Методы тригонометрического нивелирования при маркшейдерских наблюдениях на профильных линиях

Научно-методический раздел

УДК 528.482:622.1

МЕТОДЫ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ ПРИ МАРКШЕЙДЕРСКИХ НАБЛЮДЕНИЯХ НА ПРОФИЛЬНЫХ ЛИНИЯХ

О.С. Щерба

METHODS OF TRIGONOMETRICAL LEVELING DURING SURVEYING ON PROFILE LINES

O.S. Shcherba

Представлены методы измерения осадок пунктов профильных линий на карьерах и как наиболее перспективный выделен метод тригонометрического нивелирования с применением электронного тахеометра.

Ключевые слова: профильные линии, деформация, тригонометрическое нивелирование, электронный тахеометр.

The methods of measuring sediment profile lines on the quarries are given in the article. Method of trigonometrical leveling using electronic total station is marked out and as the most perspective selected trigonometric leveling method.

Keywords: profile line, strain, trigonometric leveling, electronic total station.

Для оценки устойчивости бортов и обеспечения сохранности, близлежащих к ним территорий, необходимо проведение анализа произошедших деформаций прибортовых массивов и современного состояния бортов. Результаты маркшейдерских наблюдений за состоянием массивов, фиксирование и документирование происходящих вертикальных деформаций уступов и бортов требуется получить с высокой точностью. Наибольшее распространение при наблюдениях за осадками и вертикальными перемещениями в маркшейдерских работах на карьерах, подрабатываемых территориях, различных сооружениях горных предприятий получил метод тригонометрического нивелирования по профильным линиям [1,2].

В данной работе представлены существующие методы измерения осадок пунктов профильных линий на карьерах и как наиболее перспективный выделен метод тригонометрического нивелирования с применением электронного тахеометра.

Наблюдения на профильных линиях заключаются в периодическом определении отметок рабочих пунктов и горизонтальных расстояний относительно опорных. Отметки пунктов определяют геометрическим или тригонометрическим нивелированием по методике нивелирования III класса в соответствии с Инструкцией [3], плановое положение - линейными измерениями вдоль профильной линии [1].

Электронные тахеометры позволяют значительно повысить точность измерения подвижек, в

том числе высотных по данным тригонометрического нивелирования коротким визирным лучом [4].

В ходе эксперимента определение отметок опорных пунктов профильных линий и нивелирование пунктов профильных линий производим по методике нивелирования из точки [5]. Измерения при этом выполняются тахеометром Sokkia SET 230 RK3. Время съемки с одной станции 1,5 часа (на 20 точек), вся съемка с контролем занимает — 3,5 часа. Характеристики тахеометра: точность измерения углов ±2"; точность измерения расстояний на призму ±(2 мм + 2 ppmxD).

Последовательность измерений со станции 1 (см. рисунок): выполняются измерения на все пункты профильной линии — наклонное расстояние, горизонтальное проложение, вертикальный угол, горизонтальный угол; затем выполняется контроль. Измерения проводятся со станции 2 (обнуление прибора производят на опорный пункт 1 профильной линии в двух приемах измерений).

При производстве работ используется режим «точный» при 3-кратных измерениях. Наблюдения производятся на одну и ту же призму во всех измерениях, постоянная призмы была вычислена и учтена.

Превышения между пунктами профильной линии определяют по формуле [1]

^^/,/+1 - О)

где AhAi+l - превышение (/+1)-й точки над станцией съемки А (пункты 2 и 4); AhA, - превышение

Научно-методический раздел

ст. 2

Схема измерений на профильных линиях

/-го пункта над станцией А. В этом случае исключается влияние на точность нивелирования погрешности измерения высоты прибора. Оценку точности производим по разности двойных измерений с двух станций прибора [4]:

mh

ZA/?2

2 п

где АН - разность двух измерений; п - количество измерений.

тк = 2,1 мм при п = 16.

По данным [5] проведенного нами эксперимента можно сделать вывод о том, что погрешность определения превышений пунктов относительно опорных соответствует II классу нивелирования (табл. 1 и 2). Рассчитаем ожидаемую точность по формуле [5]:

Л2

mh

mD cos z +1 -

( D

lepsin z

ml,

где т0, т2 - средние квадратические погрешности (СКП) расстояния, зенитного угла; О - измеренное тахеометром расстояние; г - зенитный угол.

ml = 4 cos2 88° +

300 000

206 265'sin 88°

4".

