Расчет проектного полигона околоствольных выработок

Содержание

Введение

Маркшейдерские работы при строительстве шахт

.1 Общие сведения

.2 Проверка проектных чертежей

.3 Проектный полигон

.4 Уравнивание полигонов

.5 Работа по проектному полигону

. Расчет проектного полигона околоствольных выработок

.1 Расчет проектного полигона выполняют в следующей последовательности

.2 Расчет сопряжения горных выработок

Заключение

Список литературы

Введение

Курсовой проект, разработанный на тему «Расчет проектного полигона околоствольных выработок», является завершающим этапом в изучении ряда дисциплин, непосредственно относящихся к маркшейдерскому делу: маркшейдерия (общий курс), маркшейдерия (специальный курс), маркшейдерия при открытых горных работах, маркшейдерия (сдвижение горных пород).

1 Маркшейдерские работы при строительстве шахт

.1 Общие сведения

При строительстве шахты выполняют следующие маркшейдерские работы:

·        проверку числовых значений элементов и графической части проектных чертежей;

·        перенесение геометрических элементов проекта в натуру;

·        контроль за соблюдением установленного проектом соотношения геометрических элементов зданий, сооружений и горных выработок;

·        наблюдения за осадками сооружений;

·        съемку промплощадки, горных выработок и пополнение чертежей горной графической документации;

·        учет объемов горнопроходческих работ.

.2 Проверка проектных чертежей

К началу работ строительной организации передают комплекты технической и проектной документации.

В состав технической документации входят: планы земной поверхности участков шахтного строительства; план расположения пунктов маркшейдерской опорной сети на земной поверхности; материалы детальной геологической разведки; чертежи земельного и горного отводов.

Проектная графическая документация представлена чертежами генерального плана строительства; схемой вскрытия шахтного поля с вертикальными разрезами по основным выработкам; проектными чертежами развития горных работ; рабочими чертежами зданий и сооружений технологического комплекса шахтной поверхности, инженерных коммуникаций, проходки и армирования шахтных стволов, околоствольных выработок и камер; проектом разбивочной сети.

Основные данные для вынесения геометрических элементов объекта строительства в натуру содержатся на рабочем чертеже проекта, поэтому изучению рабочих чертежей и проверке их цифровых данных уделяется большое внимание. Одним из способов проверки цифровых данных является проложение проектных полигонов.

.3 Проектный полигон

Проектный полигон горизонта - это искусственное построение в виде полигонометрического хода, углы и длины которого берут с проектных чертежей.

Состав полигона. За вершины полигона принимают:

·        точки, лежащие на оси пути у начала и конца сопряжений и закруглений; центры закруглений, клетей, разгрузочных ям;

·        характерные точки камер и сопряжений выработок.

Проектный полигон насыщают точками перегиба ходков, камер, наклонных выработок, водосборников и т. д. На протяженных выработках по чертежам комплексов выделяют точки измерения типа крепи и точки стыковки различных поперечных сечений. Если главные выработки имеют конвейерный транспорт, то точки проектного полигона располагают на оси конвейеров.

Некоторую сложность представляет построение проектного полигона на сопряжениях выработок. Здесь в полигон включают вспомогательные точки, необходимые для перехода от оси пути к центру закругления. Все размеры для проектного полигона обязаны быть на рабочих чертежах.

Подготовка исходных данных. Проектный полигон вычисляют для работы в реальных условиях, а не только для проверки рабочих чертежей. Поэтому пользоваться проектными координатами центров стволов в качестве исходных недопустимо.

Исходными для проектного полигона служат фактические координаты центров стволов и дирекционные углы осей стволов.

.4 Уравнивание полигонов

Вычисления координат точек проектного полигона ведут в специальном журнале в государственной системе координат. В графе «Примечания и эскизы» подписывают точный адрес каждой вершины полигона. Например, конец сопряжения № 40, начало закругления у сопряжения № 40 и т. д.

Уравнивание полигонов начинают с выработок рудничного двора. Вычисляют вначале большой замкнутый полигон, включающий основные выработки по периметру двора. Камеры с ходками в большой полигон не включают.

Угловой невязки в полигоне быть не должно. Если же угловая невязка обнаружена, то следует искать ошибку прежде всего в вычислениях, а уже затем в проекте, в одном из центральных углов закруглений. Ошибку находят довольно легко при сравнении дирекционных углов параллельных выработок.

