XI. Geodezja górnicza
XI.1. Cechy wyróżniające pomiary w kopalniach podziemnych
- brak naturalnego oświetlenia,
- szczupłość miejsca,
- duży ruch,
- prąd powietrza,
- konieczność osiągnięcia dokładności większych, niż na powierzchni (często o rząd wielkości),
- konieczność połączenia pomiarów w wyrobiskach z pomiarami na powierzchni (orientacja)
XI.2. Orientacja kopalń
Orientacją poziomą kopalń nazywa się zespół czynności geodezyjnych, mających na celu określenie azymutu co najmniej jednego boku i współrzędnych co najmniej jednego punktu w geodezyjnego w kopalni, w układzie współrzędnych obowiązującym na powierzchni. W skład tych czynności wchodzą:
- pionowanie (przeniesienie współrzędnych punktu z powierzchni do kopalni),
- przeniesienie kierunku (azymutu) z powierzchni do kopalni,
- nawiązanie (połączenie przenoszonych elementów z siecią geodezyjną na powierzchni i w kopalni).
Dokładność orientacji poziomej wyraża się dokładnością przeniesienia azymutu (kierunku).
Orientacją wysokościową kopalni nazywa się zespół czynności geodezyjnych, polegających na określeniu wysokości przynajmniej jednego punktu w kopalni w układzie współrzędnych wysokościowych, obowiązującym na powierzchni.
XI.2.1. Pionowanie
Metody pionowania:
- Pionowanie mechaniczne polega na: opuszczeniu do kopalni przez szyb pionu mechanicznego (drutu o średnicy 0.5 ÷ 3 mm, w zależności od głębokości pionowania), obciążonego na dole ciężarem (do kilkuset kilogramów, w zależności od głębokości); stłumieniu wahań pionu wywołanego ruchem powietrza w szybie, kapiącą wodą itp. (przeważnie przez zanurzenie w beczce z wodą lub wodą i olejem), obserwacji stłumionych wahań pionu na skalach umieszczonych za pionem w celu wyznaczenia miejsca spoczynku pionu, wprowadzeniu pionu na miejsce spoczynku.
Wyznaczenie miejsca spoczynku pionu
na 2 skalach prostopadłych, za pomocą
teodolitu
Dokładność pionowania wynosi ± 0.5 ÷ 2 mm. Wyróżnia się pionowanie:
- jednociężarowe (przyłożony zostaje jeden tylko ciężar); w zależności od sposobu obserwacji wahań można tu wyróżnić: - obserwacje na skalach zewnętrznych,
- obserwacje na skali wewnętrznej (w obiektywie teodolitu)
- obserwacje bez skali (kątowe)
- wielociężarowe (dwu- lub trójciężarowe): wychodząc z założenia, że większe obciążenie powoduje zwiększenie dokładności wyznaczenia miejsca spoczynku, stosuje się zmianę obciążenia, wyznacza się miejsca spoczynku przy każdym obciążeniu i ekstrapoluje się miejsce spoczynku dla obciążenia nieskończenie wielkiego.
- Pionowanie optyczne: stosuje się pionowniki optyczne (TELIM, NL) lub laserowe (ZNL z okularem laserowym GLO2, APL, 946 D-M, PLG 3, 3A i 3Jc), pozwalające na odrzutowanie punktu z dokładnością do ± 1 mm/100 m, co pozwala na użycie tych przyrządów tylko dla mniejszych głębokości.
XI.2.2. Przeniesienie kierunku
Metody przeniesienia kierunku:
- Pośrednie: przez zawieszenie w szybie dwóch pionów mechanicznych; średni błąd przeniesienia jest wprost proporcjonalny do błędów pionowania oraz odwrotnie proporcjonalny do odległości między pionami (wynoszącej średnio w warunkach polskich 1.4 m).
- Bezpośrednie:
- równoległe (przez zastosowanie różnych technik optycznych), obecnie nie stosowane,
- magnetyczne, niegdyś w powszechnym użyciu, obecnie całkowicie zaniechane ze względu na wielość czynników, zaburzających pole magnetyczne w wyrobiskach podziemnych (prąd elektryczny, obudowa żelazna itp.),
- giroskopowe, polegające na wykorzystaniu zjawiska giroskopowego, szeroko stosowane w kopalniach współczesnych, a także na powierzchni (zob. niżej).
