Ориентирно-соединительная съемка с применением лазерных сканирующих систем

Своевременное и качественное выполнение капитальных маркшейдерских работ в стволе, к которым относятся ориентирование, передача высотной отметки и плановых координат в шахту, являются одними из важнейших задач.

Методика выполнения работ.
Методика измерений, подразумевает использование лазерного сканера. Из представленных на сегодняшний день сканеров не все пригодны для работы в условиях шахты. Для измерений в шахтном стволе прибор должен быть защищенным от пыли и влаги, а для применения в угольных шахтах ещё и взрывобезопасным. Кроме вышеперечисленных достоинств сканер должен быть достаточно точным, необходима также возможность закрепления сканера под клетью.
Способ соединительной съемки с помощью лазерного сканера разработанный в рамках диссертации, подразумевает следующий порядок действий:
1. Полигонометрический ход от подходных пунктов в надшахтное здание. Полигонометрический ход прокладывается в соответствии с требованиям Инструкции по производству маркшейдерских работ. Погрешность измерения углов 20″, число сторон не более трёх (рис.1).

Рис. 1 Стандартная схема полигонометрического хода к устью ствола

2. Закрепление отражающих марок в надшахтном здании, на расстрелах вдоль ствола, а также на маркшейдерских точках в горизонтальных выработках.
После прокладывания полигонометрического хода предусматривается закрепление отражающих марок в надшахтном здании. Для ориентирования сканера в пространстве предлагается использовать плоские круглые отражающие марки на магнитах (рис. 2, 3). Координирование марок на поверхности производится безотражательным тахеометром. Количество марок 8−10 шт. Опорные марки должны по возможности располагаться равномерно в поле видимости сканера, на максимальном расстоянии от клети и на различных высотах, что позволит минимизировать ошибку привязки сканера к местной системе координат.

Рис. 2 Схема расположения и съемки отражающих марок в надшахтном здании

Рис. 3 Фото магнитных отражающих марок

Вторым этапом работ являются подготовительные работы в подземных выработках. К этим работам относится закрепление отражающих марок в интересующих горизонтальных выработках (рис.4), а также вдоль ствола на расстрелах (рис.5). В горизонтальных выработках под маркшейдерскими точками подвешиваются или центрируются на штативах сферические, цилиндрические или плоские отражатели. Если отражатели подвешиваются под точками, тогда необходимо предварительно выключить или уменьшить вентиляцию, иначе качание отражателей внесет в конечный результат дополнительные ошибки.

Рис. 4 Схема расположения отражающих марок в горизонтальных выработках

Вдоль ствола отражатели располагают группами по 8 марок на смежных ярусах расстрелов, между группами необходимо выдерживать расстояние 30−40 метров в зависимости от применяемых отражателей и сканера, это расстояние должно обеспечивать надежное определение координат центра отражателя с требуемой точностью.

Рис. 5 Схема расположения отражающих марок в стволе

Расстановку марок удобнее производить с крыши клети, находясь под защитным козырьком. При этом необходимо соблюдать технику безопасности работы в стволе, пользоваться средствами индивидуальной защиты и монтажным поясом.
3. Закрепляют сканирующую систему под днищем клети и прокладывают сканерный ход вдоль ствола с последовательной передачей координат от марок, закрепленных в надшахтном здании в горизонтальные выработки.
Установка оборудования в клети — один из важнейших этапов сканирования ствола, все узлы сканирующей системы необходимо надежно закрепить, и при этом должна обеспечиваться возможность выполнения измерений. Сканер устанавливается через технологическое отверстие в днище клети.
Прибор закрепляется таким образом, чтобы сканирование производилось вниз ствола, а вертикальная ось вращения сканирующей головки была перпендикулярной подземным горизонтальным выработкам.
Лазерное сканирование, выполняется с последовательных позиций (в нашем примере — S1, S2, S3), (рис. 6).
 — 1-я позиция сканирования (S1). Выполняется после закрепления лазерного сканера 5 под шахтной клетью 4 и приведения его в рабочее состояние, при этом клеть поднимается немного выше уровня головки рельса, чтобы в поле зрения прибора попали отражатели, расположенные в надшахтном здании (см. рис. 6). В результате измерений осуществляется сканирование поверхности, то есть привязка к отражающим маркам n1-n5, верхней части вертикального ствола 3 и передача координат на марки p1-p4.
 — 2-я позиция сканирования. Устанавливается путем переезда шахтной клети 4 по вертикальному стволу 3 и остановки ее на точке S2. Затем производится лазерная съемка, итогом которой является привязка к координатам отражательных марок p1-p4 и определение координат нижележащего куста марок-отражателей p5-p8.
 — 3-я позиция клети для сканирования (S3). Выставляется таким образом, чтобы одновременно была прямая видимость с лазерного сканера 5 на нижележащие отражающие марки p5-p8 и отражающие марки, установленные в околоствольной горизонтальной подземной выработке 2, m1, m2. Далее запускается сканирование, выполняется лазерная съемка всех видимых участков горных выработок, в том числе и отражающих марок. На этой позиции в данном случае полевые работы заканчиваются.
Вышеизложенный способ испытан на руднике ОАО «ППГХО» в 2009 г. Производственный эксперимент заключался в осуществлении ориентирно-соединительной съемки ствола 6р. Для проверки способа маркшейдерской службой ОАО «ППГХО» выполнялось гироскопическое ориентирование, расхождение между измерениями, полученными сканером и гироприставкой, составили 1'44″, расхождение в передаче отметки с длиномером ДА-2 составило 34 мм. В том же году на руднике «Глубокий», для обеспечения сбойки штрека со стволом, сканер был использован для передачи координат и высотной отметки через восстающий.
В 2012 г. успешно выполнена работа по профилированию нефтяного ствола с канатными проводниками. Все производственные эксперименты доказали состоятельность идеи использования сканирующей системы для ориентирно-соединительной съемки и профилирования.

Рис. 6 Схема выполнения измерений: 1 — дневная поверхность; 2 — гор. выработка; 3 — крутонаклонная выработка; 4 — клеть; 5 — сканер; 6 — эл. тахеометр; точки n1… n5 марки в надшахтном здании; точки р1… р8 марки, закрепленные на расстрелах; S1, S2, S3 — номера сканпозиций; MT1 и МТ2 — пункты маркшейдерской сети; m1 и m2 — марки подвешенные или сцентрированные под маркшейдерскими пунктами.

Из автореферата диссертации канд. тех. наук ГРИДНЕВА СЕМЁНА ОЛЕГОВИЧА, инженера маркшейдера ООО НПК «Байгео», Иркутск, Российская Федерация, 2013 г.