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)

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.

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.

• Niwelację w kopalni nawiązuje się do podstawowej sieci niwelacyjnej na powierzchni przez tzw. pomiar głębokości szybu.

• Przy pomiarze głębokości szybu określa się bezpośrednio różnicę wysokości między punktami położonymi w pobliżu szybu na powierzchni a punktami położonymi w pobliżu szybu na odpowiednim poziomie w kopalni. Głębokość szybu można zmierzyć kilkoma sposobami. Do pomiarów płytkich szybów można używać zwykłych taśm stalowych o długości 50 m. Przy głębszych szybach głębokość mierzy się specjalnymi taśmami stalowymi o długości 100, 200 ... do 1000 m. Taśma taka nawinięta jest na kołowrót. W trakcie pomiaru jest z niego odwijana, a koniec obciążony ciężarkiem o masie 10 kg.

• 
  

• Rys. 21. Pomiar głębokości w szybie pionowym i pochyłym

• Pomiar w szybie pionowym przedstawia rysunek 21. Za pomocą niwelatora ustawionego na powierzchni mierniczy wykonuje odczyt h₁ na łacie ustawionej na reperze A. Następnie bierze odczyt a na taśmie (odczytując centymetry i milimetry z przymocowanej do taśmy podziałki). Równocześnie mierniczy na podszybiu odczytuje z. pomocą swego niwelatora odczyt b na taśmie i h₂ na łacie ustawionej na reperze B. Dla uzyskania większej dokładności pomiar powtarza się kilkakrotnie. Z różnic oblicza się średnią arytmetyczną H, którą należy uzupełnić poprawkami wynikającymi z komparacji taśmy, różnic temperatur i wydłużenia taśmy spowodowanego jej własnym ciężarem i obciążnikiem.

• Wysokość punktu B oblicza się z równania: H_B = H_A+ h₁—H—h₂

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 lub laserowe, pozwalające na odrzutowanie punktu z dokładnością do * 1 mm/100 m, co pozwala na użycie tych przyrządów tylko dla mniejszych głębokości.

Pomiar kąta poziomego.

Kąty można mierzyć kilkoma sposobami. Do najczęściej stosowanych w praktyce należy pomiar kąta poziomego metodą zwykłą, repetycyjną i kierunkową.

Pomiar kąta metodą zwykłą

Chcąc pomierzyć kąt AOB = α (rys. 6) przy użyciu teodolitu repetycyjnego, postępuje się następująco:

Rys. 6. Kąt lewy

1. Przed przystąpieniem do pomiaru kąta należy ustawić teodolit na stanowisku, a następnie spoziomować go i scentrować.

2. Na czas trwania pomiaru sprzęga się limbus ze spodarką na stałe.

3. Lunetę kieruje się na punkt A tak, aby znalazł się on w jej polu widzenia. Następnie sprzęga się alidadę z limbusem i leniwką alidady, naprowadza się pionową nitkę krzyża nitkowego do pokrycia się ze znakiem (tyczką, jeżeli pomiar odbywa się na powierzchni, lub pionem — gdy pomiar wykonujemy pod ziemią) ustawionym w punkcie A. Z kolei zaciska się śrubę sprzęgową lunety i leniwką naprowadza środek krzyża na spód tyczki albo na środek sygnału. Po tych czynnościach wykonujemy odczyt na noniuszu, zapisując go do dziennika.

4. Następnie zwalnia się śrubę sprzęgającą alidadę z limbusem i kieruje lunetę na punkt B, obracając lunetę w kierunku zgodnym z ruchem wskazówki zegara. Mając punkt B w polu widzenia lunety sprzęga się ponownie alidadę z limbusem i leniwkami naprowadza się środek krzyża nitkowego na środek lub spód znaku ustawionego w punkcie B.

