают
теодолитный ход. Этот ход должен быть наименьшей протяженности и по возможности
вытянутым по направлению АВ. Желательно, чтобы теодолитный ход был замкнут или
пройден "два раза. По результатам измерений углов и длин сторон хода обычным способом
вычисляют дирекционные углы всех его сторон и координаты вершин, в том числе
дирекционные углы (А1) и (В10) и координатыyAи xB, yB.
Второй этап — вычисления.По координатам точек AиB вычисляют дирекционный угол оси
квершлага
y y
tg( AB )  B A .
xB  xA
Для контроля тот же дирекционный угол вычисляют по формулам
x  y
tg [( AB )  45 ] 
;
x  y
x  xB  x A , y  y B  y A .
Отсюда находят углы1 и2при точкахАи В:
1 = (AB) – (A1),
2 = (B10) – (BA).
Третий этап — задание направления квершлага. В точках A иВ последовательно устанавливают теодолит и от сторонА1 и В10 откладывают вычисленные углы1 и 2. По визирной
оси трубы теодолита вешают три отвеса, обозначающих в натуре ось квершлага.
Для определения направления квершлага в вертикальной плоскости,т.е. его уклона, между
точками A иВ прокладывают нивелирный ход, в результате чего определяют: zA и zB — отметки
пунктов A и В; z'A и z'B— отметки почвы (головки рельсов) в точках A и В.
Уклон будущего квершлага вычисляют по формулам:
i  ( zB  zA ) / l ,
y  y A  x B  xA
.
l B

sin( AB ) cos( AB )
Точность сбойки квершлага в основном зависит от точности измерений углов и длины
сторон теодолитного хода А1...10В.
Вопрос 39. Виды проекций при геометризации недр.
Аксонометрические проекции. Аксонометрические проекции позволяют получать объемное
изображение объекта, что требуется в ряде случаев при документации сложных узлов геологических
структур и горных выработок, а также при составлении схем вентиляции, размещения оборудования
в выработках и при решении других задач.
Для достижения необходимой наглядности и лучших метрических свойств чертежа задаются
условными прямоугольными пространственными осями координат, совпадающими или параллельными с основными размерами изображаемого объекта, положением плоскости проекций
относительно указанных осей и направлением проецирующих лучей относительно плоскости
проекции.
По последнему, признаку аксонометрические проекции делятся на прямоугольные (проецирующие
лучи перпендикулярны к плоскости проекций) и косоугольные. Косоугольные аксонометрические
проекции являются общим видом проекций.
Условные прямоугольные пространственные оси координат (и параллельные им основные
размеры изображаемого объекта) при аксонометрическом проектировании искажаются в определенных отношениях, называемых показателями искажения вдоль координатных осей.
Проекции, у которых все три показателя искажения равны между собой, называются
и з о м е т р и ч е с к и м и . Проекции с двумя одинаковыми показателями искажения из трех
называются д и м е т р и ч е с к и м и . Проекции с тремя разными показателями искажения
называются т р и м е т р и ч е с к и м и .
Аффинные проекции.
При построении объемных изображений сложных геологических структур и комплексов
горных выработок иногда применяются аффинные преобразования, основанные, как и
аксонометрические проекции, на использовании параллельных проецирующих лучей.
Здесь при построении объемных изображений объекта в качестве системы пространственных
координат используются: ось родства (линия пересечения горизонтальной плоскости с плоскостью проекций) и перпендикулярные к ней горизонтальная и отвесная линии.
Указанные линии при параллельном проецировании на плоскости проекций преобразуются в
так называемые а ф ф и н н ы е к о о р д и н а т н ы е оси.
Векторные проекции
Если исходными графиками изображаемого объекта являются параллельные сечения,
представленные в виде вертикальных сечений по разведочным линиям, или погоризонтные
планы горных выработок и
горизонтальные
геологические
сечения,
или
изосечения (гипсометрические планы) поверхностей тел сложной формы, то построение
изображения объекта, отвечающего условиям наглядности, метричности и динамичности
наиболее просто производится с помощью векторных проекций.
В основе метода приняты параллельные векторы, т. е. отрезки определенной величины
и направления. Каждой точке пространства может соответствовать система векторов любых
длин и направлений
Практически изображение методом векторных проекций осуществляется следующим
образом. В пространстве выбирается некоторая горизонтальная плоскость, мысленно
совмещаемая с плоскостью листа. Эта плоскость принимается за нулевую, ибо все векторы ее
точек равны нулю.
К каждой характерной точке объекта на плане проводят векторы, которые определяют своей
величиной
расстояния
в принятом масштабе точек от нулевого горизонта. Направление векторов в плоскости чертежа
может быть любым. В каждом конкретном случае его выбирают с учетом получения
наибольшей наглядности изображения. Таким образом, ортогональная проекция данной в
пространстве наклонной АВ в векторной проекции изображается двумя прямыми,
проходящими одна — через начала, а другая через концы векторов. По взаимному
расположению
прямых
можно
судить
о
положении
(угле наклона) прямой относительно нулевого горизонта.
Вопрос 40. Соотношения между прямыми. Метод совмещения плоскостей. Определение
угла между прямыми, кратчайшее расстояние от прямой до плоскости, угол между прямой
и плоскостью. Соотношения между плоскостями.
Метод совмещения. Для получения неискаженных величин элементов фигур (углов и
сторон), лежащих в заданной плоскости, пользуются методом совмещения. При этом данная
плоскость вращается около одной из своих горизонталей до положения, параллельного
плоскости плана.
Определение угла между прямыми
Определение угла м е ж д у н а п р а в л е н и я м и , например, угла между осью секущей
выработки и нормалью к напластованию при переходе от разреза пород по выработке к нормальному
их разрезу или при переходе от нормальной колонки пород к разрезу их вдоль проектируемой
выработки.
На рис. 1.7 по исходным данным построены наклонные прямые abи ас и горизонтальная прямая
ad. Требуется найти истинную величину угла между наклонными прямыми abи ас.
Для проведения на плане (рис. 1.7, а) горизонтали 10—hплоскости, в которой лежат прямые abи
ас, строятся по ним профили (рис. 1.7, б) и на прямых находятся точки 1 к 2, имеющие одинаковые
(10—h) отметки.
Вращением около этой горизонтали угла 2—а—1 до положения, параллельного плоскости плана,
находится совмещенное положение а0вершины с этого угла. Точка, а$ соединяется с неподвижными
точками 1 и 2. Угол есть искомый угол между прямымиаbи ас.
Вопрос 41. Сущность стереографических проекций. Свойства стереографических проекций.
Проекции прямых и плоскостей. Решение задач.
Стереографическая проекция — центральная проекция, отображающая двумерную сферу (с
одной выколотой точкой) на плоскость.
Плоскость касается сферы в некоторой точке
(на приведённом рисунке это южный полюс
сферы), центром проекции является точка
, диаметрально противоположная
(на рисунке
точка
— северный полюс сферы). Через каждую точку
сферы проходит единственная
прямая, соедининяющая
и . Эта прямая пересекает плоскость в единственной точке
,
которая, таким образом, является образом точки
при стереографической проекции. В результате
получается взаимно однозначное отображение сферы с выколотой точкой
на плоскость
Для того, чтобы получить взаимно однозначное отображение целой сферы, нужно дополнить
плоскость элементом, являющимся образом выколотой точки
. Этот элемент — так
называемая бесконечно удалённая точка, обозначаемая символом . Плоскость, дополненная
элементом , называется расширенной плоскостью. Стереографическая проекция целой сферы на
расширенную
плоскость
является гомеоморфным отображением,
при
стремлении
прообраза
его образ
.

Свойства
Стереографическая проекция является конформным отображением — она сохраняет углы между
кривыми и форму бесконечно малых фигур. Стереографическая проекция переводит окружности на
плоскости в окружности на сфере, а прямые на плоскости — в окружности, проходящие через центр
проекции .

Стереографическая проекция отображает сопряжённые пучки меридианов и параллелей на
сфере в сопряжённые эллиптический и гиперболический пучки окружностей на плоскости.

Стереографическая проекция осуществляет гомеоморфизм комплексной проективной
прямой
на двумерную сферу: для этого нужно рассмотреть двумерную (над полем )
вещественную плоскость с координатами
как одномерную (над полем
) прямую
комплексного переменного
.
Движения сферы стереографической проекции порождают преобразования Мёбиуса на комплексной
плоскости, подобно тому как Гномоническая проекция порождает проективные преобразования на
плоскости.
Вопрос 42. Методы построения блок-диаграмм участков месторождений.
К чертежам наглядности и возможности измерения своуств изображаемых элементов
геологического строения
Блок-диаграмма представляет собой аксонометрическое, реже перспективное изображение
месторождения, тела полезного ископаемого или их отдельных частей. Блок-диаграммы дают
объемное отображение геологического строения месторождения и способствуют правильной увязке
планов и разрезов. В зависимости от геометрического каркаса блок-диаграммы могут состоять
только из планов (Рис. 3.1.3), только из разрезов или совокупности тех и других. Для более
наглядного изображения отдельные части блок-диаграммы раздвигают, смещают или вырезают.
Блок-диаграмма месторождения, выполненная в материале, представляет его объёмно-макетную
модель. Наиболее полной и наглядной является объёмно-макетная модель, сделанная из прозрачных
материалов. Она представляет собой трехмерную модель месторождения. Из-за большой
трудоёмкости
построения,
корректировки
и
пополнения
с
учетом
новых
данных блок-диаграммы
и
объёмно-макетные модели
используются
редко.
Вопрос 43. Поверхности топографического порядка, их свойства. Математические действия с
поверхностями топографического порядка.
Т о п о г р а фи ч е с к о й п о в е р х н о с т ь ю называется кривая поверхность, при обобщениях обычно
выражаемая графически изолиниями, прототипом которой является поверхность земли.
Топографическая поверхность является удобным средством для характеристики многих природных
показателей, в том числе и складчатой поверхности пластов. Последняя является реально
существующей,
но скрытой от взора наблюдателя поверхностью. Это обстоятельство вызывает некоторые
особенности в приемах ее построения на плане по сравнению с составлением топографических
планов поверхности земли.
Условие конечности означает, что для любой точки значение zконечно, т. е. не может быть
бесконечно большого значения zни положительного, ни отрицательного. Условие однозначности
означает, что для заданныхх и у третья координата имеет только одно значение. Вытекает это из
основного свойства топографической поверхности пересекаться с отвесной линией или линией,
нормальной к плоскости проекций, только в одной точке. Условие непрерывности гласит, что
бесконечно малому перемещению точки в горизонтальной плоскости (приращению координат х и у)
соответствует бесконечно малое приращение функции (координаты z). Условие плавности означает,
что кривые различных плоских сечений поверхности (горизонтали, профильные линии) являются
плавными.
В виде топографической поверхности может быть представлена в графическом виде характеристика
мощностей залежи. В этом случае последняя изображается линиями равных мощностей
(изомощностями).
Из изложенного следует, что форма залежей может быть представлена разнообразными
структурными планами, в основе построения которых лежит метод изолиний.
Практически математические действия (сложение, вычитание, умножение и др.) производятся
разными способами. Если в результате наложения двух топографических поверхностей получается
достаточное и более или менее равномерно распределенное по площади число точек пересечения
горизонталей исходных поверхностей, то этими точками пересечения ограничиваются и переносят их
на чистый лист. Отметки исходных поверхностей в указанных точках пересечения складывают, вычитают, умножают или производят другие действия с ними, в результате чего получают отметки для
вычерчивания результативной поверхности. Удобство этого способа заключается в том, что в
качестве исходных берут отметки (числовые значения показателей), кратные принятым сечениям
горизонталей, и получают также кратные им или во всяком случае какие-то круглые значения
результативных отметок, вычерчивание горизонталей по которым не затруднено необходимостью
сложного интерполирования между точками с дробными отметками.
Если указанных точек пересечения получается мало, то необходимые действия с исходными
данными производят в точках, равномерно (например", по квадратной сетке) расположенных по
площади. По полученным результатам вычерчивается искомая поверхность. Часто пользуются при
этом и методом профилей, где по каждой намеченной линии получается результирующий профиль и
в соответствии с принятым сечением горизонталей находятся ступенчатые отметки, по которым
вычерчивается искомая поверхность.
Вопрос 44. Плоскостная форма залегания залежей. Геометрические параметры и элементы
залегания залежей. Способы определения элементов залегания.
Из всего многообразия форм и условий залегания полезных ископаемых наиболее простыми являются пластовые
месторождения, которые на участках одинакового залегания дают плоскостные формы.
Плоскостные формы залегания на отдельных участках представляют распространенный вид
геологических тел - пластов и жил, носящих общее название плитообразных. Для них характерны
значительные размеры по простиранию (длина) и падению (ширина) по сравнению с третьим измерением
— мощностью (толщиной).
Форма пласта может быть более сложной по сравнению с плоскостной, но при её изучений приходится
выделять участки таких размеров, которые можно принимать плоскостными. Следовательно, плоскостная
форма является обязательным элементом при изучении месторождений любой сложной формы. При таком
подходе кривая поверхность заменяется поверхностью многогранника. Каждая плоская площадка
многогранника — касательная плоскость в данной точке поверхности. Представление о сложной
поверхности залежи составляется из суммы представлений об отдельных плоских площадках.
Умение подучить измерительные, вычислительные, графические данные о плоском залегании пласта
является неизбежным этапом изучения любой формы залежи и материалом для последующего обобщения.
Размер, форма и пространственное размещение залежи — первая основа для задания выработок,
инженерных
расчетов
и
их оценок.
Совокупность операций, позволяющих получить для этих целей значения необходимых показателей,
составляет содержание горно-геометрических задач применительно к плоскостным формам залегания,
решение которых постоянно сопутствует разведке и разработке месторождений полезных
ископаемых.
Размер, форма и положение пласта в недрах определяются совокупностью линейных и угловых
величин, называемых геометрическими параметрами.
К ним относятся:
1) координаты точек на контактах пласта с вмещающими породами, в которых устанавливаются другие
геометрические параметры;
2) простирание и угол падения поверхности (контакта) пласта;
3) мощность залежи;
4) глубина залегания;
5) положение в пространстве элементов симметрии изучаемой геологической структуры.
Координаты х, у, z точек на поверхности залежи определяются по результатам маркшейдерских съемок,
замеров и инклинометрической съемки скважин.
Положение п л а с т а в п р о с т р а н с т в е хорошо характеризуется двумя направлениями в плоскости
пласта—линией простирания и линией падения, относимыми к определенной точке висячего или
лежачего бока залежи и называемыми элементами залегания..
Линией п р о с т и р а н и я пласта называется горизонтальная линия в плоскости того или иного бока
пласта. Совокупность линий простирания позволяет изображать форму пласта изолиниями равных высот
— изогипсами и решать с их помощью ряд практических задач.
Линия п а д е н и я пласта перпендикулярна к линии простирания и фиксирует собой направление
наибольшего ската в плоскости висячего Или лежачего: бока пласта. Ее наклон к горизонту
называется углом падения пласта. Азимут линии падения и угол падения в данной точке пласта вполне
определяют его положение.
Для однозначности за направление линии простирания пласта берется такое направление, от которого
падение
пласта
располагается вправо. Это направление в плане определяется углом, отсчитываемым от положительного
направления
оси
х
по ходу часовой стрелки, называемым п р о с т и р а н и е м пласта и обозначаемым буквой ά.
Простирание
линии
падения
обозначается символом άп. Угол падения пласта принято в горной геометрии обозначать буквой δ.



Важной характеристикой залежи является ее мощность, т. е. расстояние между кровлей и почвой пласта по
заданному направлению. Если не оговаривается направление, па которому берется мощность, то
подразумевается расстояние между кровлей и почвой залежи по нормали. В этом случае мощность называется нормальной и обозначается буквой т.
Положение пласта или отдельных его частей в недрах относительно земной поверхности определяется
глубиной залегания. Последняя чаще всего берется как расстояние пласта от земной поверхности по
вертикали и обозначается в этом случае буквой Н. Иногда при характеристике положения горных выработок, пройденных по залежи, пользуются наклонной глубиной, понимая под ней расстояния от земной
поверхности; по направлению линии- падения залежи. Линия, во всех точках которой глубина залегания
Н пласта равна нулю или мощности наносов, называется соответственно линией выхода п л а с т а
на земную поверхность или под наносы.
Определение элементов залегания пласта, жилы или геологического контакта является наиболее,
встречающейся горно-геометрической задачей решаемой на всех стадиях разведки и разработки
месторождений полезных ископаемых.
В практике работы прочно утвердились три способа решения этой задачи.
Непосредственное измерение. В условиях геологического изучения естественных обнажений и в
очистных забоях элементы залегания пласта или геологического контакта обычно измеряются
непосредственно горным компасом.
Более точно элементы залегания пласта могут быть непосредственно измерены подвесной буссолью и
полукругом при обнажении пласта (или контакта) в секущих горных выработках.
Косвенное определение элементов залегания пласта по двум направлениям. Этот способ используется при
определении элементов залегания пласта в. секущих горных выработках, когда в плоскости обнажения
измеряются простирания и падения двух произвольных направлений.
Вопрос 45. Инклинометрическая съемка скважин. Построение проекции оси скважины на
плоскость геологического разреза. Видимая мощность. Переход от видимой мощности к
вертикальной, горизонтальной и нормальной мощностям.
ИНКЛИНОМЕТРИЯ — определение пространственного положения ствола буровой скважины путём
непрерывного измерения инклинометрами. По данным замеров угла и азимута скважины, а также
глубины ствола в точке замера строится план (инклинограмма) — проекция оси скважины на
горизонтальную плоскость и профиль — вертикальная проекция на плоскости магнитного
меридиана, геологическогоразреза по месторождению, проходящего через исследуемую скважину.
Наличие фактических координат бурящихся скважин даёт основание судить о качестве проводки
скважины и точно определять точки пересечения скважиной различных участков
геологического разреза, т.е. установить правильность бурения в заданном направлении, что
позволяет правильно оценивать запасы месторождений по данным буровой разведки и выбирать
рациональную систему их разработки.
Суть метода: бурится скважина. Затем зонд инклинометра опускается в скважину и в процессе
опускания в заданных точках производятся измерения наклона обсадных труб (ствола скважины).
Далее, на основе измеренных углов наклонов и азимутов с привязкой к глубине погружения,
рассчитывается траектория движения зонда – то есть скважины. Этот метод предполагает что
нижний конец трубы неподвижен (находится ниже плоскости скольжения оползня), поэтому для
правильного подбора глубины скважин нужны данные предварительных изысканий.
Инклинометрические измерения предназначены для получения основных параметров,
характеризующих степень искривления различных буровых скважин. Такими параметрами являются
зенитный угол и азимут искривления скважины, которые замеряются специальными приборами –
инклинометрами. На основании полученных замеров определяются фактические координаты
бурящейся скважины. Для этого зенитный угол, азимут и глубина точки замера наносятся на план
(инклинограмму), представляющий собой горизонтальную плоскую проекцию ствола скважины. При
наложении этих же данных на вертикальную плоскость геологического разреза месторождения
получают профиль, т.е. вертикальную проекцию скважины. По инклинограмме и профилю
устанавливается правильность бурения по заданному направлению.
Положение скважин в пространстве определяется с целью получения действительной картины
расположения пересекаемых ею горных пород: их глубины, падения и простирания.
Плановый контроль искривления скважины.
Так как пространственное положение скважины измеряют в точках, которые отстоят друг от друга
на определенных расстояниях, т.е. дискретно, то важное значение приобретает плановый контроль
искривления скважин. Планом задается время проведения каждого инклинометрического
измерения, которое зависит от общей сложности месторождения, скорости бурения, количества,
твердости и толщины пластов различных горных пород, а также интенсивности, с которой
происходит естественное искривление скважины. Разработка плана и контроль за его выполнением
возлагаются на геологическую службу.
Неисполнение плана в большинстве случаев приводит к отклонению скважины, зачастую
значительному, от проектной трассы, что, в свою очередь, ведет к невыполнению задач,
возложенных на скважину проектным геологическим заданием.
Плановый контроль искривления скважин применяется при решении следующих задач:
- контроль правильности направления бурения;
- необходимость выполнить искусственное искривление скважины (например, чтобы обойти выступ
твердо породы);
- исправление незапланированного искривления скважины.
Во втором и третьем случаях инклинометрические измерения производят перед, во время и после
выполнения работ по искривлению либо исправлению пространственного положения скважины.
Инклинометрические приборы
Для проведения оперативных измерений применяются автономные инклинометрические приборы
(магнитные и гироскопические). Магнитные применяют в необсаженных скважинах для точечных и
непрерывных измерений. Гироскопические – как в необсаженных, так и в обсаженных скважинах. И
те и другие инклинометры выпускаются в различных модификациях.
В состав стандартного набора для инклинометрических измерений входят:

инклинометрический зонд (предназначение - ручное измерение отклонений от оси труб,
которые смонтированы в скважину);

специализированный измерительный кабель;

портативное считывающее устройство.
Существует два типа инклинометров:

гироскопический;