Metoda giroskopowa wykorzystuje przyrządy, zwane giroteodolitami (połączenie teodolitu z giroskopem - ciałem sztywnym w postaci bryły obrotowej, wirującym z dużą prędkością kątową wokół osi symetrii, zachowującym niezmienne położenie kierunku osi obrotu; ograniczenie jednego stopnia swobody ruchu giroskopu powoduje, że jego oś ustawia się w płaszczyźnie południka).
Azymut topograficzny wyznacza się metodą giroskopową z zależności:
AT = G + DT + Dg
gdzie: G - azymut giroskopowy, wyznaczony na podstawie rezultatów pomiaru, jako:
G = M - (N + DN)
M - odczyt przy wycelowaniu na drugi punkt boku, którego azymut jest wyznaczany,
N - odczyt położenia spoczynku wirującego giroskopu,
DN - poprawka, obliczana jako iloczyn tzw. stałej przyrządu i położenia spoczynku swobodnie wahającego się giroskopu,
DT - poprawka, obliczana jako różnica między znanym azymutem topograficznym dla boku stanowiącego bazę i azymutem tego boku wyznaczonym giroskopowo,
Dg - poprawka na zbieżność południków.
Położenie równowagi swobodnie wahającego się i wirującego giroskopu wyznacza się czterokrotnie (metoda punktów zwrotu), dwukrotnie lub jednokrotnie (metoda szybka). Kolejność czynności: 1) ustawienie giroteodolitu, 2) wyznaczenie miejsca spoczynku swobodnie wahającego się giroskopu, 3) nadanie ruchu wirowego, 4) wyznaczenie miejsca spoczynku wirującego giroskopu, 5) zahamowanie ruchu wirowego, 6) ponowne wyznaczenie miejsca spoczynku swobodnego giroskopu, 7) wycelowanie na drugi koniec odcinka i wykonanie odczytu.
Ważniejsze konstrukcje giroteodolitów: Gi-B11 i Gi-B23 (MOM, Węgry), MW77, MW50 (RFN), nakładki giroskopowe Wilda, Geodimat (automatyczny, RFN).
Dokładność wyznaczenia azymutu giroskopowego wynosi dla obecnych giroteodolitów ± 3 ÷ 5”.
XI.2.3. Nawiązanie
Metody nawiązania:
- Przez szyb pochyły, sztolnię itp. - stosuje się pomiar ciągiem poligonowym, biegnącym z powierzchni do kopalni.
- Przez jeden szyb pionowy:
- metody centryczne, polegające na wtyczeniu teodolitu w linię pionów mechamicznych, opuszczonych w szybie (stosuje się przy tym kilka technik, między innymi przez wykorzystanie specjalnej spodarki Szpetkowskiego, umożliwiającej dokładne przesuwanie przyrządu zgodnie z obliczoną wielkością);
- metody ekscentryczne, w tym metoda Weisbacha, oparta na konstrukcji wydłużonego trójkąta (kąt ostry £ 10’) z wierzchołkami na stanowisku teodolitu oraz na dwóch pionach opuszczonych w szybie, w którym mierzy się dokładnie jeden kąt (ostry - między pionami) i wszystkie długości, co umożliwia rozwiązanie trójkąta i obliczenie pozostałych kątów; budowa podobnych trójkątów na powierzchni i na podszybiu umożliwia obliczenie współrzędnych punktów - jak w ciągu poligonowym. Inne metody ekscentryczne: Hausego (oparta na czworoboku) i Foxa (symetryczna, oparta o pomiar długości).
Orientacja przez jeden szyb pionowy z nawiązaniem metodą Weisbacha
- Przez dwa szyby pionowe: warunkiem zastosowania tej metody jest istnienie połączenia wyrobiskami obu szybów na orientowanym poziomie kopalni. W każdym z szybów opuszcza się pion mechaniczny (wyznaczając miejsce jego spoczynku). Piony łączy się pomiarem poligonizacyjnym w kopalni oraz na powierzchni, otrzymując zamknięty ciąg poligonowy, w którym brak dwóch kątów (przy pionach). Następnie oblicza się współrzędne pionów i azymut linii pionów w układzie powierzchniowym x, y, oraz te same elementy w lokalnym układzie współrzędnych dołowych x, h, dla którego przyjęto oś x pokrywającą się z kierunkiem pierwszego boku ciągu. Z różnic azymutów (kątów kierunkowych) linii pionów w obu układach oblicza się kąt skręcenia w, o który należy poprawić wszystkie kąty kierunkowe boków poligonu dołowego i obliczyć w ten sposób współrzędne punktów tego poligonu. Odmianą metody jest nawiązanie przez kilka szybów pionowych.