5. Potem odczytuje się kąty na noniuszu i zapisuje go do dziennika. W ten sposób wykonuje się pomiar w jednym położeniu lunety. Następnie przerzuca się lunetę w płaszczyźnie pionowej (przez zenit) do drugiego położenia i po zwolnieniu śruby zaciskowej alidady kieruje się lunetę na punkt B. Po dokładnym wycelowaniu na punkt B bierze się odczyt z noniusza. Następnie zaś po zwolnieniu śruby zaciskowej alidady należy celować na punkt A i po dokładnym nastawieniu krzyża na ten punkt odczytać noniusze. W rubryce dla noniusza II zapisuje się tylko minuty i sekundy, ponieważ stopnie różnią się od noniusza I tylko o 180° (200^g).

W pierwszym położeniu lunety wykonuje się pomiar zgodnie z ruchem wskazówki zegara, a w drugim w kierunku przeciwnym.

6. Z obu położeń lunety dla punktu A i dla punktu B oblicza się średnią, która jest wynikiem pomiaru.

Pomiar kąta w dwóch położeniach lunety wykonuje się w celu zniesienia błędów instrumentu.

Dla kontroli często mierzy się kąt uzupełniający (360°— α). Różnicę między 360° a sumą obu zmierzonych kątów rozdziela się jednakowo na obydwa kąty uzyskując w ten sposób kąt poprawiony (wyrównany). Kąt uzupełniający mierzy się celując najpierw na punkt B. a później na punkt A. Dla uzyskania większej dokładności pomiar kąta uzupełniającego wykonuje się na innej części limbusu.

Pomiar kąta metodą repetycyjną

Repetycyjna metoda pomiaru kąta polega na tym, że dany kąt mierzy się kilkakrotnie (repetuje się) w obu położeniach lunety, przy czym wartości kąta z poszczególnych pomiarów dodają się do siebie mechanicznie.

Po wykonaniu n powtórzeń (repetycji) otrzymuje się kąt będący n-krotną wielkością mierzonego kąta. Wynik końcowy otrzyma się, dzieląc odczyt końcowy przez liczbę repetycji.

Przebieg pomiaru jest następujący:

Po spoziomowaniu i scentrowaniu instrumentu ustawia się wskaźnik noniusza w pobliżu kreski zerowej limbusu i po zaciśnięciu śruby sprzęgającej alidadę z limbusem leniwką nastawia się dokładnie na odczyt 0°. Następnie kieruje się lunetę na punkt A (rys. 6) i po zaciśnięciu śruby sprzęgającej limbus ze spodarką nastawia się leniwką krzyż nitkowy dokładnie na punkt A. Z kolei zwalnia się śrubę sprzęgającą alidadę z limbusem i kieruje lunetę na punkt B.

Po zaciśnięciu śruby zaciskowej alidady i dokładnym nastawieniu krzyża (leniwką alidady) na punkt B odczytujemy mierzony kąt, lecz tylko „z grubsza”, z dokładnością do jednej minuty w celu zorientowania się w wielkości kąta.

Następnie zwalnia się śrubę zaciskową przy spodarce, przerzuca się lunetę do drugiego położenia i z nieruszonym odczytem kieruje lunetę na punkt A. Po zaciśnięciu śruby spodarki nastawia się krzyż leniwką na punkt A, a następnie zwalnia zacisk alidady i celuje z kolei na punkt B.

Odczytujemy teraz kąt, którego wartość wynosi 2 α (α— mierzony kąt), ponieważ odczyt na noniuszach przy drugim celu na punkt A wynosił α. Postępując dalej w ten sam sposób otrzymamy na limbusie odczyty 3α, 4α. . . n α, zależnie od liczby repetycji.

Jeżeli dla ułatwienia rachunku pomiar zaczyna się przy noniuszach nastawionych na 0°, a przy 4 repetycjach otrzymaliśmy wartość kąta 440⁰ 40' to rzeczywista wartość kąta wynosi 110⁰10'.

Pomiar kątów metodą kierunkową

Gdy z jednego stanowiska mamy pomierzyć kilka kątów (kierunków), wówczas pomiar wykonujemy metodą kierunkową. W tym przypadku pomiar przeprowadza się w sposób następujący: Obierając jeden kierunek za zerowy, np. BA (rys. 7) nastawiamy na limbusie odczyt 0⁰ i celujemy wraz z tym odczytem na punkt A.