электрический.
Гироскопические инклинометры используют при исследовании обсаженных скважин. Данный
инклинометр работает на основе свойств гироскопа, а именно - сохранении оси вращения
неподвижной. Инклинометр имеет два гироскопа, один из которых предназначен для измерения
азимутов, а второй - для измерения угла наклона.
Электрические инклинометры применяются при обследовании необсаженных металлическими
трубами скважин. Основой данного прибора является рамка, которая подвешена в корпусе и
расположена горизонтально относительно отвеса. На рамке расположены стрелка буссоли и
указатель угла наклона. Они поочередно подключены к источнику тока и отвечают за обеспечение
передачи с реохордов необходимого напряжения .
Применение инклинометрии незаменимо при измерении скважин наклонного бурения, так как
точность измерения углов около 30 градусов.
При бурении вертикально расположенных скважин инклинометрия вычисляет ось наклона с 0.3
градуса. Особым преимуществом оборудования современного образца является возможность их
приспосабливания и интеграции в другие виды техники. К примеру, вполне возможно использовать
гироскопический инклинометр в составе любой каротажной станции. Это позволяет эффективно
проводить исследования любых типов скважин: вертикальных, наклонных, с включениями из
ферромагнетиков, обсаженных и так далее.
Таким образом можно сделать вывод, что инклинометрия включает в себя все современные
разработки и оборудование из областей гироскопического приборостроения, электроники, обработки
цифровых сигналов и так далее.
Вопрос 46. Геометризация плоскостных форм залегания. Построение гипсометрических
планов кровли и почвы, планов изомощностей. Определение линии выхода пласта под наносы
(или на поверхность). Построение планов изоглубин.
Плоскостные формы залегания на отдельных участках дают распространенный вид геологических
тел - пластов и жил, носящих общее название плитообразных.
Пласт представляет собой плитообразное тело осадочного происхождения, отделенное от других
пород плоскостями напластования.
Пласты могут иметь длину, измеряемую километрами и десятками километров, и столь же
большую ширину. третье измерение - мощность пластов - может измеряться величинами от метра до
сотен метров, т. е. мало сравнительно с двумя первыми измерениями.
Жилой принято называть минеральную массу, заполнившую трещину в каких-либо горных
породах.
Жила, как плитообразное тело, имеет простирание и падение, которые могут изменяться, но и могут
выдерживаться на всем протяжении жилы. Размеры жил могут быть самыми разнообразными. В
большинстве случаев длина их измеряется десятками или сотнями метров, а мощность — первыми
единицами или десятыми долями метра. Но встречаются жилы, имеющие длину, измеряемую
километрами, и мощность - десятками метров.
Мощность жилы может изменяться как по простиранию, так и по падению.
Пластовые месторождения являются более простыми в геометрическом отношении.
Гипсометрический план. Поверхность залежи или геологической структуры можно изобразить
как топографическую поверхность при помощи линий равных высот, называемых изогипсами. План
залежи в изогипсах называется гипсометрическим планом.
При изображении залежи, имеющей выдержанную нормальную мощность, обычно ограничиваются
изображением одного лежачего бока залежи. Как мы видели выше, в условиях разработки мощных
пластов слоями в нисходящем порядке большое практическое значение имеет гипсометрия кровли
пласта.
При изображении залежи сложной формы с изменчивой мощностью строятся изогипсы кровли и
почвы залежи, так как гипсометрия, лежачего бока не дает полного представления о форме залежи.
Гипсометрический план залежи, являясь системой горизонтальных равноотстоящих сечений,
характеризует форму залежи и ее положение в пространстве. Одновременно этот план позволяет
определять размеры залежи по тому или иному направлению и элементы залегания в различных
точках.
Расстояние между одноименными изогипсами висячего и лежачего боков залежи по тому
или иному направлению представляет собой горизонтальную мощность залежи по этому
направлению.
Разность отметок, полученных по изогипсам кровли и почвы залежи в некоторой точке плана,
характеризует вертикальную мощность залежи в этой точке.
С помощью изогипс висячего и лежачего боков залежи можно легко получить мощность ее по
любому направлению. Имея гипсометрический план залежи, легко строить вертикальный разрез ее
по любому направлению.
Дирекционный угол линии, касательной к изогипсе в любой ее точке, характеризует простирание
бока залежи в этой точке. Направление, перпендикулярное к указанной линии в той или иной точке,
является направлением падения поверхности залежи в этой точке.
График изомощностей залежи.Хотя гипсометрический план залежи и дает представление о
форме залежи и ее положении в недрах земли, тем не менее решение ряда задач, связанных с
характеристикой и использованием мощности залежи, заставляет прибегать к дополнительным
расчетам и построениям. При решении этих задач удобнее пользоваться специальным структурным
графиком — планом залежи в изомощностях. Эти планы дают наглядное представление об
изменении мощности и позволяют производить определение ее в любой точке без дополнительных
построений.
При построении плана залежи в изомощностях дело сводится к замене тела, ограниченного со
стороны висячего и лежачего боков топографическими поверхностями, более простым телом,
ограниченным со стороны висячего бока условной топографической поверхностью, а со стороны
лежачего бока — плоскостью. Последняя является плоскостью проекций, на которую по нормали
«осаждается» залежь. «Осаждение» чаще производят на горизонтальную или вертикальную
плоскость, в зависимости от угла падения залежи. Однако иногда в целях получения на изображении
меньшего искажения размеров залежи «осаждают» (проектируют) последнюю на наклонную
плоскость, имеющую простирание и падение, равные среднему простиранию и падению залежи.
При «осаждении» залежи на гори- зонтальную плоскость проектируют ее вертикальные мощности
а при «осаждении» на вертикальную плоскость—горизонталь- ные мощности.
При «осаждении» на наклонную плоскость, имеющую элементы залегания, близкие к элементам залегания
залежи, получают значения мощностей, близкие к нормальным мощностям залежи.
План залежи в изомощностях можно рассматривать как гипсометрический план поверхности залежи,
«осажденной» на горизонтальную плоскость.
В результате «осаждения» полученная топографическая поверхность, ограничивающая залежь
сверху, является условной поверхностью, используемой как средство характеристики мощностей
залежи на том или ином участке.
План залежи в изомощностях позволяет путем линейной интерполяции определять вертикальную
мощность залежи в любой ее точке: Он характеризует в плане размещение масс полезного
ископаемого, позволяет подсчитывать его запас в объемной мере и определять объем проектируемых
или выполненных работ и устанавливать нулевой контур или, контур промышленной мощности
залежи.
При использовании графиков схождения планом изомощностей могут характеризоваться
мощности междупластья.
График изоглубин.При помощи изолиний можно характеризовать глубину залегания рудного
тела в любой точке. Линии равных глубин называются изоглубинами, а сам график — планом
изоглубин.
Построение плана изоглубин, как и всякой топографической поверхности, производится по ряду
точек, в которых глубина залегания известна непосредственно из разведки или из предварительно
построенных разрезов.
Система изоглубин на плане представляет собой скрытую условную топографическую
поверхность, которая получается в результате мысленного «осаждения» на горизонтальную плоскостьОвсей толщи покрывающих залежь пород.
План изоглубин одновременно является планом изомощностей покрывающих пород и
используется при решении ряда технических задач.
Изоглубина со значением, равным нулю фиксирует положение линии выхода пласта на
поверхность. Изоглубина со значением, равным средней мощности наносов, фиксирует положение
линии выхода пласта под наносы. Последняя необходима для задания разведочных шурфов и
скважин с целью уточнения положения линии выхода пласта под наносы.
Отношение мощности покрывающих пород к мощности залежи позволяет определить в разных
точках коэффициент вскрыши. Пользуясь планами изоглубин, изомощностей и техникоэкономическими расчетами, устанавливают границу открытых разработок.
По плану изоглубин удобно устанавливать объемы проектируемых и выполненных вскрышных
работ.
Вопрос 47. Графики схождения.Построение гипсометрических планов кровли залежи с
использованием графиков схождения.. Построение разрезов
Графиком схождения называют график, характеризующий изменение мощности междупластья,
заключенного между двумя соседними пластами. Последнее может характеризоваться системой
вертикальных разрезов по разведочным линиям (рис. 82,а) или планом линий равных значений
вертикальных мощностей (на рис. 82,6 - изомощности междупластья изображены сплошными
линиями, а пунктирными линиями изогипсы вышележащего пласта).
При постепенном изменении мощности пород междупластья, собранных в складки,
гипсометрический план нижележащего пласта строится по данным разведки с использованием
гипсометрии вышележащего пласта и графика схождения.
Данный способ нашел широкое применение при изучении нефтяных месторождений. При
соответствующих условиях он может быть использован и при геометризации других месторождений
полезных ископаемых.
Гипсометрический план пласта наряду с вертикальными разрезами яв-ляется основным и наиболее
распространенным видом документации складчатой поверхности. Однако при крутом залегании и
сложной форме поверх-ности пласта гипсометрический план не всегда обеспечивает необходимую
наглядность и удобоизмеряемость.
В этом случае можно воспользоваться проекцией пласта на вертикаль-ную плоскость,
совпадающую со средним простиранием изображаемого участка пласта. Положение вертикальной
плоскости проекций определяется плоскими координатами х, у одно
плоскости. Изолинии поверхности пласта в проекции на вертикальную плоскость пред-ставляют
собой линии равных горизонтальных расстояний от поверхности пласта до плоскости проекций в
направлении проектирования.
Вопрос 48. Геометрическая классификация смещений. Геометризация смещений. Поиск
смещенной части пласта.
Геометрические элементы дизъюнктивов, при разрывных нарушениях горные породы расчленяются
по образующимся поверхностям на отдельные части или блоки.
Поверхности, по которым происходит это расчленение, представляются в виде трещин, по
которым разобщенные блоки перемещаются относительно друг друга на то или иное расстояние.
Каждая такая трещина в этом случае называется смес т и т е лем, а перемещенные по ней
относительно друг друга блоки — к р ы л ь я м и . Крыло, расположенное над сместителем, называется
в и с я ч и м , а расположенное под сместителем — л е ж а ч и м . Сместитель и крылья (блоки) пластов
называются элементами смещения.
Наблюдаемые в природе смещения пластов весьма разнообразны и сложны по своей форме и
распределению их в геологических структурах высшего порядка.
При реи/ении практических горных задач важное значение имеют пространственногеометрические отношения элементов дизъюнктива в данной точке. Для их выявления следует из
многообразия форм выделить признаки, присущие любой форме.
Сместитель обычно затрагивает ту или иную толщу отложений, состоящую из группы пластов,
расположенных относительно друг друга в общем случае непараллельно и имеющих в том или ином
виде кривую (складчатую) форму поверхности. Такую же форму может иметь и поверхность
сместителя. При характеристике смещения последняя обычно относится к одному пласту и
выявленные для него геометрические отношения переносятся на другие пласты с наблюдаемыми
изменениями.
Дизъюнктив пласта в данной точке характеризуется двумя показателями —ф о р м о й и
в е л и ч и н о й о т н о с и т е л ь ного п е р е м е щ е н и я ( а м п л и т у д о й ) .
Форма дйзъюнктива, в свою очередь, определяется видом • скрещения пересекающихся
плоскостей или поверхностей (сместителя и крыльев), а также направлением относительного перемещения.
Ограниченность размеров участков, на которых решаются отдельные горные задачи,
недостаточность данных, характеризующих положение искомого крыла, позволяют допустить, что
крылья и сместитель являются плоскостями. При этом первые параллельны друг другу.
При подобном отвлечении от наблюдаемой сложности дизъ-юнктивы называются
п р а в и л ь н ы м и п о с т у п а т е л ь н ы м и или п р я м о л и н е й н ы м и , т. е. такими, в которых
крылья перемещены относительно друг друга параллельно.
Строго говоря, в природе в чистом виде правильные поступательные (прямолинейные)
дизъюнктивы не наблюдаются.
Вопрос 49 Геометризация качественных свойств ПИ
Под геометризацией качественных свойств ПИ понимают совокупность наблюдений, измерений,
вычислениях и графических работ, выполняемых с целью выявления качественных особенностей
залежей ПИ и геометрического выражения закономерностей размещений физико-химических
свойств ПИ в виде горно-геометрических графиков. К физико-химическим свойствам МПИ
относятся: содержание ПИ вредного компонентов, плотность, пористость, влажность, твердость и др.
свойства.
Пространственные графики размещения физико-химических свойств МПИ позволяют выявить его
генезис, определить интересующие нас свойства в любой точке залежи, производить проектирование
горных работ, планировать добычу ПИ с определенным содержанием полезного компонента
В зависимости от поставленных задач различают:
- химическое;
- техническое;
- минералогическое;
- технологическое опробование.
Опробованию подвергаются ПИ в массиве, в рудной массе (сырье), опроб-ся также продукты и
отходы переработки.
Методы опробования:
- бороздовый;
- задирковый;
- точечный;
- шпуровой;
- воловий;
- способ вычерпывания (горстевой).
При небольшой мощности залежь опроб-ся на всю мощность. При большой мощности, если
отработка ведется слоями, то и опробование производится по слоям, горизонтам. Для определения
вещественного состава и физико-химических свойств п.и. применяют также геофизические способы.
Химический состав определяют нейтроновым способом и методом гамма-лучей. Физические
свойства: крепость, интенсивность трещиноватости определяют с помощью ультрозвуковоых
приборов.
Вопрос 50 Построение качественных планов
Геометризация предусматривает сбор исходных данных, их предварительную обработку,
систематизацию, оценку точности, построение геолого-математической и геометрической модели с
последующей оценкой ее качества (точности) и использованием модели при освоении недр.
Геометризацию месторождения производят последовательно на каждой стадии его разведки и
разработки.
Геометризация месторождения - это постепенный и последовательный процесс изучения и
познания месторождения. Данные о МПИ постоянно уточняются в результате ведения горных работ.
Геометризация недр не исключает геологического их изучения. Наиболее полные данные о МПИ
получают в процессе его разработки.
Основные методы геометризации:
-метод изолиний,
- геологических разрезов (сечений) и профилей;
-объемных наглядных графиков и
-моделирования с использованием компьютеров.
Каждый из перечисленных методов применяют самостоятельно или чаще совместно с другими.
Методом изолиний при геометризации недр изображают реальные и условные поверхности.
Сложность отображения поверхностей зависит от геологических факторов. Достоверность
изображения размещения показателя на плане в изолиниях зависит от изменчивости показателя,
густоты и соответствия разведочных точек (определений, измерений) характерным точкам
показателя, а также от размера, ориентировки проб и масштаба плана.
Недостатки метода: при изображении формы залежей возникает трудность одновременного
изображения и литологии пород, окружающих полезное ископаемое ; сложно, а иногда и невозможно
в изолиниях изображать тела трубообразной, других сложных форм, а также горизонтально или
вертикально залегающие слои правильной формы.
Способ геологических разрезов позволяет отображать форму тела полезного ископаемого и
представлять его положение среди вмещающих пород в вертикальном, горизонтальном или
наклонном сечении. Исходными для построения геологических разрезов являются данные
геологоразведочных скважин и горных выработок. При геометризации используют метод изолиний и
геологические разрезы. Их сочетание дает больше наглядности и полноты изображения, а также
облегчают взаимное построение и построение других горно-геометрических графиков и моделей.
Метод объемных наглядных графиков применяют для наглядного изображения формы,
свойств залежей и горных выработок со сложным характером их размещения в недрах. Наглядные
графики строят в I аксонометрических, аффинных, векторных, стереоаксонометрических проекциях.
Исходными данными для построения служат планы, разрезы, профили, а также координаты
характерных точек изображаемых объектов.
Метод моделирования основан на создании модели процесса или явления. Для создания наиболее
точной модели процесса или явления выявляются существенные, характерные черты процесса.
Различают физическое и символическое моделирование. При физическом моделировании модель
воспроизводит изучаемый процесс или объект с сохранением его физической природы. Модели
строят статические и динамические.
Символическое моделирование имеет три формы- графическую, графоаналитическую и
математическую.
Статические модели строят для наглядного представления о месторождении на определенный
момент его изученности. Главное внимание здесь обращают на выразительность изображения
отдельных, особенностей месторождения. Динамические модели месторождений состоят из серии
маркшейдерских или геологических планов. От динамических моделей требуется, чтобы они давали
подобное уменьшенное изображение ситуации и рельефа местности, геологии участка и системы
горных выработок, позволяли легко пополнять модель и видоизменятъ изображаемый объект по
новым данным съемки и разведки.
Графическое моделирование, к которому относятся геологические, структурные, петрографические,
геохимические планы, карты и разрезы, проекции рудных тел, карты трещиноватости,
технологические карты, блок-диаграммы и др., весьма распространено в геологии и горном деле.
Геометрическая модель месторождения состоит из комплекта горно-геометрической графической
документации, отражающей закономерности размещения форм и свойств залежей в пространстве
недр, и установленных на основе математической обработки аналитические и вероятностные
зависимости между геологическими признаками.
Геометрическая модель служит основой для - решения многих задач разработки месторождения:
проектирование предприятия, планирования горных работ, обоснования кондиций, нормирования,
подсчет запасов, прогнозирование размещения ПИ на неразведанных участках, рациональное
использование недр.
Основные задачи геометризации: создание наиболее правдоподобной модели МПИ с оценкой ее
точности и установления минимального числа точек наблюдения и их расположения при разведке, с
обеспечением необходимой погрешности
Виды геометризации недр. Геологические показатели разделяются на признаки, характеризующие
форму массива горных пород, его свойства и процессы, происходящие в недрах.
В зависимости от направления изучения недр различают: геометризацию формы залежей полезных
ископаемых и условий их залегания; геометризацию размещения физико-химических и
технологических свойств залежей и вмещающих пород; геометризацию процессов, происходивших и
происходящих в недрах.
При геометризации составляют комплекс горно-геометрических чертежей.
Геометризацию свойств залежей и массива горных пород представляют графики изолиний
содержания того или иного компонента в полезном ископаемом, изолинии трещиноватости,
пористости, крепости того или иного слоя горных пород и др.
В зависимости от этапа изучения месторождения конкретных задач и масштабов составления горногеометрических чертежей различают региональную, детально разведочную и эксплуатационную
геометризацию месторождений.
Региональную геометризацию осуществляют в масштабах от 1:50000 до 1: 500000 по данным
поисковых работ, космической, аэрофотографической, геологической и геофизической съемок. Она
позволяет делать широкие обобщения и общие прогнозы, определять районы, перспективные для
дальнейшей разведки месторождений.
Детально-разбивочную геометризацию проводят в масштабах от 1:5000 до I: 50000 не основе
данных детальной разведки, геологической, структурно-геологической и геофизической съемок. На
этой стадии составляют различные горно-геометрические графики формы, условий залегания залежи,
размещения в них компонентов и пр. По материалам геометризации оценивают месторождения,
подсчитывают запасы, проектируют горные предприятия.
Эксплуатационную геометризацию составляют в масштабах I: 100- 1: 5000. Ее проводят на
основе материалов детальной разведки и горно-геологической информации, получаемой при
проходке подготовительных и очистных горных выработок
Эксплуатационная геометризация позволяет вскрывать закономерности структурного и
качественного характера, на основе которых становится возможным строить прогнозы на ближайшие
участки недр и планировать рациональную их разработку.
Региональная, детально-разведочная и эксплуатационная геометризация - этапы последовательною
изучения и познания месторождения от открытия и до полной отработки.
Различают общую методику геометризации месторождений полезных ископаемых и частные конкретные
В методике геометризации рассматривают вопросы техники и методики выявления и изображения
форм и свойств месторождений, их условий залегания и процессов, происходящих в недрах.
Вопрос 51Нормирование промышленных запасов
При открытой разработке месторождений ПИ из числа вскрытых выделяются запасы,
п о д г о т о в л е н ные к зачистке, готовые к выемке, во временных целиках, временно затопленные и
временно находящиеся в пожарных участках.
К подготовленным к з а ч и с т к е относят вскрытые запасы, не требующие для дальнейшей
подготовки основных экскаваторных вскрышных работ и нуждающиеся только в зачистке породы
мощностью 0,5—1,0 м, оставшейся после основной экскаваторной вскрыши от попутных пород при
селективной выемке или от подвалки.
К г о т о в ы м к в ы е м к е относятся зачищенные запасы, которые могут быть вынуты без
нарушения основных правил технической эксплуатации и безопасности (сохранение установленных
проектом ширины берм, полноты выемки и т. д.). Запасы нижележащих уступов переходят в готовые
к выемке по мере подвигания фронта работ вышележащих уступов, а по верхнему уступу — по мере
подвигания вскрышных работ и зачистки породы после экскаваторных работ.
К з а п а с а м во в р е м е н н ы х цел и к а х относят запасы во временных целиках под
сооружениями, вскрытые запасы в нижних уступах, выемка которых в данное время не может
производиться ввиду наличия неотработанных запасов в. вышележащих уступах; запасы в предохранительных и путевых бермах уступа.
К в р е м е н н о з а в а л е н н ы м относят запасы, выемка которых временно невозможна
вследствие завала их породой). После уборки (перевалки) этой породы временно заваленные запасы
переводят в подготовленные к зачистке, готовые к выемке или в запасы во временных целиках;
Временно заваленные запасы могут быть списаны с баланса и переведены в потери от
неправильного ведения горных работ в случае, если их разработка является нерентабельной.
К в р е м е н н о з а т о п л е н н ы м относят запасы на затопленных участках, откачка воды или
дренаж которых может быть осуществлен в непродолжительный срок. По мере осушения
затопленных участков эти запасы могут быть переведены в подготовленные к зачистке, готовые к
выемке или запасы во временных целиках.
К запасам, находящимся на пожарных участках относят за пасы, выемка которых в данный момент
невозможна ввиду изоляции их. При ликвидации пожара запасы должны быть опробованы и в случае
несоответствия установленным кондициям по зольности списаны как потери, а в противном случае
переведены в одну из следующих категорий: временно заваленные, подготовленные к зачистке,
готовые к выемке и во временных целиках.
При открытой разработке рудных и нерудных месторождений применяют различные
классификации промышленных запасов.
На горных предприятиях цветной металлургии к в с к р ы тым относят запасы тех участков уступа,
которые сверху освобождены от покрывающих пустых пород или руды вышележащего уступа или
обнажены вследствие естественных условий залегания.
Н е п о д г о т о в л е н н ы м и одновременно г о т о в ы м к выемке относят запасы частей уступа с
обнаженными верхней и боковой поверхностями, обеспечивающими ведение очистной выемки. Для
отнесения запасов уступа или его части к подготовленным требуется выполнение горноподготовительных' работ, предусмотренных проектом (проходка разрезной траншеи, дренаж,
зачистка уступа от пород после вскрыши).
На железорудных и асбестовых карьерах к вскрытым относят запасы, заключенные в контуре,
верхней границей которого является площадь, обнаженная от покрывающих пустых пород, нижней
— горизонт, подсеченный выездной траншеей, а боковыми— плоскости уступов, построенные от
границ обнаженной поверхности, с углами откосов и бермами, принятыми проектом разработки.
Из числа вскрытых выделяют запасы в бермах, во временных целиках, готовые к выемке. Для
отнесения запасов к готовым к выемке требуется выполнение всех горно-подготовительных работ,
предусмотренных техническим проектом или планом эксплуатации (в том числе зачистка уступов от
породы после основной вскрыши).
Подготовляемыми являются запасы, для которых подготовка горизонта для экскавации закончена,
но количество богатых руд в забоях по всему фронту недостаточно для обеспечения планируемой
суточной добычи.
К подготовленным относят запасы, для которых все горноподготовительные работы закончены, а
выход богатых руд по фронту работ достаточен для обеспечения планируемой суточной добычи
руды.
Готовыми считаются запасы, обуренные и взорванные.
При подземном способе разработки подготовленными считаются запасы из числа вскрытых, для
разработки которых пройдены все подготовительные выработки.
Подготовленные запасы являются суммой запасов активных и неактивных.
К а к т и в ным относятся запасы, готовые к выемке н подготовленные к нарезке.
К группе н е а к т и в н ы х относят запасы во временных целиках, временно заваленные, временно
затопленные, временно находящиеся на пожарных участках.
Готовыми к выемке считаются запасы на выемочных участках, где пройдены все требующиеся для
данной системы разработки подготовительные и нарезные выработки и закончены работы по
оборудованию очистных забоев (монтаж щита, оборудование лавы), позволяющие производить очистную
выемку в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации угольных шахт.
По д г о т о в л е н н ы м и к н а р е з к е считаются те запасы из числа подготовленных, для очистной
выемки которых требуется проведение только нарезных выработок.
К з а п а с а м во в р е м е н н ы х ц е л и к а х относятся: запасы в целиках, служащих для поддержания
подготовительных выработок и запроектированных к выемке при погашении указанных выработок; запасы
во временных целиках, оставленных для других целей; запасы, готовые к выемке, разработка которых
временно невозможна вследствие ее вредного влияния на сближенные пласты, соседние слои и т. п.;
запасы, временно затопленные, заваленные и в пожарах, в настоящее время восстановленные, но еще
не подготовленные к нарезке или выемке.
К в р е м е н н о з а в а л е н н ы м относят запасы, ДОСТУП к которым временно невозможен по
причине завала или плохого состояния выработок.
К в р е м е н н о з а т о п л е н н ы м относят запасы, доступ к которым невозможен по причине
затопления выработок.
К з а п а с а м , н а х о д я щ и м с я в п о ж а р н ы х участках, относят запасы, выемка которых в
данный момент невозможна ввиду изоляции их перемычками, вследствие чего на них нельзя
проводить ни нарезных, ни очистных работ.
Пересчет балансовых запасов, являющихся исходными, и расчет промышленных запасов на горном
предприятии производятся ежегодно на начало года геологической и маркшейдерской службами.
Для подсчета запасов и учета последующих изменений в качестве надежной геометрической
основы составляется в виде копий комплект маркшейдерских чертежей с нанесением границ
шахтного поля и безопасного ведения горных работ; подготовительных выработок и контура
очистных работ; известных и предполагаемых тектонических нарушений; разведочных выработок;
точек замера мощностей, углов, падения, отбора проб на определение показателей полезного
ископаемого с обозначением числовых их значений; границ и номеров блоков, в которых производится подсчет запасов, а также границ запасов категорий А, В, С; контуров охранных и
барьерных целиков; контуров участков с некондиционными запасами или участков, выемка которых
невозможна по тем или иным условиям со ссылкой на акт и дату списания этих запасов; очагов
пожаров и границ затопленных участков; потерь полезного ископаемого в виде целиков; границ
временных целиков.
Подсчет запасов производится раздельно по каждому разрабатываемому и одному нижележащему
невскрытому горизонтам. По всем прочим невскрытым горизонтам запасы даются суммарно.
Вопрос 52 Оценка параметров подсчета запасов. Определение содержаний, мощностей,
объемной плотности….Подсчет запасов выполняют в объемной или весовой мере. Исходными для
подсчета запасов величинами, характеризующими залежь и ПИ в отдельных участках, являются:
площадь, мощность залежи рудной зоны, плотность ПИ и содержание полезных компонентов.
Запасы, содержащиеся в некотором объеме недр, равны произведению объема этого участка недр на
средние значения содержания полезного компонента и плотности руды.Изучение месторождений
ПИ завершается их оценкой. Один из её главных элементов – подсчет запасов, в результате которого
устанавливается:
1) количество ПИ в недрах и его распределение по сортам;
2) качество ПИ;
3) технологические свойства ПИ и рекомендации по их промышленному использованию;
4) геологические и горнотехнические условия для правильного выбора способа вскрытия и системы
разработки;
5) степень надежности результатов подсчета.
Подсчет запасов ПИ производится в пределах построенного контура балансовых запасов, который
будем считать известным.
Мощность залежи. Для подсчета запасов ПИ в объемной мере необходимо определение среднего
значения мощности залежи в пределах выделенного контура
Мощность залежи, имеющей четкие контакты с вмещающими породами, измеряется
непосредственно в выработках при опробовании и документации. Если залежь разделяется на различные сорта, то измеряется мощность каждого сорта.
Мощность рудных тел, не имеющих отчетливых границ с вмещающими породами, измеряется по
результатам опробования.
Для ряда способов подсчета требуется вывод средней мощности по залежи или части ее, запасы
которой подсчитывается отдельно. Во всех случаях более или менее равномерного распределения
пунктов замера мощностей среднее значение мощности определяется как среднее арифметическое.
При неравномерном. распределении мест замера залежи, среднее значение мощности находится так
же, как среднее арифметическое.
Точность определения мощности колеблется в широких пределах и зависит от величины мощности,
четкости контакта, способа и плотности определения, а также ее изменчивости и определяется
величиной технических погрешностей и погрешностей аналогии. Те и другие для рассматриваемых
условий должны устанавливаться по результатам экспериментальных и производственных
наблюдений.
ПЛОТНОСТЬ ПИ. Для определения балансовых запасов в весовой мере находится среднее значение
плотности R ПИ по представительному числу определений. Учет пористости, трещиноватости и
кавернозности ПИ при подсчете запасов вызывает необходимость использования объемной
плотности.
Плотность ПИ находится лабораторным или полевым методом. В лабораториях плотность
определяют взвешиванием типичных образцов.
Полевой способ состоит в валовой выемке полезного ископаемого, его взвешивании на технических
весах и точном определении объема выемки. Валовой способ определения R более дорогой и
сложный. Для рыхлых, сильно трещиноватых и кавернозных руд применение его обязательно.
Полевые определения R являются эталонными для лабораторных определений.
Плотность находится для каждого сорта (марки) ПИ.
Содержание полезных компонентов обычно определяется на высушенное в лаборатории ПИ, a R —
при его естественной влажности. Так как влажность руды может быть значительная, то нельзя
пренебрегать поправкой на влажность.
Влажность и, следовательно, R влажной руды зависит от ряда причин, например от глубины
залегания, сезонного уровня грунтовых вод и др. Поэтому во избежание погрешностей R и ш должны
определяться по одним и тем же пробам.
Степень насыщения грунтов водой - это и есть влажность грунта. Влажность выражается в
процентах. Количество влажности в грунтах определяется по отношению массе твердых частиц к
массе воды в самом грунте.
Влажность грунта – это мера его насыщения водой, выраженная в процентах. Нормальная
влажность лежит в пределах 5-25%,а грунты, имеющие влажность более 30%, считаются мокрыми.
При влажности до 5% грунты принято называть сухими
Содержание полезного компонента. При подсчете запасов большинства металлических и
неметаллических ПИ кроме запасов руд подсчитываются запасы и полезных компонентов..
Содержание полезных компонентов выражается по-разному, но для большинства металлических и
неметаллических ПИ в %, а для руд благородных и ряда ценных металлов в г/т.
Надежность определения содержания полезного компонента в руде устанавливается произведением
контрольных анализов. Контрольные анализы разделяют на внутренние и внешние. Внутренний
контроль осуществляется в лаборатории, производящей основные анализы, путем анализа
некоторого количества зашифрованных дубликатов проб. Внешний контроль осуществляется путем
анализа части проб в другой, более оснащенной лаборатории.
Внутренний контроль вскрывает только случайные погрешности определения содержания.
Внешний контроль способен вскрыть как случайные, так и систематические погрешности
определения содержания.
Среднее содержание полезного компонента часто определяется как среднее арифметическое.
Однако в ряде случаев в зависимости от характера изменчивости показателя, размещения и
плотности разведочных точек и др. определение среднего содержания полезного компонента
производится путем взвешивания частных содержаний на длины, площади и объемы, к которым они
тяготеют.
При определении среднего содержания металла в руде важное значение имеет учет проб с весьма
высоким содержанием..
РАЗРЫХЛЯЕМОСТЬ горных пород — способность горных пород к разукрупнению, разрыхлению
и укладке (в т. ч. в ёмкости). Разрыхление осуществляется естественным или искусственным
изменением состояния горных пород (обрушение, вспучивание, выветривание, взрыв, механическое
разрушение и т.д.).
Коэффициент разрыхления характеризует степень разрыхления пород и показывает, во сколько раз
объем разрыхленной породы больше объема, занимаемого ею в массиве.
Вопрос 53 Классификация запасов по разведанности
Понятие «запас полезного ископаемого» включает весовое или объемное количество полезного
ископаемого и его компонентов, характеристику его формы, условий залегания, размещения свойств;
технологию переработки и использования, а также степень изученности и подготовленности к
добыче и условия ведения горных работ.
В зависимости от степени разведанности месторождения, изученности качества сырья и
горнотехнических условий разработки месторождений запасы ПИ разделяют на категории А, В, С 1,
С2 .
К категории А относят детально разведанные и изученные запасы с полным выяснением формы,
условий залегания, качества и пр. и оконтуриваемые по скважинам или горным выработкам.
К категории В относят запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей
выяснение основных особенностей условий залегания, формы, строения тел, промышленный сортов
и типов, качества, технологических свойств и других природных факторов. Контур запасов
определяется по разведочным выработкам и ограниченной зоной экстраполяции при устойчивых
показателях месторождения.
К категории С1 относят запасы месторождений, условия залегания которых, форма и строение тел,
промышленные сорта, качество, технологические свойства и другие природные факторы разведаны и
изучены в общих чертах. Контур запасов определяется на основании разведочных выработок и
экстраполяции по геологическим и геофизическим данным.
К категории С2 относят запасы, предварительно оцененные. Условия залегания, форма и
распространение тел определены по геологическим и геофизическим данным или по аналогии с
изученными участками. Качество полезного ископаемого определено по единичным пробам. Контур
запасов принимают в пределах геологически благоприятных структур и комплексов горных пород.
Условия отнесения запасов к той или иной категории определены в специальных инструкциях по
применению классификации запасов, разработанных ГКЗ для отдельных видов полезных
ископаемых. В этих инструкциях приведены также требования к методике разведки и изучению
месторождений.
Различные категории запасов могут использоваться для разных целей.
Категория А для обоснования проектирования, капиталовложений в строительство
горнодобывающих предприятий и текущего планирования эксплуатационных работ.
Категория В при наличии установленного минимального количества запасов категории А для
обоснования проектов и капиталовложений на строительство горного предприятия. Для
месторождений со сложными геологическими условиями, преимущественно с невысокой и
непостоянной угленасыщенностью и сложными горно-геологическими условиями, для разведок и
освоения допускается проектирование и строительство шахт на запасах категории В при отсутствии
запасов категории А.
Категория С1 для обоснования постановки детальных геологоразведочных работ, а при наличии
запасов категорий А и В в установленных соотношениях – для обоснования проектирования и
капиталовложений в строительство горнодобывающих предприятий.
Категория С2 для обоснования планирования геологоразведочных работ. При проектировании
горнодобывающих предприятий для определения перспектив их развития наряду с запасами других
категорий учитываются и запасы категории С2.
Вопрос 54 Группы месторождения по сложности геологического строения
Необходимая и достаточная степень разведанности запасов твердых полезных ископаемых
определяется в зависимости от сложности геологического строения месторождений, которые
подразделяются по данному признаку на следующие группы:
1) 1-я группа. Месторождения (участки недр) простого геологического строения с крупными и
весьма крупными, реже средними по размерам телами полезных ископаемых с ненарушенным или
слабонарушенным залеганием, характеризующимися устойчивыми мощностью и внутренним
строением, выдержанным качеством полезного ископаемого, равномерным распределением
основных ценных компонентов. Особенности строения месторождений (участков недр) определяют
возможность выявления в процессе разведки запасов категорий A, B, C1 и C2.
2) 2-я группа. Месторождения (участки недр) сложного геологического строения с крупными
и средними по размерам телами с нарушенным залеганием, характеризующимися неустойчивыми
мощностью и внутренним строением, либо невыдержанным качеством полезного ископаемого и
неравномерным распределением основных ценных компонентов. Ко второй группе относятся также
месторождения углей, ископаемых солей и других полезных ископаемых простого геологического
строения, но со сложными или очень сложными горно-геологическими условиями разработки.
Особенности строения месторождений (участков недр) определяют возможность выявления в
процессе разведки запасов категорий B, C1 и C2.
3) 3-я группа. Месторождения (участки недр) очень сложного геологического строения со
средними и мелкими по размерам телами полезных ископаемых с интенсивно нарушенным
залеганием, характеризующимися очень изменчивыми мощностью и внутренним строением либо
значительно невыдержанным качеством полезного ископаемого и очень неравномерным
распределением основных ценных компонентов. Особенности строения месторождений (участков
недр) определяют возможность выявления в процессе разведки запасов категорий C1 и C2.
4) 4-я группа. Месторождения (участки недр) с мелкими, реже средними по размерам телами с
чрезвычайно нарушенным залеганием либо характеризующиеся резкой изменчивостью мощности и
внутреннего строения, крайне неравномерным качеством полезного ископаемого и прерывистым
гнездовым распределением основных ценных компонентов. Особенности строения месторождений
(участков недр) определяют возможность выявления в процессе разведки запасов категорий C2.
При отнесении месторождений к той или иной группе могут использоваться количественные
показатели оценки изменчивости основных свойств оруденения, характерные для каждого
конкретного
вида
Пи.
Вопрос 55 Подсчет запасов методом арифметического и……
Выбор способа подсчета запасов определяется формой тела полезного ископаемого, его залеганием,
системой разведки, характером распределения содержания ПИ и способом разработки.
Способ среднеарифметического принимается при сравнительно равномерном распределении
разведочной сети, небольших колебаниях мощности m и процентного содержания C% в пределах
контура подсчета, с постоянным углом падения δ.
– средние арифметические значения нормальной мощности m, объемной массы γ и угла падения δ.
Достоинства этого способа - предельная простота. Однако он не применим при раздельном учете
запасов по сортам, категориям запасов, его называют суммарным, применяется для получения
предварительных данных об общих запасах, а также для проверки.
Способ нашел широкое использование при подсчетах запасов по данным детальной разведки,
выполненной по линиям. При этом геологические разрезы, построенные по разведочным линиям, и
размещение их на месте разведки являются готовыми исходными материалами для подсчета запасов.
Кроме того, системы вертикальных геологических разрезов строятся и ведутся при разработке
месторождений как подземным, так и открытым способом, приурочиваясь к осевым линиям камер,
направлениям вкрест простирания бортов (уступов) и т. п.
Следовательно, способ применяется как в подсчетах запасов для утверждения их в ВКЗ, так и при
периодических пересчетах запасов в связи с управлением ими на горном предприятии.
В зависимости от того, как расположены разведочные линии (параллельно или под углом друг к
другу), применяют два способа подсчетов запасов: способ вертикальных параллельных разрезов и
способ вертикальных сходящихся (непараллельных) разрезов.
Способ геологических блоков является разновидностью способа среднего арифметического, при
котором залежь ПИ расчленяется на отдельные блоки и подсчет запасов в пределах каждого из них
производится способом среднего арифметического. Общий запас по категориям находится
суммированием запасов соответствующих блоков. Тело полезного ископаемого в данном случае как
бы преобразуется в ряд сомкнутых фигур, высота которых равняется средней мощности каждого
блока (рис. XII.2).
Графические построения сводятся при этом к общему оконтуриванию тела полезного ископаемого
одним из способов и расчленению на блоки площади в пределах построенного общего контура
залежи.
В основу выделения блоков берутся следующие признаки:
1) сорт полезного ископаемого;
2) степень разведанности для подсчета по различным категориям;
3) структурные линии, влияющие на систему разведки и разработки.
Не следует стремиться к выделению небольших блоков, так как чем будет больше в пределах блока
разведочных точек, тем точнее будут определены запасы по блоку. Это значит, что подсчет запасов
по геологическим блокам следует производить тогда, когда подсчет по каждому блоку опирается на
значительное число выработок.
Достоинствами способа являются его простота и быстрота подсчета, а также возможность
выделения группы и категории запасов по тем или иным признакам и условиям.
Способ геологических блоков нашел широкое применение на практике.
Способ параллельных сечений применяется при подсчете запасов мощных залежей, разведанных
буровыми скважинами, расположенными вдоль линий, параллельных между собой, или
горизонтальными горными выработками, пройденными по различным горизонтам в количествах,
позволяющих построить соответственно вертикальные и горизонтальные геологические разрезы
месторождения. В этих случаях подсчет запасов производят по блокам, ограниченным соседними
параллельными сечениями.
Рассмотрим порядок подсчета запасов вертикальными параллельными сечениями (рис. 4.8).
Пусть расстояния между параллельными сечениями А—А', Б—Б',….., Ж—Ж' равны L1, L2,……., Ln;
расстояния между рудными скважинами в ряду равны l1,l2,….ln; вертикальные мощности залежи по
этим скважинам равны m1,m2,….mn; средние на всю мощность содержания полезного компонента по
этим скважинам равны с1,с2,….сn.Сначала по разведочным линиям строят вертикальные разрезы.
Площади sA,sБ,….sЖ; вертикальных сечений залежи измеряют планиметром или вычисляют как
сумму площадей трапеции.
Объем залежи в пределах ее внутреннего контура определяют как сумму объемов блоков по формуле
При среднем значении объемной массы полезного ископаемого запас его будет равен Q =
Средний линейный запас полезного компонента по любой j-й разведочной линии вычисляют по
формуле
Общие запасы полезного компонента в тоннах определяются по формуле
где k — постоянный коэффициент, зависящий от единицы измерения содержания полезного
компонента и его запасов; k = 0,01, если с выражено в процентах, а Р — в тоннах; k = 0,001, если с
выражено в граммах на тонну, а Р — в килограммах.
МЕТОД МНОГОУГОЛЬНИКОВ
Метод основан А.К. Болдыревым. При использовании его разведанное (оконтуренное) рудное тело
разбивается на участки по числу разведочных выработок, относя к каждой из них ближайший к ней
участок разведанного тела. В результате этого к каждой выработке подвешивается свой собственный
блок, а все точки этого блока будут более близкими к этой выработке, чем к другим остальным. При
подсчете запасов этим методом за исходные данные при подсчете запасов по каждому блоку средняя
мощность, объемный вес руды и содержание полезных компонентов для этого блока принимается по
той единственной выработке, на которую опирается блок. Каждый из выделенных участков
представляет собой по форме геометрическую призму, высота которой является мощностью рудного
тела. Объем ее получим при умножении площади основания многоугольника на мощность рудного
тела по этой выработке.
Сумма объемов всех выделенных на участке призм даст объем всего рудного тела. Определение
средних объемных весов и средних содержаний полезных компонентов производится в зависимости
от необходимости среднеарифметическим или средневзвешенным способами, как и при любом
другом методе подсчета запасов.
Следует обратить внимание на методику построения многоугольников при применении этого
метода подсчета запасов. Для этого надо прямыми линиями соединить каждую разведочную
выработку с ближайшими выработками пунктирными линиями. После этого из середины
полученных пунктирных линий восстановить перпендикуляры, которые при пересечении друг с
другом и образуют многоугольники. При этом любая точка такого многоугольника будет
располагаться ближе к этой разведочной выработке, чем к любой другой.
Построение многоугольников можно также осуществить с помощью шаблона или способом
засечек, применяемых для точного деления сторон на две равные части.
Таким образом, проводится контур залежи по выработкам.
Рис. 4. Схема построения многоугольников
Рис. 5. План подсчёта запасов методом многоугольников
МЕТОД ТРЕУГОЛЬНИКОВ
Сущность этого метода заключается в том, что вся разведанная площадь месторождения (рудного
тела) разбивается на трехгранные косоусеченные призмы. Верхними и нижними основаниями таких
призм являются треугольники, вершины которых представляют собой точки входа и выхода
разведочных выработок из тела полезного ископаемого, а боковыми ребрами - мощности полезной
толщи по соответствующим выработкам (скважинам, шурфам и т.д.).
На плане треугольники строятся соединением точек разведочных выработок прямыми линиями.
При этом выработки следует подбирать таким образом, чтобы получались по возможности
равносторонние треугольники.
Рис. 6. Схема построения треугольников
Площадь треугольников определяется измерением оснований и высот их обычным методом.
Объем трехгранных призм определяется по формуле:
V S
m1  m2  m3
3
Запасы руды подсчитываются по каждой призме как произведение ее объема на объемный вес
руды, а запас полезного компонента по каждой призме высчитывается по формуле:
P = q С,
где: С - среднее содержание компонента, a q - запас руды в призме.
Общие запасы руды и полезного компонента по рудному телу или месторождению
получаются путем суммирования запасов по всем призмам.
Способ объемной палетки. Применение этого способа к определению объема предложено П. К.
Соболевским.
Сущность способа заключается в следующем: тело при помощи квадратной палетки расчленяется
на ряд вертикальных косо усеченных призм с одинаковым квадратным основанием. Объем каждой
призмы определяется как произведение указанного основания призмы на среднюю высоту ее.
Последняя, очевидно, будет соответствовать высоте средней точки (центра) призмы. Суммирование
объемов призм дает объем всего тела.
На рис. XI. 11 в изомощностях представлено рудное тело. На него при произвольной ориентировке
наложена палетка со стороной квадрата, равной 1 см. К каждому центру квадрата палетки тяготеет
участок тела — призма с квадратным основанием, равным на плане 1 см2, и средней высотой, равной
вертикальной мощности тела в центре основания призмы. Так, например, в точке К высота этой
призмы (основание ее заштриховано) равна 2,6 м.
Так как основания s всех призм одинаковы и равны между собой, то для вычисления объема V всего
тела достаточно просуммировать высоты h призм (вертикальные мощности тела по всем точкам
палетки в пределах контура тела) и полученную сумму умножить на постоянную величину площади
основания призмы, т. е.
Сравнение способа объемной палетки с другими способами определения объема дает допустимые
расхождения (1—2%). Таким образом, при своей простоте способ дает удовлетворительные
результаты.
Недостатком
его
является
значительная
трудоемкость.
Вопрос 56 Метод учета потерь и разубоживания. Отчетность
ПОТЕРИ ПИ — часть балансовых запасов твёрдых ПИ, не извлечённая при разработке
месторождения или утраченная в процессе добычи и переработки
РАЗУБОЖИВАНИЕ Пи — потери качества ПИ в процессе добычи. Выражается в снижении
содержания полезного компонента или полезной составляющей в добытом полезном ископаемом по
сравнению с содержанием их в массиве полезных ископаемых (балансовых запасах) вследствие
примешивания к нему пустых пород или некондиционного полезного ископаемого, а также потерь
части полезного компонента или полезной составляющей (в виде потерь обогащенной мелочи, в
результате выщелачивания полезного компонента и т.п.). Разубоживание характеризуется
коэффициентом разубоживания (коэффициент потерь качества), равным разности между
содержанием полезного компонента в погашенных балансовых запасах (с) и в добытом полезном
ископаемом (а), отнесённой к содержанию полезного компонента в погашенных балансовых запасах.
Разубоживание — главный признак, характеризующий качество добываемых полезных ископаемых;
тесно связано с потерями полезного ископаемого. Обычно чем больше разубоживание, тем меньше
потери.
Учет потерь ПИ в недрах осуществляется с целью контроля правильности использования недр
(анализа соответствия применяемого оборудования, систем разработки, схем экскаваторных работ и
данным горно–геологическим условиям) и выявления недостатков полноты извлечения запасов при
ведении горных работ.
Различают:
1.
общешахтные (общекарьерные потери) – это потери под различными зданиями,
сооружениями, природными объектами и т.п.
2.
эксплуатационные потери.
Эти потери, обусловленные системой разработки, способом отработки запасов, применяемой
техникой и технологией.
Они делятся на потери в не отбитой и отбитой части полезного ископаемого.
В свою очередь потери в неотбитой части (в массиве) делятся на потери по площади и по
мощности.
Потери по площади – это площадь в целиках у подготовленных выработок, границ выемочных
участков между заходками на разрезах.
Потери по мощности – потери в почве и кровли пласта, между слоями и т.д.
Эксплуатационные потери нормируются.
Потери в отбитой части – потери при взрывных работах, транспортировки, хранении. Они не
поддаются непосредственному замеру.





Кроме фактических потерь, которые происходят при добыче полезного ископаемого, различают
проектные, нормативные и плановые потери.
Проектные потери – общие потери полезного ископаемого предусмотренные проектом
разработки. Оптимальную величину эксплуатационных потерь полезного ископаемого на весь
период отработки выемочного участка этажа, панели, уступа называют нормативными потерями.
Определяют технико-экономическим расчетом.
Плановые потери – те же нормативные потери, рассчитанные на определение календарный период
плана развития горных работ.
Разубоживание может быть вызвано различными причинами:
незначительная мощность;
нечеткие границы;
слабые вмещающие породы;
завышенные сечения выработки;
неправильное ведение буровзрывных работ и др.
Фактические потери и разубоживание определяется прямым и косвенным методом.
Прямой метод основывается на непосредственном измерении объема потерянных полезных
ископаемых и примешанных пустых пород и опробование качества потерянного полезного
ископаемого.
Этот метод является основным, так как обеспечивает наибольшую достоверность определения
потерь и разубоживания.
Прямой метод позволяет определить потери и разубоживание на любую дату, выявить причины и
размеры и принять меры для их уменьшения.
Косвенный метод основан на определении потерь и разубоживания по разности между
погашенными запасами и добытым полезным ископаемым, то есть размеры потерь и разубоживания
определяют после отработки блока, то есть нет возможности оперативного вмешательства,
уменьшить потери и разубоживание.
Применяют следующие методы нормирования потерь и разубоживания:
1.
Статистический метод. Потери и разубоживание определяют по материалам,
накопленным за 3-5 лет работы горного предприятия.
2. Опытный метод. Нормативы потерь и разубоживания устанавливаются на основе опыта,
наблюдений экспериментов, в производственных условиях или лабораторных опытов на моделях.
3. Расчетный метод.
Нормативы потерь и разубоживания определяют путем расчета, для
применяемой системы разработки.
4. Метод аналогий. Нормативы применяют такие же как и на месторождениях с аналогичными
условиями и системой разработки.
5. Комбинированный метод.
Достоинства: Простота, малая трудоемкость.
Недостатки: На размерах нормативов отражаются недостатки учета потерь и разубоживания.
Вопрос 57 Нормирование потерь. При добыче. Учет движения запасов. Порядок списания
запасов с баланса горнодобывающих предприятий.
Нормативы потерь и разубоживания, зависящие от системы и ее параметров или технологии и
организации горных работ, устанавливаются для каждого выемочного блока (участка) с учетом его
геологических, горнотехнических и экономических условий разработки.
Нормирование потерь и разубоживания ПИ заключается в определении их величин, которые для
горно-геологических условий рассматриваемого блока (участка) соответствуют наиболее
эффективному, с экономической точки зрения, варианту его разработки.
Нормативы потерь и разубоживания определяются на основе экономического сравнения технически
возможных вариантов разработки с различными уровнями потерь и разубоживания; при этом
отобранные варианты должны отвечать требованиям правил безопасности.
Нормативы потерь и разубоживания ПИ при отобранных вариантах отработки блока (участка)
могут определяться:
а) существующими в отраслях горнодобывающей промышленности различными расчетными
методами прогнозирования потерь и разубоживания, хорошо зарекомендовавшими себя на практике;
б) непосредственным замером на геолого-маркшейдерских планах и разрезах теряемых объемов ПИ
и прихватываемых пустых пород ;
в) на основе статистических данных, накопленных на горном предприятии, если потери и
разубоживание невозможно определить указанными выше способами.
Уровень потерь в сравниваемых вариантах устанавливается в целом по блоку (участку) на основе
потерь по отдельным их видам по формуле:
где:
П1 , П2 ,.., Пn- теряемые запасы по видам потерь, т/куб. м;
Б - погашаемые балансовые запасы блока (участка), уточненные
по данным эксплуатационной разведки, т/куб. м.
Если содержание полезных компонентов в отдельных видах потерь
отличается от среднего содержания в погашаемых запасах блока,
уровень потерь в целом по блоку (участку) определяется по формуле:
доли ед.,
где:
с1 , с2 , ..., сn - содержание полезного компонента по видам потерь, %;
с - среднее содержание полезного компонента в погашаемых балансовых запасах блока
(участка), %.
Нормативы потерь и разубоживания для намечаемого к отработке блока (участка) рекомендуется
устанавливать в следующей последовательности. Сначала применительно к горно-геологическим и
горнотехническим условиям данного блока (участка) устанавливаются наиболее приемлемые
варианты его отработки. Обычно в результате этой операции намечаются два-три варианта. Затем
для каждого из отобранных вариантов определяются технико-экономические показатели, в том числе
значения потерь и разубоживания, которые могут иметь место при отработке рассматриваемого
блока (участка).
Далее сопоставлением технико-экономических показателей, полученных по вариантам,
выявляется рациональный вариант, который принимается для отработки данного блока (участка), а
его показатели потерь и разубоживания принимаются в качестве нормативных.
При определении потерь и разубоживания по вариантам рекомендуется использовать
существующие методы прогнозирования показателей извлечения.
Для систем разработки с открытым очистным пространством, магазинированием руды, с
закладкой, с закладкой и креплением очистного пространства потери и разубоживание по вариантам
определяются построением на геолого-маркшейдерских планах и разрезах конструктивных
элементов системы разработки и прямых замеров объемов извлекаемой и теряемой части полезного
ископаемого и прихватываемых пород и некондиционных руд; для систем разработки с обрушением
руды и вмещающих пород - с помощью существующих методов прогнозирования, основанных на
теории выпуска.
Потери полезного компонента рассчитываются, если содержание его в рудных целиках и
камерных запасах отличается от среднего содержания в погашаемых запасах блока. В этом случае
величина запасов каждого элемента блока и погашаемых запасов умножается на соответствующие
значения содержания в них полезного компонента.
Вопрос о целесообразности оставления в выработанном пространстве или извлечения запасов
полезного ископаемого из целиков решается технико-экономическими расчетами. Затраты,
связанные с выемкой целиков или заменой их искусственными целиками, включаются в
себестоимость добычи 1 т полезного ископаемого сравниваемого варианта систем разработки.
Коэффициенты потерь при извлечении запасов полезных ископаемых из камер, междукамерных
целиков, потолочин и днищ, а также коэффициенты разубоживания, как правило, определяются
опытным путем или на основе статистических данных, накопленных на горном предприятии.
Маркшейдерский учет извлечения ПИ из недр.
Оперативным называется учет добычи ПИ по количеству и массе вагонеток, скипов, вагонов или по данным взвешивания ПИ, поступающего из горных выработок за смену, сутки, месяц. Правильность оперативного учета по горному предприятию в целом, контролируется ежемесячными замерами остатков Пи на
складах. В этом случае масса добытого за отчетный период ПИ определяется из соотношения
где Q1 — масса Пи , отправленного по данным бухгалтерского учета, потребителям (в том числе израсходованного на собственные нужды шахты), т; Q2, Q3 — остатки Пи на складах, дозировочных площадках,
в бункерах, а также в вагонах, погруженных, но не проведенных по расходу, соответственно на начало и
конец отчетного периода (месяца), т.
Остатки Пи на складах и в бункерах определяются маркшейдерскими замерами.
Порядок производства и периодичность замеров устанавливаются соответствующими ведомственными
инструкциями и распоряжениями. Подсчет добычи при небольших остатках Пи на складах (в размерах 3—
4- суточной добычи) и при правильной форме штабелей является достаточно точным и может быть выполнен
с погрешностью в пределах 0,5—1,0%. Однако этот подсчет исключает возможность контроля добычи
применительно к отдельным эксплуатационным участкам.
Контроль добычи по съемкам и замерам выработок (по количеству отбитого от целика ПИ свободен от
указанного недостатка, но может дать приемлемые результаты лишь при благоприятных горноэксплуатационных и геологических условиях, позволяющих производить детальный замер выработанного
пространства с достаточной точностью.
Цифры добычи, полученные по данным маркшейдерских съемок и замеров выработок, используются
при учете движения запасов, извлечения и потерь ПИ в недрах, а в указанных выше благоприятных
условиях и для контроля оперативного учета добычи по выработкам и участкам.
Подсчет добычи по замерам выработок и замеры остатков на складах производятся по состоянию
на конец последней смены отчетного месяца. Практически замеры выработок пpoизводятся в последние
1—2 дня отчетного месяца или в первый день месяца, следующего за отчетным. В этот же день обычно
производят и замеры складов. В связи с этим результаты замера исправляют за счет разрыва во
времени между моментом замера и концом последней смены месяца. Величины поправок определяют по
данным оперативного учета добычи и отгрузки полезного ископаемого с учетом разницы между началом
суток, принимаемым на шахте и на железнодорожном транспорте.
Подсчет добычи производится раздельно по залежам, пластам, слоям, горизонтам и участкам с
выделением в последних добычи из очистных и подготовительных выработок.
Масса добытого Пи при маркшейдерских замерах получается умножением объема выемки по Пи - на
плотность Пи в массиве.
Остатки ПИ на складах и в бункерах подсчитывают по сортам. Количество остатков в тоннах получают
умножением объема отвалов (или заполненной части бункеров) «а плотность полезного ископаемого в
отвалах (бункерах).
Требования по учету состояния и движения запасов, потерь и разубоживания ПИ включают:

учет числящихся на государственном балансе запасов ПИ и запасов, оперативно учтенных
пользователем недр по результатам геологического изучения;

запасы ПИ учитываются по категориям: А, В, С1 и С2 раздельно по месторождениям,
участкам, пластам, залежам, отдельным рудным телам, шахтным полям, выемочным единицам,
способам и системам разработки, основным промышленным (технологическим) типам и сортам
полезных ископаемых;

запасы ПИ учитываются по наличию их в недрах независимо от возможного разубоживания
и потерь при добыче и переработке;

списание балансовых и забалансовых запасов ПИ с учета организации в результате их
добычи и потерь производится по формам федерального государственного статистического
наблюдения. При утрате ПИ промышленного значения при геологоразведочных работах и разработке
месторождения списание производится в соответствии с технико-экономическим обоснованием при
положительном заключении экспертизы охраны недр;

списание запасов отражается в геологической и маркшейдерской документации раздельно по
элементам учета и вносится в специальную книгу учета списанных запасов;

горные выработки, служащие для подхода к участкам месторождения, запасы которых
намечены к списанию как утратившие промышленное значение или не подтвердившиеся,
погашаются после окончательного решения вопроса о списании запасов;

прирост и перевод запасов как основных, так и совместно с ними залегающих полезных
ископаемых и содержащихся в них компонентов в более высокие по степени изученности категории
производятся на основе их подсчета по фактическим геологическим материалам и утверждаются в
установленном порядке.
Отчетная документация по учету запасов.
Учету подлежат все балансовые запасы в пределах технических границ. Его ведут с начала
строительства и до закрытия не реже одного раза в год по специальным формам и в соответствии с
инструкциями.
В форме должно быть отражено:
1) Количество ПИ в пределах технических границ по состоянию на начало разработки и начало
отчетного периода.
2) Изменение балансовых запасов в результате разведки, переоценки, изменения технических
границ, добычи и потерь за отчетный период и с начала разработки.
3) Остаток балансовых запасов и его распределение по степени разведанности и степени готовности
к добыче на окончание отчетного периода.
4) Срок службы горного предприятия, равный делению промышленных запасов на годовую
производительность.
Учет производится раздельно по всем пластам.
Списанные балансовые запасы подразделяются: по площади (контуры), замещенные пустой
породой или не рабочая мощность пласта.
Вопрос 58 Особенности оконтуривания., геометризация, и подсчет запасов нефти
Оконтуривание залежей газа производится путем последовательного приближения разведочных
скважин к внутреннему контуру залежи в направлении от центра к периферии. При такой методике
оконтуривания разведочные оконтуривающие скважины по существу закладываются на ощупь, так
как положение контура залежи остается неизвестным до тех пор, пока скважины не вскроют
газоводяной контакт. При такой системе разведки проводится бурение излишне большого
количества скважин, что сильно затягивает подготовку месторождения к разработке.
Оконтуриванию залежей с целью установления контуров ( границ) нефтеносности и газоносности и
приращения промышленных запасов нефти или газа в настоящее время, , стали уделять меньшее
внимание в связи с применением новых схем промышленной разведки и переложения части
разведочных задач на эксплуатационные скважины
Под оконтуриванием залежи понимают определение на плане или разрезе границ распространения
ПИ.
Внутренним контуром мес-ния называют линию, соединяющую крайние рудные скважины,
встретившие залежь (рис/4.4).
Внешним - называется линия, соединяющая точки предполагаемой границы месторождения.
Площадь залежи, заключенная между внутренним и внешним ее контурами, называется
межконтурной полосой .При разведке вертикальными буровыми скважинами, рис. 4.4, внешний
контур залежи может быть определен методом интерполирования на половину расстояния между
крайними рудными и соседними безрудными скважинами.
При отсутствии безрудных скважин этот контур может быть определен графически на
вертикальных разрезах по углу выклинивания залежи в данном направлении.
Внешний контур легко определяется на плане изомощностей. Изолиния с нулевой мощностью
залежи представляет собой именно этот контур. В пределах межконтурной полосы располагается
контур балансовых запасов, т. е. запасов, отвечающих требованиям кондиций. Этот контур часто
называют р а б о ч и м , п р о м ы ш л е н н ы м или к о н д и ц и о н н ы м к о н т у р ом з а п а с о в .
На планах изомощностей и изосодержаний (рис. 4.5) строят контуры по наименьшей промышленной
мощности 1, минимальному бортовому содержанию 2 и минимальному среднему содержанию 3.
Линия, ограничивающая внутренние участки границ трех указанных выше контуров, будет
представлять собой контур балансовых запасов залежи. Пограничный участок залежи с контуром
балансовых запасов заштрихован.
1.
2.
3.
4.
Геометризация месторождения— совокупность полевых наблюдений, измерений, вычислений и
графических построений, проводимых с целью геометрического изображения
форм
залежей месторождений Пи, условий их залегания, пространственного распределения свойств ПИ и
процессов, происходящих в недрах.
Она осуществляется по данным бурения, геофизических исследований, опробования, геологомаркшейдерской документации, изучения обнажений в горных выработках и т.п. на каждой стадии
разведки и разработки месторождения, отражая процесс его непрерывного изучения.
Геометризация залежей нефти и газа, подсчет запасов одна из основных задач геологии нефти и
газа. В последние десятилетия вопросам автоматизации решения этой задачи уделяется серьезное
внимание. Решение ее все в большей степени рассматривается не как завершающая стадия разведки
месторождения, а как процесс, непрерывно отображающий состояние изученности объекта,
Моделирование - основной метод познания в процессе изучения природных объектов. Существуют
различные виды моделирования: графическое, объемно-макетное, физическое и математическое.
Создание графических и графоаналитических моделей навивается геометризацией месторождения.
Важнейшими положениями геометризации являются представления об изменчивости признака или
набора (совокупности) признаков, а именно, о способах ее количественного выражения,
аналитического описания и графического отображения. Эти положения позволяют обоснованно
выбирать способы графического моделирования и создавать модели месторождения, адекватные
имеющимся геологическим представлениям. Характеристики изменчивости являются так же
необходимым элементом методики оценки достоверности определения параметров и запасов,
которая, в свою очередь, необходима для количественного выражения качества произведенной
геометризации и полученной достоверности модели залежи.
Спецификой нефти и газа как ПИ является способность двигать по пласту к забоям добывающих
скважин. Эта особенность нефти и газа обуславливает необходимость моделирования не только
статического геологического пространства (залежей), но и путей движения нефти, газа и воды.
Можно выделить следующие основные задачи, которые должны решаться в автоматизированной
системе геометризации:
Накопление, хранение, поиск геологических, геофизических и промысловых данных, автоматизация
подготовки табличных и графических материалов, статическая обработка и т.п.
Расчленение и корреляция разрезов скважин
Оценка подсчетных параметров продуктивных отложений
Построение горно-геометрических моделей месторождений и собственно подсчет запасов.
Метод материального запаса подсчета запасов нефти
Запасы нефти, содержащиеся в залежи, определяются на основе изучения изменений основных
показателей разработки, а также физических свойств нефти, воды и породы в зависимости от
снижения давления в процессе разработки залежи. Отборы нефти, растворенного газа и воды,
закачка воды и газа в залежь вызывают непрерывное перераспределение флюидов вследствие
изменения пластового давления. При этом, баланс между количеством УВ, содержавшихся в залежи
до начала разработки, и количеством УВ добытых и ещё оставшихся в недрах, не нарушается.
Следовательно, подсчет запасов нефти методом материального баланса базируется на принципе
сохранения материи применительно к залежам УВ.
Статистический метод (метод кривых)
Впервые этот метод применил А.М. Коншин в 1892 году, также он использовал метод удельных
плотностей запасов для оценки запасов нефти на неразведанных участках.
Этот метод основан на изучении кривых падения дебита скважин. При построении различного
рода кривых изучается статистический материал о добыче за прошлое время, выявляется влияние на
дебит тех или иных факторов.
Характер выявленных закономерностей служит основой для построения кривых и их
экстраполяции для определения добычи и расчета запасов нефти.
Объемный метод
Является основным и основан на определении массы нефти, приведенной к стандартным условиям,
в насыщенных ими объемах пустотного пространства пород-коллекторов, слагающих залежи нефти
или их части. Он применим для подсчета запасов нефти при любом режиме работы залежи в контуре
любой категории запасов.
Если в пределах залежи выделяется несколько категорий запасов, то запасы подсчитываются по
каждой категории в отдельности.
Запасы залежи в целом определяются суммированием запасов отдельных категорий.
Для подсчета запасов нефти применяют формулу:
Q н бал = F. h н . k п о. k н . q.r н ;
Q н извл = Q н бал . h ;
q=1/b
где Q н бал - балансовые запасы нефти, тыс. т;
F – площадь нефтеносности, тыс. м2;
h н средневзвешенная нефтенасыщенная толщина, м;
k п о – коэффициент открытой пористости, доли ед.;
k н - коэффициент нефтенасыщенности, доли ед.;
q - пересчетный коэффициент, доли ед.;
r н – плотность нефти в поверхностных условиях, доли ед.;
Q н извл - извлекаемые запасы нефти, тыс. т;
h - коэффициент нефтеотдачи, доли ед.;
b – объемный коэффициент пластовой нефти, доли ед.
Площадь нефтеносности F контролируется внешним контуром нефтеносности и границами
распространения проницаемых прослоев.
Контуры распространения запасов отдельных категорий переносят с подсчетных планов на карты
эффективных и нефтенасыщенных толщин, на основе которых рассчитывают F и h н. Подсчетные
планы составляют на основе структурной карты по кровле проницаемой части продуктивного пласта.
Эффективная нефтенасыщенная толщина определяется по данным комплекса ГИС с
привлечением керна и результатов опробования скважин. По этим данным определяются положение
ВНК, кондиционные значения пористости и проницаемости.
Средневзвешенная нефтенасыщенная толщина h н определяется внутри контура запасов каждой
категории и вычисляется как средневзвешенная по площади.
Для определения объема порового пространства объем нефтенасыщенной части пласта-коллектора
F и h н умножают на среднее значение коэффициента открытой пористости k п о.
Для определения объема нефти, содержащейся в залежи в пластовых условиях, необходимо объем
порового пространства F h н k п о умножить на коэффициент нефтенасыщенности k н .
Для определения количества нефти, содержащейся в залежи, полученный объем F h н k п о k
н умножаем на плотность нефти r н.
В пустотном пространстве пород-коллекторов, насыщенных нефтью, в пластовых условиях нефть
содержит растворенный газ. Для приведения объема пластовой нефти к объему нефти,
дегазированной при стандартных условиях, используется среднее значение пересчетного
коэффициента q (q = 1 / b), учитывающего усадку нефти.
В результате перемножения рассмотренных параметров и коэффициентов получают балансовые
запасы нефти.
Для получения извлекаемых запасов нефти необходимо балансовые запасы умножить на
коэффициент нефтеотдачи h, равный отношению извлекаемых запасов к балансовым
Существуют два принципиально разных метода подсчета извлекаемых запасов и ресурсов нефти:

Детерминистский метод (Deterministic) – метод, базирующийся на известных
геологических, инженерных и экономических данных. Для расчета используются одиночные
значения параметров, используемых для расчета запасов (площадь, пористость, мощность и т.д.).
Результатом также является единственное значение запасов.

Вероятностный метод (Probabilistic) – статистический анализ известных геологических,
инженерных и экономических данных, при котором запасы подсчитываются по непрерывным
кривым распределения. На входе и на выходе – кривые распределения значений с вероятностями
появления значений.
Аналитические методы подсчета запасов и ресурсов нефти:

Метод аналогий. В основе лежит предположение о сопоставимости рассматриваемого
пласта пластам-аналогам в отношении коллекторских свойств пород и свойств флюида, влияющих на
определение величины конечных извлекаемых запасов.

Объемный метод. Основан на использовании данных о коллекторских свойствах пород и
свойствах флюида для расчета объемов начальных геологических запасов и последующего
определения той их части, которая может быть добыта в результате реализации конкретного проекта
(проектов) разработки.

Метод материального баланса. Основан на анализе динамики изменения давления в пласте
по мере отбора из него флюида.