Для обеспечения необходимой точности расстояния не должны превышать 300 метров (см. табл. 1) [5].

На пунктах, где стоял прибор, значения превышений не подходят к ожидаемой точности выполняемых работ. Это объясняется тем, что в полученные превышения были заложены ошибки определения высоты прибора и высоты отражателя, чтобы их исключить, превышение между пунктами вычисляются по формуле тригонометрического нивелирования [4]

(1-к)£>2

hA, = Dcosz + iA -v,

2/tsin z

где £) - измеренное тахеометром наклонное расстояние; 2 - измеренное тахеометром зенитное расстояние; ¡А — высота прибора над пунктом А;

- высота отражателя над точкой /; к - коэффициент вертикальной рефракции; К - радиус кривизны Земли. Для оценки будем считать, что при измерениях центр сетки нитей зрительной трубы

Предрасчет СКП определений превышений

Таблица 1

Г оризонтальное проложение D, м т^, мм Ао„, мм

100 1,0 1,5

200 1,9 2,2

300 2,9 2,7

400 3,9 3,2

Результаты контрольных измерений превышений

Таблица 2

№ точек стояния h, м А И, мм

2-4 1,4562 0,3

4-2 1,4565

Таблица 3

Измерения горизонтальных проложений между пунктами стояния

№ точек стояния D, м АD, мм АD, м

2-4 193,3726 2,1 193,3716

4-2 193,3705

54

Вестник ЮУрГУ, № 16, 2011

Щерба О.С.

Методы тригонометрического нивелирования при маркшейдерских наблюдениях на профильных линиях

тахеометра тщательно наводится на центр отражателя. Тогда для малых расстояний О влиянием рефракции можно пренебречь [2]. СКП определения оценивается по формуле [4]

^2

mi = eos2 z- /Яд +

sin2 г • /я2 + от2 ,

где т0 и т. - СКП измерения тахеометром значений О и г соответственно.

Отсюда тИ = 4 мм при О = 300 м.

Горизонтальные проложения между пунктами профильной линии определяем по формуле [1] Щ,м = - 0Аі,

где АЛп+1 - горизонтальные проложения между

соседними пунктами, /+1 и станцией съемки А (пункты 2 и 4); ВА |Ч | - горизонтальное проложе-

ние между пунктом /' и станцией А. В этом случае уменьшается влияние погрешности отражателя.

Оценку точности выполняем по разности двойных измерений [4]:

тГ

I 2 п

Л,2 мм .

Погрешность определения горизонтальных проложений - 2 мм на 200 метров (табл. 3) [5].

Предлагаемая методика тригонометрического нивелирования с использованием электронного тахеометра проще в применении, чем существующие методики наблюдений за осадками реперов профильных линий, обеспечивает более высокую

точность, достаточную для маркшейдерского контроля над деформациями, что позволит в дальнейшем использовать репера профильных линий для наблюдения над состоянием зданий и сооружений в прибортовом массиве карьеров.

Литература

1. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвачов, интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости / Министерство угольной промышленности СССР; под ред. ГЛ. Фисенко. -Л.: ВНИМИ, 1987. -116 с.

2. Пискунов, М.Е. Метод тригонометрического нивелирования коротким (до 100 м) лучом / М.Е. Пискунов, Нгуен Ван Дау // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 1971. - Вып. 6.

3. Инструкция по нивелированию I, ¡I, III и IV классов. ГКИНП 03-010-02. - М.: ЦНИИГАиК, 2003. - 135 с.

4. Ворошилов, А.П. Особенности тригонометрического нивелирования коротким лучом при маркшейдерских наблюдениях за осадками / А.П. Ворошилов // Проблемы повышения эффективности маркшейдерских работ на горных предприятиях: сб. науч. тр. - Свердловск, 1989. — С. 14-17.

5. Щерба, О. С. Определение горизонтальных и вертикальных смещений электронным тахеометром SET230RK на профильных линиях Коркинского карьера / О. С. Щерба, А.Ф. Хабирова // Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела: материачы междунар. науч.-практ. конф. -Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011.

Поступила в редакцию 15 февраля 2011 г.