Rys. 7. Pomiar kątów metodą kierunkową

Po wycelowaniu na punkt A i zaciśnięciu śruby zaciskowej spodarki w celu unieruchomienia limbusu, zwalniamy sprzęg alidady, a następnie celując kolejno na punkt 1, 2, 3... itd. odczytujemy przy każdym punkcie na noniuszu kąty (kierunki) α₁, α₂, α₃... .

Dla kontroli celujemy w końcu pomiaru na punkt A, aby się przekonać, czy podczas pomiaru limbus się nie poruszył.

Przy dokładniejszych pomiarach pomiar powtarzamy w drugim położeniu lunety (tak jak przy pomiarze kąta metodą zwykłą) mierząc w przeciwnym kierunku, tj. w kolejności A, 4, 3, 2, 1, A. W tym przypadku właściwą wielkość kąta (kierunki) otrzymujemy biorąc średnie z odczytów wykonanych w obu położeniach lunety.

Rodzaje map górniczych

Z ogólnego punktu widzenia można podzielić mapy będące obecnie w użyciu na trzy grupy, a mianowicie na mapy geograficzne, mapy topograficzne i mapy specjalne lub techniczne.

Mapy geograficzne -obrazują rozmieszczenie mórz, lądów i rzek, rzeźbę pionową, rozmieszczenie miast itp. Sporządzane są w bardzo małych skalach od 1:500.000 do 1:50.000.000, a nawet mniejszych.

Mapy topograficzne - uwidaczniają położenie miast, osiedli, dróg, kolei, lasów, rzek, jezior itp. Oczywiście dokładność uwidocznienia szczegółów zależy od skali, która może być w skalach od 1:10 000, 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000, 1:300 000 i 1:500 000. Na mapach topograficznych wykonanych w skali 1:100 000 i większych rzeźba terenu przedstawiona jest za pomocą tzw. warstwic.

Mapy techniczne - opracowuje się je pod specjalnym kątem widzenia dla potrzeb różnych dziedzin gospodarki. Najczęściej spotykane to: mapy gleboznawcze, katastralne, melioracyjne, miejskie itd.

Specjalny rodzaj map stanowią mapy geologiczne oraz górnicze. Mapy te opracowywane są dla różnych celów, stąd też istnieje duża ilość różnych rodzajów tych map.

Mapy górnicze

Mapy powierzchni — przedstawiają sytuację na powierzchni o treści i formie dostosowanej do potrzeb górnictwa.

Mapy wyrobisk górniczych — przedstawiają sytuację wyrobisk górniczych oraz elementy geologiczne i inne elementy górnicze związane z prowadzeniem robót górniczych, a ponadto w poszczególnych przypadkach również i sytuację na powierzchni.

Mapy geologiczne — przedstawiają sytuację geologiczną dla potrzeb górnictwa.

Każda z wymienionych grup dzieli się zależnie od celu, pochodzenia i sposobu opracowania na trzy zespoły map:

• mapy podstawowe,

• mapy przeglądowe,

• mapy specjalne.

• Mapy podstawowe sporządza się bezpośrednio na podstawie wyników uzyskanych z pomiarów. Wykonuje się ją w skali 1: 1000 lub 1: 2000. Może ona przedstawiać między innymi poziomy warstwy, pokłady, przekroje geologiczne. Mapy te stanowią źródłowy materiał dla opracowania map przeglądowych i map specjalnych.

• Mapy przeglądowe sporządzone są na podstawie map podstawowych w drodze reprodukcji lub pomniejszenia tych map. Treścią map przeglądowych może być sytuacja przedstawiona na mapach podstawowych powierzchni, wyrobisk górniczych lub geologicznych, ujęta łącznie lub oddzielnie z pominięciem niektórych elementów, w zależności od celu, do którego są sporządzane. Wykonuje się ją w skali 1: 500, 1: 1 000,
  1: 2 000, 1: 5 000 lub 1: 10 000.

• Mapy specjalne są to kopie map podstawowych lub przeglądowych, uzupełnione szczegółami o specjalnym znaczeniu dla danego zakładu górniczego. Wykonuje się ją w skali 1: 500, 1: 1 000, 1: 2 000, 1: 5 000 lub 1: 10 000.