Метод анализа эксплуатационных показателей. Основан на анализе изменения темпов
отбора и фазового состава добываемой продукции в зависимости от времени и величины
накопленной добычи по мере истощения залежи.
Из перечисленных чаще всего применяют Объемный метод подсчета запасов.
Пересчет запасов нефти
Запасы нефти изменяются с течением времени . Поэтому с определенной периодичностью
запасы нефти пересчитываются и переутверждаются. Причины изменения запасов при этом могут
быть разными.
1. компании ведут добычу нефти, и соответственно запасов в недрах становится меньше. 2.
измениться подходы к классификации запасов. 3.. Чем выше цена на нефть, тем больше
возможностей вовлечь в разработку труднодоступные и/или трудноизвлекаемые запасы нефти,
разработка которых при низкой цене на нефть оказывается нерентабельной.
Вопрос 59. Стандартизация и классификация маркшейдерско-геодезических приборов.
Стандартизация геодезических приборов строится на основе- классификации и типизации приборов с
учетом потребностей- народного хозяйства
Стандартизация решает следующие основные задачи: а) установление необходимой номенклатуры
приборов с современными параметрами; б) своевременная замена морально устаревших,
малопроизводительных и ненадежных приборов; в) обеспечение контроля качества приборов на
различных этапах их жизненного цикла.
В настоящее время в зависимости от решаемых задач выпускаются различные классы геодезических
приборов: нивелиры, теодолиты, светодальномеры, тахеометры и др. приспособления (рейки,
штативы, вешки).
Согласно ГОСТ теодолиты выполняются 3х классов: высокоточные (Т05), точные (Т5), технические
(Т30).
Т – теодолит, 05 – ошибка измерения угла одним приемом должна быть не более 0,5 сек.
Высокоточные приборы иногда выполняются стационарными, с большим весом нивелиры, также
выполняются 3х классов (В, Т, Тех) – Н05, Н3, Н10.
Н – нивелир, 0,5 – ошибка определения превышения 0,5 мм на 1 км двойного хода.
2Т30 4Т30КПМ
2 это модификация
П – труба с прямым изображением, К – компенсатор, М – маркшейдерские работы, Л – лимб.
Геодезические приборы можно классифицировать по различным признакам: назначению, точности,
конструктивным особенностям, степени автоматизации какой-либо отдельной операции или
комплекса операций, характеру выдаваемой информации.и т.д.
С точки зрения метрологии среди геодезических приборов можно выделить средства измерений и
приборы, не являющие- ся измерительными. Измерительные геодезические приборы
характеризуются комплексом метрологических характеристик и подлежат повер- ке и
метрологической аттестации.
При изготовлении приборов на заводе производится метрологическая аттестация их основных
параметров.
Метрология – прикладная наука, занимающаяся обеспечением единства измерений.
Метрология вышла из геодезии. Появилась в начале 20 века и занимается измерением длин от 0 до
2 м с точностью порядка 0,5 – 1 микрометра.
Микрометр (мкм) – тысячная доля мм.
А геодезия занимается измерениями от 0 - ∞.
Вопрос 60. Виды искажений в оптических системах и их устранение.
На практике мы всегда имеем пучек лучей различных в зависимости от оптической системы.
Белый свет состоит из следующих цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий,
фиолетовый.
Поэтому при прохождении оптических деталей или среды (стекло, вода, снег) белый свет разлагается
на его составляющие. Это явление называется дисперсией.
В оптических системах явление дисперсия света оказывает негативное влияние.
Рассмотрим основные виды искажений в оптических системах.
1. Дисторсия – нарушение геометрического подобия, оригинала.
Если зрительная труба не исправила за дисторсию, то рассматриваемое изображение будет в виде
подушки или бочки.
Устранение дисторсии осуществляется путем применения различных сортов стекла (крон, флинт).
Позволяет устранить искажение на 98%.
Если окажется так, что в зрительной трубе имеется дисторсия, то наблюдение необходимо
выполнять центром объектива. В центре объектива искажение минимальное.
2Сферическая аберрация.
Обусловлена тем, что центральные лучи и крайние лучи проходя оптическую систему пересекаются
не в одной точке: крайние лучи пересекаются ближе к линзе, чем центральные.
Явление сферической аберрации приводит к тому, что изображение предмета становится
размытым. Устранение этого искажения также устраняется путем применения различного сорта
стекла.
3. Хроматическая аберрация.
Вызвана явлением дисперсии света и если пучок света пройдет оптическую деталь, то он
разлагается на составляющие и получаемое изображение будет окрашенным.
Разложение света и пересечение различных цветов в различных фокусах обусловлено тем, что
каждый цвет имеет свою длину волны.
Устраняется применением различных сортов стекла.
Вопрос 61. Устройство зрительной трубы. Основные параметры зрительной трубы.
1Объектив; 2. Корпус; 3. Фокусирующая линза; 6. Окуляр (остальные части в лекциях не
обозначены).
Объектив предназначен для формирования изображения в фокальной плоскости. Он является
наиболее ответственной частью зрительной трубы. От его качества на 90% зависит качество
изображения предмета. В зависимости от назначения зрительной трубы диаметр объектива
колеблется от 25 мм (2Т30) до 3 м (телескопы).
Фокусирующая линза предназначена для перефокусирования с целью формирования
изображения, даваемого объективом в плоскости сетки нитей.
Сетка нитей предназначена для точного визирования на предмет. Центр объектива и цент сетки
нитей образуют визирную ось.
Окуляр предназначен для рассматривания изображения, сформированного в плоскости сетки
нитей.
Корпус зрительной трубы предназначен для обеспечения сохранности взаимного расположения
оптических деталей в заданном положении и для предотвращения попадания влаги вовнутрь.
Основные параметры зрительной трубы
К основным параметрам зрительной трубы относятся: разрешающая способность зрительной трубы,
угол поля зрения зрительной трубы и увеличение.
В зависимости от назначения прибора эти параметры могут изменяться. Например, если прибор
предназначен для высокоточных геодезических измерений, то основным условием такого прибора
является обеспечение высокой разрешающей способности и качества изображения наблюдаемого
объекта.
Если для зрительной трубы предъявляется условие обеспечения максимального увеличения, то в
этом случае снимаются требования на величину искажений в оптических системах. Если зрительная
труба применяется в геодезических приборах технической точности, то для зрительной трубы
предъявляется условие удовлетворительного обеспечения качества изображения и высокой
технологичности процесса их изготовления с целью обеспечения максимального большого выпуска.
Разрешающая способность зрительной трубы
Под разрешающей способностью зрительной трубы понимается способность этой трубы разделять
2 точки: А и В под тип наименьшим углом r, т.е. разрешающая способность – это такое качество
зрительной трубы, которое позволяет более детально рассматривать какое-то изображение. Чем
больше увеличение зрительной трубы, тем больше ее разрешающая способность и тем меньше
величина угла r.
А
r
В
Человеческий глаз позволяет рассматривать изображение предмета с величиной разрешения
r= 60-80 сек.
На расстоянии 100м человеческий глаз не сможет различать раздельно интервал менее 30 мм.
Разрешающая способность зрительной трубы вычисляется по формуле
тр
увеличение зрительной трубы в кратах
тр
D – диаметр объектива
Современные зрительные трубы применяющиеся в высокоточных геодезических приборах,
позволяют обеспечить rтрв пределах 0,5-1 сек.
Современные оптические микроскопы позволяют обеспечить r=0,05 сек., а электронные
микроскопы – r=0,005 сек.
Для практического определения разрешающей способности зрительной трубы применяются
специальные устройства, которые называются МИРА.
МИРА представляет собой идеально белый экран на котором черным цветом наносятся штрихи с
разным расстоянием между собой.
Для проверки разрешающей способности зрительной трубы в одной точке ставится геодезический
прибор, а в другой на расстоянии 10-15 м от прибора ставится МИРА.
Обеспечивают качественное освещение штрихов, после этого зрительная труба наводится на квадрат 1
с максимальным расстоянием «а» между штрихами.
Если в зрительной трубе штрихи в квадрате 1 видны хорошо и отчетливо и не сливаются в серый
фон, то зрительная труба может различать еще более мелкие детали.
После этого труба наводится на квадрат 2 и если здесь видны штрихи раздельно, то наводятся на 3
квадрат и так далее, до тех пор, пока штрихи не начнут сливаться, т.е. зрительная труба подошла к
пределу своего разрешения.
Фактическая разрешающая способность зрительной трубы определяется по формуле:
тр
а – величина интервала между штрихами;
S - расстояние от прибора до МИРА.
Поле зрения зрительной трубы
Угол поля зрения зрительной трубы – угол, под которым видно изображение всего пространства в
зрительной трубе.
Человеческий глаз также имеет поле зрения, примерно 160°.
Для определения поля зрительной трубы поступают следующим образом. В точке «а»
устанавливается теодолит и наводится левым краем точкой зрения на точку «с».
С
С
А
АС=100 м
10°20
12°30
Расстояние между точкой С и прибором примерно 100 м. После этого берем отсчет по лимбу
(к примеру Л=10°20 ), после этого трубу поворачивают и визируют правым краем по точке С и снова
берем отсчет по лимбу (Л=12°30 )
Тогда величина поля зрения будет равна 2°10 . Современные теодолиты и нивелиры имеют
величину поля зрения 1°20 - 2°30 . Чем больше увеличение зрительной трубы, тем меньше угол поля
зрения и наоборот.
Увеличение зрительной трубы
Увеличение зрительной трубы – способность зрительной трубы увеличивать какое-либо
изображение в n – число крат.
Оно определяется по формуле:
объектива
ок вых
ок вых – диаметр выходного зрачка окуляра (белое пятнышко – изображение объектива в
окуляре); объектива диаметр объектива в мм
Современные приборы имеют увеличение от 20-100х.
Чем больше увеличение, тем меньше увеличение зрительной трубы и наоборот.
Вопрос 62. Основные механические части маркшейдерско-геодезических приборов.
К основным механическим частям относятся осевые системы и микрометренно-зажимные и
наводящие устройства.
С помощью этих механических устройств осуществляется сохранение взаимного расположения
частей приборов и возможность производить наведение на визирную цель.
Осевые системы бывают:
-конические;
-цилиндрические.
В настоящее время применяются цилиндрические системы.
1 – ось; 2 – втулка; 3 – разгрузочный винт; 4- шарикоподшипники.
Первоначально в истории геодезического приборостроения выпускались геодезические приборы с
коническими осями.
А примерно с 30х годов нынешнего столетия применяются только цилиндрические оси.
Зазор ∆ между осью и втулкой должен быть равен 0,005-0,01 мм.
Оборудование для изготовления осей в 17 - начале 20 века позволяло обрабатывать поверхность с
точностью 0,1 мм, и при повороте оси внутри этой втулки ось вибрировала, поэтому чтобы
обеспечить зазор = 0,005 мм применялся способ притирки.
Раньше ось делали из бронзы. Если в течение какого-то времени беспрерывно вращать ось во
втулке, то неровности на втулке взаимостираются и в конечном итоге получается гладкая
отполированная поверхность и на оси и на втулке.
Недостатки конических осевых систем:
1.
Т.к. применялась бронза, а она тяжелый сплав, то конические оси были тяжелыми.
2.
При колебании t° воздуха от +30-40°С происходило изменение зазора ∆, а иногда в зимнее
время ось заклинивало. Для предотвращения заклинивания осей в зимнее время применялся
разгрузочный винт (3). При ввинчивании он приподнимал ось и мет самым увеличивал зазор ∆.
В настоящее время применяемые цилиндрические оси имеют следующие достоинства:
1.
Их вес легче в 3-4 раза.
2.
Т.к. между осью и втулкой находится шарикоподшипник (4), то ось легко вращается во
втулке.
К микрометренно-зажимным наводящим устройствам относятся:
1.
Зажимной винт.
2.
Наводящий винт (для плавного наведения на точку).
3.
Подъемные винты (для приведения прибора в рабочее положение).
4.
Элевационный винт нивелира (устанавливает цилиндрический винт в «0»).
Вопрос 63. Устройство теодолита.
Теодолит предназначен для измерения горизонтальных и вертикальных углов, а также расстояний и
определения превышений.
Он состоит из механических и оптических деталей:
Раньше применялись лимбы металлические, а сейчас стеклянные.
В зависимости от точности прибора применяют различные отсчетные устройства от 30 сек до 0,1 сек.
Теодолит имеет следующие составные части: горизонтальный круг, состоящий из двух
самостоятельных кругов - лимба с нанесенными по краю делениями и алидады, несущей отсчетные
устройства; зрительную трубу, вращающуюся в вертикальной плоскости вокруг оси, на одном из
концов которой жестко скреплен с ней вертикальный круг для измерения вертикальных углов. Для
приведения оси вращения алидады (ось вращения теодолита) в отвесное положение, а плоскости
лимба в горизонтальное положение, служит цилиндрический уровень и три подъемных винта.
В теодолите имеются закрепительные (зажимные) и микрометренные (наводящие) винты.
Закрепительными винтами скрепляют подвижные части (лимб, алидаду, зрительную трубу) с
неподвижными, наводящими винтами, сообщают малое и плавное вращение закрепленным частям.
Зрительные трубы теодолитов чаще всего бывают астрономические, дающие обратное
(перевернутое) изображение. Но в последнее время применяются земные трубы, которые дают
прямое изображение.
Раньше применялись лимбы металлические, а сейчас стеклянные.
В зависимости от точности прибора применяют различные отсчетные устройства от 30 сек до 0,1 сек.
Теодолит Т30: 1 – основание; 2 – исправительный винт цилиндрического уровня; 3,
закрепительный и наводящий винты алидады; 5 – цилиндрический уровень; 6 – наводящий
зрительной трубы; 7 – кремальера; 8 – закрепительный винт зрительной трубы; 9 – визир;
окуляр зрительной трубы; 11 – окуляр отсчетного микроскопа; 12 – колонка; 13 – подставка;
закрепительный винт лимба; 15 – подъемный винт
4 –
винт
10 –
14 –
Вопрос 64 Устройство нивелира.
Нивелир предназначен для измерения превышений с точностью от 5 мм до 0,05 мм на станции.
Он состоит из зрительной трубы, осевой системы, уровней (круглого и цилиндрического),
микрометренно-зажимные устройств, подставка, цилиндрический винт
В настоящее время выполняют нивелиры двух конструкций: с цилиндрическим уровнем и с
компенсатором, причем последние составляют примерно 90% от общего выпуска.
Компенсатор – подвижный элемент внутри прибора, который сам устанавливает визирную ось в
положение горизонта.
Нивелир Н-3
1- цилиндрический уровень,
2 — мушка,
3,8 — уровни,
4 — наводящий винт,
5 — упругая пластинка,
6 — подъёмные винты,
7 — подставка,
9 — элевационный винт,
10 — опорная площадка,
11 — винт кремальеры,
12 — окуляр,
13 — зрительная труба
Вопрос 65. Отчетные устройства теодолитов типа Т30, Т5, Т2.
В теодолите типа Т30 применяется в качестве отечественного устройства - штриховой микроскоп.
Штриховой микроскоп – представляет собой неподвижный штрих и подвижное градусное
устройство и наоборот.
Лимб разделен на 360 частей, каждое градусное деление подписано.
Отсчеты берутся по штриху с точностью до 1 мин.
Одновременно в поле зрения отсчетного устройства видно 2 круга – вертикальный и
горизонтальный.
В теодолите типа 2Т30 – цена наименьшего деления = 5 , а точность отсчета = 1 .
Рассмотрим отсчетное устройство теодолита 2Т5.
В этом теодолите применен шкаловый микроскоп. Длина шкалы = 1° и шкала поделена
на 60 частей, т.е. цена наименьшего деления = 1 . Отсчет производится с точностью до 0,1
наименьшего деления.
Общим недостатком указанных отсчетных систем является взятие отсчета по 1ой стороне лимба. Это
приводит к тому, что в этом случае имеет место влияние эксцентриситета. Это влияние приводит к
ошибке в измерении угла порядка 3-5 , поэтому в высокоточных теодолитах применяется
двухсторонняя система отсчитывания, т.е. отсчет по лимбу производится с двух противоположных
сторон лимба. Такую систему имеет теодолит 2Т2.
Отсчетным устройством теодолита Т5 является отсчетный микроскоп, окуляр 15 которого
располагается рядом с окуляром зрительной трубы. Отсчеты производятся по одной стороне
горизонтального и вертикального кругов. Круги освещаются через иллюминатор с помощью зеркала
14. В поле зрения отсчетного микроскопа наблюдаются одновременно изображения обоих кругов и
двух отсчетных шкал (рисунок 36), одна для отсчетов по горизонтальному кругу, другая – по
вертикальному. Одно деление шкалы соответствует перемещению алидады на 1'. Оценка доли
деления шкалы производится на глаз до 0',1 деления, т. е. до 6''
Отсчетным устройством теодолита Т2является оптический микрометр, который находится в правой
колонке, а окуляр отсчетного микроскопа 15 – рядом с окуляром зрительной трубы. В отсчетный
микроскоп одновременно можно наблюдать изображение диаметрально противоположных
штрихов горизонтального (двойные штрихи) или вертикального (одинарные штрихи) кругов и
часть шкалы оптического микрометра с горизонтальным индексом (рисунок 34). Для снятия
отсчета по горизонтальному кругу алидаду закрепляют винтом 4 и вращением барабана
оптического микрометра 14 совмещают изображения противоположных штрихов круга.
Отсчет снимается следующим образом:
- число градусов соответствует первому (слева от центра поля зрения) подписанному
числу на верхнем изображении круга;
- число десятков минут соответствует числу, делении между верхним штрихом, по которому
отсчитывались градусы, и нижним, значение которого отличается от верхнего на 180°;
- единицы минут и секунды отсчитываются по шкале оптического микрометра против
горизонтального индекса.
Вопрос 66. Центриры, их устройство. Центрирование теодолита.
При выполнении измерения угла α° нам необходимо установить теодолит в точке А. Причем таким
образом, чтобы ось вращения теодолита совпадала с точкой А.
Установка над вершиной измеряемого угла называется центрирование, т.е. вертикальные линии
проходящие через точку А и через ось вращения теодолита должны совпадать.
Способы центрирования:
1. Визуальный (30-50 мм)
2. С помощью нитевого отвеса (1-3 мм)
3. Оптический способ (0,05-0,5 мм)
Наиболее простым, удобным и понятным способом является «способ с помощью нитевого отвеса».
С его применением наглядно видно, куда смещать негатив, чтобы отвес совместить с точкой А.
Недостатком является влияние центра на его положение.
Ошибка из-а влияния центра достигает 5-15 мм, а иногда центрирование невозможно выполнить. В
таких случаях используют оптический отвес. Он представляет собой маленькую зрительную трубу,
которая монтируется в трегер или в алидаду теодолита. Недостатком оптического центрирования
является сравнительно долгий процесс центрирования и отсутствие наглядности в процессе
центрирования.
Обозначим ось вращения теодолита сплошной линией, а ось центрира пунктирной. Ось
вращения теодолита должна совпадать с осью центрира. Это совпадение складывается из двух
поверок.
1.
Ось вращения теодолита должна быть параллельна ось центрира.
2.
Ось центрира должна совпадать с осью вращения теодолита.
При первом условии, как следует из рисунка, ось вращения теодолита параллельна оси вращения
центрира и они не совпадают. При втором условии ось вращения теодолита и визирная ось находятся
под углом друг к другу, но они совпадают в одной точке. Одно и другое условие плохо. Очевидно,
что нам необходимо как-то повернуть визирную ось центрира и параллельно ее сместить. Для того,
чтобы узнать какова неисправность центрира выполняется поверка. Она производится следующим
образом.
Поверка
На ровной поверхности укладывается белый лист бумаги. Теодолит по уровню приводится в
рабочее положение. Наблюдатель, отфокусировавцентрир, смотрит в его окуляр и видит белый лист
бумаги. Помощник по команде наблюдателя на белом оисте бумаги отмечает точку.
Затем наблюдатель поворачивает теодолит на 180°. Помощник намечает точку 2. В следствии поворота теодолита на
180° образуется круг, после этого помощник поднимает лист повыше и производит аналогичные операции. Очевидно,
что если в оптическомцентрире имеет место неисправность 1, то круги будут одинаковые. Если имеет место 2ое
нарушение, то следующий круг будет меньше.
В последнее время в тахеометрах одновременно с оптическимицентрирами применяются лазерные
центриры.
Принципиальная схема лазерногоцентрира:
1 – твердотельный (полупроводимый) лазер, размером 5х5 мм и весом 10г;
2 – оптическая система;
3 – лучи лазера.
Принцип работы:
Луч лазера выходит из самого лазера (под углом 100°), но с помощью оптической системы он
становится узким и параллельным.
Способы визирования на визирные цели:
При измерении углов наблюдатель производит визирование на определенные точки. Предположим,
что у нас имеется теодолит типа Т30, у него имеется сетка нитей.
Так как ошибка измерения угла 30 , то принципиально не важно как визировать на визирную цель.
Так как в любом случае мы обеспечим требуемую точность измеряемого угла. В высокоточных и
точных теодолитах специально для увеличения точности измерений применяются сетки нитей.
В этом случае оно обеспечивает точность измерения углов в и точнее визирование всегда
выполняется по принципу симметричности оси визирной цели и визирной оси теодолита.
При измерении углов с точностью 1 и 0,5 . Требуется опыт выполнения угловых измерения не менее
2-3 лет.
Вопрос 67. Методика измерения горизонтальных и вертикальных углов.
Измерение горизонтальных углов
При измерении горизонтальных углов применяют способы круговых приёмов или повторений.
Теодолит устанавливают в вершине угла и приводят его в рабочее положение. Направление сторон
угла, если измерения выполняются на дневной поверхности, обозначаются вехами. В подземных
условиях стороны обозначаются отвесами или специальными сигналами.
Установка теодолита в рабочее положение состоит из двух операций : центрирование и
горизонтирование.
Центрирование заключается в размещении вертикальной оси теодолита над вершиной угла
(точкой) и осуществляется при помощи отвеса. Теодолит устанавливают над точкой так, чтобы
верхняя плоскость головки штатива была горизонтальна, остриё отвеса проектировалось на точку.
Современные теодолиты оснащены оптическимицентрирами, которые облегчают центрирование,
особенно при сильном ветре, и повышают точность.
Горизонтирование же заключается в приведении вертикальной оси теодолита в отвесное
положение. Для этого устанавливают уровень при алидаде горизонтального круга по направлению 2х подъемных винтов и , вращая их выводят пузырёк уровня на середину; открепив алидаду,
устанавливают уровень по направлению 3-го винта и вращением последнего снова выводят пузырёк
на середину.
Способ приёмов. При неподвижном лимбе вращения алидады визируют на заднюю точку А (см.
рис. 1). Вначале по оптическому визиру зрительную трубу наводят от руки, пока визируемая цель не
попадёт в поле зрения. Затем закрепляют винты алидады и зрительной трубы, и отфокусировав трубу
по предмету, выполняют визирование с помощью наводящих винтов и алидады и трубы
горизонтального круга. Затем берут отсчёт a по горизонтальному кругу и записывают его в журнал
измерений(табл. 1)
Открепив алидаду, визируют на переднюю точку С и берут отсчёт b. Тогда значение правого на
ходу угла b, определяется как разность отсчетов на заднюю и переднюю точку:
bкл=a-b Все эти действия составляют один полуприём. Затем сбивают алидаду на 90О и
поворачивают на туже точку. Вычисляют значение Ðbкп
Два полуприёма составляют один полный приём. Расхождения результатов не должно превышать
двойной точности отстчётного устройства теодолита, т.е.
bкл*bкп£2t
Для теодолитов Т15 , 2Т30расхождение не превышает 0,7 мин. Или 1,5 мин для теодолитов Т30.За
окончательный результат
принимают среднее значение угла.
Таблица 1. Журнал измерения горизонтальных углов способом приёмов.
Точки
Круг
Отсчёт по гор.кругу
Угол
стоян
Визиро
ия
вания.
А
А
Ср
уг
3
КЛ
278О 20’
33О 21’
3’
7
КЛ
244О 59’
3
КП
43О38’
33О 24’
7
КП
10О 14’
Измерение и вычисление левого по ходу горизонтального угла(см. рис. 1), производится по
аналогично последовательности (таб. 1), с той лишь разницей, что левый по ходу угол в каждом
полуприёме рассчитывается как разность отсчётов на переднюю и заднюю точки.
Измерение вертикальных углов
В теодолитах для измерения углов наклона – вертикальных углов, между направлениями визирной
оси зрительной трубы и горизонтальной плоскостью- используется угломерный круг, жёсткой
укреплённый на оси вращения зрительной трубы. На внешней части угломерного круга нанесены
деления лимба, оцифровка которых отличается в различных моделях теодолита.
Зрительная труба переворачивается через зенит. В связи с этим вертикальный круг может оказаться
справа от неё, это положение называется круг право (КП), и слева (КЛ).
Главное условие, которое должно соблюдаться в вертикальном круге, заключается в том, чтобы при
совмещении нуля верньера с нулевыми шкалами вертикального круга визирная ось зрительной трубы
ZZ была параллельно оси цилиндрического уровня LL. При соблюдении этого условия отсчёт по
лимбу вертикального круга даёт непосредственное значение угла наклона вертикальной оси
зрительной трубы. Если же ось уровня не || нулевому диаметру алидады, то при горизонтальном
положении визирной оси, зрительной трубы и оси уровня нуль лимба не совпадает с нулём верньера,
т.е. отсчёт по вертикальному кругу не равен нулю.
Отсчёт по вертикальному кругу, соответствующий горизонтальному положению визирной оси
зрительной трубы, когда пузырёк уровня выведен на середину, принято называть местом нуля,
обозначается МО. Для определения значения МО визируем зрительную трубу при КП и КЛ на одну и
ту же точку, и берут отсчёты по вертикальному кругу при каждом наведении трубы.
1.
Для теодолитов с круговой оцифровкой вертикального круга против часовой стрелки (Т30)
значения МО и углов наклона могут быть рассчитаны по формулам:
При вычислении надо руководствоваться правилом: к величинам КП,КЛ и МО , меньшим 90О ,
необходимо прибавлять 360О.
1.
При секторной оцифровке лимба вертикального круга от нуля в обе стороны – по ходу и
против хода часовой стрелки, т.е. для теодолитов 2Т30,Т15 ,2Е5 и др.
Вычисления МО и углов наклона можно выполнять по формулам.
При этом 360О добавлять не нужно.
Правльность измерений вертикальных углов на станции контролируется постоянством МО,
колебания которые в процессе измерений не должны превышать двойной точности отсчётного
устройства. Все отсчёты заносятся в журнал измерений.
Таблица
Теодолит Т30
Точки
Поло
Отсчёты по Место
Угол
жение верт. кругу
нуля
наклон
стояния
Визиро
верт.
МО
аu
вания
круга
В
А
КЛ
4О 32’
0О 00’ +4О
КП
175 О 29’
5’’
31’ 5’’
С
КЛ
353О 43’
0О
-6О
КП
186О 19’
01’6’’
18’00’’
Вопрос 68. Типы штативов. Их достоинства и недостатки.
Штатив – геодезический прибор, предназначенный для обеспечения надежности установки
прибора на рабочем месте.
Состоит из трех ножек и металлического столика (головка штатива). Прибор прикрепляется к
штативу через центральное отверстие с помощью стального винта.
Штативы по виду изготовления делятся на два вида:
-ШН – штатив нераздвижной с тремя ножками постоянной длины;
-ШР – штатив раздвижной с тремя составными ножками переменной длины.
Штативы делятся в зависимости от номинального диаметра их головки (от 120-200 мм).
Длина ножек штатива бывает 1,6 м и 1,8 м.
Масса штативов от 4,5 до 10 кг.
ШР – 160 (160 диаметр столика 160 мм).
Ножки штатива изготавливают с металлическими наконечниками и упорами для вдавливания грунт.
Ножки штатива изготовлены из древесины влажностью не более 12%. Допускается изготавливать
ножки штатива из других материалов (пластмасс и металлических антимагнитных трубок). Ножки
штатива покрывают специальным раствором для предохранения штатива от влаги.
Каждая ножка раздвижного штатива имеет зажим, для фиксации составляющих части ножки в
требуемом положении, а также ограничитель, препятствующий самопроизвольному выпадению
составляющих частей ножки
Вопрос 69. Типы реек.
Нивелирная рейка служит рабочей мерой для определения величины измеряемого превышения.
Изготовление реек регламентирует ГОСТ.
Типы реек по ГОСТу соответствуют типам нивелиров. Рейки могут быть цельными, складными и
раздвижными.
Рейка нивелирная (РН).
РН-05 (односторонняя, штриховая с инварной полосой применяют для измерения превышений с
точностью – 0,5 мм на 1 км двойного хода).
РН-3 (деревянная, двухсторонняя, шашечная, применяется для измерения превышений с точностью
3 мм на 1 км двойного хода).
Рейки бывают различной длины: 1200, 1500, 3000, 4000 мм.
У складных реек у цифр добавляется буква С (РН-10С).
Шашечные рейки изготавливают из высушенной первосортной ели. Допускается изготовление реек
из пластмасс, металлов и сплавов.
Перед покраской деревянную рейку пропитывают водоотталкивающим составом и грунтуют
деления в виде шашечек, наносят черной краской на одну сторону рейки, а красную на другую.
Дециметровые деления подписывают. На нижнюю часть рейки крепится металлическая пластина,
называемая пяткой рейки.
На черной стороне пятки соответствует «0» деление. На красной – отсчет больше 4000 мм. Поэтому
отсчеты по красной и черной сторонам рейки не могут быть одинаковыми.
Разность пяток являются постоянной величиной, что позволяет контролировать правильность
отсчетов.
В интервале разность пяток называют разностью нулей рейки.
Для установки рейки в отвесное положение на ней имеется круглый уровень.
На штриховых односторонних рейках деления наносят на инварную ленточную полосу, которая
натягивается вдоль деревянного спуска при помощи специального устройства.
Деления в виде штрихов наносят через 5 мм.
Для определения пригодности нивелирных реек к работе выполняют их исследование.
Вопрос 70. Нивелиры с компенсатором. Устройство, принцип работы.
Нивелир 3Н-3КЛ— точный, с самоустанавливающейся линией визирования, предназначенный для
нивелирования III, IV классов и технического, а также для инженерно-геодезических работ при
изысканиях и строительстве зданий и сооружений.
Нивелир 3Н-3КЛ позволяет выполнять геометрическое нивелирование со средней квадратической
ошибкой 3 мм на 1 км двойного хода.
При выполнении наблюдений нивелир 3Н-3КЛ устанавливают в рабочее положение подъемными
винтами, по круглому уровню, наблюдая за положением его пузырька. Подъемные винты нивелира
имеют укрупненный шаг резьбы, что позволяет приводить его в рабочее положение с минимальной
затратой времени.
Нивелир 3Н-3КЛ не имеет закрепительного винта. При грубом наведении трубы на рейку она
достаточно легко вращается рукой и надежно фиксируется в нужном направлении. Изготовление
цилиндрической оси и втулки из одного и того же металла исключило заклинивание оси при низких
температурах.
Точное наведение трубы нивелира на рейку выполняют вращением одной из двух головок винта
наводящего устройства бесконечной наводки, расположенных с обеих сторон инструмента и
позволяющих выполнять наведение как правой, так и левой рукой.
Зрительная труба нивелира 3Н-3КЛ — с внутренней фокусировкой. Компенсатор нивелира —
призменный, оптико-механического типа. Для предохранения от обрыва нитей подвески
компенсатора последний снабжен ограничителем. Высокое качество изображения, создаваемое
зрительной трубой нивелира, малая зависимость положения линии визирования от температурных
воздействий, быстрое и надежное демпфирование обеспечивают необходимую точность измерений и
значительное повышение производительности труда.
1) Определение предела работы компенсатора по круглому уровню.
Приводим нивелир в рабочее положение, наводимся на линейку. С помощью подъемных винтов
начинаем смещать пузырек в сторону объектива до тех пор, пока отсчет по линейке резко не
изменится. Зарисовываем положение пузырька в этом месте, аналогичные действия производим в
сторону окуляра (влево/вправо). Таким образом, находим область работы компенсатора.
2) Определение недокомпенсации или перекомпенсации.
Приводим прибор в рабочее положение и наводимся на линейку. Снимаем отсчет по линейке. Затем
немного наклоняем зрительную трубу нивелира со смещение пузырька в сторону объектива и снова
снимаем отсчет по линейке. Если 2й отсчет больше чем 1й, то у нивелира недокомпенсация. А если
2й отсчет меньше чем 1й, то у нивелира перекомпенсация.
3) Определение точности самоустановки линии визирования.
После установки по круглому уровню наблюдатель производит отсчет по рейке с точностью до 0.1
мм., затем подъемным винтом нивелир наклоняется в сторону объектива и обратно, после чего снова
берут отсчет по рейке. Повторяют эти действия по 12 раз на каждое из 4х отклонений (в сторону
объектива/окуляра и влево/вправо). Результаты измерений записывают в таблицу. После измерений,
приступают к вычислениям.
1.
Находим среднее значение колонки «Отсчет»
2.
Находим уклонения от среднего значения ср
√
3.
4.
5.
∑
Уклонения vвозводят в квадрат
Находим сумму
Вычисляем СКО установки визирной оси по формуле Бесселя:
6.
Находим СКО установки визирной оси в угловой мере:
m – ошибкасамоустановки линии визирования (мм).
mα – ошибка самоустановки линии визирования (″).
S – расстояние от прибора до линейки (мм).
ρ = 206265″
Вопрос 71. Электронные тахеометры. Устройство, принцип работы.
Электронный тахеометр представляет собой многоканальную систему получения и обработки
информации о линейных измерениях, горизонтальных углах и зенитных расстояниях. Обработка
информации осуществляется с помощью встроенной микро-ЭВМ. В настоящее время на российском
рынке геодезических приборов присутствуют как отечественные марки тахеометров, так и приборы
всех ведущих зарубежных фирм. Во всех современных тахеометрах присутствует примерно
одинаковых набор стандартных функций по измерению углов и расстояний и их обработки.
Программное обеспечение, поставляемое как в комплекте, так и по дополнительному заказу,
значительно расширяет стандартные возможности электронных тахеометров.
Конструктивно тахеометр состоит из трёх частей: колонки, системы вертикальной оси, корпуса
зрительной трубы. В колонке тахеометра помещается встроенная микро-ЭВМ, датчики
горизонтального и вертикальных углов, компенсатор углов наклона. Управление работой микроЭВМ выполняется при помощи клавиш клавиатуры.
Действия
оператора
и
результаты
измерений
и
обработки
отображаются
на
жидкокристаллическом дисплее. Основу датчиков горизонтального и вертикального кругов
составляют угловые преобразователи накопительного и кодового типа. В качестве лимба наиболее
часто используют кодовый диск на стеклянной подложке. Компенсатор углов наклона при
вертикальном круге работает по принципу электронного уровня. Ампула в нем заполнена
электролизной жидкостью, с противоположных концов ампулы расположены контакты, находящиеся
под напряжением. В рабочем положении прибора, при отвесном положении вертикальной оси,
сопротивления между контактами равны, при наклоне оно изменяется. Информация о разности
сопротивлений учитывается микро-ЭВМ в виде поправки за угол наклона вертикальной оси прибора.
Поскольку диапазон работы компенсаторов тахеометров не превышает 5 угловых минут необходимо
тщательно выполнять юстировку компенсатора, поскольку показания компенсатора могут из-за
различных внешних воздействий расходиться с действительными значениями углов наклона.
Порядок операций поверки компенсатора подробно рассматривается в руководстве по эксплуатации
прибора.
Точность измерения углов прибором во многом зависит от конструкции осевой системы.
Вертикальная ось тахеометра скреплена с колонкой и вращается внутри баксы (втулки). При
изготовлении современных осевых систем стремятся сделать их простыми в изготовлении,
нечувствительными к изменению температуры, с большим сроком эксплуатации. При эксплуатации
осевых систем тахеометров не накладывается особых условий по чистке и смазки осей по сравнению
с оптическими приборами.
В корпусе зрительнойтрубы расположена визирная и приемо-передающая система
светодальномера. Оптическая система состоит из объектива, фокусирующего устройства,
оборачивающей системы, сетки нитей, окуляра. Световой поток от полупроводникового лазера,
расположенного на визирной оси прибора (либо параллельно), проходя через оптическую систему
зрительной трубы, уходит на призменный отражатель. Отражённый от призмы световой поток, попав
в зрительную трубу, регистрируется приёмником излучения.
В комплект прибора входит зарядное устройство и, как правило, два встраиваемых
аккумулятора. Зарядные устройства изготовители приборов унифицируют для каждой серии.
Устройства могут быть с автоматическим отключением при полной зарядке аккумуляторов. При
отсутствии автоматического отключения необходимо придерживаться условий зарядки
аккумуляторных батарей изложенных в «Руководстве пользователя», для предотвращения
перезарядки. Рабочее напряжение аккумулятора может быть 6V, 9V или 12V. Зарядка батарей может
выполняться от сети переменного (120V, 220V) или постоянного тока (12-16V). Время зарядки
зависит от типа зарядного устройства и может варьироваться от 1 часа (быстрая подзарядка) до 15
часов (стандартная подзарядка). Условия подзарядки зависят от типа аккумулятора, они подробно
изложены в «Руководстве пользователя». В качестве общих рекомендаций следует отметить
следующее:
- необходимо использовать только те аккумуляторные батареи и зарядные устройства к ним,
которые указаны в «Руководстве пользователя» для прибора, иначе возможны повреждения батарей
и возникновение пожароопасных ситуаций;
- подзарядка должна выполняться в сухих помещениях, при температуре окружающей среды от
+10 до +40 градусов по Цельсию;
- если батареи не используются длительное время, они должны храниться отдельно от прибора
при температуре не выше +30 градусов по Цельсию.
Каждая фирма – изготовитель изготавливает отражатель под свои комплекты, но поскольку они
имеют одинаковый принцип работы, то можно работать с любым. Перед началом работы необходимо
определить постоянную поправку отражателя. Поправки прописаны на приборе, они могут быть:
0mm, 7,5mm, 15mm, 30mm, 40mm.
Различают штативы для высокоточных измерений: деревянные либо металлические с
принудительным изменением высоты штатива; штативы для точных измерений: раздвижные
деревянные; штативы для топографических работ: деревянные, металлические и пластиковые.
Программный пакет для обмена данными между компьютером и тахеометром содержит
программы, позволяющие решать различные задачи, возникающие при работе с тахеометром. В
комплект пакета обязательно входит модуль для обмена данными между компьютером и прибором.
Он предназначен для установки на операционную систему Windows. Установка выполняется с CDROM, входящего в стандартный комплект поставки прибора.
Принцип работы:
Приводим тахеометр в рабочее положение. Выбираем две точки с которыми мы будем
взаимодействовать. На дисплее тахеометра записываем только те результаты, где написано «гор.».
Мы наводимся на первую точку, снимаем отсчет и записываем в журнал измерений. Наводимся на
вторую точку, снимаем отсчет и записываем в журнал измерений. Далее, мы переводим трубу через
зенит и снова выполняем измерения. Начинаем измерения со второй точки, потом переходим к
первой. Все отсчеты записываем в журнал измерений.
Нам надо вычислить расстояние, для этого мы нажимаем на тахеометре кнопку «F3»,
автоматически наше расстояние будет измерено, также записываем его в журнал измерений.
Затем мы вычисляем превышения, т.е. находим βл, βп и βср.
Вопрос 72. Цифровые нивелиры. Методика измерения превышения на станции.
Электронные или цифровые нивелиры обеспечивают высокую точность выполнения работ и
позволяют не только повысить производительность труда, но и записывать результаты измерений в
память прибора. Цифровой нивелир позволяет избежать погрешностей, связанных с неверным
снятием отсчета по рейке. В офисе результаты работы можно свести в специальную электронную
таблицу, в которой будет указаны номера точек, соотвествующие им высоты и расстояние от
нивелира до рейки. Для работы с цифровыми нивелирами используются штрих-кодовые рейки.
Наводится на рейку приходится в ручном режиме, а вот снятие отсчета происходит после нажатия
кнопки автоматизированно.
Цифровой нивелир состоит из:
1.
Рукоятка.
2.
Фокусирующий винт.
3.
Наводящий винт.
4.
Круглый уровень.
5.
Лимб.
6.
Дисплей.
7.
Подставка с тремя подъёмными винтами.
8.
Кнопки управления.
Методика измерений с примером:
Устанавливаем нивелир в рабочее положение. Наводимся сначала на штрих-кодовую сторону задней
рейки и нажимаем кнопку взятия отсчета. Затем наводимся на шашечную сторону задней рейки и
берем отсчет через зрительную трубу. Выполняем два измерения. Записываем отсчет в таблицу.
Далее мы вычисляем превышения между точками и результаты записываем в таблицу.
№
1
2
отсчеты
З
П
1280
1278
1277
1275
h(ЗП)
hср
+3
+3
+3
+3
Расстояние З: 6.47
Расстояние П: 7.74
Вопрос 73. Лазерные нивелиры. Устройство, принцип работы. Лазерные нивелиры — это
относительно новое изобретение. Лазерный нивелир представляет собой измерительный прибор
современного класса, существенно облегчающий проведение строительных работ. С помощью
лазерных нивелиров определяется превышение уровней при работе как в помещении, так и вне его,
на открытом воздухе. Характерными свойствами лазерных нивелиров являются:
высокая точность измерений;
простота в применении: чтобы ими пользоваться, необязательно быть профессионалом.
Принцип работы лазерного нивелира состоит в проецировании лазерного луча на поверхность в
виде линии или точки. Внутри коробки уровня располагается светодиодное оборудование,
излучающее световой поток. При помощи призмы, поток формируется в лазерный луч, образуя на
выходе видимую линию. Она и служит ориентиром для выполнения последующих работ.
Существует два типа лазерных уровней: статичный и ротационный. Они имеют немного разную
сферу использования, но это не значит, что для стяжки пола и укладки плитки нужны разные
нивелиры.
Статичный (позиционный) уровень. Такой уровень имеет в наличии два источника света, которые
проецируют лучи на перпендикулярно расположенные призмы. В результате образуются две,
постоянно видимые плоскости, пересекающиеся в форме «+». При использовании более трех
светодиодов, появляется возможность проецировать большее количество плоскостей, что является
неоценимым достоинством при работе с множественными объектами. Помимо этого, чем больше
плоскостей – тем больше рук могут заниматься ремонтом или строительством. В последнее время,
позиционные уровни стали снабжать «лазерными отвесами»: это дополнительные светодиоды, с
помощью которых можно направить луч одновременно на потолок и пол.
Ротационный уровень. Эта машина работает по принципу «кручу-верчу, выровнять хочу!»: лазер
крепится к валу электродвигателя, вращаясь на 360о. Отличием от позиционного нивелира, помимо
динамичного светодиода, является использование вместо призмы фокусирующей линзы. В итоге,
вместо лазерной плоскости, глазу видна лишь небольшая точка. Но при включении образуется
непрерывная линия, по всей площади комнаты или рабочей области. Ротационный уровень идеально
подходит для выравнивания потолков, разметки области поклейки обоев.
Не стоит забывать, что лазерный уровень не всемогущий – просто приткнув его где-нибудь,
удовлетворительный результат не гарантируется. Для получения корректного уровня, необходимо
провести выравнивание аппарата. В зависимости от модели, производится это либо вручную, либо
автоматически. Для ручной регулировки уровня используются специальные ползунки и пузырьковые
колбы со шкалами. Этот процесс требует максимальной концентрации и выдержки, так как даже при
идеальных, на первый взгляд, показаниях ручного уровня, нивелир может начать рисовать
«синусоиду» на стене.
Для более точной настройки используется механизм самовыравнивания: при сдвигах, уровень
производит калибровку и возвращает лазер в исходное положение. Весьма полезная функция, но при
соблюдении одного условия – угол отклонения не должен превышать 5-7о. В противном случае,
лазерный уровень громко объявит, что работать не хочет. Чтобы «уговорить» его продолжить
создавать линии, необходимо просто провести ручное выравнивание.
Область применения лазерных нивелиров
Как уже говорилось выше, спектр услуг, предоставляемых уровнем необычайно широк. Его можно
использовать как в помещении, так и для внешних работ. А при наличии специальных устройств
(штативов, подвесок или настенных штанг) с помощью нивелира можно выровнять практически всё.
Важно знать: так как нивелир использует лазер, уровень его видимости внутри или снаружи
помещения будет разным. Также на качество луча влияет эффективное расстояние видимости.
Обычно, для полупрофессиональных нивелиров оно составляет от 15 до 25 метров и зависит от
мощности лазера. Но, каким бы мощным не был аппарат, на улице эффективная дальность лазера
