автореферат диссертации по геодезии, 05.24.02, диссертация на тему:Определение деформаций горных пород калийных рудников стереофотограмметрическим методом

КОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА. ИНСТИТУТ ИЕЗЕНЕРОЗ ГЕОДЕЕИИ, АЭРОФОТОСЪНЖИ И ШТОСТШЭ

Ба правах руккшсз

ШИПУНОВ АЛЕКСЕЙ ЕРКШЧ

Ш 523.74:622.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЖОШАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД КАЛИЙНЫХ ШЩ2Ш СТЕЩОФОТОГРАШЕТРИЧЗСШв ЫИХЩИ

05.24.02

Адракосмжческже съеикк, фотограииетргя, фстотопагрвфгы!

АВТОРЕФЕРАТ диссэртаци на сшсхавп ушие! статшаж кяндадата технически. внук

Москва 1991.

Работа выкшшна на кафедре фотогрализтрян ¡¿оскозского ордена Хепина института кшееноров геодезяи, аэрофотосъемки и картографии ДШГАиК/

Научный руководитель

- кандадат технических наук, профессор Р.П.Овсянников

Официальное оппоненты: - доктор тохдичэсхлг иаук,

профессор А.СЛСучио; -.кандидат тезшческпх наук, доцент П.Е.Ъруевич

ведущая организация - Санкт-Петербургский горный ЕЕсткут.

K063.01.Q2 по присуждению ученой степени кандидата технических яаул в Московской ордена Ленина институте инженеров геодезия, аэрофотосьегд'л и картографии по адресу: 103064, Ысскза, К-64, Горсховсхий пер., 4, ШГГАнК, ауд. 321.

С дассортасиай казно осЕПкслгться в бгблкатег.е МИИГАиК.

Автореферат разослан- " • НО^б/М' 1991 г.

Учений секретарь спедкаазирросляого

совета "KC-S3.01.Q2, ::.т.н., дод, .В.Красяоповцьь

• ; ~3 ~ • ■ OEIiiAЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■ . <

- ..:AiДуальность темк. Одной из вахнеЙЕИх на сегодняшний день проблем калийной промышленности является обеспечение безопасности эксплуатации калийных местороядений, приобретающая особое значение при разработке крупкейяего в нашей стране Берхнекамского ме-стороадения, отличающегося обводненностью горних пород, покрнва-юи™х соляную залежь. Нарушение целостности этих пород, икенуеккх водозащитной толще]; /ЮТ/, приводит к проникновению агрессивных вод в выработки, что, с учете« легкой растворимости калийных солей, вызывает их затопление. Информационное обе-спечеклэ керспри-ятий по заздте подрабаткваешх объег.тов и вьработск от затопления требует проведения натурнщ; эхсгерикентсз по наблюдпяиям за де-^ор'лацнями горнкх пород ЬЗТ и г.еждукайернкх целиков.

Существующие мармдейдереко-геодезичесме кетоды опрэдэления деформаций горных пород в ¡захтах ь'.ало!шоизводителыш к трудоемки.. £изические гетоди не находят широкого применения, так как они не пригодны для проведения длительных /июголетних/ наблюдений в шахтах из-за агрессивности средк, округяюцей солянке горше поводы. Одни;,-, из наиболее перспективных катодов явллется новий для данного объекта исследований стереа^отохтет.'.етричеекиА иетод, зк-годно отлкчаЕЕцгЛся калкм объемом полевых работ и сочетаний высокую точность с большом пнфор^атизностьы и наглядностью получаема результатов.

Теория и прагстка стсрео^ототраыгатрического метода, пряь'о-китильно к решению широкого круга задач, достаточно полно кзло-зг-зна з работах отэчествешшх и зарубекткх авторов. Однако вопросы мркиеидерско-геодезического обеспечения/ получения фотоснимков в шахте и обработки шахтных ¿отосяпьиов /в тс:.г. числе и tap-

хейбэйского у.гсторсждения/ изучены недостаточно. Еоэтоау разработка стероофстограмиетрического метода /имеется в виду комплекс вопросов по каркаейдарско-геодвэяческоыу обеспечению, подучена» и обработке шахтных фетееввккоз/, который давал бы надежные данные о деформациях горных пород при проведении исследований в уехав лях шахт соляных выработок.. является актуальной в научно-методическом я практической плане.

Цель кссдедозаааЗ — разработка комплекса технологических процессов стереофотограиитрдчоского иетода определения дефориа-ций горных пород в подземных выработках калийных рудников.

Матогааа исслдцовкеяД включала в себя анализ, систематизацию а обобщение ранее выполненных отечественных и зарубевных работ, экспериментальные г лаберазораые исследования, выполненные по известным и разработанным мзтодакаи, натурные исследования й опытес—производственные работы, сопоставительный анализ полученных расчетных данных к натурЕкх наблюдений. .

