§ 38. 5. Работа по проектному полигону

Маркшейдерские измерения при сооружении околоствольных выработок тесно увязаны с проектом. Поэтому при пользовании пунктами планового и высотного обоснования всегда нужно знать положение забоя по отношению к проектному полигону.

Накопление погрешностей происходит при любых измерениях. Для выбора способа угловых и линейных измерений, гарантирующего заданную точность, и оценки фактического положения пунктов планового обоснования используют математический аппарат теории погрешностей. Средняя квадратическая, вероятная, средняя арифметическая, предельная, относительная — погрешности случайного характера. Следует всегда помнить, что свойства их проявляются только при большом числе измерений и могут вовсе не проявляться при малом числе измерений. Любой ряд погрешностей измерения одной и той же величины имеет нижним пределом нуль, а верхним число, отвечающее точности инструмента (без учета других факторов).

Наиболее значительное накопление погрешностей в углах происходит на точках, с которых задается направление. Углы на этих точках почти всегда измеряют с погрешностями, превышающими точность инструмента. Здесь огромное влияние оказывает эксцентриситет теодолита и сигналов. Исследования показали, что для углов, близких к 180°, среднюю погрешность угла, зависящую от эксцентриситета теодолита и сигналов, можно определить из выражения где l — эксцентриситет теодолита и сигналов; s — средняя длина стороны полигонометрического хода.

В забое, на коротких сторонах, эксцентриситет теодолита и сигналов может быть более ±3 мм. Происходит это потому, что измерения углов делают в очень неблагоприятных условиях. На инструмент в за-116 бое оказывают влияние: вибрация почвы от движущихся вагонеток, электровозов и других механизмов, давление воздушной струи, деформация почвы под ножками штатива и др. Все эти факторы увеличивают погрешности измерений, если измерения растянуты во времени. Чем больше отрезки времени между соседними измерениями, тем больше погрешности, тем ближе они к предельным. В дополнение к указанным факторам начинают действовать и другие: устойчивость соединений штатива, деформация пружин в микрометренных винтах и ряд других. Оси инструмента не могут долгое время сохранять неизменное положение в пространстве. Специалисту маркшейдерского дела, будь то инженер или техник, необходимо научиться быстро работать с теодолитом, для того чтобы в измерения не попадали погрешности из-за искаженного положения осей инструмента в пространстве.

Для практических решений принимают погрешности измерения углов в забое, на двух точках предельными, т. е. ∆р = ± 90" для инструмента любой точности.

Обычно направление отвесами переносят через каждые 30 м, при отходе от них на 40 м. При такой длине сторон (30 м) средняя погрешность измерения угла одним повторением теодолитом 30" точности близка к ±20". Ход, с точек которого задают направление, постепенно удаляется от пунктов опорной сети. С учетом погрешностей теодолитного хода и двух забойных точек, на 150 м от пункта опорной сети линейная погрешность по критической оси может достигнуть ± 50 мм, а на 200 м±64 мм. Проходку выработок по проектному полигону ведут следующим образом. Как только забой отойдет на 150—160 м, вслед за забоем подтягивают полигонометрию повышенной точности. Пункты полигонометрии закрепляют постоянными знаками. В прямой или обратный ход включают одну-две точки теодолитного хода, с которых задавалось направление (обычно ближние к забою). Точность измерения углов и длин линий в полигонометрии определяют заранее. Заданная точность зависит от предельной погрешности смыкания встречных забоев в околоствольных выработках.

Величина погрешности диктуется в основном технологией проходческих работ. В угольных шахтах выработки проходят в осадочных породах, крепость которых колеблется от 4 до 7 по шкале Протодьяконова. Породы разбиты тектоническими нарушениями с массой трещин и плоскостей скольжения. Постоянная крепь выработок из монолитного бетона и железобетона. Отставание постоянной крепи от забоя незначительное, а в большинстве случаев при применении передвижной металлической опалубки крепь возводят в грудь забоя. Поэтому у маркшейдера просто нет выбора при оценке предельной погрешности смыкания встречных забоев. Погрешность сбойки q не должна превышать ±50 мм.