Orientacja przez dwa szyby pionowe
XI.2.4. Orientacja wysokościowa (pomiar głębokości szybu)
Metody pomiaru:
- Przez zastosowanie specjalnej taśmy szybowej, o długości kilkuset metrów (500 m, 1000 m), z podziałem co 1 m. Taśmę zawiesza się w szybie; na powierzchni oraz na orientowanych poziomach przywiesza się do otworów oznaczających całkowite metry specjalne przykładki z podziałem milimetrowym. Taśmę traktuje się jako długą łatę, postawioną w szybie; wykonuje się odczyty na taśmie i na łatach, znajdujących się na reperach przyszybowych. Do długości taśmy wprowadza się poprawki ze względu na:
- zmianę długości taśmy wskutek temperatury w szybie,
- wydłużenie taśmy ze względu na przyłożony ciężar (10 kG),
- wydłużenie taśmy pod wpływem własnego ciężaru,
- komparację taśmy (porównanie odczytów metrowych z taśmy ze wzorcem).
Orientacja wysokościowa za pomocą taśmy głębinowej („pomiar głębokości szybu”)
- Przez zastosowanie innych przymiarów, zawieszonych w szybie (taśm mierniczych, łączonych ze sobą, drutów) - rzadko stosowane.
- Przez pomiar dalmierzem elektromagnetycznym - stosowane obecnie na mniejszych głębokościach.
XI.3. Pomiary geodezyjne w wyrobiskach górniczych
XI.3.1. Osnowa pomiarowa
Osnowa poligonowa: tworzą ją punkty osnowy podstawowej i szczegółowej, utrwalone z reguły w stropie wyrobisk (w skale lub w obudowie) w postaci kołków lub klamer.
Osnowę wysokościową tworzą repery, zastabilizowane w stropie i ociosach; do pomiarów wysokościowych wykorzystuje się również główki szyny.
XI.3.2. Pomiar poligonizacyjny
Pomiar długości:
- taśmą mierniczą (o długości 50 m), zaopatrzoną w przykładki 10 cm z podziałem milimetrowym, nakładane na decymetry odpowiadające końcom mierzonego odcinka; pomiar wykonuje się dwukrotnie, z reguły w powietrzu, naciągając taśmę dynamometrem (z siłą 10 kG), odczytując długość z dokładnością do 1 mm; do pomiaru wprowadza się poprawki ze względu na temperaturę powietrza, naciąg taśmy (jeśli różni się od nominalnego, tj. 10 kG), zwis taśmy w powietrzu, różnicę wysokości i komparację taśmy; otrzymaną wielkość należy zredukować na poziom odniesienia;
- dalmierzem elektromagnetycznym - jak na powierzchni; dalmierze stosowane w kopalni winny posiadać atest WUG, dopuszczający do pomiarów w kopalniach gazowych.
Pomiar kątów:
- w osnowie poligonizacyjnej podstawowej: teodolitem o podwyższonej dokładności odczytu, z reguły metodą repetycji górniczej, dwukrotnie; dopuszczalne odchyłki dwukrotnego pomiaru nie powinny przekraczać ± 30cc;
- w osnowie szczegółowej wykonuje się pomiar teodolitem wiszącym, zawieszanym na bolcach wbitych w obudowę, metodą kątów kierunkowych; różnica dwukrotnego pomiaru nie powinna przekraczać ± 50cc.
-
XI.3.3. Niwelacja
Stosuje się niwelację geometryczną techniczną oraz - w stromych wyrobiskach - trygonometryczną. Przy niwelacji geometrycznej używa się często łat, dostawianych do punktów w stropie wyrobisk; łaty te noszą nazwę wiszących i otrzymują znak „-” przy obliczeniach.
XI.3.4. Pomiar szczegółów sytuacyjnych
Pomiar szczegółów wykonuje się wraz z poligonizacją; używa się w wyrobiskach chodnikowych metody ortogonalnej (rzędnych i odciętych), nie stosując jednak węgielnicy. Szkic zdjęcia szczegółów sporządza się w książce pomiarowej obok zapisu pomiaru poligonizacyjnego. W wyrobiskach typu komorowego stosuje się metodę biegunową.
XI.4. Zagadnienie przebitkowe
...
aneciakurczaczek