неумолимо снижается. В таком случае используется детектор. Он обладает способностью определять
местонахождение лазера, даже тогда, когда он не виден человеческому взгляду. При работе с
крупногабаритными объектами (от 30 метров), крайне рекомендуется использование детектора.
Вопрос 74. Строение карьерного комплекса.
Месторождение (или часть), разрабатываемая карьером, называется карьерным полем. Оно разделяется
в процессе разработки на горизонтальные слои. Каждый вышележащий слой отрабатывается с
опережением по отношению к нижележащему. В результате этого слои приобретают ступенчатую
(уступную) форму. Слой толщи горных пород, разрабатываемый самостоятельными средствами выемки
и транспорта, называют уступом. Иногда уступ разделяют по высоте на подуступы, которые
разрабатываются самостоятельными средствами выемки, но обслуживаются общим для всего уступа
транспортом.
Основными элементами уступа являются: верхняя и нижняя площадки, откос, угол откоса бровки
уступа и забой уступа (рис. 27.1). Верхняя горизонтальная часть поверхности уступа называется
верхней площадкой, а нижняя — нижней площадкой. Площадки уступа ограничивают уступ по высоте.
Откос уступа — наклонная (иногда вертикальная) плоскость, ограничивающая уступ от выработанного
пространства. Угол, образуемый откосом уступа и горизонтальной плоскостью, называется углом
откоса уступа. Линии пересечения откоса уступа с верхней и нижней площадками называются
соответственно верхней и нижней бровками уступа.
Расстояние по вертикали между нижней и верхней площадками называют высотой уступа. Она
выбирается с учетом физических свойств разрабатываемых пород и применяемого оборудования. Угол
откоса уступа определяется устойчивостью гарных пород и изменяется в широких пределах — от 40 до
80º.
Часть уступа по его длине, подготовленная для разработки, называется фронтом работуступа.
Суммарная протяженность фронта работ уступов составляет фронт работ карьера.
Площадки уступа, на которых располагают выемочное оборудование (буровое, добычное,
транспортное), называют рабочими площадками (рис. 27.2).
Основные элементы карьера
В отличие от рабочих нерабочие площадки оставляются с целью повышения устойчивости откосов
карьера.
Поверхность уступа, являющаяся объектом горных работ и перемещающаяся в результате этих работ,
называется забоем уступа (рис. 27.3).
Основные элементы карьера
Им, как правило, является его торец. В отдельных случаях забоем уступа может быть его откос или
верхняя рабочая площадка.
В результате перемещения забоя производится отработка горных пород в виде полос, называемых
заходками.
Часть заходки по ее длине, разрабатываемая самостоятельными средствами отбойки и погрузки,
называют блоком.
Боковые поверхности, ограничивающие карьер, называют бортами карьера. Различают рабочий и
нерабочий борта карьера. Рабочим называют борт, на котором ведутся горные работы, а нерабочим —
борт, на котором горные работы уже не производятся. Нижнюю, обычно горизонтальную, поверхность
карьера называют дном карьера.
При решении вопроса о выборе способа разработки, а также определении целесообразной конечной
глубины карьера производят технико-экономические расчеты, при которых используют такой
показатель, как коэффициент вскрыши. Последний представляет отношение количества пустых
(вскрышных) пород, удаляемых при открытой разработке месторождений, к единице добытого
полезного ископаемого. Используя этот показатель, а также учитывая стоимостные показатели добычи
полезного ископаемого подземным и открытым способом, можно определить целесообразность
применения открытого способа разработки.
К настоящему времени открытым способом добывается большая часть полезных ископаемых. Построены
крупные карьеры с годовой производительностью, составляющей десятки миллионов тонн.
Карьерный комплекc
1-2 – верхний контур карьера;
3-4 – нижний контур карьера;
5-6 – рабочий борт карьера;
1-5 и 2-6 нерабочие борта;
8- нерабочие уступы;
13
- рабочие
уступы;
14
– площадки
уступов;
15 – откос уступа;
16 - заходки;
17 - предохранительные пл.;
13 -транспортные площадки.
Земельным отводом называется участок земной поверхности, выделенный
предприятию (организации) для своих нужд. Для горных предприятий земельные
отводы выдаются под здания, сооружения, коммуникации, отвалы, жилые поселки.
Карье р совокупность горных выработок, образованных при добыче ПИ открытым способом; горное
предприятие по добыче ПИ открытым способом
Отва л — размещение на поверхности пустых (вскрышных) пород или некондиционного минерального
сырья, а также хвостов обогатительных фабрик, отходов или шлаков от различных производств и
сжигания твёрдого топлива.
Вопрос 75. Стадии разработки месторождений открытым способом
Совокупность горных работ, заключающихся в выемке пород верхней части земной коры
непосредственно с поверхности земли, для добычи ПИ или создания котлованов другого назначения
называют открытыми горными работами. Открытые горные работы, выполняемые с целью добычи
Пи, называют открытым способом разработки или открытой разработкой месторожденийПИ.
Разработка месторождений Пи открытым способом включает в себя следующие стадии:
• подготовительную, в течение которой освобождают поверхность земельного отвода карьера, т.е.
вырубают леса, осушают болота и озера, отводят реки, переносят дороги, коммуникации; производят
предварительное осушение месторождения; ограждают карьер от стоков поверхностных вод;
снимают и складируют плодородный почвенный слой земли и т.п.;
• строительную, которая заключается в выполнении комплекса горнокапитальных работ,
создающих начальный фронт вскрышных и добычных работ и возможность осуществления
эксплуатационных работ; на этой стадии строят здания и сооружения поверхностного комплекса,
предприятия, горные выработки и транспортные коммуникации, обеспечивающие доступ к рабочим
горизонтам карьера;
• эксплуатационную, в течение которой производят вскрышные работы, т.е. выемку, перемещение и
размещение в отвалах вскрышных пород, и добычные работы, включающие в себя выемку,
перемещение, разгрузку или складирование ПИ; в результате вскрышных работ происходит
систематическое удаление пустых пород для создания доступа к ПИ, поэтому по своему назначению,
они являются подготовительными, а добычные работы, в результате которых извлекают ПИ из
массива пород, — очистными;
• восстановительную, которая заключается в рекультивации земель, нарушенных горными работами.
Все стадии открытой отработки карьерного поля, т.е. месторождения или его части, выполняют на
участке поверхности земли, представляющем собой земельный отвод карьера, в пределах которого
размещают также отвалы вскрышных пород, промышленную площадку и другие производственные
сооружения.
Вопрос 76. Инженерно-геологические наблюдения в период эксплуатации месторождения.
В период строительства осуществляются ведение геологической документации строительных
выемок и оснований сооружений, геотехнический контроль за производством земляных работ.
Другие виды работ, в том числе авторский надзор изыскательской организации, выполняются в
случае
необходимости
по
техническому
заданию
проектной
организации,
осуществляющей авторский надзор за строительством.
Состав и объемы изыскательских работ следует устанавливать в программе изысканий или в
предписании на их выполнение в соответствии с техническим заданием заказчика, с учетом
результатов документации строительных котлованов и положений настоящего Свода правил.
9.2. Техническое задание на И-Г изыскания должно содержать:
- данные об этапах и сроках выполнения строительных работ,
-о применяемых технических средствах,
-задачах и требуемой последовательности ведения контроля на каждом этапе строительства,
-порядке представления изыскательской продукции и оперативного решения вопросов,
- порядке согласования, экспертизы и утверждения актов приемки работ,
- участия в их составлении.
К техническому заданию должны прилагаться имеющиеся инженерно-геологические карты и
разрезы по участку подготовки основания, генплан объекта с указанием глубин выемок, карты
намыва, график ведения намеченных строительных работ и т.д.
9.3. И-Г изыскания в период строительства должны предусматриваться, в соответствующей
проектной документации и выполняться в случаях:
-строительства зданий и сооружений I уровня ответственности ,а в сложных инженерногеологических условиях - и при строительстве зданий и сооружений II уровня ответственности;
-осуществления мероприятий по технической мелиорации грунтов оснований;
- необходимости продолжения стационарных наблюдений за режимом подземных вод;
-длительных перерывов во времени между окончанием изысканий и началом строительства
объектов,;
-непредвиденных осложнений при строительстве объектов
-изменения генеральных планов объектов, в пределах которых выполнялись изыскания;
-строительства объектов в зонах повышенного риска.
Выполнение изыскательских работ следует осуществлять в подготовленных для строительства
котлованах, траншеях, искусственных выемках, на территориях, на которых проведена инженерная
подготовка, участках земляных сооружений из намывных или насыпных грунтов в процессе их
возведения, грунтовых массивах после их закрепления, мелиорации и т.п. с учетом требований СНиП
3.02.01-83.
9.4. При изысканиях в период строительства следует устанавливать соответствие инженерногеологических условий, принятых в проектной документации, фактическим - на основе проведения
обследования и инженерно-геологической документации котлованов, туннелей, прорезей и других
выемок по результатам изучения характера напластования, состава грунтов, высачивания подземных
вод, состояния и свойств грунтов в этих выемках.
При установлении существенных расхождений с принятыми в проекте и-Г данными, которые
могут обусловить изменение принятых проектных решений, следует выполнять дополнительные
изыскательские работы в объемах, обеспечивающих корректировку проекта.
При выявлении расхождений фактических И-Г условий с принятыми в проекте, результаты
инженерно-геологических изысканий должны содержать предложения по уточнению
соответствующих проектных решений.
9.5. При И-Г изысканиях в период строительства и проведении геотехнического контроля за
качеством возведения земляного сооружения и инженерной подготовки основания намывных и
насыпных грунтов, следует осуществлять оценку их качества на основе сопоставления фактически
полученных значений плотности сухого грунта со значениями предусмотренными проектом, а также
фактические значения влажности отсыпаемых (уплотняемых) грунтов со значениями оптимальной
влажности. Для определения плотности грунтов следует использовать полевые экспресс-методы:
виброзондирование, малогабаритные зонды , геофизические, в том числе ядерные методы
определения плотности-влажности, вращательный срез крыльчаткой и прямой метод определения
плотности-влажности - с помощью режущего цилиндра или шурфика
Опробование грунтов должно проводиться в соответствии с требованиями СНиП 3.02.01-87.
9.6. Специальные И-Г исследования (наблюдения) в период строительства объектов следует
проводить для решения следующих задач:
-определения скорости выветривания грунтов в откосах котлованов (выемок) и их устойчивости на
основе осуществления систематических наблюдений за их поведением (интенсивностью разрушения)
во времени;
-определения изменений параметров массивов горных пород от техногенного воздействия на
основе выполнения в туннелях и котлованах геофизических, в том числе сейсмоакустических
исследований и др.;
-наблюдения за развитием склоновых и суффозионных процессов, выдавливанием и выплыванием
грунтов в откосах котлованов;
-проведения испытаний на фрагменте опытного намыва земляного сооружения, если грунты не
полностью отвечают установленным требованиям;
-проведения инженерной подготовки оснований зданий и сооружений методами глубинного
уплотнения, закрепления грунтов и др.
9.7. Результаты И-Г изысканий в период строительства следует представлять в соответствии с
требованиями п. 6.28 СНиП 11-02-96 в виде технического отчета (заключения), который должен
содержать заключения и акты по приемке основания после инженерной подготовки участка к
строительству или намыву, заключения о качестве технической мелиорации грунтов основания, а
при намыве и отсыпке грунтов - заключения о разработке грунтов в карьере, материалы и акты
послойного контроля намыва и приемки отдельных участков или карт намыва, акты приемки других
возводимых сооружений, и др.
9.8. При изысканиях в период строительства и эксплуатации объектов в необходимых случаях в
соответствии с заданием заказчика следует проводить обследование грунтов оснований фундаментов
существующих зданий и сооружений с целью решения задач в соответствии с требованиями п. 5.12.
При обследовании грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений необходимо проходить
шурфы и скважины, отбирать образцы грунтов и пробы подземных вод для лабораторных
определений, выполнять зондирование, геофизические исследования и другие инженерногеологические работы, а также проводить стационарные наблюдения за деформациями грунтов
оснований зданий и сооружений и режимом подземных вод.
Конструкция, материал и состояние фундаментов во вскрытых шурфах должны устанавливаться по
поручению заказчика строительной или проектной организацией.
При проходке горных выработок должны быть выполнены мероприятия по предохранению грунтов
основания существующих фундаментов от нарушения их структуры и состояния (замачивание,
промерзание, вымывание, разрыхление и др.).
9.9. В техническом отчете о результатах обследования грунтов оснований фундаментов
дополнительно необходимо приводить сведения об изменениях геологической среды за период
строительства и эксплуатации зданий (сооружений) и их соответствии прогнозу,.
9.10. Стационарные наблюдения (локальный мониторинг) за отдельными компонентами
геологической среды в период эксплуатации зданий и сооружений следует осуществлять на основе
сети наблюдательных пунктов (скважин, постов, точек),.
Стационарные наблюдения следует осуществлять с помощью геодезических и геофизических
методов, зондирования, лабораторных испытаний и контрольно-измерительной аппаратуры,
установленной в основании зданий и сооружений, а также на участках развития геологических и
инженерно-геологических процессов.
Плотность наблюдательной сети, методы и периодичность наблюдений следует определять в
программе изысканий, исходя из особенностей сооружения, инженерно-геологических и
гидрогеологических условий и скорости (интенсивности) протекания процессов.
Результаты инженерно-геологических изысканий следует отражать в техническом отчете
(заключении) в соответствии с требованиями п. 6.29 СНиП 11-02-96 и настоящего Свода правил.
9.11. Достоверность количественного прогноза, составленного при изысканиях для разработки
проектной документации, следует проверять и уточнять при изысканиях в процессе строительства и
эксплуатации зданий и сооружений.
9.12. И-Г изыскания в период ликвидации предприятий, зданий и сооружений должны
обеспечивать в соответствии с требованиями п. 4.21 СНиП 11-02-96 получение материалов и данных
для обоснования проектных решений по санации (оздоровлению) и рекультивации (восстановлению
почв, земель) территорий, а также представление по результатам изысканий технического отчета в
соответствии с требованиями п. 6.30 СНиП 11-02-96.
Состав и объемы изыскательских работ следует устанавливать в программе изысканий на
основании технического задания заказчика.
При изысканиях необходимо выявлять наличие загрязняющих веществ в геологической среде,
опасных для здоровья населения, и осуществлять разработку предложений по утилизации и
нейтрализации этих веществ, проводить обследование состояния почвенного покрова и приводить
рекомендации по замене грунтов и почв на отдельных участках территории, оценку опасности и
риска от ликвидации объекта и др.
Изучение отдельных компонентов геологической среды, связанное с необходимостью осушения
территории и (или) осуществлением других мелиоративных мероприятий, направленных на
оздоровление территории после ликвидации объекта, следует проводить на основе выполнения
комплекса или отдельных видов работ, предусмотренных программой изысканий.
Вопрос 77. Рекультивация карьерного комплекса.
Карьерные выемки и отвалы образуются при добыче полезных ископаемых и строительных
материалов открытым способом, глубина карьера выемок зависит от мощности, расположения и
глубины залегания пласта. Рекультивация карьера – это необходимые действия по восстановлению
экологического баланса на месте разработок.
Заброшенные карьеры наносят существенный ущерб окружающей природной среде – на их месте,
как правило, наблюдаются ландшафтные изменения, изменяются гидрологический и
гидрогеологический режимы, нарушается геоморфология, происходит загрязнение подземных
горизонтов.
Рекультивация карьера включается в технологическую схему разработки месторождения, и
комплекс мероприятий по рекультивации выполняется постоянно, по мере сработки пласта.
Процесс рекультивация карьеров выполняется в несколько этапов.
Первый этап рекультивации карьера, подготовительный – это обследование территорий и
составление проекта рекультивации, разработка технико-экономического обоснования и
технологических схем.
На втором этапе рекультивации карьера проект согласуется с государственными надзорными
органами.
Третьим этапом рекультивации карьеров является непосредственно технологическое производство
работ, которые могут осуществляться различными методами в зависимости от типа карьера и его
местоположения. Наиболее распространенная технология рекультивация карьеров – это их засыпка
промышленными отходами, которые представляют малую опасность для окружающей среды.
Порядок мероприятий засыпки и устройства защитных сооружений определяется проектом
рекультивации карьера.
Вопрос 78. задачи маркшейдерской службы при разведке месторождений, проектировании и
строительстве горных предприятий, при разработке месторождений.
Выполнение маркшейдерских работ осуществляется маркшейдерской службой, входящей в состав
горного предприятия или организации, ведущей разведку месторождения, проектирование и
строительство горного предприятия. При детальной разведке месторождений полезных ископаемых в
задачи маркшейдерской службы входит построение опорной сети, съёмка земной поверхности,
перенесение проекта расположения разведочных выработок в натуру, съёмка всех пройденных
разведочных выработок, а также естественных и искусственных обнажений горных пород.
Совместно с геологами маркшейдеры на основе съёмок составляют чертежи горной графической
документации, отражающие объём выполненных разведочных работ, ситуацию земной поверхности,
форму и размеры тел полезного ископаемого, его качество, свойства вмещающих пород, атакже
участвуют в подсчёте геологических запасов. При проектировании горных предприятий
маркшейдерыучаствуют в проектноизыскательских ра ботах, в проектировании границ горных
предприятий и системразработки месторождения, размещен ии зданий и сооружений, подлежащих
строительству на площадяхзалегания полезных ископаемых, в установлении мер охраны сооружений
от вредного влияния горныхразработок, составлении календар ных планов развития горных работ;
проверяют правильностьзапроектированных соотношений геоме трических элементов генерального
плана поверхности, производятподсчёт промышленных запасов. При строительстве горных
предприятий маркшейдерской службойосуществляется построение сети о порных пунктов и перенос
геометрических элементов проектастроительства в натуру, проверяется пр авильность выполнения
запроектированного соотношениягеометрических элементов при монтаже по дъёмных установок и
армировании шахтных стволов, задаютсянаправления горным выработкам, про изводятся
исполнительные съёмки и подготавливается необходимаядля эксплуатации месторождения горная
графическая документация.
При эксплуатации месторождений маркшейдерской службой регистрируется динамикапроизво
дственного процесса горного предприятия и составляются чертежи горной графическойдокументаци
и; по мере подвигания горных выработок уточняются условия залегания месторождения иформа тел
полезного ископаемого, его качество, свойства вмещающих пород, составляются графики,отражающ
ие структуру месторождения, форму тел полезного ископаемого, его качество и распределениеполезн
ых компонентов, свойства вмещающих пород, а также динамику процесса сдвижения горных пород и
другие явления, знание которых необходимо для решения вопросов совершенствования технологиир
азработки месторождения и планирования развития горных работ; задаются направления горнымвыр
аботкам, разрабатываются мероприятия по безопасному ведению горных работ вблизи опасных зон и
осуществляется контроль за их выполнением; производятся наблюдения за сдвижением горных поро
д ипроявлениями горного давления, разрабатываются меры охраны зданий, сооружений, природных
объектов игорных выработок от вредного влияния горных разработок; производится учёт движения п
ромышленныхзапасов, потерь и разубоживания (См. Разубоживание) полезного ископаемого. При ли
квидации иликонсервации горных предприятий маркшейдерская служба определяет полноту выемки
полезногоископаемого и пополняет на момент ликвидации или консервации чертежи горной графиче
скойдокументации.
Вопрос 79. Организация маркшейдерской службы в горной промышленности, при
строительстве городских подземных сооружений, тоннелестроении.
5.1.1. Подземные маркшейдерские опорные сети являются главной геометрической основой для
выполнения съемок горных выработок и решения различных горно-геометрических задач, связанных
с обеспечением правильного и безопасного ведения подземных горных работ.
Построение подземной маркшейдерской опорной сети осуществляют по техническому проекту,
составленному с учетом перспективного плана проведения горных выработок.
5.1.2. Исходными пунктами для развития подземных опорных сетей служат подходные пункты,
удовлетворяющие требованиям триангуляции (полигонометрии) 1-го разряда или опорных сетей
более высокого класса точности, когда проведение горных выработок осуществляется из штолен или
наклонных стволов. Если горные выработки ведутся из вертикальных стволов, то исходными
пунктами опорных сетей являются пункты центрирования и ориентирования сети, заложенные в
околоствольных выработках.
5.1.3. Подземные опорные сети состоят из полигонометрических ходов, прокладываемых по
главным выработкам. Построение опорных сетей выполняют с разделением полигонометрических
ходов на секции гироскопически ориентированными сторонами (гиросторонами). Опорные сети
создают в виде систем замкнутых, разомкнутых и висячих ходов. Висячие ходы должны быть
проложены дважды или примыкать к гиросторонам. Разомкнутые ходы прокладывают между
исходными сторонами сети.
Высоты пунктов определяют геометрическим или тригонометрическим нивелированием.
5.1.4. Пункты подземных маркшейдерских опорных сетей в зависимости от срока их существования
и способа закрепления разделяют на постоянные и временные (приложение 5). Постоянные пункты
закладывают группами в местах, обеспечивающих их неподвижность и длительную сохранность. В
каждой группе должно быть не менее трех пунктов, а в околоствольном дворе при исходном
ориентировании - не менее четырех. При неустойчивых породах постоянные пункты закладывают по
мере возможности.
5.1.5. Точность измерений в полигонометрических ходах характеризуется следующими
показателями:
-- средние квадратические погрешности измерения горизонтальных углов - 20", вертикальных - 30";
-- средняя квадратическая погрешность гироскопического ориентирования не более 1′;
расхождение между двумя измерениями линии светодальномерами - не более 3 см, стальными
рулетками - 1:3000 длины стороны.
5.1.6. По мере подвигания горных выработок подземную опорную сеть периодически пополняют.
Пункты полигонометрических ходов не должны отставать от забоев выработок больше чем на 500 м,
если исходные планы горных выработок составляют в масштабе 1:2000, и на 300 м, если планы
составляют в масштабе 1:1000.
При ведении горных работ вблизи утвержденных границ опасных зон, у затопленных и
загазированных выработок удаление пунктов полигонометрических ходов от забоев выработок не
должно превышать 30 м при подходе выработок на расстояние 50 м к указанным границам и 150 м
при проведении выработок вдоль границы зоны.
5.2. Ориентирование и центрирование опорной сети
5.2.1.
Ориентирование подземной маркшейдерской опорной сети должно производиться
независимо дважды (одним или разными методами). Расхождение в результатах ориентирования
одной и той же стороны не должно превышать 3'. За окончательное значение дирекционного угла
принимают среднее взвешенное значение.
5.2.2. Гироскопический способ ориентирования подземных маркшейдерских опорных сетей
необходимо применять во всех случаях.
Геометрическое ориентирование через один вертикальный шахтный ствол применяется при глубине
ствола не более 500 м.
5.2.3. Центрирование сети осуществляется примыканием к отвесам, опущенным в вертикальные
горные выработки. Координаты отвесов определяются проложением от подходных пунктов
полигонометрических ходов 2-го разряда с количеством сторон не более трех.
Расхождение в положении пункта, определенного по двум независимым проектированиям через
одну вертикальную выработку, не должно превышать 5 см при Н < 500 м и величины 0,01Н (см) при
Н > 500 м, где Н - глубина ствола.
Гироскопическое ориентирование
Для определения дирекционных углов сторон подземной опорной сети следует применять
маркшейдерские гироскопические приборы, позволяющие выполнять ориентирование со средней
квадратической погрешностью не более 1′.
5.2.4. Гироскопические измерения, их обработка и вычисления выполняются в соответствии с
требованиями руководства по эксплуатации прибора.
5.2.5. Длина ориентируемых сторон подземной маркшейдерской сети должна быть не менее 50 м.
Гироскопический азимут каждой ориентируемой стороны определяется дважды.
Геометрическое ориентирование
5.2.6. Геометрическое ориентирование подземной маркшейдерской опорной сети выполняется через
вертикальные горные выработки.
При ориентировании через один ствол расхождение измеренных расстояний между отвесами на
поверхности и в шахте не должно превышать 2 мм.
5.2.7. Примыкание к створу отвесов при ориентировании через один шахтный ствол выполняют
способом соединительного треугольника. При этом средние квадратические погрешности передачи
дирекционного угла не должны превышать 30". Разность между измеренным и вычисленным
значением расстояния между отвесами не должна превышать 3 мм.
5.2.8. При ориентировании сети через два вертикальных ствола средняя квадратическая
погрешность дирекционного угла линии, соединяющей отвесы, не должна превышать 20".
5.3. Угловые измерения
5.3.1. Углы в подземных полигонометрических ходах измеряются теодолитами, обеспечивающими
необходимую точность, при этом применяются следующие способы центрирования: автоматический,
оптический и шнуровым отвесом.
5.3.2. В полигонометрических ходах, прокладываемых в горизонтальных выработках и наклонных с
углом наклона менее 30°, углы измеряют одним повторением или приемом. При измерении углов
способом повторений разность между одинарным и окончательным (средним) значением угла не
должна превышать 45". При измерении углов способом приемов расхождение углов между
полуприемами не должно превышать 1′.
5.3.3. Перед использованием постоянных пунктов сети измеряется контрольный угол; разность
между предыдущим значением угла и контрольным не должна превышать 1′.
5.4. Линейные измерения
5.4.1. Длину сторон в полигонометрических ходах измеряют стальными компарированными
рулетками, светодальномерами и другими приборами, обеспечивающими необходимую точность.
Стальные рулетки (ленты) должны быть прокомпарированы с относительной погрешностью не более
1:15000.
5.4.2. Стороны полигонометрических ходов измеряют дважды - в прямом и обратном направлениях.
Разрешается измерять линии в одном направлении со смещением промежуточных отвесов или со
смещением рулетки при повторном измерении. Отсчеты берутся до миллиметров, каждый интервал
измеряется не менее двух раз. В висячих ходах, примыкающих к гиросторонам, длина стороны
обязательно измеряется в прямом и обратном направлениях.
5.5. Обработка подземных опорных сетей
5.5.1. Обработка подземных опорных сетей включает: контроль вычислений в журналах измерений,
введение поправок в измеренные длины, вычисление невязок, уравнивание сетей, оценку точности
положения удаленных пунктов и вычисление координат пунктов полигонометрического хода.
5.6. Определение высот пунктов опорной сети
5.6.1. Высоты в горные выработки на пункты опорной сети передаются независимо дважды через
вертикальные, наклонные или горизонтальные горные выработки.
5.6.2. Передачу высот через вертикальные горные выработки рекомендуется выполнять длинной
шахтной лентой, длиномером или другими приборами, обеспечивающими необходимую точность.
5.6.3. Расхождение между двумя независимыми передачами высот по вертикальным выработкам,
мм, не должно превышать
Δh = (10 + 0,2H),
где Н - глубина шахтного ствола, м.
5.6.4. Техническое нивелирование выполняется, как правило, по выработкам с углов наклона менее
5°. Тригонометрическое нивелирование по наклонным выработкам рекомендуется производить
одновременно с проложением полигонометрического хода.
5.6.5. При техническом нивелировании прокладываются замкнутые ходы или висячие в прямом и
обратном направлениях. Расстояние между нивелиром и рейками не должно превышать 100 м.
Невязки ходов технического нивелирования не должны превышать 50 , мм, где L - длина хода, км.
При тригонометрическом нивелировании разность превышения для одной и той же линии не
должна превышать 0,4l, мм, где l - длина линии, м. Для всего хода расхождение в превышениях не
должно быть более 100, мм, где L - длина хода, км.
Вопрос 80. Роль маркшейдерской службы в вопросах охраны недр и рационального ведения
горных работ, техники безопасности и охраны труда.
- Руководители маркшейдерской и геологической служб организаций осуществляют в системе
производственного контроля следующие функции: доведение до руководителей участков, цехов и
других подразделений организации обязательных для исполнения указаний по вопросам
маркшейдерского и геологического обеспечения горных работ, а также по устранению нарушений
требований законодательства о недрах, промышленной безопасности, охране недр и окружающей
природной среды, проектной и технологической документации, годовых планов развития горных
работ (годовых программ работ) в целях предотвращения случаев аварий и травматизма,
сверхнормативных потерь полезных ископаемых, выборочной отработки богатых участков
месторождений, приводящей к необоснованным потерям запасов полезных ископаемых, и
недопущения других нарушений законодательных требований;
-внесение предложений руководителю организации по приостановке работ по строительству,
реконструкции, эксплуатации, консервации или ликвидации объектов по добыче полезных
ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, если
проведение этих работ может повлечь за собой порчу месторождений полезных ископаемых, прорыв
в горные выработки воды и вредных газов, возникновение опасных деформаций горных выработок,
охраняемых объектов поверхности и других аварийных ситуаций, а также в случае отступлений и
нарушений требований проекта и установленных норм и правил, незамедлительно ставя об этом в
известность руководителя организации и работников, ответственных за осуществление
производственного контроля;
-браковка работ, выполненных с отступлениями от утвержденных годовых планов развития горных
работ (годовых программ работ), проектной и технической документации;
-организация подготовки и аттестации работников служб в области промышленной безопасности и
охраны недр;
-внедрение в производство геологических и маркшейдерских работ новейших достижений науки и
техники;
-доведение до сведения работников служб информации об изменении требований нормативно технических документов в области геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ,
промышленной безопасности, охраны недр, их обеспечение нормативными документами;
-совершенствование организации и методов ведения геологических и маркшейдерских работ на
основе широкого внедрения новейших достижений науки и техники, передового отечественного и
зарубежного опыта на базе развития и освоения геофизической аппаратуры, оптико - электронной,
гравиметрической техники, систем глобального позицирования, лазерных, гироскопических,
инерциальных систем, геоинформационных и иных компьютерных технологий обработки
геологической и маркшейдерской информации;
-внесение руководителю организации предложений: о проведении мероприятий по обеспечению
охраны недр и промышленной безопасности, выполнению условий лицензий на пользование недрами
и видов деятельности;
-об устранении нарушений установленных требований по охране недр и промышленной
безопасности согласно указаниям работников служб;
-о поощрении за рациональное использование недр и высокое качество выполнения геологических
и маркшейдерских работ сотрудников служб, а также о наложении на них взысканий за нарушение
требований законодательства о недрах и утвержденной проектной и технической документации;
-о привлечении к ответственности лиц, нарушивших установленные требования и уклоняющихся от
выполнения указаний служб.
Вопрос 81. Основные факторы, определяющие разработку перспективных и текущих планов
развития горных работ.
Проектирование и развитие горных работ на карьерах связанно с необходимостью одновременного
широкого учета большого числа факторов, влияние которых на исследуемые параметры или
показатели имеют различный характер. При этом учет принципа биоэкологической и социальноэкономической направленности ведения горных работ становится важной научной задачей.
Совокупность горных выработок - карьер (рабочая зона), представляющая масштаб открытых
разработок, характеризует проектный контур рабочей зоны карьера, параметры техногенного
рельефа района разработок и режим нарушения и восстановления земель, которые взаимно влияют
друг на друга и зависят от горно-геологических условий разработки, морфометрических параметров
техногенного рельефа, параметров схем комплексной механизации, способов и параметров
вскрывающих выработок. Последние, которые по структуре нарушаемых площадей земель относятся
к остаточным горным выработкам и имеющие технологическую связь между системой разработки и
способами
вскрытия,
что
также в
свою очередь
предопределяют
степень
воздействия на окружающую среду и уровень основных технико-экономических показателей
достигаемых в карьере. С другой стороны, основные параметры техногенного рельефа (границы
открытых разработок - площадь и глубина формировании) характеризуют производственную
мощность, срок существования и промышленные запасы, а также предопределяют характер
воздействия на природную среду (земля,
вода, воздух) в районе горных работ.
Поскольку на современном горном предприятии объем капитальных вложений, эксплуатационных
расходфов предприятия и затрат на природоохранные мероприятия достигают значительных
величин, то легко понять значение правильного определения параметров рабочей зоны карьеров.
Анализ работы по определению параметров карьеров показал, что в науке и практике существует
столько правомерных принципов определения параметров карьеров, сколько имеется применяемых
обобщающих показателей и критериев коммерческой эффективности инвестиционных проектов
горного производства. В общем виде принципы определения параметров рабочей зоны карьера
можно разделить на группы. К первой группе относятся, те по которым параметры определяют и
оценивают непосредственно по экономическим показателям: прибыли, рентабельности, соотношение
финансовых затрат и результатов, обеспечивающих требуемую норму доходности. Вторая группа
представляет принципы определения параметров по коэффициентам вскрыши, параметрам
оборудования, системам вскрытия и разработки месторождений.
При разработке месторождений значительных размеров в плане важной задачей является
определение параметров рабочей зоны карьера. Различают конечные, перспективные и
промежуточные контуры рабочей зоны карьера.
Конечными называют контуры, по которым (согласно проекту) должны быть погашены открытые
горные работы. Их определяют с высокой степенью точности. Перспективные - контуры
(параметры), до которых предполагается развитие открытых горных работ в перспективе. Их
определяют приближенно и в процессе разработки корректируют. Промежуточными являются
контуры, которые согласно проекту должны быть достигнуты к определенному моменту разработки.
Разделение месторождений на карьерные поля осуществляется в зависимости от выбора основного
критерия и целевой функции. Последняя должна учитывать фактор снижения себестоимости Пи,
обусловленной совершенствованием техники и технологии вскрышных, добычных и ландшафтновосстановительных работ.
Наиболее общим критерием эффективности определения границ карьера по экономическим
показателям является чистый дисконтированный доход как сумма текущих эффектов за весь
расчетный период и индекс доходности представляющий отношение суммы приведенных эффектов к
величине приведенных капиталовложений.
При определении контуров карьера по коэффициентам вскрыши, осуществляются сравнение
среднего (для горизонтальных месторождений) и контурного (для пологих залежей) коэффициентов
вскрыши с граничными. При равенстве указанных коэффициентов, конечные контуры карьера
считаются установленными. При этом конечная глубина разработки соответствует почве пласта.
Тогда конечные контуры устанавливают путем отстраивания бортов карьера на момент погашения
горных работ под соответствующими углами.
При открытой разработке комплексных месторождений границы открытых разработок определяют
сравнением коэффициентов вскрыши с учетом суммарного товарного продукта, получаемого из
основного и попутных Пи
При открыто-подземной (комбинированной) разработке в период расширения или поддержания
производственной мощности предприятия границы открытых и подземных работ устанавливают по
граничному коэффициенту вскрыши, который представляет собой разницу между себестоимостью 1
м3 полезного ископаемого при открыто-подземной разработке и себестоимостью при открытой
разработке без учета затрат на природоохранные мероприятия к затратам на проведение этих работ.
На величину производственной мощности карьера влияет большое число технико-экономических и
экологических факторов: потребность в полезном ископаемом, себестоимость 1 т добычи с учетом
погашения затрат на вскрышные и ландшафтно-восстановительные работы, промышленные запасы в
контурах карьерного поля, способ вскрытия и система разработки и т.д. Вследствие значительного
количества определяющих факторов, большинство из которых взаимосвязаны, решение задачи по
определению оптимальной производственной мощности карьера представляет трудность и требует
тщательного выявления и анализа основных факторов.
Факторы, ограничивающие производственную мощность карьера, можно разделить на
горнотехнические и эколого-экономические. Основными горнотехническими факторами,
определяющими производственную мощность карьера, является: пропускная способность
транспортных коммуникаций, количество и производительность добычных экскаваторов,
необходимость обеспечения подготовленными запасами в указанном объеме, протяженность
добычного фронта. Кэкономическим фактором, определяющим производственную мощность
карьера, относят величину максимальной эффективности капитальных вложений на строительство и
размер предотвращенного ущерба окружающей природной среде, наносимого горным предприятием.
В связи с этим правильное определение производительности карьера по полезному ископаемому
имеет большое значение, т.к. от нее зависят все технико-экономические показатели работы карьера.
Занижение производственной мощности наносит ущерб недропользователю, а ее повышение вызывает напряженность в работе карьера. Поэтому обоснование оптимальной величины
производственной мощности может быть определено лишь на основе экономических факторов с
учетом горнотехнических и социально-экологических условий.
Определение параметров карьеров по экономическим показателям является наиболее
обоснованным достоверным, поскольку позволяет сопоставить затраты и доходы во времени
технико-экономических и экологических показателей. В этом случае наибольший интерес
представляют критерии определения параметров карьеров, в которых основные исследуемые
факторы взаимосвязаны в наиболее простой технико-экологической форме, позволяющей понять
сущность и принять наиболее простой метод расчетов, обеспечивающий достаточную степень
точности на стадии проектирования и развития открытых горных работ.
В месте с тем, несмотря на значимость решения проблемы определения оптимальных технологоэкономических параметров карьера по различным критериям, отсутствуют какие-либо мероприятия,
рекомендации по проектированию параметров рабочей зоны карьера по вскрышным, добычным и
ландшафтно-восстановительным работам, обеспечивающих снижение потерь земельных ресурсов в
районе открытых горных работ.
Вопрос 82. комплект горно-графической документации при планировании горных работ.
Виды горно-графической документации:
1). Планы — проекции объектов земной поверхности и горных выработок, составленные в
ортогональной проекции на горизонтальную плоскость с указанием на них числовых отметок
(координат z) отдельных точек или горизонталей изображаемой поверхности.
2). Проекции — чертежи, представляющие собой изображение необходимых объектов
пространства на плоскости.
В маркшейдерской практике используются в основном проекции с числовыми отметками на одну
плоскость. Для более наглядного пространственного изображения отдельных участков горных
выработок иногда применяют аксонометрические, аффинные и перспективные проекции
3). Вертикальные проекции — чертежи, построенные в ортогональной проекции на вертикальную
плоскость. К изображению объектов в проекции на вертикальную плоскость прибегают в тех
случаях, когда проектирование на горизонтальную плоскость вызывает большие искажения и
приводит к неясному или недостаточно наглядному изображению рассматриваемых объектов,
например горных выработок, проведенных по крутой залежи. Для устранения искажений размеров
горных выработок "и других объектов, расположенных на наклонной залежи, плоскость проекции
располагают параллельно наклонной плоскости пласта (жилы) .
Такие чертежи называются проекциям и на наклонную плоскость рассматриваемого объекта.
4). Разрезы представляют собой изображение деталей объектов, расположенных в некоторой
секущей плоскости. В состав маркшейдерских чертежей входят вертикальные и горизонтальные
разрезы, на которых изображают геологическое строение толщи горных пород и горные выработки.
Вертикальные геологические разрезы строят по линиям разведочных и горно-эксплуатационных
выработок, а также по направлениям простирания и вкрест простирания залежи. Масштабы разрезов,
как и планов, принимают одинаковыми в горизонтальном и вертикальном направлениях.
5). Профили представляют собой чертежи, изображающие на данной вертикальной секущей
плоскости только лишь необходимые линии контура рассматриваемого объекта. Вертикальные
секущие плоскости при этом могут проходить через прямые ломаные линии.Профили строят для
изображения характера изменения по высоте какой-либо поверхности, например рельефа местности,
нижней границы наносов, почвы или кровли горной выработки в данном направлении. Профили в
основном строят вдоль вытянутых объектов, например оси железных и автомобильных дорог,
откаточных путей и т. д.
По характеру построения все чертежи делятся наисходные (оригиналы) и производные (копии и
репродукции). Под исходными чертежами следует понимать чертежи, построенные
непосредственно по результатам измерений и вычислений.Под производными — чертежи,
полученные путем репродукции или уменьшения исходных чертежей и дополненные специальным
содержанием, соответствующим их назначению
Планы земной поверхности и горных выработок составляют в разграфке квадратных планшетов.
Вопрос 83. Маркшейдерские планы. Основные специальные.
Планы, составленные в принятой системе координат и в определенном масштабе, на которых в
единых условных знаках нанесены все (или частично) горные выработки шахты (карьера, рудника),
сооружения и природные объекты на поверхности в пределах горного отвода и которые
характеризуют формы, условия залегания и свойства залежей полезного ископаемого. По
назначению Маркшейдерские планы разделяются на:

основные — составляются по результатам съемок, служат основой для построения всех
остальных Маркшейдерских планов и других графических документов;

специальные — составляются по основным Маркшейдерским планам или по результатам
специальных маркшейдерских съемок и служат для решения отдельных конкретных задач,
возникающих в процессе строительства и эксплуатации горных предприятий.
В зависимости от характера и расположения изображаемых объектов как основные, так и
специальные Маркшейдерские планы разделяются на планы поверхности и подземных горных
выработок.
На горных предприятиях с густой и сложной сетью горных выработок для наглядного
представления об их пространственном расположении составление Маркшейдерских планов
производится в аксонометрической или аффинной проекциях, для построения которых применяется
специальный прибор — аффинограф.
На некоторых месторождениях со сложными геологическими и горнотехническими условиями в
целях объемного представления о форме залегания залежей полезных ископаемых строятся
объемные модели: статические и динамические. Помимо указанных Маркшейдерских планов на
горных предприятиях изготовляется для руководства предприятий, вышестоящих организаций
(трест, комбинат и др.) и горноспасательных частей комплект обменных Маркшейдерских планов —
периодически пополняемых копий основных Маркшейдерских планов.
Вопрос 84. основные задачи маркшейдерской службы на горнодобывающих предприятиях.
Маркшейдер участвует во всех этапах работы горного предприятия, начиная с разведки
месторождений и кончая ликвидацией предприятия. Причем каждый этап требует своей специфики
производства маркшейдерских работ.
Разведка месторождений ПИ. При разведке месторождений ПИ маркшейдер участвует в съемке
земной поверхности; согласно проекту геологоразведочных работ определяет и задает в натуре
положение разведочных выработок (шурфов, канав, штолен и т. п.); производит съемку разведочных
выработок, мест взятия проб, обнажений горных выработок, элементов залегания пластов полезного
ископаемого и вмещающих пород; совместно с геологом составляет на основе съемок графическую
документацию, отражающую форму и условия залегания месторождения. Существенное значение
для оценки месторождений имеют работы маркшейдеров по составлению различных
горногеометрических графиков, отражающих качественные свойства полезного ископаемого.
Маркшейдерские планы и разрезы, построенные по данным геологической разведки,
используются для подсчета запасов и проектирования горного предприятия.
Проектирование и строительство горного предприятия. При проектировании горных предприятий
маркшейдер участвует в проектно-изыскательских работах: в оформлении границ шахтных полей в
соответствии с действующими положениями о горных и земельных отводах; в проектировании
системы разработки и сооружений на поверхности; в разработке мер охраны сооружений
(поверхностных и под земных) от вредного влияния подземных разработок; в составлении графиков
организации и планов горных работ в процессе строительства и эксплуатации месторождения; в
подсчете потерь и промышленных запасов полезных ископаемых.
При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач, связанных с
перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка центра и осей
ствола, разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и т.д.). Он осуществляет
контроль строительства подъемного комплекса, проходки и армирования ствола и проведения
капитальных выработок, выполнения проекта специальных методов строительства стволов шахт.
Эксплуатация месторождений. Роль маркшейдера при разработке месторождений полезных
ископаемых исключительно велика: он производит съемки выработок; задает направления горным
выработкам; по результатам съемок составляет планы; осуществляет контроль ведения горных работ
в соответствии с проектами и правилами безопасности; выполняет соединительные съемки,
обеспечивающие связь поверхностных и подземных маркшейдерских опорных сетей; производит
постоянный контроль полноты извлечения полезного ископаемого; осуществляет наблюдения за
сдвижением и давлением горных пород; участвует в составлении мер охраны сооружений,
природных объектов, горных выработок от вредного влияния подземных разработок и реализует
направления рекультивации нарушенных горными работами земель, принимает участие в
планировании как очистных, так и подготовительных работ, составляет квартальные, годовые и
перспективные планы развития горных работ; предоставляет данные объемов добычи и потерь для
учета движения балансовых запасов.
При ликвидации и консервации горного предприятия маркшейдер определяет полноту выемки
полезного ископаемого, а также наряду со съемкой горных выработок и пополнением планов горных
работ готовит журналы вычислений подземных съемок и ориентировок шахт для передачи на
хранение в архивы.
Вопрос 85. Права и обязанности главных и участковых маркшейдеров на предприятии.
Основными задачами маркшейдерской службы в горнодобывающих отраслях являются:
своевременное и высококачественное выполнение маркшейдерских работ; совершенствование
организации и методов ведения работ; осуществление ведомственного контроля за своевременным и
правильным маркшейдерским обеспечением горного производства.
В обязанности главного маркшейдера входит: составление месячных, квартальных и годовых
планов производства капитальных и текущих маркшейдерских работ, распределение и утверждение
обязанностей для всех сотрудников отдела (службы); систематический контроль за своевременным
обеспечением горного действующего и строящегося предприятия геодезическими и
маркшейдерскими опорными сетями, горной графической документацией; участие в разработке
годовых и перспективных планов развития горных работ;контроль за соответствием фактического
ведения горных работ проектам и календарным планам; организация проведения инструментальных
наблюдений за процессами сдвижения горных пород, деформацией земной поверхности, зданий и
сооружений, за устойчивостью уступов, бортов карьеров и откосов отвалов и составление
нормативных документов; разработка нормативных и плановых потерь полезных ископаемых (для
действующих предприятий); определение и учёт объёмов вскрышных и очистных работ,
подготовительных выработок, остатков полезного ископаемого на складах, добычи и потерь
полезного ископаемого в недрах; участие в подборе, назначении и расстановке маркшейдерских
кадров и другие работы. Главный маркшейдер осуществляет контрольные функции.
В обязанности участкового маркшейдера входят :выполнение лично или участие в бригаде по
созданию опорной сети планового или высотного обоснования в выработках и на земной
поверхности; производство всех видов маркшейдерских съёмок на закреплённом участке и их
камеральная обработка, составление и пополнение горной графической документации; определение и
учёт запасов выработанного пространства; подсчёт и учёт совместно с сотрудниками геологии
запасов полезного ископаемого; участие в составлении календарных планов развития горных работ,
составление маркшейдерской отчётности.
Горнорабочие маркшейдерской службы являются непосредственными участниками и помощниками
маркшейдера на всех стадиях производства съёмочных работ.
Все маркшейдерские работы, связанные с функционированием горного производства, по своему
значению, трудоемкости и характеру можно разделить на два вида - основные и текущие.
Вопрос 86. Основные факторы, определяющие разработку персперктивных и текущих планов
развития маркшейдерских работ (См. вопрос 81)
Вопрос 87. Основные элементы планограмм производства основных марк.работ.
Совокупность линейных и угловых измерений в горных выработках и на поверхности с целью
определения пространственного положения и последующего изображения на марк.планах выработок,
сооружений и природных объектов в границах горного отвода , форм условий залегания и свойств
залежей ПИ, а также для решения различных горногеометрических зхадач в процессе разведки
месторождений ПИ, строительства, эксплуатиции горных предприятий.
Марк.съемки разделяются на :
-горизонтальные (определяется положение объектов съемки в гор.плоскасти (плане);
-ветрикальные (определяется положение объектов в вертик.плоскасти (по высоте)
По месту выполнения:
-подземные;
-поверхностные
Подземные разделяются : на горизонтальные соединительные(ориентировки), подземные
гор.съемки горных выработок, подземные вертик.съемки; гориз. И верт. Съмки пониженной
точности, замеры очистных и подготовительных выработок.
Основными поверхностными съемками являются съемки по созданию плановой и высотной сетей
опорных пунктов; тахеометрические, мензульные, стереофотограмметрические, гориз. И верт.съемки
по созданию опорных пунктов съемочного обоснования; гориз. И верт. Съемки объектов на
поверхности в карьерах;съемки по переносу в натуру проектов различных объектов; и т.д.; съмки и
рулеточные замеры для определения объемов горных(вскрышных) работ, отвалов и Пи).
Вопрос 88. Виды, назначение и методы создания плановых геодезических сетей.
Плановые геодезические сети подразделяются на три категории: государственные геодезические
сети (ГГС), сети сгущения (СС) и сети съёмочного обоснования (ССО).
Государственные геодезические сети и сети сгущения могут создаваться методами триангуляции,
полигонометрии или трилатерации. В населённых пунктах преимущество отдаётся методу
полигонометрии, как наиболее удобному в условиях сплошной застройки. Сети съёмочного
обоснования создаются проложением теодолитных ходов или с применением различных
геодезических засечек.
1. Триангуляция — это метод построения плановой геодезической сети в виде примыкающих друг к
другу треугольников, в которых измеряют все углы и длину хотя бы одной стороны, называемой
базисом или базисной стороной /—// (рис. 61, а). Триангуляция является наиболее распространенным
методом построения плановых геодезических сетей. Системы треугольников строят в виде рядов или
сетей. Решая последовательно треугольники от начальной непосредственно измеряемой стороны I—
II, находят все стороны системы треугольников. В основе метода триангуляции лежит решение треугольников по стороне и двум углам с использованием теоремы синусов
Таким образом, решая последовательно треугольники триангуляции, находят длины всех сторон, их
дирекционные углы (азимуты), а затем и координаты всех пунктов. Координаты начального пункта
определяют по измерениям в сети высшего разряда. Далее координаты пунктов триангуляционного
ряда или сети получают путем последовательного решения прямых геодезических задач, начиная с
начального пункта и по ходовой линии.
2. Трилатерация — это метод построения плановой геодезической сети в виде примыкающих друг к
другу треугольников, в которых измеряют длины всех сторон. Из решения треугольников находят их
углы, а затем вычисляют координаты всех вершин треугольников. Недостатком метода трилатерации
является отсутствие надежного полевого контроля измерений.
3. Полигонометрия — это метод построения геодезической сети в виде системы замкнутых или
разомкнутых ломаных линий, в которых непосредственно измеряют все элементы: углы поворота |5
и длины сторон d (рис. 61, б).
Углы в полигонометрии измеряют точными теодолитами, а стороны — мерными проволоками или
светодаль-номерами. Ходы, в которых стороны измеряют стальными землемерными лентами, а углы
— теодолитами технической точности 30" или Г, называются теодолитными ходами. Теодолитные
ходы находят применение при создании съемочных геодезических сетей, а также в инженерногеодезических и съемочных работах. В методе полигонометрии все элементы построения измеряются
непосредственно, а дирекционные углы а и координаты вершин углов поворота определяют так же,
как и в методе триангуляции.
Порядок построения планов сетей: по принципу от общего к частному, от крупного к мелкому, от
точного к менее точному.
Вопрос 89. Методы создания и назначения топографических карт и планов.
Топографические съемки в масштабах 1 : 25 000, 1 : 10 000, 1: 5 000,1 : 2 000, 1 : 1 000, 1 : 500
выполняются с целью создания государственных топографических карт и планов, необходимых для
изучения, использования и охраны природных ресурсов, для различных изысканий и выполнения
других работ по экономическому развитию страны, а также для обеспечения обороны страны.
Топографические съемки служат основой земельного, городского, лесного кадастра.
Топографические карты в масштабе 1 : 50 000 и более мелких масштабах,как правило, создаются
методами картосоставления.
В настоящее время съемки выполняются следующими методами:
− стереотопографическим;
− комбинированным;
− наземным фототопографическим;
− тахеометрическим;
− горизонтально-вертикальным методом.
Основной объем топографических съемок в стране выполняется стереотопографическим методом.
Комбинированный метод применяется тогда, когда стереотопографический метод не обеспечивает
точность отображениярельефа. Тахеометрическая съемка используется на небольших участках, когда
применение аэрофотосъемки не выгодно экономически. Горизонтально-вертикальная съемка
выполняется на территориях с капитальной застройкой в масштабах 1 : 500, 1 : 1 000.
Наземная фототопографическая съемка применяется в высокогорной и горной открытой местности
со сложным рельефом.
Цифровое картографирование – наиболее перспективный метод, основанный на сборе, обработке и
хранении топографической информации вцифровом виде.Результаты топографических съемок
представляются в виде:
− - обычных (бумажных) топографических карт;
− - топографических планов;
− - фотокарт и ортофотопланов;
− - цифровых карт и планов.
Все работы по созданию карт регламентируются следующими нормативными документами:
− - основными положениями;
− - инструкциями;
− - наставлениями и руководствами;
− - руководящими техническими материалами;
− - стандартами; − - условными знаками.
Вопрос 90. Опорные геодезические сети, их назначение и классификация.
ОПОРНАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬсистема закрепленных на местности точек, плановое положе
ние ивысота которых определены в единой системе координат на основании геодезических измерени
й; эти точкислужат опорными пунктами при геодезических и топографических съемках.
Топографо-геодезические работы выполняются по принципу от общего к частному. Это означает,
что первоначально определяют координаты небольшого числа точек с высокой точностью, а затем на
их основе определяют координаты других точек. Геодезическая основа (сеть опорных пунктов)
представляет совокупность точек, прочно закрепленных на земной поверхности, положение которых
определено в общей для них системе координат и высот. В результате построения геодезических
сетей определяют плоские прямоугольные координаты пунктов Х, Y и их высоты Н, которые в
совокупности позволяют определить положение пункта в единой системе координат.
Геодезические сети подразделяются на государственные, геодезические сети сгущения и
съемочные. Наиболее общей и точной является государственная геодезическая сеть (ГГС). Она
представляет основу (каркас) для построения других геодезических сетей. Геодезическая опорная
сеть подразделяется на плановую и высотную, а если для пунктов определены плановые и высотные
координаты, то она является планово-высотной. Определение планового положения пунктов, т. е.
создание плановой геодезической сети, выполняется методами триангуляции, трилатерации,
полигонометрии и спутниковой технология.
Вопрос 91. Методы создания плановых геодезических сетей.
1. Триангуляция — это метод построения плановой геодезической сети в виде примыкающих друг к
другу треугольников, в которых измеряют все углы и длину хотя бы одной стороны, называемой
базисом или базисной стороной /—// (рис. 61, а). Триангуляция является наиболее распространенным
методом построения плановых геодезических сетей. Системы треугольников строят в виде рядов или
сетей. Решая последовательно треугольники от начальной непосредственно измеряемой стороны I—
II, находят все стороны системы треугольников. В основе метода триангуляции лежит решение треугольников по стороне и двум углам с использованием теоремы синусов
Таким образом, решая последовательно треугольники триангуляции, находят длины всех сторон, их
дирекционные углы (азимуты), а затем и координаты всех пунктов. Координаты начального пункта
определяют по измерениям в сети высшего разряда. Далее координаты пунктов триангуляционного
ряда или сети получают путем последовательного решения прямых геодезических задач, начиная с
начального пункта и по ходовой линии.
2. Трилатерация — это метод построения плановой геодезической сети в виде примыкающих друг к
другу треугольников, в которых измеряют длины всех сторон. Из решения треугольников находят их
углы, а затем вычисляют координаты всех вершин треугольников. Недостатком метода трилатерации
является отсутствие надежного полевого контроля измерений.
3. Полигонометрия — это метод построения геодезической сети в виде системы замкнутых или
разомкнутых ломаных линий, в которых непосредственно измеряют все элементы: углы поворота |5
и длины сторон d (рис. 61, б).
Углы в полигонометрии измеряют точными теодолитами, а стороны — мерными проволоками или
светодаль-номерами. Ходы, в которых стороны измеряют стальными землемерными лентами, а углы
— теодолитами технической точности 30" или Г, называются теодолитными ходами. Теодолитные
ходы находят применение при создании съемочных геодезических сетей, а также в инженерногеодезических и съемочных работах. В методе полигонометрии все элементы построения измеряются
непосредственно, а дирекционные углы а и координаты вершин углов поворота определяют так же,
как и в методе триангуляции.
Порядок построения планов сетей: по принципу от общего к частному, от крупного к мелкому, от
точного к менее точному.
Вопрос 92. Методы построения высотных ОГС. Общие правила построения ГГС.
Высотная геодезическая сеть (нивелирная сеть) — сеть пунктов земной поверхности, высоты
которых над уровнем моря определены геодезическим методом нивелирования. Пункты нивелирной
сети закрепляют на местности нивелирными марками и реперами, которые закладывают в стены
долговечных сооружений или непосредственно в грунт на некоторую глубину. Нивелирная сеть
служит высотной основой топографических съемок, а при повторных определениях нивелирных
высот её пунктов используется также для изучения вертикальных движений земной коры. Высотная
опорная геодезическая сеть развивается в виде сетей нивелирования I-IV классов точности, а также
технического нивелирования в зависимости от площади и характера объекта строительства.
Исходными для развития высотной опорной геодезической сети являются пункты государственной
нивелирной сети (ГНС).
Государственная геодезическая сеть (ГГС) – система закрепленных на местности пунктов,
положение которых определено в единой системе координат и высот.
ГГС предназначена для решения следующих основных задач, имеющих хозяйственное, научное и
оборонное
значение:
– установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на
всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований;
– геодезическое обеспечение картографирования территории России и акваторий окружающих ее
морей;
– геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра,
строительства, разведки и освоения природных ресурсов;
– обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической
навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред;
– изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени;
– изучение геодинамических явлений;
– метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения местоположения и
ориентирования.
Геодезические высоты пунктов ГГС определяют как сумму нормальной высоты и высоты
квазигеоида над отсчетным эллипсоидом или непосредственно методами космической геодезии, или
путем привязки к пунктам с известными геоцентрическими координатами. Нормальные высоты
пунктов ГГС определяются в Балтийской системе высот 1977 года, исходным началом которой
является нуль Кронштадтского футштока. Карты высот квазигеоида
над общим
земным
эллипсоидом и референц-эллипсоидом Красовского на территории Российской Федерации издаются
Федеральной службой геодезии и карто-графии России и Топографической службой ВС РФ.
Масштаб ГГС задается Единым государственным эталоном времени-частоты-длины.
В работах по развитию ГГС используются шкалы атомного ТA (SU) и координированного UTC
(SU) времени, задаваемые существующей эталонной базой Российской Федерации, а также
параметры вращения Земли и поправки для перехода к международным шкалам времени,
периодически публикуемые Госстандартом России в специальных бюллетенях Государственной
службы времени и частоты (ГСВЧ).
Астрономические широты и долготы, астрономические и геодезические азимуты, определяемые по
наблюдениям звезд, приводятся к системе фундаментального звездного каталога, к системе среднего
полюса и к системе астрономических долгот, принятых на эпоху уравнивания ГГС.
Метрологическое обеспечение геодезических работ осуществляется в соответствии с требованиями
государственной системы обеспечения единства измерений.
Плотность размещения пунктов ГГС следующая:
масштаб 1 пункт на: сред.расст.
1:25000
50-60
7км2
8км
1:10000
50760км2
8км
:5000
20530км2
6км
1:2000
5215км2
4км
Ошибка длины: ms = 0.25
,
где m – графическая ошибка длины на карте, M – знаменатель масштаба.
На каждом пункте существующей ГГСН в соответствии с «Инструкцией о построении
государственной геодезической сети», М., Недра, 1966 г. определяются по два ориентирных пункта с
подземными центрами, пронумерованные от направления на север по часовой стрелке, на расстоянии
от центра пункта не менее 500 м в открытой и 250 м в занесенной местности, с обеспечением
видимости на них непосредственно с центра.
Высоты всех пунктов ГГС определены в основном тригонометрическим нивелированием по
сторонам сети от пунктов, принятых за опорные, которые определены геометрическим
нивелированием и расположены не реже чем 3 стороны полигонометрии или 75 км в сети
триангуляции.
Вопрос 93. Опорная ГГС России (СНГ) 1-4 классов. Ее основные характеристики.
Проектирование геодезических сетей.
Государственная геодезическая сеть является главной геодезической основой съемок всех
масштабов. Они подразделяются на: а) сети триангуляции, полигонометрии и трилатерации I, II, III и
IV классов и б) нивелирные сети I, II, III и IV классов, различающиеся по точности измерений и по
последовательности выполнения, чтобы сеть младшего класса строилась на основе сети старшего
класса.
Триангуляция I класса строится в виде рядов, расположенных преимущественно вдоль меридианов
и параллелей и образующих полигоны периметром около 800-1000 км. Звеня, составляющие
полигоны должны иметь длину не более 200 км, причем звенья триангуляции I класса при
необходимости могут быть заменены полигонометрией того же класса. Эту сеть еще называют
астрономо-геодезической. Она служит для решения научных задач по определению формы и
размеров Земли.
Триангуляция II класса строится в виде сетей треугольников, сплошь покрывающих площади
полигонов триангуляции I класса. В отдельных случаях сети триангуляции могут быть заменены
сетями ходов полигонометрии II класса. Внутри сетей триангуляции, примерно в середине полигона,
измеряют не менее одной базисной стороны (ab), на концах которой также определяют широту,
долготу и азимут.
На основе пунктов I и II классов по мере надобности строится триангуляция III класса в виде
отельных систем, состоящих из нескольких пунктов. Триангуляция IV класса строится также в виде
систем или отдельных пунктов на основе пунктов старшего класса.
В таком же порядке строят геодезические сети III и IV классов методом полигонометрии.
В районах, где сети I и II классов не построены, для обеспечения съемок в масштабах 1:5000 и
1:2000 на небольших участках разрешается строить самостоятельные сети триангуляции III и IV
классов, в которых должно быть измерено не менее двух базисных сторон. Полигонометрические
сети строят в этом случае полигонами с периметром для III класса - не более 60 км и для IV класса не более 35 км.
Построение геодезических сетей методом триангуляции производится по программе,
разрабатываемой в каждом отдельном случае в зависимости от фиизико-географических и других
условий района работ.
Пункты государственной геодезической сети закрепляют на местности подземными сооружениями,
призванными обеспечить их неизменное положение и долговременную сохранность. Для измерения
углов и линий над центрами пунктов сооружают деревянные или металлические наружные знаки,
конструкция которых зависит от физико-географических условий - рельефа, залесенности района, а
также от расстояний между пунктами.
Вопрос 94. Предрасчет точности ориентирно-соединительных съемок.
Предрасчет точности ориентирно-соединительных съемок состоит из:
Погрешность проектирования точки и направления на ориентируемый горизонт. Линейная и
угловая погрешности проектирования. Источники погрешности и способы их уменьшения. Анализ
ориентирования через один вертикальный ствол с примыканием соединительным треугольником.
Наивыгоднейшая форма треугольника. Контроль измерений и вычислений. Влияние погрешности
центрирования теодолита на подходных точках. Погрешность примыкания. Общая погрешность
ориентирования. Анализ ориентирования через два вертикальных ствола. Погрешность примыкания
к отвесам на поверхности. Погрешность проектирования. Погрешность дирекционного угла первой и
любой стороны подземного полигонометрического хода в зависимости от погрешности измерения
углов и длин сторон. Общая погрешность ориентирования. Методы предрасчета точности
ориентирования.
Геометрическая связь между геодезической плановой и высотной основой на поверхности с
маркшейдерской плановой и высотной основой в подземном пространстве производится через
стволы шахт или котлованы и другие вертикальные выработки. Весь комплекс работ по обеспечению
геометрической связи планово-высотной основы на поверхности и подземной, т. е.ориентирносоединительные съемки можно разделить на работы по определению дирекционного угла начальной
стороны подземной плановой основы — ориентирование и определение координат X и У начального
пункта подземной плановой основы центрирование.
Часто процесс ориентирования и центрирования, а также передача высотных отметок с поверхности
под землю проводится одновременно.
Вопрос 95(22). Современные представления о формах и схемах сдвижения подработанного
слоистого породного массива.
Вопрос 96(23). Факторы, влияющие на процесс сдвижения горных пород и земной поверхности.
(ВМЕСТЕ)
Выемка пластов угля и других залежей ПИ вызывает образование в недрах земли пустот
значительных размеров. Породы, залегающие в кровле горных выработок, под действием силы
тяжести и горного давления приходят в движение, обусловливая развитие процесса сдвижения всей
толщи, включая земную поверхность.
В результате сдвижения и деформации толщи горных пород деформируется и нарушается
целостность крепи горных выработок (стволов, квершлагов, околоствольных выработок, штреков),
попавших в зону сдвижения. Объекты, расположенные на земной поверхности и также попавшие в
зону сдвижения, деформируются, а при неблагоприятных условиях подработки даже разрушаются.
Например, в стенах и фундаментах зданий возникают трещины, межэтажные перекрытия теряют
устойчивость, наблюдаются перекосы оконных и дверных проемов, происходит отслаивание и
падение штукатурки; в подработанных горными работами железных дорогах изменяются уклоны
пути, нарушается плотность балласта, происходит разрыв планок, скрепляющих рельсы, выброс
рельсов; в подземных металлических трубопроводах (газопроводах, водопроводах) возникают
разрывы и смятия; в промышленных объектах может быть нарушена эксплуатация технологического
оборудования (подъемных машин, транспортных кранов, станков, агрегатов); подработанные
водоемы могут явиться источником повышенного притока воды в шахты, а иногда и причиной их
затопления.
Сдвижение толщи горных пород и земной, поверхности, вызванное подземными горными
разработками, зависит от многих факторов, основными из них являются: физико-механические
свойства горных пород, геологическое строение толщи, гидрогеологические условия, тектонические
нарушения (сбросы, трещины, складчатость), мощность залежи, глубина разработки, система
разработки (размеры очистных выработок, полнота выемки, управление кровлей), скорость
подвигания очистных работ, нарушенность толщи ранее проведенными горными выработками,
мощность наносов, рельеф земной поверхности.
Основными физико-механическими свойствами горных пород являются: прочность, сопротивление
деформациям растяжения, сжатия, изгиба.
На процесс сдвижения горных пород и земной поверхности оказывает влияние естественные и
искусственные факторы.
Основные факторы:
Физико-механические свойства горных пород определяют форму проявления процесса
сдвижения. Из механических свойств горных пород на процессе сдвижения сказывается их
сопротивление сжатию, растяжению, срезу и изгибу. Механические свойства горных пород
существенно сказываются на величине углов сдвижения и разрывов. Чем крепче породы, тем больше
по абсолютному значению углы сдвижения и разрывов.
Геологическое строение толщи и обводненность ее в значительной мере предопределяют
основные стороны процесса сдвижения. Наличие в геологическом строении толщи месторождения
напластований из крепких пород способствует развитию процесса обрушения, напластования из
пластичных пород - развитию прогиба. Мощные напластования крепких пород задерживают
развитие процесса сдвижения. Обводненность способствует изменению физико-механических
свойств горных пород, в частности увеличению пластичности, явлению текучести, особенно в
наносах, и пучению.
Тектонические нарушения, трещиноватость часто являются направляющими плоскостями
сдвижения пород. Вдоль этих плоскостей породы ослабляются и перемещаются, а это иногда
приводит к искажению действительных величин углов сдвижения.
Влияние угла падения пород и залежи . От угла падения залежи зависит величина углов
граничных, сдвижения, разрывов. При пологом залегании пород обычно преобладает прогиб их, при
крутом — обрушение со сдвигом по напластованию.
Мощность залежи является одним из главных факторов, влияющих на процесс сдвижения. Чем
больше мощность вынимаемой залежи, тем интенсивнее развивается процесс сдвижения горных
пород, тем более преобладает процесс обрушения.
Глубина разработки. С увеличением глубины разработки конфигурация мульды сдвижения
становится настолько плавной, что обнаружить ее на поверхности можно только инструментально.
При прочих равных условиях с увеличением глубины разработки величина деформаций быстро
уменьшается, а продолжительность процесса сдвижения растет.
Система разработки слагается,, из принятого способа подготовки месторождения к выемке,
размеров очистной выемки и оставляемых целиков, способа управления кровлей. Все эти элементы
системы разработки существенно сказываются на развитии процесса сдвижения. Сплошная система
разработки в сочетании с большими размерами
Скорость подвигания очистных забоев. . При остановках забоя плавность процесса сдвижения
пород иногда нарушается до такой степени, что породы разламываются над забоем и образовавшиеся
трещины доходят до поверхности земли. Равномерное быстрое подвигание очистных забоев
способствует плавному прогибу подработанных участков поверхности и быстрому подвиганию края
мульды сдвижения под подрабатываемыми объектами, если последние попадают на дно мульды.
Нарушенность толщи пород ранее проведенными горными работами существенно отражается на
ходе процесса сдвижения при повторных ее подработках. В этих случаях процесс сдвижения
активизируется, т. е. параметры, характеризующие процесс сдвижения, отличаются от параметров
при первичной подработке.
Влияние рельефа поверхности на процесс сдвижения горных пород сказывается при подработке
крутых склонов, особенно гор и холмов. В этих случаях на крутых склонах появляются так
называемые заколы, т. е. резко выраженные глубокие трещины. Заколы отделяют нижнюю часть
склона от верхней, причем нижняя часть может получить значительные смещения.
Все факторы, влияют на развитие процесса сдвижения горных пород и образование мульды
сдвижения, одновременно влияют и па объекты, попавшие в зону сдвижения.
Мульда сдвижения земной поверхности — участок земной поверхности, на котором под
влиянием отработки полезного ископаемого подземным способом возникли сдвижения
и деформации. Величины деформаций зависят от вынимаемой мощности пласта, глубины горных
работ, угла падения пласта и площади отработки
Вопрос 97. Классификация свойств горных пород, основной классификационный признак.
Горные породы (ГП) – это устойчивые ассоциации минералов. Они возникают в условиях разных
геологических процессов и образуют самостоятельные геологические тела. Из них также состоит земная
кора. Встречаются горные породы повсеместно и в огромных количествах, а сфера их применения
невероятно широка. Ведь материалы, полученные при разработке ГП, повсюду. Это и щебень, и песок,
и отсев, и гравий, и скала, и дресва, и многие другие.
Сложность создания классификации свойств горных пород обусловлена рядом обстоятельств:
во-1, природа свойств горных пород чрезвычайно сложна, а любая классификация в той или иной мере имеет
формальный подход;
• во-2, в реальных условиях горная порода может находиться под одновременным воздействием
нескольких полей, а это, в свою очередь, может изменить те свойства пород, которые проявлялись
при раздельном воздействии полей, и открыть качественно новые свойства;
• в 3, совершенствование аппаратуры и методов изучения горных пород позволит получить
дополнительные количественные характеристики их свойств, не учтенные в классификации.
В.В. Ржевский и Г.Я. Новик делят физические свойства горных пород на плотностные,
механические, акустические, гидравлические и газодинамические, термические, электромагнитные,
(в том числе, радиационные), технологические.
Классификация, разработанная М.Е. Певзнером, позволяет избежать недостатков, присущих ранее
проанализированным классификациям. Построение этой классификации осуществлено по
следующей схеме: тип свойств - класс свойств - свойство - показатель, характеризующий свойство в
количественном отношении.
Основным классификационным признаком, на основании которого могут быть разделены
свойств горных пород, является тип материального поля, воздействующего на горную породу.
Рассматривая реальные условия существования горных пород, под термином «поле» следует
понимать часть пространства, внутри которого имеют место характерные изменения горной породы.
Выделяются поля двух типов и соответственно два типа свойств горных пород:
• химические, т. е. такие поля, при взаимодействии с которыми происходит химическое
превращение горной породы. Свойства, которые у нее при этом проявляются, называются
химическими;
• физические, т. е. такие поля, взаимодействуя с которыми горная порода не претерпевает
химического превращения. Свойства, которые при этом проявляются у горной породы, называются
физическими.
Под химическим превращением горной породы понимается такое превращение, при котором в
соответствии с особыми химическими закономерностями происходит изменение ее состава.
Химическое превращение происходит на атомном (в нижнем пределе) уровне и осуществляется в
процессе особых взаимодействий определенных структурных частиц вещества (атомы, молекулы,
ионы,
радикалы);
химическое
превращение
сопровождается
возникновением
или
перераспределением специфической химической связи.
К числу химических свойств горных пород относятся: способность к окислительновосстановительным реакциям, растворимость, хемосорбция и др.
Физические свойства горных пород, проявляющиеся во взаимодействии с определенными
физическими полями, могут быть разделены на 8 классов: гравитационные, гидравлические,
механические, акустические, тепловые, электрические, магнитные, радиационные. В свою
очередь, в каждом классе выделяются свойства, характеризующие различные аспекты
взаимодействия горной породы с данным физическим полем.
К классу гравитационных свойств горных пород, проявляющихся при взаимодействии с
гравитационным полем сил Земли, относятся вес и плотность.
Под гидравлическими свойствами горных пород понимается класс свойств, которые проявляются
у горной породы при взаимодействии с движущимися или находящимися в состоянии
относительного покоя жидкостями, парами и газами. К гидравлическим свойствам горных пород
относятся: влагоемкость, водоотдача, водоｮроницаемость, водоустойчивость, капиллярность,
набухание, усадка, просадочность, липкость, смачиваемость, адсорбция и абсорбция.
Акустические свойства - свойства, которые проявляются у горной породы при прохождении через
нее звуковых волн. В число акустических входят: акустическая проводимость и акустическое
поглощение.
К механическим свойствам, наиболее важным в геомеханике, относятся упругость, пластичность,
компрессионная способность, хрупкость, ползучесть, прочность, твердость, абразивность,
тиксотропность, вязкость разрушения.
Тепловые свойства проявляются в горной породе при взаимодействии с тепловым полем. К числу
тепловых свойств относятся теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение (сжатие),
способность к фазовым превращениям.
Электрические свойства проявляются у горных пород при взаимодействии с электрическим полем.
В число электрических свойств входят: электропроводность, электрическая прочность и
поляризация.
Магнитные свойства проявляются у горной породы при взаимодействии с магнитным полем. К
магнитным свойствам горных пород относятся магнитная восприимчивость и остаточная
намагниченность.
В класс радиационных свойств входят свойства горных пород, проявляющиеся при
взаимодействии с полем радиации: естественная радиоактивность и поглощающая способность.
Вопрос 98. Петрографические особенности горных пород. Плотностные свойства. Прочностные
свойства. Деформационные свойства. Коэффициент пластичности и коэффициента хрупкости.
Ползучесть, релаксация.
К строению пород относят размеры, форму, взаимное расположение и способ срастания слагающих
их минеральных частиц. Важнейшими признаками строения пород являются их структура и
текстура.
Под структурой понимают строение минерального агрегата, т.е. степень кристаллизации пород
(кристаллическое или аморфное их строение), размеры, форму минеральных частиц и характер
связей между ними.
Другим важнейшим признаком строения пород наряду со структурой является их текстура. Под
текстурой (сложением) понимают взаимное расположение структурно однотипных частиц породы в
занимаемом ими пространстве
Соответственно горные породы, составленные из этих минералов, будут обладать различными
механическими свойствами: наибольшей прочностью и наименьшей деформируемостью будут
обладать горные породы, составленные из кварцевых минералов, например кварциты, кремнистые
песчаники.
Помимо минерального состава, механические свойства горных пород существенно зависят от их
строения, важнейшими признаками которого являются структура и текстура горных пород.
Под структурой понимается степень кристаллизации пород, размеры, форма минеральных зерен и
характер связей между ними. По степени кристаллизации пород можно выделить структуры:
-полнокристаллические, -неполнокристаллические, -стекловатые, -порфировые, -обломочные.
Прочность пород обычно уменьшается с увеличением степени кристаллизации.
По размерам минеральных зерен выделяются структуры от гигантозернистых с размерами зерен
свыше 100 мм до мелкозернистых с размерами зерен до 1 мм. Мелкозернистые структуры обладают
более высокой прочностью и меньшей деформируемостью.
Существенную роль при формировании механических свойств пород играет характер структурных
связей между минеральными составляющими и в первую очередь состав цементирующего вещества,
который целесообразно привести в порядке убывания его прочностных свойств:
-кремнистый, -железистый, -известковистый, -глинистый и т. д.
Под текстурой понимается взаимное расположение структурно-однотипных частей породы.
Текстура породы может быть упорядоченной и неупорядоченной. Упорядоченная текстура
формирует анизотропию механических свойств пород. Породы неупорядоченной текстуры можно
рассматривать как квазиизотропные или почти изотропные, т. е. с показателями механических
свойств.
Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля
Земли. Их можно подразделить на две группы: гравитационные и структурные. К гравитационным
свойствам относят удельный 0 и объемный  вес пород, к структурным — их удельную массу 0,
плотность (объемную массу) , общую П и открытую пористость П0, коэффициент пористости Кп.
Удельный вес—это вес единицы объема твердой фазы породы, т. е. 0 = GT/VT
где GT и VT—вес и объем твердой фазы образца.
Значения удельного веса горных пород колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см3.
Объемным весом - отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и
газообразной) к объему, занимаемому этими фазами:  = G/V,
где G —вес агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами.
Объемный вес — зависит от их состава и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для
весьма плотных пород может приближаться к нему.
Удельная масса — это отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы: 0 =
mT/VT,
где mT и VT — масса и объем твердой фазы образца.
Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой,
жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е.  = m/V,
где m—масса всех агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами.
отличие от удельного и объемного весов плотность является параметром вещества в строгом
физическом смысле. Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы,
наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы,).
Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в
ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует
открытую пористость По горной породы. Суммарный относительный объем закрытых
(замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью Пи. Пористость, которая
определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью Пэ. Общая
пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к
объему минерального скелета называют коэффициентом пористости КП.
Поры по размеру разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002—
0,1 мм) и субкапиллярные (менее 0,0002 мм).
Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор v к полному объему породы V:
П = (v / V)100%.
Прочностные свойства определяют способность пород сопротивляться разрушению под
действием приложенных механических напряжений. Они характеризуются пределами прочности при
сжатии и растяжении, сцеплением и углом внутреннего трения.
Пределом прочности [] называют максимальное значение напряжения, которое выдерживает
образец до разрушения: [] = P / F
где Р—разрушающая нагрузка; F—площадь, на которую действует приложенная нагрузка.
Предел прочности при одноосном сжатии образцов горных пород или, прочность на сжатие [сж]
— наиболее широко определяемая характеристика прочности пород. Её наивысшие значения для
горных пород достигают 5000 кгс/см2, минимальные значения измеряются десятками и даже
единицами килограмм-сил на квадратный сантиметр. Прочность на сжатие пород даже одного
петрографического наименования в зависимости от состава и структуры может колебаться в весьма
больших пределах. Обычно прочность пород на сжатие тем выше, чем выше их плотность.
Прочность на растяжение [р] горных пород значительно ниже их прочности на сжатие. Это
одна из наиболее характерных особенностей горных пород, определяющих их поведение в поле
механических сил. Горные породы плохо сопротивляются растягивающим усилиям, появление
которых в тех или иных участках массива пород при разработке служит критерием опасности
обрушений пород и разрушения горных выработок.
Отношение [р/cж] весьма показательно для сравнительной характеристики различных пород и
колеблется в пределах 1/5—1/80, чаще же всего в пределах 1/15—1/40. Верхний предел 1/5
соответствует глинистым породам, нижний — наиболее хрупким породам (гранитам, песчаникам и
др.).
Прочность на срез (сдвиг) охарактеризована двумя функционально связанными параметрами:
сцеплением и углом внутреннего трения породы. Эту функциональную связь выражают уравнением
Кулона—Мора:n = n tg + 0,
где n —нормальное напряжение при срезе; —угол внутреннего трения; 0—сцепление.
Сцепление [0] характеризует предельное сопротивление срезу по площадке, на которой
отсутствует нормальное давление, т. е. нет сопротивления срезающим усилиям за счет внутреннего
трения. Угол внутреннего трения  или коэффициент внутреннего трения tg характеризует
интенсивность роста срезающих напряжений с возрастанием нормальных напряжений, т. е.
представляет собой коэффициент пропорциональности между приращениями касательных dn и
нормальных dn напряжений при срезе:
tg 
d n
d n
Значение сцепления горных пород меняется в пределах от десятых долей до сотен килограмм-сил на
квадратный сантиметр, угол внутреннего трения—от 10—15 для некоторых глин до 35—60° для
прочных массивно-кристаллических и метаморфических пород .
Для изучения деформационных свойств горных пород обычно строят кривую деформирования в
координатных осях « - », при этом от начальной точки до некоторого значения напряжений,
называемого пределом упругости, наблюдается упругое деформирование горных пород, деформации
носят чисто упругий характер и исчезают после снятия нагрузки.
Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости Е при одноосном
напряженном состоянии (модулем продольной упругости или иначе модулем Юнга), модулем сдвига
G, модулем объемной упругости К и коэффициентом поперечных деформаций v (коэффициентом
Пуассона).Модуль упругости Е представляет собой отношение нормального напряжения n к
относительной линейной деформации образца l = l/l в направлении действия приложенной
нагрузки:Е=n /l Модуль сдвига G — отношение касательного напряжения  к относительному
сдвигу : G =  / .
Относительный сдвиг  именуют иногда угловой деформацией. Он характеризует изменение формы
деформируемого тела и выражается зависимостью
,
   2  
2
где —угол наклона каждого прямоугольного элемента тела после деформирования.
Модуль объемной упругости К, или модуль всестороннего сжатия, равен отношению
равномерного всестороннего напряжения к относительному упругому изменению объема образца: K
= v / (V/V),
где V / V — относительное изменение объема.
Коэффициент поперечных деформаций v, или коэффициент Пуассона, является мерой
пропорциональности между относительными деформациями в направлении, перпендикулярном к
вектору приложенной нагрузки и параллельном ему:

d d
l l
Перечисленные характеристики упругих свойств пород связаны между собой следующими
соотношениями:
E ;
G
2(1 )
С ростом плотности пород модули их упругости, как правило, возрастают. Модули упругости слоистых
пород в направлении слоистости выше, чем перпендикулярно к слоистости .
Коэффициенты поперечных деформаций v горных пород теоретически могут изменяться в пределах
от 0 до 0,5. Для большинства пород они колеблются в интервале значений от 0,15 до 0,35.
За пределом упругости происходит пластическое деформирование с образованием необратимых
остаточных деформаций. Для характеристики этого процесса применяют более общий показатель—
модуль деформации, представляющий собой отношение приращений напряжений к
соответствующему приращению вызываемых ими деформаций.
Пластические свойства охарактеризованы коэффициентом пластичности, для вычисления
которого предложено несколько подходов. Один из них, заключается в определении коэффициента
пластичности как отношения полной деформации до предела прочности материала к чисто упругой
деформации, т. е. до предела упругости:
П = ЕП /ЕУ,
где EП — полная деформация, соответствующая моменту разрушения материала; Еу—упругая
деформация.
Альтернативным показателем по отношению к коэффициенту пластичности является
коэффициент хрупкости, отражающий способность горных пород разрушаться без проявления
необратимых (остаточных) деформаций. Он может быть приближенно охарактеризован
соотношением [р] /[сж] или по формуле
Kxp = Wy / Wp,
где Wy—работа, затраченная на деформирование породы до предела упругости; W p—общая работа на
разрушение.
Проявление хрупкости горных пород зависит от режима приложения нагрузок. Динамические,
ударные нагрузки приводят породы к хрупкому разрушению, тогда как длительное приложение даже
сравнительно небольших нагрузок может вызывать пластические деформации.
Реологические свойства характеризуют изменение (рост) во времени деформаций в горных
породах при постоянном напряжении (явление ползучести), либо ослабление (уменьшение)
напряжений при постоянной деформации (явление релаксации). Ползучесть и релаксация и
пластические деформации, являются необратимыми, остаточными, но если пластичность пород
характеризует их поведение при напряжениях, превышающих предел упругости, то ползучесть,
представляющая собой медленное нарастание необратимых деформаций, проявляется и при
напряжениях, меньших предела упругости, но при достаточно длительном воздействии нагрузок.
Явление, обратное ползучести, называют релаксацией напряжений. При релаксации упругие
деформации в породе с течением времени постепенно переходят в необратимые, но общая
деформация во времени не изменяется. При этом происходит падение напряжений.
Роль в проявлении необратимых деформаций играют дефекты структуры материалов. Изучение
деформируемости твердых тел во времени, в том числе и горных пород, проводят
намакроскопическом (феноменологическом) уровне, выражая взаимосвязи напряжений и
деформаций в формализованных уравнениях механики сплошных сред.
Характерной чертой реологических процессов, является зависимость деформации, наблюдаемой в
данный момент времени, от характера всего процесса нагружения материала, или, другими словами,
от всей предыдущей истории его деформирования. Это свойство реальных материалов называют
наследственностью.
Особенностью большинства горных пород, как показывают эксперименты, является практически
линейная зависимость между приращениями деформаций и приращениями напряжений в
любой момент времени, Это позволяет применять для описания деформирования горных пород во
времени теорию деформирования линейных наследственных сред. В качестве характеристики
реологических свойств пород используют также период релаксации—время, в течение которого
напряжение убывает в е раз (е = 2,72—основание натуральных логарифмов). Период релаксации
зависит от начального уровня напряжений и степени вязкости пород. Для прочных горных пород
значения периода релаксации очень велики, оцениваются в сотни тысяч лет и даже более.
Прочность и упругость пород при длительном воздействии достаточно больших нагрузок
понижаются, асимптотически приближаясь к некоторым предельным значениям — пределу
длительной прочности  и предельному модулю длительной упругости Е. Для большинства
пород  = (0,7—0,8)[сж], Е = (0,65- 0,95) Е.
Вопрос 99. Горно-технологические свойства. Интегральный и дифференциальный подходы к
определению свойств пород при использовании представлений об их иерархически-блочной
структуре.
Для решения отдельных вопросов геомеханики представляют интерес горнотехнологические
свойства, которые являются откликом массива пород на технологические воздействия и потому
отражают не только свойства, но и состояние пород.
Число характеристик здесь может быть сколь угодно велико (коэффициент крепости, коэффициент
разрыхления, коэффициент трения, угол естественного откоса, гранулометрический состав,
показатель дробимости, показатель взрываемости и др.). Наиболее широкое применение в
геомеханике находят следующие:
Комплексный показатель свойств пород — коэффициент крепости fкр, введенный проф. М. М.
Протодьяконовым для характеристики сопротивляемости пород механическим воздействиям. При
этом была разработана шкала, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10
категорий. К первой из них отнесены породы с высшей степенью крепости (f кр = 20), к десятой —
наиболее слабые плывучие породы (fкр = 0,3). Таким образом, пределы изменения коэффициента
крепости — от 0,3 до 20.
Другой, также общеупотребительной характеристикой является коэффициент разрыхления Кр,
представляющий собой отношение объема Vp породы после ее разрыхления при обрушении или
добычи к объему Vм в массиве, т. е. до разрыхления:
Кр = Vр/ Vм.
Наименьшую разрыхляемость при прочих равных условиях имеют песчаные и глинистые породы
(Кр = 1,15—1,20), наибольшую—хрупкие скальные породы (Кр = 1,30—1,40).
С течением времени разрыхленные породы уплотняются, однако и после уплотнения они не
достигают первоначальной плотности в массиве, имевшей место до разрыхления. Минимальные
значения коэффициента разрыхления пород после их уплотнения Кр == 1,01—1,15.
Одной из существенных характеристик разрыхленных горных пород является также коэффициент
трения fo, который в отличие от коэффициента внутреннего трения tg характеризует условие
перемещения отдельных блоков пород друг относительно друга, после того как нарушается
сплошность массива. Значения коэффициентов трения колеблются в очень широких пределах,
зависят от большого числа факторов, в частности от состава, строения, степени твердости пород,
шероховатости трущихся поверхностей и составляют преимущественно 0,11—0,36. При больших
давлениях могут иметь место пластические деформации и разрушения отдельных выступов на
соприкасающихся поверхностях. Указанные сложности в определении влияния каждого фактора на
характеристики перемещения пород побудили проф. В. В. Ржевского ввести в рассмотрение единый
экспериментально определяемый коэффициент зацепления. Он представляет собой отношение
суммы сил трения, сцепления и механического зацепления, развиваемых в определенное время по
конкретной поверхности соприкосновения частей массива горных пород, к площади этой
поверхности.
Вообще свойства среды, отображаемой двухкомпонентной моделью «структурный блок структурная неоднородность» принципиально могут определяться двумя путями.
Один из них, интегральный, наиболее широко применяемый в настоящее время, заключается в
отборе представительных проб или выборе опытных участков в зависимости от порядка (масштаба)
изучаемых структурных неоднородносгей) и определении для них некоторых средних, интегральных
значений интересующих свойств. Т. е., другими словами, реальная среда заменяется при этом
некоторой идеализированной, в которой неоднородности считаются распределенными равномерно и
проявляются в снижении средних значений характеристик и повышенном коэффициенте их
вариаций.
Другой путь, дифференциальный, заключается в дифференцированном изучении характеристик
для компонент, слагающих среду, - структурных блоков и структурных неоднородностей с
последующим аналитическим учетом свойств отдельных компонент в процессах деформирования и
разрушения пород. Второй путь позволяет избежать непреодолимых технических сложностей
проведения крупномасштабных испытаний, особенно при изучении структурных неоднородностей
низких порядков. В то же время выявляется необходимость дополнительных исследований
закономерностей пространственного размещения неоднородностей, создания их классификаций,
разработки метода отбора специальных образцов самих структурных неоднородностей и т. д.