Эмпвримвнталькно исследования включали: испытания элементов конструкции наблюдательных стеютЗ к способов закрепления и маркировка точек в условиях вахт калийных рудников; лабораторные и натурные испытают способов определения координат опорных точек; лабораторные Есгдадовангя точности стереофотограшетрическо-* го метода вря поколл тест-сбъскта; лабораторные и натурные испытания осветительной аппаратуры; отработку технологии выполнения фотосгекэчных работ в условиях тахт калийных рудников в режима фотолабораторией обработка сахтяых сыишсоз; отработку методики аналитической обработки стереопср е целью получения смещений точек и Еычислгагя де&оркгционкъ-х характеристик горных пород; проверку технологии изготоалэзш: ¿рсятальных планов поверхностей соляных горных пород; ооытно-проззводатвенные исследования де-

формаций квадратных целиков Верхкехамского калийного месторождения в течение 1988 - 15^0 гг.

К заляте представл-татся: техвологгя стсрсо^отограк-'етрачес-кого иетода определения деформаций гсрккх пород е условиях иагт калийных-руднккоз, включается решение кокплеяса вопросов по гар-клейдерско-геодезичсскому обеспечен'"«, получению е обработке ¡¡'-ж-тпнх снпмеов.

Натгшая псплзна.РазшЗотапа прогрессивная технология стероо-фотсграккегграчесхого метода определения дэфоркацяй горных пород в условиях пахт калийных рудников, содержащая новое речояие актуальной задачи. Репон кошшеяс гвхнадогпчбских вопросов по аэргагсИ-дерско-геодезлчзсксму обеспечению, получению х обработка шахтных фотсснжаов с целью определения скещеняЗ точек, дефоругциот-гах характеристик горках пород, построения $роктальзых планов поверхностей. На оснсзе применения стереофотограккэтрячесного катода получены качественна новые давило о состоянии и поведении горных пород целлкоз и значения их дгедортизгонтле хер-жгерисмпс. Доказана лрактэтесная щлжзнпяоетъ стерео^стсгразяжгрического метода для исследования процессов де^оркаревг-ппя х-орнкх пород в шахтах калийных кесторогазиай.

Практическая ценность таботц ськхжчается: з разработке технологии стереофотогракметрического метода для получения данных о деформациях соляных горных пород в услсшиях ¡тахты, выгодно отли-чажаейся небольшим объемом полевкх работ и сочетающей высокую точность с болызой информативность« и наглядностью результатов; в разработка конструкции наблюдательных станций, для реализации стере офотогражетрического кетода в условиях подземных горных выработок калийных месторождений; в разработке и исследовании способа определения координат спорных точек, основанного на использовании подвесного маркировочного устройства, позволяющего при-

¡.-орно в 2 раза сократить время, необходимее для создания опорных сетей в шахте /в сравнении с традиционными каркиейдерско-геодези-чески/и кетодакп - прякве угловые засечки к тригонометрическое нивелирование/; в разработке и изготовлении осветительной аппаратуры для выполнения, фотосъеютных работ в условиях шахты; в разработке технологии выполнения ¡¿отосъекочных работ в подземных горних выработках; в разработке алгоритма и составления вычислительной программы для определена! смещений точек и деформационных характеристик горяьх пород; в разработке конструкции и изготовлении тест-обьекта для моделирования смещений точек, позволяемого проведение лабораторных экспериментов по исследования точвосхи £отограыгетрическпх определений; в получении информации -о депортациях ь,.я2дук£л,ерннх цоликов Ьсрхнекаиского кестороадешк калийных солей-

Реализация результата! работы. Разработанная технология стерео^отогрелиэтрического катода применяется дая наблюдений за дефоркааижл квадратна целиков шестой восточной панели Первого Еерезкиковского рудоуправления /БКРУ-1/ производственного объединения "Уралкалий".

Результаты определения дефекаций горных пород целиков используются Еерозклковской лабораторией Уральского филиала Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института галургии /УФ ЪШ!Г/ в качестве исходных данных для разработки кер охраны подрабатывзекых объектов и рудников от затопления.

Апробация работы. Основные полозшния диссертационной работы докладывалась к получили одобрение на научно-технических конференциях Пермского политехнического "института /г. Пермь, 19861988 гг/и Московского ордена Ленина института рахенеров геодезии, аиро^отосъемки и картографии /г. У.осюза, 1939-1990 гг/.

Публлка;з:с. По результат^ выполненных исследований опубли-

ковано 6 печатных работ, в тоу числе одно изооретение.

Структура и объем тдботн. Диссертация содержит стра-

ниц основного текста, иллпстрируется рисунками и таблицами на страницах и состоит из Еведения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего наименований, из них

на иностранных языках, и приложений.

С О X Е Г Е А Н К К Г А Б 0 1 Ь

Ео ггегении обоснована актуальность работы, с^срг.улирого-на цель и задачи исследований, отмечены новизна и апробация работы, изложено краткое содерл'-анне диссертации но главам.