Линейную невязку, т. е. невязку, вычисленную по разнице координат, распределяют в длины тех сторон, дирекционные углы которых совпадают с дирекционным углом невязки. Чаще исправляют длину только одной стороны. Такая невязка обусловлена одной незначительной ошибкой в проекте. Если же дирекционный угол линейной невязки не совпадает ни с одним дирекционным углом полигона, значит в проекте допущено несколько ошибок. Будем называть такую линейную невязку сложной.

Сложную линейную невязку исключают двумя способами. Первый, наиболее универсальный способ заключается в графическом определении поправок в длины двух сторон полигона. На схеме в масштабе 1:1 (рисунок 1) из точек центра ствола, фактического Цф и вычисленного из полигона Ци прочерчивают линии, дирекционные углы которых соответствуют сторонам полигона. Стороны полученного треугольника и будут поправками 1,2. Можно найти поправки и путем вычислений с точностью до миллиметра. Но обычно невязки, не превышающие 20 мм, не распределяют.

Прямолинейные выработки, для которых определяют поправки, должны образовывать угол, т. е. соединяться одним закруглением. Изменение протяженности этих выработок не должно нарушать их технологического назначения. В элементы сопряжений и закруглений поправок не вводят.

Рисунок 1 - Графическое определение поправок в стороны проектного полигона

Знаки поправок в длины сторон полигона могут быть различными. Их определяют непосредственно на схеме в каждом конкретном случае.

При втором способе всю линейную невязку исключают из полигона путем введения дополнительной стороны. Эту дополнительную сторону размещают на, закруглении: разрывают кривую на две, между которыми и помещают прямую вставку. В практике второй способ применяют крайне редко и только тогда, когда невозможно применить первый и когда величина невязки и ее знак позволяют сделать вставку на закруглении.

После вычисления координат точек большого полигона приступают к вычислению промежуточных полигонов рудничного двора. Они обычно представляют собой перемычки между точками большого полигона. Трудностей здесь, как правило, не возникает. Некоторую особенность имеет определение поправок в длины сторон при исключении сложной линейной невязки. Одну из двух поправок обязательно определяют для стороны большого полигона. Поправка в сторону большого полигона изменяет привязку сопряжения (узла). Так как любой промежуточный полигон имеет две такие стороны (они являются исходными), выбирают ту, которая после введения поправки не изменит технологического назначения выработки. В противном случае применяют второй способ.

Сразу же после вычисления координат точек проектных полигонов вносят необходимые исправления в рабочие чертежи и делают пометку: «Исправлено после проверки».

Закончив уравнивание всех полигонов рудничного двора, вычисляют проектные полигоны на фланговые стволы по главным откаточным выработкам.

В полигоне на фланговый ствол может появиться угловая невязка за счет погрешностей при выноске в натуру осей стволов. Точность выноски осей стволов, регламентируемая Инструкцией по производству маркшейдерских работ, составляет ± 1′ 30" и ± 3'. Всю поправку за угловую невязку вносят в центральный угол ближнего к фланговому стволу закругления.

После исправления углов вычисляют координаты точек полигона и центра флангового ствола. Полученную сложную линейную невязку исключают за счет поправок в длины двух сторон полигона, тех, которые примыкают к ближнему от флангового ствола закруглению. В элементы сопряжений поправок не вводят По исправленным длинам снова вычисляют координаты точек полигона.

Иногда проектные полигоны вычисляют до того, как будут определены координаты центров стволов на горизонте. В этом случае после определения фактических координат центра ствола на горизонте вычисляют поправки по координатным осям и вводят их в координаты каждой вершины проектного полигона. Если абсолютная величина поправки не превышает 50 мм, то ограничиваются исправлением координат точек полигона, расположенных на выработке, примыкающей к стволу. Уравнивание проектного полигона на фланговый ствол делают заново в случае изменения координат точек полигона в рудничном дворе на величину, превышающую 50 мм.

Только после исправления координат точек проектного полигона» т. е. после того как полигон стал зависимым от опорной сети горизонта» его можно считать готовым для практической работы.

Никаких схем с выпиской дирекционных углов и координат точек полигона не делают. Следует соблюдать правило: не размножать документов с координатами.

Проектный полигон служит основой не только для составления маркшейдерских рабочих планов, но и для точного переноса параметров проекта в натуру.

.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

mβ = ± ρl/s, (1.1)

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 забое 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. ∆β = ± 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 x, y, полученным нескольких n ходов. Для этого находят среднеарифметическое значение координат хср и уср, затем вычисляют вероятнейшие погрешности (уклонения от среднеарифметического) vx и vy. Определяют среднюю квадратическую погрешность координат из отдельного хода по формуле:

 (1.2)

где [v2x,y] - сумма квадратов vx и vy.

