Маркшейдерия: методы, приборы и чем занимается маркшейдер

Что такое маркшейдерская съёмка?

Маркшейдерская съёмка — область геодезии, измеряющая, отображающая на планах и контролирующая положение всего на горном предприятии: поверхности, карьера, стволов, наклонных съездов, выработок, очистных камер, складов и инфраструктуры. Она переносит горный проект в разметку на породе, а фактическую выемку превращает в точные планы и объёмы.

Университеты и профессиональные организации часто называют эту дисциплину горным и маркшейдерским делом, поскольку она пересекается с горным планированием, геологией и геотехникой. В повседневной работе маркшейдерия преследует три цели:

• Направление — удерживать проходку на проектной оси и уклоне, чтобы выработки соединялись в намеченном месте.
• Учёт — поддерживать актуальные горные планы со всеми выработками, что во многих юрисдикциях является обязательным требованием.
• Объёмы и безопасность — измерять перемещённый тоннаж, проверять выемки относительно проекта и предупреждать о близости старых выработок, воды или неустойчивого массива.

Чем занимается маркшейдер?

Маркшейдер выносит в натуру положение будущих выработок, измеряет выполненную выемку и поддерживает точность планов и опорной сети предприятия. Эта роль сочетает полевую работу в карьере или под землёй с офисной работой над планами, моделями и отчётами.

Обычный месяц маркшейдера включает:

• Развитие и проверку опорной сети по мере продвижения горных работ.
• Задание направления и уклона горизонтальных выработок и наклонных съездов, разбивку устьев скважин, схем буровзрывных работ, подошв и бровок уступов.
• Съёмку продвижения выработок, пустот очистных камер и карьерных забоев, часто лазерным сканированием.
• Сверку объёмов и тоннажа в конце месяца для руководства предприятия и подрядчиков.
• Мониторинг бортов карьера, оседания и конвергенции, отчётность о перемещениях относительно порогов тревоги.
• Обновление обязательных горных планов и проверку безопасных расстояний до границ, старых выработок и воды.

Точность и прослеживаемость столь же важны, как скорость: ошибка азимута 1° в выработке длиной 500 m смещает забой почти на 9 m от оси, поэтому маркшейдеры всё проверяют дважды.

Чем отличается съёмка открытых и подземных разработок?

На открытых разработках преимущественно используют GNSS RTK, дроны и дальнобойные сканеры, а под землёй — тахеометры, ходы и сканеры, поскольку спутникового сигнала нет. Цели одинаковы, методы и опасности различаются.

Многие предприятия совмещают оба способа, поэтому одна маркшейдерская команда ведёт наземные и подземные данные в единой рудничной сетке.

Как опорную сеть передают под землю?

Опорную сеть передают под землю, связывая наземные GNSS-пункты с подземными выработками через портал, наклонный съезд или ствол, затем развивают тахеометрическими ходами. Поскольку ошибки накапливаются вдоль хода, метод включает независимые проверки на каждом этапе.

1. Создайте наземную опорную сеть статическим GNSS или RTK на устойчивых знаках у портала или устья ствола с привязкой к рудничной сетке.
2. Передайте координаты внутрь. Через наклонный съезд или штольню проложите ход от наземных знаков. Через вертикальный ствол передайте положение проволочными отвесами, оптическим или лазерным отвесом, а высоту — поверенной лентой или электронным дальномерным измерением по стволу.
3. Закрепите ориентирование. Проектирование через ствол даёт очень короткую базу для азимута, поэтому на длинных ходах многие предприятия проверяют направление гиротеодолитом — прибором для определения севера.
4. Прокладывайте ход с принудительным центрированием, используя пункты в кровле и трёхштативную систему или кронштейны, чтобы менять прибор и цели без ошибок центрирования.
5. Замыкайте петли везде, где соединяются выработки, и вычисляйте невязки до использования новых пунктов.
6. Периодически повторяйте наблюдения, поскольку пункты в кровле смещаются из-за взрывов и конвергенции массива.

Основной инструмент — тахеометр с двухосевым компенсатором и высокой угловой точностью. Наш электронный тахеометр STSA9 на Android обеспечивает угловую точность 2", безотражательную дальность 1500 m и двухосевую компенсацию; 5-дюймовый сенсорный экран с каждой стороны легче читать при плохом освещении, чем небольшой дисплей с клавиатурой. Основы измерений этими приборами описаны в нашем руководстве по электронным тахеометрам.

Какие приборы используют маркшейдеры?

Маркшейдеры используют тахеометры для опорной сети и разбивки, лазерные сканеры для съёмки, GNSS RTK на поверхности и дроны над карьерами и складами. Таблица показывает место каждого инструмента.

Наш сканирующий тахеометр сочетает точные угловые и линейные измерения с 3D-сканированием и съёмкой изображений в поле зрения 360° × 282°, что подходит для тоннелей и мониторинга, где сканы должны опираться на точную сеть. Другие варианты для отрасли представлены на странице решений для 3D-сканирования и горного дела.

Как маркшейдеры измеряют объёмы и сверяют добычу?