Если грубо говорить, то интегральный способ усредняет свойства
А дифференциальный разбирает каждый отдельно
Вопрос 100. Методы определения
прочностных свойств горных пород.
плотностных
свойств,
деформационных
свойств,
Определение свойств горных пород с учётом структурных неоднородностей высших порядков.
Методы определения свойств пород с учётом структурных неоднородностей высших порядков
традиционно относят к лабораторным методам исследований
Методы определения плотностных свойств.
Наибольший интерес в геомеханике из плотностных свойств представляют объемный вес,
объёмная масса (плотность), удельный вес, и пористость.
В лабораторных условиях на образцах пород обычно определяют объемный вес  и удельный вес 0.
Далее рассчитывают плотность (объемную массу)  и удельную массу 0. Общую пористость также
определяют расчетным путем, используя полученные экспериментально значения удельного 0 и
объемного веса .
 .
П0
0
Для экспериментального определения объемного веса породы требуется знать вес и объем образца.
Если определения ведут на образцах правильной геометрической формы, то вес устанавливают путем
взвешивания на лабораторных весах, а объем - путем измерения линейных размеров. В случае
испытания образцов неправильной геометрической формы для определения объемного веса
используют метод гидростатического взвешивания.
В последние годы для лабораторного определения плотности (и объемного веса) пород широко
используют гамма-метод (в модификации узкого пучка). При этом испытуемый образец породы
помещают между источником радиоактивного гамма-излучения и детектором. Зная гаммаактивность источника, расстояние r между источником и детектором и толщину d образца и
регистрируя интенсивность гамма-излучения, прошедшего через образец породы, определяют по
специальным номограммам плотность породы . Гамма-метод определения плотности отличается
простотой и высокой производительностью измерений с применением несложной серийной
аппаратуры и обеспечивает точность 1-3 %.
Определение удельной массы 0 (удельного веса 0) в принципе не отличается от определений
объёмного веса и плотности, но при этом необходимо обеспечить вскрытие всех пор и удаление
газовой и жидкостной составляющих испытуемой породы.
В некоторых задачах геомеханики, и особенно при физической интерпретации результатов
наблюдений, в ряде случаев требуются сведения о влажности пород. Влажность выражают
процентным отношением веса воды, содержавшейся в образце породы, к весу образца после его
высушивания. Для определения влажности образец сначала взвешивают в естественном состоянии, а
затем доводят до постоянного веса в эксикаторе или в сушильном шкафу при температуре 105-110°С.
Сопоставляя вес влажного образца G1 и вес сухого образца G2, влажность вычисляют по формуле
.
W
G 1  G2
100%
G2
Методы определения деформационных и акустических свойств.
Из деформационных свойств горных пород обычно определяют модуль деформации (для упругого
участка деформирования - модуль упругости Е) и коэффициент поперечных деформаций
(коэффициент Пуассона) .При этом методы их определения можно подразделить на статические и
динамические.
Статические методы основаны на измерении деформаций образцов исследуемых пород под
нагрузкой. Для измерения продольных и поперечных деформаций образцов при их нагружении
применяют проволочные тензометры сопротивления, либо механические индикаторы часового типа.
В процессе нагружения и разгрузки с помощью автоматической записывающей аппаратуры ведут
непрерывную запись деформаций, либо фиксируют деформации через определенные ступени
нагружения и разгрузки.
Динамические методы определения деформационных (упругих) свойств пород основаны на
измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемых образцах в диапазоне
звуковых и ультразвуковых частот, т.е. фактически являются в то же самое время методами
определения акустических свойств пород. Эти методы разработаны значительно позднее, чем
статические, но получают все большее распространение благодаря простоте, малой трудоемкости
измерений и применению удобных в работе и надежных серийных измерительных приборов.
Наибольшее распространение в практике исследования свойств горных пород получил импульсный
динамический метод, в основе которого лежит пропускание через образец исследуемой породы
повторяющихся импульсов ультразвуковых колебаний, по значениям скоростей распространения
которых рассчитывают упругие характеристики.
Следует заметить, что модуль упругости, определяемый динамическими методами, обычно бывает несколько выше, чем
при статических измерениях. Это расхождение обусловлено неидеальной упругостью пород, оно минимально для весьма
плотных разновидностей и возрастает по мере снижения плотности пород.
Экспериментально определив модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных
деформаций v, можно вычислить значения модуля сдвига G и модуля всестороннего сжатия К.
Методы определения прочностных свойств.
Наибольшее использование в задачах геомеханики имеют характеристики прочности при
одноосных сжатии [сж] и растяжении [р], а также при срезе (сдвиге) [ср].
В своё время был разработан ГОСТ 21153.2-84, в соответствии с которым определение прочности
пород при одноосном сжатии производится на цилиндрических образцах диаметром 40-50 мм с
отношением высоты к диаметру, равным 0,9-1,1. Допускается также проводить испытания на
кубических образцах со стороной размером 455 мм. Торцовые поверхности образцов шлифуют, их
выпуклость (вогнутость) после шлифования не должна быть более 0,05 мм. Торцовые поверхности
должны быть параллельны друг другу (отклонение не более 0,1 мм) и перпендикулярны к
образующим цилиндра (отклонение 1,0 мм).
Испытания проводят на прессе.
Для строго центрированного нагружения образца между ним и одной из плит пресса помещают
шариковое центрирующее устройство. Нагружение образца производят с равномерной скоростью в
пределах 1-30 кгс/(см2.с), повышая нагрузку вплоть до разрушения образца и фиксируя значение
разрушающей нагрузки.
Цилиндрические образцы пород стандартных размеров могут быть использованы и для определения
предела прочности при растяжении. Определение производят методом диаметрального сжатия (рис.),
так называемым “бразильским методом”.
Рис. Определение прочности пород при растяжении методом диаметрального сжатия.
1 - испытуемый образец породы; 2 - плиты пресса.
В результате диаметрального сжатия в образцах возникают растягивающие напряжения.
При массовых определениях прочностных свойств горных пород весьма удобен метод комплексного
определения пределов прочности при многократном раскалывании и сжатии. Из проб изготавливают
породные пластины толщиной 20 мм со строго параллельными шлифованными гранями. Одну из
граней расчерчивают на квадраты со стороной, равной толщине пластины. Затем пластину
раскалывают по прочерченным линиям стальными клиньями, определяя прочность породы на
растяжение. Получаемые в результате раскалывания кубовидные образцы используют для
определения предела прочности на сжатие. При этом образцы нагружают по двум параллельным
шлифованным граням.
Прочность на срез (сдвиг) определяют в специальных стальных матрицах (рис.). Образец находится
в условиях среза со сжатием. При испытаниях важно обеспечить равномерное распределение усилия
пресса по сечению испытуемого образца. Испытания проводят на цилиндрических образцах
указанных выше стандартных размеров. Зазор между разъемными половинами матрицы при
вложенном в нее образце должен иметь постоянную ширину не более 2 мм.
Рис. Схема определения прочности пород при срезе.
а - общий вид установки; б - схема испытаний.1 - пли-ты пресса; 2 - центрирую-щее приспособление; 3 испытуемый образец; 4 - срезная матрица; 5 - роликовая опора.
1 - роликовая постель; 2 - нижняя матрица;
3 - вкладыш; 4 - обоймы; 5 - фольга;
6 - верхняя матрица;
7 - образец; 8 – плиты
1) Определение свойств горных пород с учётом структурных неоднородностей низких порядков.
Испытания пород с учётом низких порядков структурных неоднородностей традиционно относили
всегда к испытаниям в натурных условиях массивов горных пород или их ещё иногда называли
испытаниями в местах естественного залегания пород (in situ). Однако это не полностью
соответствует современным представлениям и методам проведения испытаний и определения
характеристик рассматриваемых неоднородностей, поскольку сами понятия “образец” и “массив” теперь
утрачивают первоначальный смысл.
Определение свойств пород с учётом структурных неоднородностей низких порядков представляет
собой весьма сложную задачу, поскольку обычный путь испытаний представительных объёмов
пород здесь становится крайне трудоёмким и зачастую мало реальным. Причём это определяется не
только техническими или организационными трудностями постановки экспериментов, но и
особенностями проявления свойств массива пород при тех или иных воздействиях. Практически
только свойства, подчиняющиеся схеме “независимости - аддитивности” могут быть корректно
определены на соответственно выбранных экспериментальных участках. Другие свойства требуют
специальных подходов, совмещающих экспериментальные методы с расчётными.
Методы определения плотностных свойств.
Изучение плотностных характеристик - удельного веса 0; объёмного веса ; удельной массы 0;
плотности (объёмной массы)  обычно сложностей не вызывает вследствие присущего им свойства
“аддитивности - независимости - равноправности”. Все компоненты действуют равноправно и
независимо друг от друга, а интегральная характеристика агрегата является средневзвешенным
значением из характеристик каждой компоненты, в данном случае структурных блоков и
структурных неоднородностей. Исходя из этого, можно определять плотностные характеристики на
специальных образцах для каждого из структурных элементов по отдельности, а затем рассчитать
интегральную характеристику, но можно также определять плотностные характеристики и
интегральным путём в натурных условиях массива пород, т.е. с учётом конкретных видов
структурных неоднородностей.
Плотность пород в массиве с достаточной степенью точности (с погрешностью 1-3%) можно
определить с помощью гамма-метода, основанного на эффекте различной степени поглощения и
рассеяния радиоактивного гамма-излучения в средах с различной плотностью.
С этой целью в изучаемом участке массива пород бурят на расстоянии 20-70 см друг от друга
параллельные шпуры или скважины. В одном из шпуров помещают закрытый источник гаммаизлучения (обычно радиоактивный изотоп 60Со, 137Cs или 226Ra), имеющий активность 0,5-2,0 мг-экв
радия. Работа с источниками такой малой активности вполне безопасна и не требует особых мер
защиты. Во втором параллельном шпуре помещают регистрирующий зонд с детектором (счетчиком
гамма-квантов). Перемещая зонды с источником и детектором вдоль скважин, фиксируют
интенсивность гамма-излучения, прошедшего через толщу горной породы между скважинами, и по
тарировочным графикам или номограммам устанавливают плотность пород на исследуемых
участках.
Методы определения деформационных свойств.
Поскольку для деформационных и, в частности, упругих характеристик горных пород, в отличие от
плотностных, справедлива схема “аддитивности - взаимозависимости - равноправносги”, для этих
свойств также приемлем первый (интегральный) путь определения, т.е. определение на
соответствующих образцах или представительных участках массива пород. Однако при этом, в
отличие от плотностных характеристик, в сферу экспериментов необходимо вовлекать объемы
массива, где обеспечивается представительность интересующих порядков структурных
неоднородностей.
Деформационные и, в частности, упругие характеристики горных пород в последнее время
определяют в большинстве случаев так называемым динамическим методом с применением
ультразвуковых методов. Исходными величинами при этом, определяемыми непосредственно из
экспериментов, являются скорости продольных и поперечных упругих колебаний.
Скорости упругих волн в массиве могут быть измерены различными способами, из которых
наиболее распространены следующие:
а) ультразвуковой способ с использованием аппаратуры типа УКБ, УК-10П, УК-15 и т. д.;
б) импульсный метод с использованием нагрузок единичного удара или взрыва для измерения
времени распространения колебаний между заданными точками в массиве;
в) сейсмический метод.
Ультразвуковой метод может быть использован для определения скоростей упругих волн на
сравнительно небольших базах (0,3-1,5 м), т.е. для определения деформационных свойств пород с
учётом структурных неоднородностей не ниже III - го порядка.
Сущность метода заключается в том, что в массиве пород пробуривают шпуры или скважины и
затем, помещая в одни из них приемник, а в другие излучатель, определяют время прохождения
импульсов по прозвучиваемому участку массива. Зная время прохождения импульса и измеряя
расстояние между шпурами, вычисляют скорость упругих волн.
Для измерений применяют комплект аппаратуры со специальными датчиками. Плотный контакт излучателя и
приемника с породой обеспечивается механическим или (в последнее время) пневматическим способами. Для
повышения качества акустического контакта применяют воду или масло, которые заливают в шпуры, либо используют
прокладки из вакуумной резины.
При импульсном методе в качестве возбудителя колебаний обычно используют механический удар
или взрыв, а время пробега упругих волн измеряют какими-либо счетчиками времени. В качестве
приемников применяют пьезодатчики, электрические импульсы от которых поступают на
многоканальные осциллографы или могут быть записаны на магнитофонную ленту.
Сейсмический метод находит применение при геофизических исследованиях больших участков
массива горных пород (сотни метров) и позволяет, кроме определения скоростей упругих волн,
также анализировать затухание колебаний по мере прохождения волной разных баз.
Деформационные характеристики также могут быть определены с помощью методов
искусственного нагружения участков массива.
Обычная схема таких испытаний состоит в том, что испытуемый участок породного массива
оконтуривают с нескольких сторон, сохраняя связь с остальным массивом лишь по одной или двум
плоскостям. Затем с помощью гидравлических домкратов или иных нагрузочных устройств
оконтуренный участок нагружают, фиксируя нагрузки и соответствующие им деформации пород и
при необходимости доводя усилия вплоть до разрушения нагружаемого участка массива.
Среди методов этой группы заслуживают внимания также методы определения деформационных
характеристик участков массива, основанные на тензометрических дистанционных измерениях
радиальных смещений пород в стенках буровых скважин при распирании скважин с помощью
специального гидравлического устройства - прессиометра.
Наконец, к этой же группе методов относятся и методы определения деформационных свойств
пород на основе опытных горных работ. Эти методы связаны с применением "обратных расчетов".
Сущность этих методов состоит в том, что с помощью горных работ исследуемый элемент массива
(участок кровли выработки, целик или группа целиков и т. п.) подвергают деформированию, обычно
вплоть до разрушения. В процессе опытных горных работ фиксируют происходящие при этом
смещения, деформации, изменения напряжений в изучаемом участке массива и соответствующие им
геометрические параметры целиков, обнажении кровли и т. п.
Если прямые задачи геомеханики состоят в том, чтобы на основе известных механических свойств
рассчитать возможные смещения, деформации и напряжения в участках массива при различных
геометрических параметрах горных разработок, то в данном случае ставят обратную задачу:
определить механические, в частности деформационные, свойства пород в массиве на основе
фиксируемых геометрических параметров и наблюдаемых смещений, деформаций и изменения
напряжений. Для правильного определения механических свойств пород в натурных условиях
необходимо, чтобы аналитические зависимости, используемые в расчетах, надежно отражали
действительный механизм процессов в изучаемом участке массива.
В качестве одного из примеров рассматриваемой группы методов можно назвать опытное
распирание гидростатическим давлением жидкости или газа стенок камеры или тоннеля и измерение
при этом смещений с расчетом упругих характеристик пород в массиве. По своей сущности этот
метод аналогичен методу прессиометрических измерений и отличается от последнего значительно
большими размерами испытуемого участка массива.
Применяют также опытное нагружение, вплоть до раздавливания, одного или группы
междукамерных целиков при выемке смежных с ними целиков; опытное обнажение кровли
выработок с установлением деформаций ее изгиба, определением предела прочности на изгиб и
расчетом показателей деформационных характеристик пород кровли.
По измерениям деформаций контура подземной выработки во времени, используя математический
аппарат наследственной теории ползучести, можно определить реологические показатели массива
пород.
По сути дела во всех этих случаях также идёт речь об определении характеристик некоторых
объёмов пород с учётом тех или иных видов структурных неоднородностей в зависимости от
параметров испытуемого участка и конкретной структуры данного массива.
Следует подчеркнуть, что методы определения механических свойств на основе опытных горных
работ дороги, отличаются высокой трудоемкостью и сложностью организации работ, поэтому их
применяют сравнительно редко. Поскольку возможное число таких опытов крайне ограничено,
особое внимание необходимо обращать на соответствие участков опытных горных работ
поставленным задачам эксперимента и степени общности получаемых при этом результатов.
Методы определения прочностных свойств.
Как уже говорилось, при изучении III - го, а тем более II - го и ниже порядка структурных неоднородностей
интегральный путь определения прочностных характеристик, т. е. путь испытания образцов становится
малоприемлемым и более целесообразно применять дифференциальный путь определения свойств, т.е. путь
непосредственного определения прочностных характеристик по поверхностям структурных неоднородностей того или
иного порядка. Это также является тем более оправданным, поскольку прочностные свойства подчиняются схеме
"избирательности- независимости", разрушение происходит в наиболее слабом звене и не зависит от прочности других
структурных элементов.
Вообще необходимо признать, что определение прочностных характеристик непосредственно по
поверхностям структурных неоднородностей низких порядков представляет собой до настоящего
времени мало разработанную проблему геомеханики. Общепринятых методик проведения подобных
испытаний нет, имеются лишь отдельные предложения и весьма небольшой опыт определения
указанных характеристик.
При этом основные трудности заключаются в подготовке специальных образцов для проведения
испытаний, а также в выборе подходящих методик проведения экспериментов.
К числу возможных методов, которые могут быть применены для непосредственного определения
прочностных свойств структурных неоднородностей низких порядков можно отнести методы,
которые носят название точечных испытаний пробниками.
Эти методы получили развитие, главным образом, в связи с задачами оценки свойств пород,
пересекаемых при бурении разведочных, нефтяных или газовых скважин. Они основаны, как
правило, на определении усилий при статическом или динамическом внедрении специального
индентора в массив на заданную глубину, либо на определении глубины и площади внедрения
индентора при дозированном усилии внедрения.
Известны также методы, основанные на определении геотехнологических свойств, в частности,
показателей вращательного бурения (сверления) пород при стандартных режимах бурения.
Все эти методы отличаются невысокой степенью точности определений, но позволяют экспрессно
оценивать прочность непосредственно структурных неоднородностей низких порядков (как впрочем
и для объёмов пород с высшими порядками неоднородностей), а в некоторых случаях и
деформационные свойства.
Однако необходимо подчеркнуть, что на определяемые показатели в случае применении этих
методов оказывает существенное влияние напряжённое состояние массива.
Также находят применение и другие схемы испытаний и определения прочностных характеристик
по поверхностям структурных неоднородностей низких порядков.
В частности, сцепление [] может быть определено путем среза породных призм, оконтуриваемых
в породном массиве. Породную призму в массиве оконтуривают таким образом, чтобы она
сохранила связь с массивом лишь по тем поверхностям структурных неоднородностей, по которым
надлежит установить сцепление. К этим поверхностям прикладываются нормальные и касательные
напряжения, создаваемые специальными нагрузочными приспособлениями - гидравлическими
домкратами или гидравлическими подушками (последние применяются в массивах слабых пород).
При использовании указанных методов, также как и в предыдущем случае точечными
испытаниями пробниками, большие погрешности в определяемые величины вносит напряжённое
состояние массивов пород.
Указнного влияния можно избежать, если испытания проводить на специальных образцах
исследуемых структурных неоднородностей.
Для определения предела прочности на растяжение [р] весьма удобно применять метод
раскалывания клиньями, при этом клинья могут устанавливаться точно на трещину, а образцы могут
представлять собой пластины или призмы. Другими словами, практически без всяких изменений
здесь применима методика определения прочности на растяжение для образцов-объёмов с высшими
порядками структурных неоднородностей.
Иное положение с определением сцепления, угла внутреннего трения и коэффициента трения по
поверхностям структурных неоднородностей.
В настоящее время наибольшее применение для определения сцепления и угла внутреннего трения
находят методы испытаний специально подготовленных образцов в условиях одновременного
действия сжимающих и срезающих нагрузок (схемы подобны испытаниям на срез в матрицах для
образцов-объёмов с высшими порядками структурных неоднородностей).
Необходимо отметить, что помимо основных трудностей подготовки и закрепления образцов с
целью обеспечения среза именно по исследуемой поверхности структурных неоднородностей, в
плоскости среза создаётся крайне неоднородное поле напряжений, достаточно сильно проявляется
эффект дилатансии (увеличение объёма образца вседствие его разрушения в момент среза) и по мере
развития среза уменьшается площадь контакта сдвигающихся поверхностей. Всё это способствует
возникновению существенных погрешностей и большому разбросу получаемых значений [] и .
В некоторой степени позволяет уменьшить возникающие погрешности методика испытаний, в
основу которой положена схема кручения. При такой схеме в плоскости среза также создаётся
неоднородное поле напряжений, однако оно поддаётся расчёту и может быть учтено при вычислении
[]. Эффект от дилатансии здесь может быть снижен путём применения статической нагрузки, а
площадь контакта всё время остаётся постоянной для цилиндрических или близкой к постоянной для
призматических образцов.
Наконец, определение коэффициента трения производится в ходе тех же испытаний после
разрушения образца по поверхности структурной неоднородности в процессе дальнейшего вращения
и вычисляется по формуле
f = Мк / Р,
где Мк - величина крутящего момента после разрушения образца по поверхности структурной
неоднородности, кГ.см.
Наконец, учитывая, что разрушение пород в массиве происходит по слабейшему звену и вне
зависимости от прочностных характеристик других элементов, для определения прочностных
характеристик структурных неоднородностей низких порядков могут применяться методы,
основанные на применении маркшейдерской или стереофотограмметрической съемки площадей
обрушения пород под землей или обрушений налегающей толщи на земной поверхности, обрушений
и оползаний бортов карьеров и т.д. Эти методы позволяют методом обратных расчётов оценивать
разрушающие напряжения, а по ним находить прочностные характеристики слабейшего элемента
массива пород, определять характеристики сопротивления пород сдвигу для конкретного типа
структурных неоднородностей, устанавливать для них значения коэффициентов структурного
ослабления.
Вопрос 101. Основные понятия иерархически-блочной модели массива горных пород: элемент
неоднородности, степень неоднородности, структурный блок, структурная неоднородность,
эффективная структурная неоднородность.
Элементом неоднородности называют наибольший объём породы, который при данном
масштабе исследований может рассматриваться «как внутренне однородный» по какому-либо
признаку или по совокупности заданных признаков и отличающийся по этим признакам от смежных
с ним объёмов.
Под степенью неоднородности понимается интенсивность и характер различия совокупности
значений заданных признаков или одного из них в пределах исследуемой области.
В частности, под «структурным блоком» будем понимать объём, ограниченный соседними
поверхностями структурных неоднородностей одного порядка. Структурные блоки могут иметь
формы параллелепипедов или более сложных многогранников и характеризуются линейными
размерами рёбер, которые представляют собой расстояния между ближайшими структурными
неоднородностями одного и того же порядка.
Физическую поверхность, ограничивающую структурный блок, будем называть «структурной
неоднородностью», понимая под ней любой вид неоднородностей - поверхности геологических
нарушений, контактов различных пород, поверхностей напластования, поверхностей трещин и т.д.
При таком представлении для описания свойств и состояния массивов пород наряду с моделями
сплошной среды может быть применена двухкомпонентная модель «структурный блок структурная неоднородность». Необходимо отметить, что, в принципе, подобная модель может
быть применена для массивов, сложенных любыми породами, как скальными, так и нескальными. Но
в последнем случае блочная среда может быть будет менее выражена, и необходимость её
использования для решения практических задач с точки зрения точности получаемых результатов
будет менее очевидной.
Специфичность массивов горных пород как физических сред в том и проявляется, что в
зависимости от решаемых задач и конкретных размеров рассматриваемых объектов или, другими
словами, от соотношения размеров элементов неоднородностей и области воздействия один и
тот же массив пород может выступать как сплошная среда или как блочная среда с различными
параметрами структурных блоков и структурных неоднородностей, а следовательно с различными
плотностными и деформационно-прочностными характеристиками.
При рассмотрении любых задач геомеханики необходимо в первую очередь выяснить, какие
размеры имеют интересующие области деформирования, затем, исходя из размеров деформируемых
областей проанализировать структурные особенности конкретного массива пород, и установить
какие виды структурных неоднородностей и в какой степени будут влиять на состояние
рассматриваемых объектов.
В результате должен быть выявлен вид так называемой «эффективной структурной
неоднородности». Все структурные неоднородности, которые меньше «эффективной структурной
неоднородности» представляют собой ультранеоднородности, которые не препятствуют
рассмотрению пород как сплошной среды и оказывают лишь интегральное влияние на её характеристики.
Объём элементов ультранеоднородностей (Wyн) на 2-3 порядка меньше области воздействия (Wв)
т.е. Wун . 0.01 - 0.001 Wв.
Другими словами, таким образом определяются параметры модели сплошной среды для
компонента «структурный блок».
Сама «эффективная структурная неоднородность» обусловливает статистическое
распределение любых характеристик и свойств пород массива. Соотношение её размеров с
размерами области воздействия составляет Wэн . 0.1 Wв
Наконец, все структурные неоднородности, размеры которых превышают размеры «эффективной
структурной неоднородности» вызывают закономерную изменчивость свойств пород и должны
специально учитываться в расчётах, они выступают как макронеоднородности по отношению к
области воздействия и объёмы этих элементов неоднородности Wмн . Wв.
Вообще свойства среды, отображаемой двухкомпонентной моделью «структурный блок структурная неоднородность» принципиально могут определяться двумя путями.
Один из них, интегральный, наиболее широко применяемый в настоящее время, заключается в
отборе представительных проб или выборе опытных участков в зависимости от порядка (масштаба)
изучаемых структурных неоднородностей) и определении для них некоторых средних, интегральных
значений интересующих свойств. Т. е., другими словами, реальная среда заменяется при этом
некоторой идеализированной, в которой неоднородности считаются распределенными равномерно и
проявляются в снижении средних значений характеристик и повышенном коэффициенте их
вариаций.
Другой путь, дифференциальный, заключается в дифференцированном изучении характеристик
для компонент, слагающих среду, - структурных блоков и структурных неоднородностей с
последующим аналитическим учетом свойств отдельных компонент в процессах деформирования и
разрушения пород. Второй путь позволяет избежать непреодолимых технических сложностей
проведения крупномасштабных испытаний, особенно при изучении структурных неоднородностей
низких порядков. В то же время выявляется необходимость дополнительных исследований
закономерностей пространственного размещения неоднородностей, создания их классификаций,
разработки метода отбора специальных образцов самих структурных неоднородностей и т. д.
Характерным свойством горных пород является высокая степень их неоднородности, под которой
понимают пространственную изменчивость их строения, состояния и свойств, обусловленную
особенностями генезиса, историей развития и динамикой экзогенных процессов.
высокая степень неоднородности наблюдается в массивах, сложенных различными горными
породами. Кроме того, в массивах пород часто встречаются геологические нарушения и повсеместно
развита естественная трещиноватость
В результате расчленения поверхностями структурных неоднородностей различных видов
массивы горных пород имеют ярко выраженную блочную структуру В свою очередь, степень
распространения различных типов неоднородностей весьма различна. При этом необходимо
отметить, что блочное строение характерно для любых массивов пород, однако для массивов пород,
сложенных относительно слабыми осадочными породами оно выражается относительно слабее, чем
для массивов прочных скальных пород.
К неоднородностям нулевого порядка М.В. Рац отнёс крупные тектонические разрывы,
связанные с региональными полями тектонических напряжений, разбивающие массивы пород на
блоки с линейными размерами свыше 10 км, это по своей сути региональные структурные
неоднородности земной коры III - IV порядков.
Далее выделяются структурные неоднородности, относящиеся собственно к массиву пород в
масштабах отдельных месторождений.
Неоднородности первого порядка обусловлены наличием в массиве различных по составу,
структуре и текстуре пород, крупных геологических нарушений, тектонических разрывов и т. д. Эти
неоднородности расчленяют массив на блоки размерами от сотен метров до километров.
Более мелкие блоки размерами от десятков сантиметров до десятков метров связаны с
неоднородностями второго порядка.
Трещинами называют разрывы в горных породах, перемещения по которым совершенно
отсутствуют или очень незначительны. Совокупность трещин, расчленяющих тот или иной участок
земной коры, называют трещиноватостью.
Детальный анализ развития трещиноватости массивов горных пород различных месторождений
показывает, что по линейным размерам трещин и сцеплению пород на их контактах выделяются три
группы трещиноватости: крупноблоковая, мелкоблоковая и микротрещиноватость. Последняя
группа принадлежит к неоднородностям следующих, более мелких (третьего и четвертого) порядков.
К неоднородностям третьего порядка, относятся контакты между отдельными минеральными
образованиями, зернами и кристаллами. При этом размеры блоков, образуемых неоднородностями
данного типа, варьируют в пределах от единиц до десятков сантиметров.
Наконец, поскольку горные породы в большинстве своём представляют многокомпонентные
поликристаллические агрегаты, выделяют четвертый порядок неоднородностей, связанный со
структурными нарушениями межкристаллических областей, а также с дефектами структуры в
решетках породообразующих минералов. Размеры структурных элементов в этом случае колеблются
от долей миллиметра до нескольких сантиметров.
Всё изложенное позволяет говорить об общих закономерностях структуры, характерных для
верхней мантии и земной коры, и проявляющихся в едином иерархически - блочном строении,
которое можно проследить от планетарных структур типа континентов до микроструктур на уровне
кристаллов и отдельных минеральных зёрен. Это чрезвычайно важное заключение позволяет с
единых позиций рассматривать вопросы поведения и состояния различных объёмов столь необычной
физической среды, которой является земная кора и слагающие её массивы горных пород.
Детальное рассмотрение структурных особенностей массивов пород и выделение различных
порядков структурных неоднородностей показывает, что массивы горных пород представляют собой
специфическую, иерархично-блочную среду, которая в зависимости от конкретных условий и
рассматриваемых объектов может проявлять как свойства сплошной однородной или неоднородной
среды, так и свойства блочной среды, т. е. приближаться к дискретным средам.
ВсяКий неоднородный объект характеризуется размерами элементов неоднородности и степенью
неоднородности.
Вопрос 102. Основные факторы, определяющие напряженное состояние пород вокруг
выработок. Распределение напряжений вокруг выработки в упругом изотропном массиве.
Напряженное состояние пород в условиях взаимного влияния выработок.
Геомеханическое состояние пород вокруг выработок зависит от геологических условий, в которых
пройдены выработки, и горно-технических условий их проведения и эксплуатации, называемых
обычно технологическими факторами. К геологическим условиям относятся глубина разработки,
структура, физико-механические свойства горных пород, мощность и угол падения залежей ПИ.
Технологическими факторами являются форма, размеры, расположение горных выработок,
механическая характеристика крепи, скорость подвигания и время поддержания выработок.
Глубина разработки существенно влияет на напряженное состояние массива и расположенных в
нем выработок. С определенной глубины участки массива становятся угрожаемыми по горным
ударам и внезапным выбросам, а с еще большей глубины - опасными по этим динамическим
явлениям.
Структура оказывает существенное влияние на характер деформирования горных пород вокруг
выработок. Чем меньше размер структурных блоков, тем больше вероятность образования вывалов и
заколов, вызываемых разрушением пород в форме сдвига и отрыва по контактам этих блоков или
других структурных неоднородностей.
Физико-механические свойства горных пород относятся к основным исходным данным,
используемым при прогнозе характера поведения выработок, выборе вида и параметров крепи. В
породах, обладающих способностью к проявлению значительных пластических деформаций,
хрупкого разрушения пород не происходит.
Мощность и угол падения залежей ПИ оказывают заметное влияние на состояние выработок в тех
случаях, когда часть сечения выработки находится в ПИ, а часть - во вмещающих породах. В этом
случае на контакте двух геологических сред, , могут возникать деформации сдвига и отрыва пород,
существенно усложняющие проведение и поддержание выработок.
Наибольший интерес для практики горного дела имеют технологические факторы, поскольку с их помощью
можно управлять геомеханическими процессами в массиве горных пород, Рассмотрим эти факторы
подробнее.
Форма поперечного сечения выработок играет важную роль в их устойчивости. Чем меньше в
сечении выработки углов и закруглений малого радиуса кривизны, , тем выработка устойчивее.
Повышение устойчивости выработок достигается также подбором таких сечений выработок, которые
соответствуют параметрам начального поля напряжений, что осуществляется изменением высоты
подъема свода и соотношения ширины и высоты выработки. Размер выработки является одним из
основных параметров, определяющих ее устойчивость. Выработка считается устойчивой, если в ее
кровле отсутствуют растягивающие напряжения или они значительно меньше значений, при
которых в породах кровли возникают секущие трещины. Проф. Н.С. Булычев по степени
устойчивости кровли подразделяет обнажения на следующие пять категорий:
1. Вполне устойчивые - вывалы и обнажения отсутствуют.
2. Устойчивые- возможны отдельные отслоения.
3. Средней устойчивости- возможно образование вывалов после длительной эксплуатации
выработки.
4. Неустойчивые - вывалы образуются вскоре после обнажения.
5. Весьма неустойчивые - обрушение происходит вслед за обнажением.
Расположение горных выработок оказывает влияние на их устойчивость при наличии в толще
тектонических напряжений или старых и действующих горных выработок. В первом случае
повышение устойчивости выработок достигается правильным выбором пространственной
ориентации сечения относительно компонент начального поля напряжений и структурных
неоднородностей, во втором - расположением выработок за пределами вредного влияния смежных
горных работ. Расположение выработок в зонах разгрузки улучшает состояние выработок, в зонах
повышенного горного давления - ухудшает.
Механическая характеристика крепи является основным фактором, при правильном выборе
которого можно предотвратить чрезмерное развитие зоны неупругих деформаций и обрушение
пород. При достаточно большой жесткости крепи она работает в режиме заданной или
взаимовлияющей деформации, и горное давление возникает вследствие того, что крепь принимает
прирост смещений с момента ее установки, который зависит от давления р.
При малой жесткости крепи ее смещения велики, и поэтому породы зоны неупругих деформаций
отслаиваются от окружающих пород, нагружая крепь собственным весом (режим заданной
нагрузки). В режиме заданной или взаимовлияющей деформации давление будет тем меньше, чем
меньше жесткость крепи. Этой возможностью снижения нагрузки пользуются на практике, создавая
в крепи различные узлы и элементы податливости. Однако, чем меньше реакция крепи, тем больше
размеры зоны неупругих деформаций, породы которой воздействуют на крепь своим весом. Таким
образом, снижение жесткости крепи имеет естественный предел - оптимальную жесткость,
обеспечивающую минимальное давление в данных горно-геологических условиях. При
невозможности (или затруднительности) регулировки жесткости постоянной крепи давление на нее
снижают, возводя крепь на достаточном расстоянии от забоя и (или) спустя достаточное время после
обнажения. В период от момента образования обнажения до возведения постоянной крепи
соответствующие участки выработки поддерживаются временной крепью.
Влияние очистных работ приводит к увеличению смещений контура выработки. Если выработка
непосредственно примыкает к лаве, например, откаточный и вентиляционный штреки, то
смещения достигают половины вынимаемой мощности пласта. С целью уменьшения этого влияния
применяют специальные виды крепи в сочетании с различными способами охраны горных
выработок.
Скорость подвигания и время поддержания выработок оказывают существенное влияние на
устойчивость и состояние выработок. Увеличение скорости подвигания забоя смягчает вредное
влияние горного давления. Уменьшение времени поддержания выработки, т.е. продолжительности
действия нагрузки, снижает деформации вмещающих пород, поскольку установлено, что
деформации горных пород, не подчиняющиеся линейному закону Гука, проявляют запаздывание в
своем развитии.
В основе деформационных способов определения параметров напряженного состояния массива
пород лежит измерение деформаций пород с последующим вычислением действующих
напряжений.
Наиболее распространенным деформационным способом определения абсолютных значений
напряжений является метод разгрузки. Он основан на измерении упругих деформаций
восстановления при отделении некоторого элемента от породного массива и разгрузке его от
действовавших в нем напряжений. По измеренным деформациям, зная упругие константы пород
(модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций ), вычисляют
действовавшие в массиве напряжения, используя математический аппарат теории упругости.
Применяют метод в двух основных вариантах:
*
в варианте торцевых измерений;
*
в варианте соосных скважин.
Напряжённо-деформированное состояние вокруг очистной выработки. Зоны опорного
давления и разгрузки.
По мере извлечения полезного ископаемого и перемещения забоя поле напряжений вокруг
очистной выработки изменяется. Область массива, в пределах которой происходят эти изменения,
называют зоной влияния очистной выработки. В отличие от подготовительных выработок зоны
влияния вокруг очистных пространств охватывают значительно большие области массива. Нередко
процессы захватывают всю толщу вышележащих пород вплоть до дневной поверхности.
Значительные области массива вовлекаются в процессы деформирования также и со стороны почвы
очистной выработки.
По степени и характеру процессов деформирования и перемещения пород в пределах влияния
очистной выработки в массиве могут быть выделены несколько различных зон: зона обрушений,
зона трещин, зона плавного прогиба, зона сдвижений.
С точки зрения напряженного состояния в массиве пород вокруг очистной выработки выделяют две
характерные зоны: зону разгрузки и зону опорного давления (рис.).
*
*
Рис. 13.1. Схема деформирования пород вокруг очистной выработки при крутом падении пласта. 1 —
зона опорного давления; 2 — пласт угля; 3 — зона разгрузки; 4 — эпюры напряжений; 5 — граница
области влияния выработки.
Первая (зона разгрузки) характеризуется тем, что в ее пределах породы испытывают меньшие
напряжения, чем существовавшие до проведения очистной выработки. Область, где напряжения
превышают уровень первоначального поля напряжений, носит название зоны опорного давления и
по существу представляет собой зону концентрации напряжений вокруг очистной выработки.
Необходимо отметить, что поскольку границы очистной выработки все время перемещаются в
пространстве, выделенные зоны также находятся в непрерывном движении, так что породы массива,
претерпевая изменения состояния, постепенно переходят из одной зоны в другую.
Ввиду непрерывного подвигания забоя очистной выработки в практике горного дела принято
выделять временное или эксплуатационное опорное давление, возникающее вблизи
перемещающихся границ очистного пространства. В противоположность этому, зону концентрации
напряжений возле неподвижной границы очистной выработки называют зоной остаточного или
стационарного давления.
Параметры зоны опорного давления определяются многими факторами. В первую очередь, к ним
следует отнести параметры начального поля напряжений, размеры и конфигурацию очистных
пространств, деформационно-прочностные свойства массива вмещающих пород, а также способ
воздействия на угольный пласт или рудное тело.
Взаимное влияние очистных выработок при разработке обособленных и сближенных пластов и
жил.
В реальных условиях случаи, когда пласт или рудное тело отрабатывают одним забоем, а породы
окружающего массива испытывают влияние лишь одной очистной выработки, встречаются редко.
Гораздо чаще очистные работы ведут в непосредственной близости от ранее выработанных
пространств, одновременно по нескольким пластам или жилам, или же на нескольких соседних
участках одного и того же пласта (рудного тела).
В этих случаях окружающие породы подвергаются одновременному воздействию нескольких
очистных выработок, поле статических напряжений в массиве пород вокруг очистных пространств
формируется в результате наложения областей влияния каждой выработки и может иметь весьма
сложную структуру. Вследствие этого количественно охарактеризовать взаимное влияние очистных
выработок в настоящее время весьма сложно, поэтому ограничимся рассмотрением лишь
качественной стороны вопроса.
Рассмотрим два наиболее характерных случая взаимного расположения очистных выработок:
очистные выработки располагаются в одной горизонтальной плоскости;
взаимовлияющие выработанные пространства находятся на различной глубине от поверхности.
В первом случае в результате взаимного влияния выработанных пространств в областях массива,
примыкающих к границам очистных выработок, происходит наложение зон опорного давления и
породы испытывают повышенные нагрузки. Подобная ситуация, например, имеет место, когда
осуществляют отработку рудного тела или пласта без оставления целиков и фронт отработки
непосредственно соприкасается в плане с ранее выработанным пространством или обрушенными
породами (рис.).
Рис. Взаимное наложение зон опорного давления при различных схемах развития очистных работ
а - при ведении работ без оставления целиков между вновь образуемым и ранее образованным
очистным пространством; б - при отработке ранее оставленных целиков; в - при ступенчатой форме лавы. Стрелками
показано направление движения забоев.
1 - область вне пределов зоны опорного давления; 2 - зона опорного давления протяженностью l; 3 участки взаимного наложения зон опорного давления; 4 - отработанное пространство.
Наложение зон опорного давления может происходить при отработке ранее оставленных целиков, а
также при ступенчатой конфигурации фронта очистных забоев (рис. б,в).
Во втором случае (когда разрабатывают свиту пластов или жил) величины деформаций пород
обусловливаются прежде всего порядком и очередностью отработки отдельных пластов (жил) в
свите, их мощностью, условиями залегания и способом управления горным давлением.
Различают пласты независимые и сближенные. Пласты в свите считают независимыми, если
разработка их возможна в любом порядке и очередности. Под сближенными понимают обычно
такие пласты, одновременная разработка которых затруднена или невозможна или когда разработка
одного из них осложняет дальнейшую разработку другого.
В процессе подработки верхний пласт последовательно проходит через следующие стадии
деформирования:
а) нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей впереди очистного забоя нижнего
пласта;
б) разгрузка, опускание и разломы над породами, нависающими над выработанным пространством
подрабатывающего пласта;
в) повторная нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей позади нависающих
пород (т. е. в той части выработанного пространства, где эти породы получают опору);
г) частичное восстановление первоначальных напряжений в зоне полных сдвижений.
При отработке верхнего пласта раньше нижнего (т. е. при надработке) последний подвергается
сложному процессу нагружения и разгрузки на площади, превышающей размеры отрабатываемой
площади верхнего пласта. Надработка вызывает уплотнение надрабатываемого пласта в зонах
опорного давления и разрыхление его в зонах разгрузки.
При расположении очистных выработок на разной глубине состояние пород в областях массива,
испытывающих влияние обеих выработок, может характеризоваться как ростом действующих
напряжений (при наложении зон опорного давления), так и их снижением (при расположении одной
из выработок в зоне разгрузки другой выработки). Необходимо подчеркнуть при этом, что взаимное
влияние даже одинаковых по размерам очистных выработок неравноценно, верхняя выработка
оказывает на нижележащую, как правило, гораздо меньшее влияние, чем нижняя - на
вышерасположенную. В соответствии с этим горные работы стараются чаще вести в условиях
надработки пластов или жил и реже в условиях подработки.
Вопрос 103. Основные принципы выбора способа управления горным давлением при ведении
очистных работ.
Особое внимание при выборе способа управления горным давлением в очистных выработках
уделяют поведению пород в пределах призабойного пространства. При этом учитывают способность
пород кровли к обрушению, высоту зоны обрушения, размеры и длительность сохранения
устойчивых обнажений, свойства пород почвы (прочность, способность к пучению,
сопротивляемость вдавливанию в нее стоек крепи и др.), применяемые системы разработки и виды
крепи, скорость подвигания очистных забоев, количество и степень выбросоопасности
разрабатываемых пластов, расстояние между ними, сроки и порядок их отработки, наличие на
земной поверхности объектов, подлежащих защите от влияния горных работ, оснащенность забоев
машинами и механизмами, их габаритные размеры и т. д.
Степень значимости каждого из перечисленных факторов часто зависит от конкретных условий:
второстепенные факторы в одних условиях могут оказаться определяющими, и, наоборот,
определяющие факторы в других условиях могут оказаться второстепенными. Так, при отработке
запасов полезного ископаемого под ответственными сооружениями, плотно застроенными
территориями, крупными водными объектами нередко приходится применять системы разработки с
закладкой выработанного пространства, тогда как по прочим факторам было бы вполне возможно
применить в этих условиях другие, более производительные и экономичные системы разработки и
способы управления горным давлением. При отработке защитных пластов, наоборот,
предпочтительнее полное обрушение кровли, так как при этом способе управления горным
давлением достигается наибольшая разгрузка пластов, опасных по выбросам угля и газа.
Наибольшее распространение при разработке угольных и ряда рудных месторождений получил
способ управления горным давлением, носящий название полное обрушение кровли.
Применение этого способа позволяет перенести обрушение пород за пределы призабойного
пространства. Осуществляют его периодическими обрушениями (посадками) кровли путем выбивки
или передвижения крепи, установленной на определенном расстоянии от забоя. Для регулирования
обрушения основной кровли применяют специальную крепь, выдерживающую большую нагрузку,
чем обычная призабойная крепь. В качестве специальной крепи используют органные стенки,
металлические костры, кусты из деревянных или металлических стоек, посадочные элементы
механизированных крепей и т. д.
Способ частичного обрушения кровли менее эффективен, чем полного обрушения, и потому его
применяют в настоящее время редко. При этом способе управления горным давлением обрушение
кровли производят между бутовыми полосами, возводимыми в выработанном пространстве
параллельно простиранию пласта.
Частичная закладка выработанного пространства является эффективным способом управления
горным давлением в условиях резкого изменения мощности пласта, очень слабой почвы, весьма
прочных или, наоборот, весьма слабых пород непосредственной кровли, т. е. преимущественно в
условиях, когда процесс обрушения является труднорегулируемым. Это достигают путем возведения
бутовых полос по простиранию пласта.
При разработке пластов мощностью до 1 м и тонких жил, в непосредственной кровле которых
залегают породы, обладающие способностью прогибаться без видимых нарушений сплошности,
целесообразно управлять горным давлением способом плавного опускания (особенно, если почва
пласта склонна к пучению) Это один из наиболее простых и экономичных способов
К числу самых дорогостоящих способов управления горным давлением относится полная закладка
выработанного пространства. Применяется в случаях, когда другие способы не обеспечивают
безопасности работ, технически неосуществимы или не отвечают дополнительным требованиям,
предъявляемым к горным работам в рассматриваемых конкретных условиях. Такие требования могут
возникнуть при послойной отработке пластов и рудных тел, при отработке мощных сближенных
пластов или рудных тел в восходящем порядке, при необходимости сохранить вышележащие горные
выработки или ответственные сооружения, расположенные на земной поверхности, и в других
случаях. В частности, целесообразно отрабатывать с полной закладкой выработанного пространства
мощные крутопадающие пласты угля, склонного к самовозгоранию.
В условиях разработки маломощных угольных пластов крутого падения значительное
распространение получил способ удержания призабойного пространства на кострах. При этом
способе управления горным давлением в условиях пластичных пород преобладают явления плавного
опускания кровли, а в условиях прочных пород—процессы обрушения.
Вопрос 104. Основные принципы определения размеров устойчивых целиков и обнажений
пород в очистных выработках.
На основе общих представлений механики устойчивость какой-либо системы может быть
охарактеризована условиями, обеспечивающими сохранение ее состояния в течение заданного
времени. Применительно к горным выработкам устойчивость можно определить как способность
сохранения, во-первых, формы и, во-вторых, размеров выработки, обеспечивающих ее эксплуатацию
в течение необходимого периода.
Для каждого сочетания горно-геологических условий существуют определенные (критические)
размеры обнажений пород в выработках, при превышении которых выработки приходят в
неустойчивое состояние и их эксплуатация становится небезопасной.
С целью регулирования размеров обнажений пород в выработанных пространствах часто оставляют
целики, т. е. нетронутые участки рудного тела, пласта или вмещающих пород. При этом в
зависимости от применяемой технологии целики или извлекают после отработки основной части
полезного ископаемого, или же оставляют в недрах, что, естественно, приводит к увеличению потерь
полезных ископаемых. Извлечение целиков, как правило, сопровождается трудностями в
организации и обеспечении работ, а иногда требует применения специфических систем разработки.
Назначением целиков является предотвращение развития недопустимых деформаций в массиве
окружающих пород и предотвращение увеличения размеров зон разрушения. В зависимости от того,
для охраны каких объектов они предназначены и каковы сроки их существования, целики
подразделяют на несколько видов.
Целики, предназначенные для охраны сооружений поверхностного комплекса шахт и рудников от
вредного влияния очистных работ, называют предохранительными, срок их службы составляет
обычно несколько десятилетий и часто совпадает с общим сроком эксплуатации горнорудного
предприятия.
Для охраны капитальных вскрывающих выработок (стволов, штолен, штреков или квершлагов)
оставляют соответствующие охранные целики (околоствольные, околоштольневые и т. д.). Срок их
службы также весьма длителен и, как и в первом случае, может достигать нескольких десятков лет.
Для поддержания очистных пространств, предохранения подготовительных выработок, а также для
исключения влияния очистных работ на соседних участках оставляют временные целики. Это
наиболее массовый вид целиков, срок их существования обычно составляет несколько лет, т. е.
соизмерим с периодом отработки отдельных участков, блоков или камер.
В случаях, если оставляют целики излишне больших размеров, это приводит к неоправданным
потерям, если же размеры целиков недостаточны, то происходит их разрушение, которое влечет за
собой перераспределение напряжений в окружающем массиве пород, часто в обширных областях.
При этом разрушение целиков на одном участке может вызвать лавинообразное разрушение целиков
на соседних участках.
Все многообразие пространственных схем расположения целиков, встречающихся при разработке
пластовых и рудных месторождений, может быть сведено к следующим основным случаям:
а) неограниченная периодическая последовательность одинаковых по своим размерам и формам
междукамерных, околоштрековых и других целиков;
б) неограниченная периодическая последовательность целиков различных размеров и формы;
в) бессистемное расположение целиков различных размеров и конфигурации;
г) одиночные целики различных параметров.
При этом по конфигурации горизонтальных сечений различают целики ленточные и столбчатые
(рис.).
С точки зрения геомеханики условия работы этих целиков различны:
*
- ленточные целики находятся в условиях плоской деформации;
*
- столбчатые целики - в условиях одноосного напряжённого состояния.
Рис.. Схемы поддержания очистных пространств с помощью ленточных (а) и столбчатых (б)
целиков.
Поскольку выработанное пространство и целики образуют единую систему в массиве горных пород,
их
оптимальные
параметры
во
всех
случаях
должны
быть
взаимосвязаны
и
взаимообусловленыПоэтому для обоснованного определения оптимальных параметров систем
разработки, в том числе размеров очистных выработок и целиков, в общем случае необходимо
рассматривать напряженно-деформированное состояние всей системы дневная поверхность —
толща вышележащих пород —кровля очистной выработки—целик — почва очистной
выработки.
наилучшим способом исследования подобных систем являются аналитические методы и методы
математического моделирования. При этом возможна оценка как состояния всей системы в целом,
так и отдельных её элементов, практически, с любой степенью детальности.
Однако в практике горных работ весьма часто возникают потребности оценить состояние и
выбрать оптимальные параметры каких-либо локальных элементов, не прибегая к исследованию всей
указанной взаимосвязанной системы. Для подобных случаев весьма широко применяется подход,
когда в каждом конкретном случае стремятся выявить наиболее слабое звено—лимитирующий
элемент, устойчивое состояние которого предопределяет состояние всех остальных звеньев, и
исходя из параметров этого элемента устанавливают остальные параметры элементов всей системы
разработки.
Часто подобными лимитирующими элементами является кровля камер или целики, реже —
почва выработок. Для последнего случая характерны явления вдавливания целиков в почву, в
результате чего происходили завалы выработок на больших площадях.
Лимитирующим элементом может быть вышележащая толща пород. Это характерно для
условий применения комбинированных систем разработки рудных тел открытым и подземным
способом, а также для условий добычи легкорастворимых полезных ископаемых (например, солей) и
при ведении горных работ под водоемами, когда необходимо обеспечивать устойчивость пород во
избежание трещин, провалов, прорывов воды и пр.
Наконец, лимитирующим элементом может являться и дневная поверхность в случаях, когда
необходимо обеспечить устойчивость наземных зданий и сооружений.
Большое влияние на характер деформирования отдельных элементов и в целом всей указанной
системы оказывают соотношения деформационно-прочностных свойств пород, слагающих целики,
кровлю и почву очистных выработок, а также вышележащую толщу. Весьма существенны также
характер и свойства контактов целиков с кровлей и почвой выработок.
Для расчета оптимальных параметров очистных выработок и целиков необходимо:
а) установить характеристики нагрузок (величины напряжений в массиве пород), действующих на
элементы системы разработки, размеры которых подлежат определению;
б) на основании характеристик напряженно-деформированного состояния и сравнения их с
деформационно-прочностными параметрами пород, слагающих кровлю и целики, оценить несущую
способность и устойчивость этих элементов.
Первый пункт указанной последовательности операций может быть выполнен с привлечением
различных методов (теоретических и экспериментальных), о которых речь шла выше. Он является
необходимым при оценке несущей способности целиков и обнажений пород, но принципиальных
отличий от методов определения напряженного состояния массива пород вокруг выработок не имеет.
Второй пункт составляет сущность расчета оптимальных параметров целиков и обнажений пород в
очистных выработках. Он в обязательном порядке включает проверку указанных элементов систем
разработки на прочность и устойчивость.
Вопрос 105. Основные пути решения проблем по предупреждению динамических проявлений
горного давления.
Способы предупреждения горных ударов и внезапных выбросов пород и газа
Выделяются региональные меры предупреждения горных ударов и внезапных выбросов,
охватывающие обширные пространства добычных участков или пластов, и локальные меры,
относящиеся к отдельным горным выработкам.
К региональным мерам относятся:
-опережающая отработка защитных пластов (слоев, залежей);
-предварительная дегазация массива скважинами;
-профилактическое увлажнение или рыхление пласта впереди очистных выработок или на
подготавливаемом горизонте.
Кроме этого, к профилактическим мероприятиям регионального масштаба можно отнести
применение соответствующих технологических схем и приёмов ведения горных работ, при которых
существенно снижается вероятность горных ударов и внезапных выбросов.
Локальными мерами являются:
-бурение опережающих разгружающе-дегазирующих скважин из действующих выработок;
-обработка опасного массива нагнетанием воды в пласт под давлением в режимах гидрорыхления,
гидроотжима и гидроразрыва; гидровымыв полостей и щелей;
-взрывное рыхление:
-применение разгрузочных щелей и опережающей крепи.
Принципы ведения горных работ в условиях возможного проявления горных ударов и внезапных
выбросов.
— нарезка месторождения на шахтные поля и их отработка без образования участков с большой
концентрацией напряжений;
— исключение встречных и догоняющих фронтов очистных работ;
— уменьшение количества горных выработок впереди фронта очистных работ в отрабатываемых
удароопасных пластах (залежах);
— сокращение камерных систем разработки;
— предупреждение зависания кровли над выработанным пространством.
Соблюдение этих принципов снижает вероятность динамических проявлений горного давления, но при этом
накладывает определённые ограничения на применяемые системы и методы ведения горных работ.
Опасность динамических проявлений горного давления для людей, работающих в шахте, состоит:
* в травмировании и засыпании их отбрасываемой и обрушающейся массой добываемого полезного
ископаемого и вмещающих пород;
* в травмировании разрушаемой крепью выработок при нахождении в непосредственной близости от
места горного удара или внезапного выброса;
* в травмировании под действием сильной воздушной волны при горных ударах;
* в образовании взрывчатой газовоздушной смеси при внезапных выбросах;
*
в заполнении газом горных выработок вблизи места внезапного выброса и образовании бедной
кислородом газовоздушной смеси;
*
в нарушении нормальных условий вентиляции рабочих мест вследствие их завала при горных
ударах и внезапных выбросах.
В зависимости от масштаба горного удара или внезапного выброса опасность может угрожать
людям, находящимся в непосредственной близости от забоя, находящимся в пределах всего
добычного участка, либо даже находящимся под землей в пределах всей шахты или рудника.
Одной из основных мер защиты людей от горных ударов и выбросов является организация службы
прогноза динамических проявлений горного давления и своевременное предупреждение людей о
надвигающейся опасности с переводом шахты на специальный режим ведения горных работ,
исключающий присутствие людей в опасных местах.
Важное значение имеет тщательный инструктаж горнорабочих о визуальных признаках ударо- и
выбросоопасности, предвестниках горных ударов и внезапных выбросов, мерах самоспасения,
предусматриваемых планом ликвидации аварий.
Для возможной механической защиты работающих следует предусматривать специальные крепи,
щиты, защитные козырьки и другие конструктивные меры, которые могут быть вполне
достаточными и весьма эффективными, например, при стрелянии горных пород, толчках,
микроударах и небольших выбросах.
В особо ударо- и выбросоопасных условиях необходимо предусматривать дистанционное
управление горными машинами и механизмами и применение безлюдных способов ведения
очистных работ и проходки выработок.
При отработке целиков буровзрывным способом присутствие людей во время взрывания и в
течение 0.5 - 1 часа после него также не допускается. Люди должны находиться не ближе 200 м от
места взрыва, как правило, в выработках, пройденных по породе.
При внезапных выбросах наиболее опасны условия в очистных выработках маломощных крутых
пластов: работающие ниже участка выброса подвергаются опасности травмирования, работающие
выше этого участка—опасности удушения газом. В таких условиях предусматривают запасные
выходы через выработанное пространство по специальным ходкам, защищенным бутовыми
полосами.
Противогазовая защита предусматривает специальные мероприятия по быстрому восстановлению
нормальных условий вентиляции, подаче свежего воздуха в изолированные обрушением или
выбросом участки и применение индивидуальных средств защиты.
Вопрос 106. Деформационные способы определения параметров напряженного состояния
массива пород.
В основе деформационных способов определения параметров напряженного состояния массива
пород лежит измерение деформаций пород с последующим вычислением действующих
напряжений.
Наиболее распространенным деформационным способом определения абсолютных значений
напряжений является метод разгрузки. Он основан на измерении упругих деформаций
восстановления при отделении некоторого элемента от породного массива и разгрузке его от
действовавших в нем напряжений. По измеренным деформациям, зная упругие константы пород
(модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций ), вычисляют
действовавшие в массиве напряжения, используя математический аппарат теории упругости.
Применяют метод в двух основных вариантах:
*
в варианте торцевых измерений;
*
в варианте соосных скважин.
Вариант торцевых измерений получил в странах бывшего СССР наибольшее распространение.
Применительно к этому варианту, для условий скальных пород, были разработаны и серийно выпускались
унифицированные комплекты измерительной аппаратуры и оборудования.
Для измерений бурят из горной выработки в заданном направлении скважину диаметром 76-80 мм.
В выбранной для измерений точке массива коронкой специальной конструкции шлифуют забой
(торец) скважины. Затем с помощью прижимного и ориентирующего устройств к торцу скважины в
строго ориентированном положении приклеивают розетку из четырех или трех
электротензометрических датчиков. После полной полимеризации клея, обеспечивающего
совместность деформаций пород и тензодатчиков, кольцевой коронкой производят обуривание торца
скважины. При этом обуриваемый элемент породного массива освобождается от действовавших в
нем напряжений и испытывает деформации, фиксируемые тензодатчиками.
Используя формулы теории упругости, связывающие измеренные деформации и соответствующие
им напряжения, определяют напряжения в плоскости торца скважины. При вычислении напряжений
необходимые упругие константы пород Е и  определяют по породному керну, который получают
при обуривании торца скважины в точке измерения. Это позволяет исключить погрешность,
обусловленную вариациями упругих констант в различных точках массива.
Описанный цикл измерений дает значения главных (квазиглавных) напряжений в плоскости торца
скважины в одной выбранной точке массива. Продолжая бурение скважины и повторяя аналогичные
измерения в других намеченных точках, получают серию измерений, которые подвергают затем
математической обработке и анализу.
Вариант соосных скважин отличается от описанного тем, что бурят опережающую центральную
скважину малого диаметра (около 40 мм). В ней устанавливают деформометры (схема Н. Хаста) либо
на ее стенки с помощью специальных приспособлений наклеивают тензодатчики (схема Е. Лимана,
рис.).
Рис. Схема наклейки электротензометрических датчиков на стенки скважины
малого диаметра при измерениях напряжений в массиве пород методом разгрузки
в варианте соосных скважин (схема Е. Лимана).
а - расположение измерительной и разгрузочной скважин, б - размещение
тензодатчиков на стенках скважины малого диаметра, в - расположение датчиков
в розетке
1 - скважина диаметром 110-120 мм или больше, 2 - измерительная скважина диаметром 40 мм
В первом случае фиксируют изменение диаметра центральной скважины по различным
направлениям. При этом для перехода от измеренных перемещений (изменений диаметров
центральной скважины) к напряжениям используют данные лабораторной градуировки датчиков
деформометра в специально вырезанных породных призмах с модулем упругости, равным модулю
упругости исследуемого массива.
Во втором случае, при расположении датчиков по схеме, приведенной на рис. в, напряжения
вычисляют по результатам измерения деформаций 1, 2, 3.
В случаях, когда в напряженных породных массивах при разгрузке наряду с мгновенными
упругими деформациями проявляются деформации упругого последействия, вычисленные
напряжения будут отличаться в большую сторону по сравнению с фактическими, При определении
напряжений в таких породах с использованием формул теории упругости в результаты измерений
вводят поправки, либо применяют формулы, непосредственно учитывающие неупругие свойства
пород, устанавливаемые по данным лабораторных испытаний.
Наряду с определением абсолютных значений действующих напряжений часто требуется
проследить за их изменениями во времени по мере развития горных работ. Применять для этого
метод разгрузки, повторяя каждый раз полный комплекс трудоемких измерений, нецелесообразно.
Для определения изменений напряженного состояния пород во времени обычно применяют
различные деформометры, размещаемые в буровых скважинах и фиксирующие изменения диаметра
скважин по различным направлениям, поперечные и продольные деформации стенок скважины, либо
суммарный эффект деформаций скважины. Применяют при этом два типа деформометров.
Первый тип - это так называемые податливые включения (иногда их называют "мягкими") деформометры, фиксирующие деформации стенок скважины, практически не оказывая воздействия
на массив пород. Второй тип - упругие включения (жёсткие включения), оказывающие активное
сопротивление деформациям горных пород.
Разработано и применяется большое количество различных деформометров. Наиболее широко
используют скважинные гидравлические датчики, применение которых основано на методе
разности давлений. В скважину помещают гидравлический датчик - цилиндрический домкрат с
резиновой оболочкой и создают на контакте с горной породой исходное давление. Изменение
давления в гидросистеме, фиксируемое манометром, является исходным для расчета изменения
напряжений в рассматриваемой точке массива.
Различные по конструкциям поперечные и продольные деформометры позволяют фиксировать
изменения диаметров скважин и продольные деформации по скважинам с помощью проволочных
тензодатчиков сопротивления, индукционных, емкостных, магнитострикционных и других датчиков.
Широкое распространение получили также фотоупругие покрытия, определение напряжений в
которых ведут путем наблюдения интерференционной картины в поляризованном свете и измерения
оптической разности хода с помощью полярископов.
Значительно распространены фотоупругие (оптически чувствительные) датчики. Датчик в виде
упругого включения из оптически чувствительного стекла - сплошной или полый цилиндр помещают в скважине, обеспечивая его надежное сцепление с породным массивом посредством
цементирования. Применение полых цилиндров позволяет изменять чувствительность датчиков
путем подбора необходимых соотношений их внешнего и внутреннего диаметров.
Вопрос 107. Основные этапы методологического подхода к решению геомеханических проблем.
Построение моделей ситуаций.
При решении конкретных вопросов геомеханики недостаточно иметь разработанную
классификацию массивов и пород, недостаточно иметь результаты исследования свойств и состояния
пород в виде паспортов, также недостаточно знать закономерности распределения напряжений в
элементах системы разработки необходимо ещё иметь чёткие представления о взаимном
пространственном расположении тех или иных разновидностей пород с соответствующими
деформационно-прочностными характеристиками для рассматриваемой конкретной ситуации, а
также данные о структурных характеристиках массивов пород и, в частности, о тех, которые в
данном конкретном случае оказывают главное влияние. Кроме того, необходимо иметь
пространственную картину расположения выработок в интересующей области, также с выделением
основных выработок, которые должны быть непременно рассмотрены и второстепенных, которыми
можно пренебречь и не учитывать в расчётах.
Для решения вопросов геомеханики необходимо составлять различные модели ситуации. Такой
методологический подход постепенно завоевывает всеобщее признание.
Степень адекватности разрабатываемых моделей реальному явлению в принципе должна
соответствовать как уровню развития методов и средств решения поставленных задач, так и
требованиям точности и надежности выдаваемых результатов.
Применительно к вопросам геомеханики первым этапом в свете упомянутого подхода является
построение инженерно-геологической модели массива пород, в котором проводятся горные работы.
Первичной основой для построения инженерно-геологической модели массива пород служит
обычная геологическая документация - геологические планы (карты) и разрезы, которые по сути
являются специализированными моделями реального массива пород. Однако основное отличие
инженерно - геологической модели от этих материалов заключается в одновременном комплексном
анализе геологических условий, физико-механических свойств пород и начального напряжённого
состояния массива. На этой основе выполняется целенаправленная схематизация и, наряду с этим,
районирование исследуемого массива пород.
Схематизация заключается в упрощении, как правило, сложного строения и состава массива,
уменьшения разнообразия пород путём объединения их в комплексы с близкими показателями
физико-механических свойств, а также одинаковыми особенностями поведения пород при различных
воздействиях на них. Это, в свою очередь, требует последовательной разработки и последующего
анализа ряда вспомогательных, частных моделей изучаемого массива - моделей (схем),
характеризующих литологическое строение, структурные особенности, начальное напряженное
состояние, экзогенное изменение пород изучаемого массива и др. Во многих случаях уже сама
инженерно-геологическая модель позволяет прогнозировать возможность возникновения различных
процессов или явлений - обвалов, оползней, разгрузки, выветривания и т. п. Все эти частные модели
должны быть жестко увязаны между собой и обеспечивать в конечном итоге решение основной
задачи — количественного анализа явлений и процессов, происходящих в изучаемом массиве горных
пород в результате горных работ или подземного строительства.
В свою очередь, созданию инженерно-геологической модели должна предшествовать разработка
инженерно-геологической классификации пород, на основе чего выполняется районирование
массива. В результате производится выделение отдельных блоков массива, в пределах которых
инженерно-геологические условия, и в частности, напряженное состояние и свойства пород, могут
быть приняты достаточно однородными.
Вторым этапом данного методологического подхода является разработка на базе инженерногеологической модели рассматриваемого массива геомеханической модели конкретной горнотехнологической ситуации, подземного сооружения или горной выработки, для которых необходимо
выполнить оценку устойчивости пород в обнажениях, определить параметры устойчивых элементов,
рациональный порядок разработки, вид крепи или решить какие-либо другие задачи геомеханики.
При этом особенностью массивов скальных пород является первоочередная необходимость
выделения тех типов и видов структурных неоднородностей, которые в данном случае будут
решающим образом влиять на состояние рассчитываемых сооружений и выработок.
Переход от инженерно-геологической модели к геомеханической, как правило, сопровождается
дальнейшим обобщением исходных материалов и также может осуществляться с помощью
вспомогательных моделей (схем), отражающих особенности напряжённо-деформированного
состояния или поведения под нагрузкой отдельных участков или областей пород массива в пределах
конкретных элементов систем разработки - выработок, целиков и т.д.
В целом же если инженерно-геологическая модель является в определённом смысле общей
моделью массива, то геомеханическая модель должна быть предельно конкретной, ее содержанием
будет являться весь комплекс исходных данных о напряженном состоянии, свойствах и структурных
особенностях массива пород, дополненных данными о параметрах горных выработок и других
элементов систем разработки, необходимых для решения поставленных задач применительно к
данному объекту.
Вид и содержание геомеханической модели в определенной степени определяются теми исходными
предпосылками, которые положены в основу метода решения поставленной задачи. В случае
физического моделирования - физической моделью рассматриваемого объекта, в случае
математического моделирования - расчетной схемой и математическим аппаратом, т. е.
математической моделью.
Создание физических или математических моделей представляют собой третий этап решения
геомеханических задач.
Перечисленные
инженерно-геологическая
и
геомеханическая
модели
являются
специализированными, так как в процессе построения каждой из них отображаются лишь
соответствующие особенности реального массива. Вместе с тем последовательная разработка этих
моделей должна выявить механизм того процесса, для изучения которого они разрабатываются,
определить пути и методы решения инженерных задач В этом смысле построение инженерно
геологической и геомеханической моделей, выбор и анализ расчетной схемы или создание
физической модели реального массива являются единым процессом, составляющие которого тесно
связаны между собой и взаимно влияют друг на друга.
Инженерно-геологические и геомеханические модели всегда являются масштабными, т. е.
геометрические размеры элементов моделей должны соответствовать в некотором масштабе
размерам реальных геологических и горнотехнических объектов. Кроме того, в принципе, эти
модели должны быть объемными, так как только в этом случае возможен наиболее полный и близкий
к
действительности
их
анализ.
Вопрос 108. Основные типы классических моделей сплошной среды, используемых в
геомеханике. Основные преимущества и недостатки.
Число математических моделей для описания деформирования реальных горных пород вообще
может быть сколь угодно велико, но все они являются различными сочетаниями основных
классических моделей - моделей упругого, пластического и идеально вязкого тела.
Упругая модель является простейшей и применяется наиболее часто. Она представляет собой
линейно-деформируемую среду, т.е. среду, в которой напряжения и деформации связаны линейными
зависимостями. Идеально упругая среда (массив) может быть наглядно представлена структурной
схемой в виде пружины (рис.12.1а), характеризуемой определённой жёсткостью (модулем упругости
Е), которая растягивается напряжениями , причём деформации пружины  подчинены физическому
закону Гука в соответствии с диаграммой напряжений (рис.12.1б)  = Е .
Рис 12.1 Упругая модель (модель Гука). а - структурная схема; б - диаграмма напряжений.
В случае объёмного напряжённого состояния, характерного для массива пород, деформации могут
быть определены с помощью уравнений, в которых используются две независимых константы модуль упругости Е и коэффициент поперечных деформаций v, модуль сдвига может быть вычислен
по значениям Е и v.
Следует отметить, что во многих случаях применение упругой модели не требует в качестве
обязательного условия способности пород восстанавливать начальные формы и размеры при снятии
нагрузок. Если породы при рассмотрении конкретных задач испытывают деформации одного знака,
то достаточно, если диаграмма « - » при нагружении будет близка к линейной. В этом смысле
упругую модель массива также называют линейно-деформируемой средой, причём её свойства в
подобных случаях характеризуются модулем деформации, т.е. коэффициентом пропорциональности
между напряжениями и деформациями.
Несмотря на простоту выражений и сравнительно малую адекватность подобной модели поведению
реальных массивов, упругая модель обладает весьма замечательным свойством - её применение
обеспечивает получение верхних максимально возможных значений напряжений и нижнего предела,
т.е. минимально возможных значений деформаций для изучаемых объектов.
Для среды, в которой свойства в различных направлениях неодинаковы, могут применяться модели
анизотропных упругих сред, из которых наибольшее распространение получила модель
трансверсально-изотропной среды.
Такая среда характеризуется постоянством свойств в различных направлениях только для
определённым образом ориентированных плоскостей, которые называются плоскостями изотропии.
В других направлениях, в частности, в направлении, перпендикулярном к плоскости изотропии,
свойства имеют другие значения (рис.12.2). Физической моделью подобной среды может служить
книга, где плоскости изотропии - страницы.
Применение подобных моделей целесообразно для тонкослоистых осадочных, метаморфических
пород, в этом случае деформирование характеризуется с помощью пяти независимых констант (в
отличие от двух констант для линейно - деформируемой среды):
Е1; Е2 и v1; v2 - соответственно модули упругости и коэффициенты Пуассона для плоскости
изотропии и в направлении, перпендикулярном к ней;
G2 - модуль сдвига в направлении, перпендикулярном плоскости изотропии, который в
отличие от G1 (модуля сдвига в плоскости изотропии) является независимым и не может быть
выражен через Е2 и v2, но может быть определён экспериментально из испытаний специально
ориентированных образцов.
2. Схема трансверсально-изотропной модели породного массива
Реальным горным породам, особенно в условиях их естественного залегания, обычно свойственна
нелинейность связи между напряжениями и деформациями уже при весьма небольших значениях
действующих напряжений.
На рис. 12.3 в качестве примера приведены кривые деформирования апатито-нефелиновых и
флогопитсодержащих пород, которые проявляют значительную нелинейность при значениях,
напряжений, достигающих всего 10—15 % от разрушающих.
Рис. 12.3. Типовые кривые деформирования апатито-нефелиновых руд Хибинских месторождений (а) и
флогопит-диопсид-оливиновых руд Ковдорского флогопитового месторождения (б).
сж и сж — напряжение и деформация, соответствующие моменту разрушения при одноосном
сжатии.
Вследствие этого оказалось необходимым разрабатывать модели, учитывающие неупругие, в
частности, пластические свойства пород.
Пластическая модель массива позволяет отражать способность пород к пластическим
(необратимым) деформациям.
Механизм пластической деформации связан со сдвигами материала по некоторым площадкам, в
связи с этим структурную схему идеально пластической среды можно представить в виде элемента
трения (рис.12.4).
Условие скольжения описывается уравнением (условие Кулона - Мора)
 = К + n tg,
(12.2)
где К - сцепление (сопротивление сдвигу, не зависящее от величины нормального давления); n нормальные напряжения на площадке скольжения;  - угол внутреннего трения.
Рис. 12.4. Структурная схема (а) и диаграмма напряжений (б) идеально-пластической модели.
Условие (12.2) также называют условием предельного состояния; оно положено в основу
теории предельного равновесия пород.
Для отражения реологических свойств горных пород в модели вводится вязкий элемент (элемент
Ньютона), представляющий собой поршень в цилиндре с вязкой жидкостью. Здесь развитие
деформации во времени уподобляется (моделируется) истечению вязкой жидкости сквозь поршень с
отверстиями.
Для идеально вязкой модели напряжения пропорциональны скорости деформации