Среднюю квадратическую погрешность арифметической середины находят из выражения:

Mср = ± , (1.3)

Если Мср > q, то полигонометрические ходы, один или несколько, не 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 отметки, обеспечивающие маркшейдерские работы любой точности.

2. Расчет проектного полигона околоствольных выработок

В соответствии с проектом околоствольного двора подземного горизонта и до начала проходки выработок маркшейдер выполняет расчет проектного полигона околоствольных выработок. Задачей расчета является проверка указанных размеров в проекте и получение исходных данных для задания направления горным выработкам.

Исходные данные: ширина выработки ℓ = 3,5 м; элементы закруглений

R1 = 15 м, R2 = 15 м и R3 = 15 м, центральные углы поворота а01 = 48°, а02 = 151°, а03 = 90°, длина прямолинейных участков и уклоны выработок приведены на схеме полигона (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Схема проектного полигона

При составлении проекта полигона выполняют разбивку точек на закруглениях, определяют углы и длины сторон. На прямолинейных участках длины сторон принимают в соответствии с проектным чертежом. При расчете полигона используют принятую на шахте систему координат или выбирают условную.

.1 Расчет проектного полигона выполняют в следующей последовательности

. Обрабатывают криволинейные участки. На закруглении (рисунок 2.2) определяют количество точек по схеме, составленной в крупном масштабе, или вычисляют по формуле:

 , (2.1)

где a' - центральный угол, соответствующий максимальной длине стороны (хорды); ℓ - ширина выработки; R - радиус закругления.

Угол a' вычислен при соблюдении условий: максимальная длина стороны и наличие видимости между соседними точками.

= = = .

Определяют число сторон на закруглении:

п΄ = а0 / а' (2.2)

Рисунок 2.2 - Схема закругления

и, если п ' не целое число, округляют его значение в большую сторону до целого. Принимаем n1 > n΄1 = 1; n2 < п'2 = 3; n3 < п'3 = 2.

Окончательно:

а=а0 / n. (2.3)

. Углы βА и βB на сопряжении закругления и прямолинейных участков и углы β1, β2 внутри кривой определяют из выражений:

 (2.4)

3. Длину сторон (хорды) на криволинейном участке (рисунок 2.1) вычисляют по формуле:

 (2.5)

S1 = 2·15 · = 12,202 м; S2 = 2·15 ·= 12,758 м;

S2 = 2·15 ·= 11,480 м.

. Выбирают условную систему координат, за центр которой принимают центр ствола (Ц), намечают точки проектного полигона и вычисляют координаты этих точек (рисунок 2.2).

Проектные полигоны, как правило, имеют замкнутую форму, и, следовательно, можно проверить вычисление углов полигона сравнением фактической суммы углов с теоретической: для внутренних углов

 (2.6)

При правильном вычислении углов угловая невязка равна нулю (ƒβ = 0). Линейную невязку в полигоне определяют обычным образом. Если невязка не превышает допустимого значения ƒs = 1:2000, то поправки вносят не во все стороны, а только в максимальные стороны прямолинейных участков, оставляя без изменений элементы закруглений и узлов сопряжения выработок.

Рисунок 2.3 - Схема теодолитного хода

. После обработки проектных полигонов в плане выполняют их обработку в вертикальной плоскости: определяют превышения Δh между характерными точками или уклоны i выработок между этими точками.

Если в проекте заданы высотные отметки точек, то уклон выработки между этими точками

i = Δh/S. (2.7)

Таблица 2.1 - Ведомость вычисления координат пунктов теодолитного хода

Если проектом задан уклон i, то превышение между точками

Δh = iS. (2.8)

ΔhЦ-А = 0,002 *102,47 = 0,2049 м;

ΔhА-Б = (-0,003) *102,302 = - 0,3069 м;

ΔhБ.Ц = 0,002*63,274 = 0,1265 м;

Для контроля вычисления превышений в замкнутом полигоне используют выражение:

∑Δh = 0, (2.9)

∑Δhдоп = 50√L, (2.10)

где L - длина хода, мм.

∑Δhдоп = 50√0.27 = 26 мм.

∑Δh = 0,0245 м < 0,026 м.

Выполненный расчет свидетельствует, что проект околоствольных выработок составлен правильно и полученные данные можно использовать для задания направления горным выработкам.

.2 Расчет сопряжения горных выработок

Решение задач при расчете сопряжений горных выработок выполняется в следующей последовательности (рисунок 2.3).