Маркшейдеры измеряют объёмы, сравнивая новую модель поверхности или пустоты с предыдущей либо с проектом, и переводят разность в тонны по плотности материала. Эта съёмка конца месяца служит основой проверки рейсов самосвалов, показателей переработки и требований подрядчиков.

Обычный порядок работы:

1. Снимите забои, уступы, очистные камеры и склады как можно ближе к моменту закрытия месяца.
2. Постройте поверхности или замкнутые объёмные тела и сравните их с предыдущей съёмкой и проектом.
3. Отразите объёмы выемки и насыпи, а также переборы и недоборы относительно проектных контуров.
4. Примените плотность и коэффициенты разрыхления, согласованные с геологами и технологами переработки, для получения тоннажа.
5. Сверьте измеренный тоннаж с транспортными записями и объёмом переработки и исследуйте расхождения.

Прецизионность съёмки редко бывает слабым звеном; плотность, влажность и момент отсечения обычно вносят больше неопределённости. Наше руководство по измерению объёмов складов сравнивает методы GNSS, дронов и сканеров для наземной части работ.

Когда горному предприятию следует использовать лазерное сканирование или SLAM?

Используйте лазерный сканер на штативе, если нужны повторяемые облака точек геодезического класса, привязанные к опорной сети, и ручной SLAM, если скорость и доступ важнее последнего сантиметра. Большинство предприятий в итоге применяет оба варианта.

• Наземное сканирование подходит для деформаций бортов карьера, обследований дробилок и стволов, а также исполнительной проверки выработок относительно проекта. Наш высокоскоростной наземный лазерный сканер сканирует с частотой до 1000 kHz на расстояниях 0.6–150 m и использует безопасный для глаз лазер класса 1.
• Ручное SLAM-сканирование подходит для еженедельной съёмки выработок, кромок очистных камер и мест, где установка штатива занимает много времени. Наш ручной SLAM-сканер весит 925 g, имеет дальность 0.1–70 m и обеспечивает толщину облака точек не более 1 cm после постобработки.

Полевой совет наших инженеров: SLAM дрейфует в длинных однообразных выработках, поэтому по возможности сканируйте замкнутыми маршрутами и включайте геодезически измеренные марки через каждые несколько сотен метров. Метод и его ограничения объясняются в нашей статье о SLAM и мобильном картографировании.

Как наблюдают за бортами карьера и движением массива?

За движением массива наблюдают повторными измерениями закреплённых целей или поверхностей и сравнением каждой эпохи с исходной. Стандартные геодезические методы — автоматизированные тахеометры, наблюдающие мониторинговые призмы, мониторинговые GNSS-приёмники и повторное лазерное сканирование.

Качественный мониторинг включает:

• Опорные станции вне зоны влияния, регулярно проверяемые относительно устойчивой опорной сети.
• Короткие регулярные циклы измерений в активных зонах с порогами тревоги по перемещению и скорости, согласованными с геотехником.
• Атмосферные поправки при длинных электронных дальномерных измерениях, поскольку температура и давление изменяют расстояния на несколько миллионных долей.
• Повторные сканы с тех же установок для выявления изменений поверхности между эпохами.

Как стать маркшейдером: квалификация, работа и вакансии

Большинство маркшейдеров имеет диплом среднего профессионального или высшего образования по геодезии, геоматике либо маркшейдерскому делу, после чего получает опыт под руководством специалиста на горном предприятии. В ряде горнодобывающих стран старший маркшейдер, отвечающий за обязательные планы, должен также иметь государственное свидетельство компетентности, для которого нужны экзамены и подтверждённый опыт.

Полезные навыки включают работу с тахеометром и GNSS, CAD и ПО горного планирования, обработку облаков точек и уверенное понимание систем координат и накопления ошибок. Должности варьируются от начинающего полевого специалиста до главного маркшейдера; подрядчики и консультанты также нанимают сотрудников на проекты. Вакансии обычно публикуют горнодобывающие компании, горные подрядчики и профессиональные геодезические институты, а на удалённых объектах часто действует вахтовая работа с авиадоставкой.

Как выбрать маркшейдерское оборудование

Выбирайте маркшейдерское оборудование прежде всего под условия работы, затем по характеристикам. Перед покупкой проверьте следующее:

• Защита от пыли и воды — сопоставьте степень IP с условиями; мокрые и пыльные выработки тяжело воздействуют на оптику и электронику.
• Опасные зоны — обычные геодезические приборы, как правило, не сертифицированы для взрывоопасной среды, поэтому перед применением электронного прибора в угольных или газоопасных шахтах уточните правила объекта.
• Аккумуляторы и температура — берите запасные аккумуляторы; в глубоких шахтах бывает жарко, а на бортах карьера очень холодно.
• Дисплей и подсветка — читаемый экран и подсвеченная сетка нитей экономят время в темноте.
• ПО и экспорт — убедитесь, что облака точек и наблюдения загружаются в ваш процесс горного планирования.

Если вы оснащаете новый маркшейдерский отдел или заменяете стареющие приборы, расскажите нам о типе предприятия и рабочем процессе и запросите коммерческое предложение на согласованный комплект тахеометра и сканера.

Часто задаваемые вопросы