• Przykłady map specjalnych powierzchni:

Mapa obszaru górniczego przed stawia sytuację powierzchni z uwidocznieniem granic obszaru górniczego dla eksploatacji określonej kopaliny.

Mapa powierzchniowych zbiorników wodnych — jest to mapa sytuacyjno-wysokościowa obszaru górniczego z uwidocznieniem naturalnych i sztucznych zbiorników wodnych.

Przykłady map specjalnych wyrobisk górniczych:

 Mapa oddziałowa przedstawia sytuację wyrobisk górniczych w określonym oddziale wydobywczym z naniesieniem miejsc zagrożeń oraz urządzeń w wyrobiskach górniczych, koniecznych dla prawidłowego i bezpiecznego prowadzenia robót górniczych przez dozór górniczy. Każdy sztygar oddziałowy oraz sztygar zmianowy powinien ją mieć i w miarę postępu robót górniczych na bieżąco uzupełniać.

Mapa przewietrzania (wentylacyjna) przedstawia sytuację wyrobisk górniczych, z uwzględnieniem dróg i urządzeń wentylacyjnych.

Mapa przeciwpożarowa przedstawia sytuację wyrobisk górniczych z uwidocznieniem pól pożarowych, dróg wentylacyjnych, wyrobisk eksploatacyjnych i przygotowawczych oraz urządzeń zabezpieczających.

Pomiar różnicy wysokości między dwoma punktami można przeprowadzić kilkoma sposobami:

Metoda bezpośrednia

Jeżeli punkty leżą bezpośrednio nad sobą, to mierząc taśmą pionową odległość między nimi otrzymuje się bezpośrednio różnicę wysokości mierzonych punktów.

Niwelacja trygonometryczna

Jeżeli punkty położone są względem siebie w pewnej odległości, a różnica wysokości w stosunku do tej odległości jest duża (rys. 2), to mierząc bezpośrednio w terenie ich odległości l lub odległość poziomą 1' oraz kąt nachylenia do poziomu prostej łączącej te punkty określa się różnicę wysokości z równania:

h = l • sin α = l' • tg α

Rys. 2 . Określenie różnicy wysokości sposobem trygonometrycznym

Niwelacja geometryczna

Jeżeli różnica wysokości dwóch punktów w stosunku do odległości między nimi jest nieznaczna (rys. 3), to różnicę wysokości określa się za pomocą bezpośredniego pomiaru pionowej odległości tych punktów od dowolnej płaszczyzny lub linii poziomej.

Rys. 3. Zasada niwelacji geometrycznej

Jeżeli przez h₁ i h₂ oznaczymy pionowe odległości punktów A i B od linii poziomej, to różnica wysokości h = h₁ - h₂

Niwelacja hydrostatyczna

Wykorzystuje zasadę naczyń połączonych. Jeśli dwa naczynia połączone ze sobą wężem zostaną częściowo napełnione płynem to poziom płynu w obydwu naczyniach będzie wskazywał ten sam poziom.

Niwelacja barometryczna

Przybliżoną różnicę wysokości punktów można określić również przez równoczesny pomiar ciśnienia powietrza na tych punktach barometrem. Ciśnienie powietrza, którego średnia wartość wynosi 760 mm słupa rtęci, zmniejsza się wraz ze wzrostem wysokości. Na poziomie morza zmniejszeniu się ciśnienia o 1 mm słupa rtęci odpowiada zmiana wysokości o około 10 metrów, podczas gdy w górach na wysokości 2000 metrów, odpowiada zmiana wysokości około 14 metrów. Metody tej w miernictwie górniczym nie używa się ze względu na małą dokładność pomiarów.

Niwelacja satelitarna

Wykorzystuje technikę satelitarną GPS oraz informację o wartości siły ciężkości ziemskiego pola grawitacyjnego. Dane te pozwalają wyznaczyć wysokość punktu.

Spośród w/w sposobów pomiarów najpopularniejsza jest niwelacja geometryczna. Niwelację geometryczną przeprowadza się za pomocą instrumentu zwanego niwelatorem.

---