Таблица 2.2 - Элементы сопряжения горных выработок, м

Рисунок 2.4 - Расчетные элементы сопряжения горных выработок

Рассчитываем закругление R2.

. Вычисляем угол поворота β2:

 (2.11)

β2 =  - + 360° = .

. Определяем центральный угол a2:

 (2.12)

. Вычисляем координаты точки (0) пересечения CD и A:

 (2.13)

=287,961 м

y0 = yC + (x0 - xC), (2.14)

y0 = 419,63 + (287,691 - 357,05)= 401,737 м.

Контроль:

y0 = yB + (x0 - xB), (2.15)

y0 = 498.32 + (287,691 - 300.85)= 401,737 м.

. Вычисляют тангенс (Т2) кривой R2, то есть расстояние 0Н2 и 0К2:

 (2.16)

 = 26,919 м.

Т2 = 0Н2 = 0К2.

. Определяем координаты начала (Н2) и конца (К2) кривой R2:

xH2 = x0 + Т2cos; xK2 = x0 + Т2cos;= y0 + Т2sin; yK2 = y0 + Т2sin. (2.17)= x0 + Т2cos= 287,691 + 26.919*cos = 313,750 м;= x0 + Т2cos= 287,691 + 26.919*cos = 284,130 м;= y0 + Т2sin = 401,737 + 26.919*sin = 408,486 м;= y0 + Т2sin= 401,737 + 26.919*sin = 375,055 м.

6. Вычисляем расстояние CH2 и К2А:

;

. (2.18)

= = 44,45 м.

=  = 15,118 м.

. Определяем число хорд на закруглении R2 по формулам (2.1 - 2.3):

 = .

Определяют число сторон на закруглении:

и, если п ' не целое число, округляют его значение в большую сторону до целого. n2 < п'2 = 2.

Окончательно:

. Вычисляем углы и длины сторон хорд на закруглении R2 по формулам (2.4 - 2.5):

S2 = 2·40 ·= 22,333 м.

Закругление R1 обрабатывается аналогично закруглению R2.

. Вычисляем угол поворота β1 (2.11):

β1 =  - + 360° = .

. Определяем центральный угол a1 (2.12):

α1 = - 180° = .

. Вычисляем координаты точки (0) пересечения CD и AВ (2.13 - 2.15):

=287,961 м.

y0 = 419,63 + (287,691 - 357,05)= 401,737 м.

Контроль:

y0 = 498.32 + (287,691 - 300.85)= 401,737 м.

. Вычисляют тангенс (Т1) кривой R1, то есть расстояние 0Н1 и 0К1 (2.16):

 = 29,719 м.

Т1 = 0Н1 = 0К1.

. Определяем координаты начала (Н1) и конца (К1) кривой R1 (2.17):

xH1 = x0 + Т1cos= 287,691 + 29.719*cos = 316,703 м;= x0 + Т1cos= 287,691 + 29.719*cos = 291,892 м;= y0 + Т1sin = 401,737 + 29.719*sin = 409,188 м;= y0 + Т1sin= 401,737 + 29.719*sin = 431,175 м.

6. Вычисляем расстояние CH1 и К1B (5.18):

= = 41,650 м.

=  = 67,720 м.

. Определяем число хорд на закруглении R1 по формулам (2.1 - 2.3):

 = .

Определяют число сторон на закруглении:

и, если п ' не целое число, округляют его значение в большую сторону до целого. n2 < п'1 = 2.

Окончательно:

. Вычисляем углы и длины сторон хорд на закруглении R1 по формулам (2.4 - 2.5):

S2 = 2 ·20 ·= 18,797 м.

Таблица 2.3 - Ведомость вычисления пунктов координат сопряжения

Заключение

В данном курсовом проекте был произведен расчет проектного полигона околоствольных горных выработок. А также произведен расчет сопряжения горных выработок.

Список литературы

проектный полигон горный шахта

1. Инструкция по производству маркшейдерских работ. РД 07 - 603 - 03 (утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 6 июня 2003 г. N 73) Москва 2003 г. 70 с.

. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов: в двух частях / Пол ред. И. Н. Ушакова. 3 - е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1989. - Часть 2 / А. Н. Белодиков, В. Н. Земисев, Г. А. Кротов и др. 437 с, ид,

. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов / Д. Н. Оглоблин, Г. И. Герасимов, А Х. Акимов и др. - 3 - е изд., перераб. и доп. М.1. Недра, 1981. 704 с.