d

dt
где  - коэффициент вязкости.
В геомеханике идеально вязкие модели не находят применения, но вязкий элемент широко
используется в различных сочетаниях с упругими и пластическими элементами.
В частности, при сочетании упругих и вязких элементов получают различные модели
вязкоупругой среды (рис. 12.5).
Рис. 12.5. Структурные схемы некоторых вязкоупругих моделей. А - Кельвина-Фойгта; бГогенемзера-Прагера; в-Пойнтинга-Томсона.
Если массив горных пород наряду с упругими проявляет ещё и пластические свойства, используют
упруго-пластические модели, которые представляют собой сочетание упругих и пластических
элементов (рис.12.6).
Рис.12.6. Структурная схема (а) и диаграмма напряжений (б) упруго-пластической модели.
При этом до некоторого предела, определяемого условиями предельного равновесия (12.2), в модели
развиваются только упругие деформации, а по достижении этого предела - пластические. В
соответствии с этим в массиве пород выделяются упругая и пластическая области.
Особый интерес с точки зрения геомеханики в этих моделях представляет возможность учёта
процессов разрушения, что проявляется в спаде нагрузки на диаграмме напряжений после
достижения предела прочности пород (рис. 12.7). Физически это связано с изменением механических
свойств пород в процессе пластических деформаций, т.е. исследуемая среда в пластической области
становится неоднородной.
Рис. 12.7. Диаграммы деформирования пород для различных моделей, учитывающих
разрушение.
1 - хрупкой; 2 - упругопластической с ограниченной пластической деформацией; 3 характеризующейся постепенным снижением сопротивления за пределом прочности.
На рис. 12.7 график 1 характеризует идеально хрупкую среду, у которой предел упругости совпадает
с пределом прочности пород, по достижении предела прочности пород происходит полное
разрушение материала. Если рассматривать горную выработку, то в такой среде вокруг выработки
образуются две зоны: упругая и пластическая, причём граница раздела зон одновременно является
границей раздела материалов с различными свойствами - исходного и разрушенного (модель
исследована докт.техн. наук Ю.М.Либерманом).
Диаграмма 2 на рис.18.7 характеризует среду, у которой между стадиями упругих деформаций и
разрушения существует стадия пластических деформаций. Эта модель исследована профессором
Н.С.Булычёвым и для точки с деформацией сж будет соблюдаться равенство:
сж = пр = у + пл = П у ,
где П = пр/у - показатель, пластичности.
В рассматриваемой среде выделяется три области - упругая, в которой распределение напряжений
удовлетворяет закону Гука, пластическая - распределение напряжений происходит в соответствии с
условием пластичности (предельного состояния) и разрушенных пород, для которой тоже
справедливо условие предельного состояния, но при нулевом сцеплении.
В среде, деформирование которой иллюстрируется диаграммой 3 (рис. 12.7), наблюдается
постепенное разрушение материала за пределом прочности, характеризуемое так называемым
модулем спада (по аналогии с модулем деформации) М = arc tg’.
109. Кто такой маркшейдер? Роль маркшейдера на горнодобывающем предприятии.
В наше время маркшейдер – это горный инженер или техник, который является специалистом по
проведению пространственно-геометрических измерений в недрах земли и на соответствующих
участках ее поверхности с последующим отображением результатов измерений на планах, картах и
разрезах при горных и геологоразведочных работах.
Роль: При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач, связанных
с перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка центра и осей ствола,
разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и т.д.). Он осуществляет контроль
строительства подъемного комплекса, проходки и армирования ствола и проведения капитальных
выработок, выполнения проекта специальных методов строительства стволов шахт.
110. Какими маркшейдерско-геодезическими приборами пользуются маркшейдера (дать развернутый ответ)
Приборы, применяемые маркшейдерами. Теодолиты, тахеометры, нивелиры,
ГНСС приёмники. Основные рабочие инструменты маркшейдера - измерительные приборы, к которым
относятся, в первую очередь, нивелир, теодолит и тахеометр. Все эти приборы предназначены для
измерения углов и расстояний, иногда - для измерения азимута (угла между плоскостью меридиана
Земли и направлением). Нивелир- измерительный инструмент, с помощью которого можно определить
угол наклона, относительную высоту объекта, сделать разметку. Теодолит- измерительный прибор для
определения горизонтальных и вертикальных углов при топографических съёмках, геодезических и
маркшейдерских работах, в строительстве и т. п. Основной рабочей мерой в теодолите являются лимбы
с градусными и минутными делениями (горизонтальный и вертикальный). Теодолит может быть
использован для измерения расстояний нитяным дальномером[1] и для определения магнитных
азимутов с помощью буссоли. Тахеометр- Геодезический инструмент для измерения расстояний,
горизонтальных и вертикальных углов. Близок к классу неповторительных теодолитов, используется
для определения координат и высот точек местности при топографической съёмке местности, при
разбивочных работах, выносе на местность высот и координат проектных точек, прямых и обратных
засечек, тригонометрического нивелирования и так далее.
111. Какое единое специализированное программное обеспечение можно использовать на горнодобывающем
предприятии.
Изначально МАЙКРОМАЙН занималась разработкой
одноименного программного продукта Micromine, который впоследствии стал полноценной горногеологической
информационной системой (ГГИС). Горно-геологическая информационная система – это
программное обеспечение, которое позволяет решать множество задач, начиная от обработки
первичных геологоразведочных данных и создания геологической модели месторождения для оценки
запасов, заканчивая проектированием и планированием открытых и подземных горных работ. Однако
со временем, помимо ГГИС, в линейке программных продуктов компании появились система
диспетчеризации Pitram и система управления базами данных Geobank. Системы управления базами
данных – это системы для централизованного хранения и работы с базами горно-геологической
информации, данных опережающей и эксплуатационной разведки, а также любых других данных,
полученных на этапе разведки и разработки месторождения. Системы диспетчеризации позволяют в
режиме реального времени контролировать все технологические процессы повседневной работы
горнодобывающего предприятия при открытом и подземном способе разработки месторождения.
Диспетчерская программа с помощью данных, получаемых с соответствующих датчиков, отображает
всю информацию о работе основного и вспомогательного оборудования, местоположении персонала и
техники, совершаемых операциях, перемещении материалов. Из единого центра управления с
использованием специализированного программного обеспечения осуществляется оперативная
корректировка производственной программы для достижения необходимых показателей добычи,
снижения операционных и материальных затрат, повышения уровня безопасности