Аппарат формул для предрасчета погрешности сбойки и точности полигонометрии довольно широк. Но как бы ни был хорош предрасчет точности будущих измерений, какие бы формулы не применялись, всегда необходимо знать фактическое положение пунктов полигонометрии. Наиболее простой анализ погрешности положения пункта полигонометрии делают по координатам х, у, полученным из нескольких n ходов. Для этого находят среднеарифметическое значение координат хСр и уср, затем вычисляют вероятнейшие погрешности (уклонения от среднеарифметического) υx и υy. Определяют среднюю квадратическую погрешность координат из отдельного хода по формуле

Если Mcv> q, то полигонометрические ходы, один или несколько, не где [υx,y] — сумма квадратов υx и υy. Среднюю квадратическую погрешность арифметической середины находят из выражения удовлетворяют заданной точности.

Прокладка полигонометрии с избыточной точностью гарантирует хорошее качество сбоек в околоствольном дворе и экономит время маркшейдера.

Закрепляют пункты полигонометрии обычно в кровле выработок с неходовой стороны. В специально пробуренных шпурах бетонируют металлические штыри диаметром 20—25 мм. В монолитной бетонной крепи длина штырей 250—300 мм, в других видах крепи 1,0 — 1,6 м. Выступающую внутрь выработки часть штыря (50—60 мм) делают в форме усеченного конуса, для того чтобы монтажники и проходчики не могли использовать пункт полигонометрии в качестве якоря или подвески. Надежное и удобное закрепление пунктов полигонометрии позволяет иметь плановую и высотную основу всегда «под рукой», не делая лишних угловых и линейных измерений, что гарантирует оперативную работу по проектному полигону.

Все маркшейдерские знаки и надписи делают быстросохнущей краской красного или оранжевого цвета на стенках выработок с неходовой стороны. Через 2—3 дня надписи покрывают тонким слоем солидола. Это предохраняет их от влияния рудничной атмосферы и различных субъективных факторов.

Как правило, на все пункты полигонометрии передают высотные от-метки, обеспечивающие маркшейдерские работы любой точности.

Пример 11. Требуется уравнять большой проектный полигон: К—37—77— 74—5—59—31—33—36—42—44—45 (рис. 81). Координаты центра клети исходные: ук = 620,333; хк = 485,366. Координаты центра клети, полученные из вычисления проектного полигона: у = 620,447; хк. = 485,446.

Наносим по координатной сетке в масштабе 1 : 1 положение точек К, К'. Определяем графически дирекционный угол невязки ε (55°) и ее абсолютную ве¬личину (140 мм).

Дирекционный угол невязки совпадает с дирекционными углами сторон 31—32, 35—36, 44—45, 37—38, 74—75. Вводить поправку в одну из этих сторон нельзя» так как сторона 44—45 имеет размер, зависящий от расстояния между клетями, а остальные стороны являются радиусами закруглений. Следовательно, невязку нужно рассматривать как сложную.

Определяем по чертежу стороны, в которые можно ввести поправки. Нельзя невязку разбрасывать в стороны К—37 и 41—58, так как размер стороны К—37 жесткий и обусловлен технологией клетевой ветви со стороны загрузки. Кроме того, стороны К—37 и 41—58 определяют положение узла (точки 38, 40, 41), с которого начинается другой проектный полигон. Нельзя невязку распределять в сторону 73—5, так как изменится положение точки 5 (центра разгрузочной ямы). Не следует брать для уравнивания сторону 42—43, так как она определяет привязку узла (точки 48, 49, 51) к стволу. Поэтому сложную невязку распределяем в стороны 33—34 и 36—48.

Строим треугольник поправок (рис. 82), для чего из точек К и К' проводим линии КР и КР, дирекционные углы которых равны дирекционным углам сторон 33—34 и 36—48. Причем совершенно безразлично, из какой точки какую линию проводить — результат будет одинаков. Размеры линий КР и КР являются поправками в длины соответствующих сторон.

Знаки поправок определяем следующим образом. На треугольнике поправок прочерчиваем направление вычисления проектного полигона (сплошные стрелки). Условно перемещаем точку К по линиям КР и РС. Если направление движения точки К (пунктирные стрелки) совпадает с направлением полигона, то знак поправки положительный, если не совпадает, то отрицательный. В нашем примере А/33-34 = 162 мм; А/Зв_48 = — 82 мм.

После исправления сторон 33—34 и 36—48 перевычисляем координаты вершин полигона, начиная с точки 34% Выбор варианта уравнивания зависит и от абсолютной величины невязки. В нашем примере величина невязки незначительная, поправки в длины сторон не превышают 0,5 м. Если бы величина невязки превышала 0,5 м, то следовало бы вначале убедиться в проектном положении точки 5 (центра разгрузочной ямы) и только потом выбрать пару сторон для уравнивания проектного полигона.