Б первой главе сформулирована общая постановка задачи определения деформаций горных пород в условиях вахт Верхнекакско-го калийного месторождения. Хассу.отрень требования к составу п точности определяемых характеристик де^.о) гации. Определении подлежат :

- полные векторы смещений точек и их проекций :-:& координатные оси X, У, 2 с предельны/л о^ибка.и 8(ДХ) - 5(йУ) =

Ш2) . ± 7

- относительные продольные и поперечны; де|о]тации;

- значения кодуля упругости и коэффициента Еуассона;

- относительные объегнке дефорг/ацки;

- 4-хоктальные планы исс;едуеьых поверхностей г.т.естаба 1:51 с пеЕ8с.звке?.. определяо?.'Ь'х точек, грзпиц погод различной литоло-гкчесгов разно!идпости, тхеерш, характерных точек, изолкып! отстояний; с:п!бки отссрагения стлх гле?;ентов. на плана?; не долнч. проги^чь 3 г.:.:. ¡'.схед-: из с;:::: требовсниГ. п условий вроьекенЕЛ табот по. определению де^отьсци;; I. вахтах кодгЛ'т.х рудников опре-

.saisitк основные тр-еосвгаия к методу наблюдений: большая ив*орма-тисность к наглядность получзеь.ых данных; .высокая точность при ьи-н>;мельяои врех'ени полг.вых работ; обеспечение сохранности и падех-аости аппаратуры и оборудования в условиях повышенной агрессивности внеага? среды и низкой температуры /Б-6°С/ в течение нескольких лет; зсэагсгвосгь рабств с автономным питанием при отсутствии естественной освс^зккостп; обеспечение искровзркьобезопаскости приборов 1! оборудовавхя; возусгаесть выполнения ргбот в стесненных уелсваах прл больших разь^-рах исследуемых объектов; бесконтактность, что повысит безопасность обслугивглзщого персонала.

Па основании этих требований произведен анализ, систематизация и ебсбщйЕКг ранее выполненных отечественных и зарубежных работ по определении деформаций, что позволило сделать вывод о целесс-оСрпппс.си использования коеого для данного объекта исследо-} стср^офотогрса^итрпчсского метода в качестве базового длл псб^хдеагй за та^отгаци;;;,;: в разработать технологичэскую схему л-стода, преде :гьле<ихуЕ ъ табл. 1.

Б соответствии с техьологеческой схемой определен koî»mokc ьопросов, которые необходимо ропать два практической реелазадиЕ. метода. Основные из ккх следуюгциг : теоретическое обосновав^ параметров $'отссъоикз; разработка тест-объекта лабораторные попытаем г'г-тоде; разработка конструкции стаыний дд& наблюдений и способов закрепления и керкираьга точек; разработка способа определения координат опорных и контрольных точек; разработка технологии выполнения £отссъексчЕЫх работ и аппаратуры для са • рсахи-зецлк; разработка методики аналитической обработка с цгльв определения скешо^гй. точек -и дефФркациоь'ШЛ: характеристик .горных пород; отработка технологии составления фронтальных маков; проводе нке теоретически а ексссриые.ь хяаьвкх исследований сдодакшпе

Таблица 1.

разработок.

Во ртотуг глапо диссертаций рассмотрены вопросы теоретического «ЗосковаЕЛГ основных параметров фотосъелзи, обеспечив ах; ¡да возможность построения фронтальных планов исследуемых поверхностей горвых пород е шзволяюгцех определять с заданной точностью смещения точек и двфсркационыыц характеристики.

Основные параметры съе:.жг стенок меь'дукаыерных квадратных цслхксз, икеюгггх основание 17x17 м и высоту 6-7 м при ширине ка-кор 10 м, составляют: дхлна базисов 5,4 ы, отстоящие 8,0 ы, фокусное расстояние фотокамеры 100 ж, угол конвергенции 20°.

Деяние априорной оценки, точности показывают, что дяя построения фронтальных планов поверхностей целесообразно получение фо-тостл-ков нормального слу-хя сьекки и их аналоговая обработка на ушвсрсалызнх стереоиркборпх, а для достижения заданной точности определения скещевий точек необходимо проведение г.ногократпой конвергентной фотосъемки /как наиболее точной/ и аналитическое ентепзление смещений из независимой обработки не менее чек 2-х стереопар. При зтем предельные ошибки определения смещений с вероятностью близкой к единице не превзойдут значений: ШЛ) =4,2 г,5> ШУ) = 6.3»!, Ш2) =2,4 «ш.

Для практической реализации нормального и конвергентного видов съемки в соответствии с определяемыми параметрами и размерами камер и целиков разработана конструкция наблюдательных станций для определения деформаций гор1Шх пород, представляющая собой систему, состоящую из точе:с фотографирования и маркированных опорных, контрольных и определяемых точек. Схема размещения точек станций представлена па рас. 1.

Поскольку станции предназначены для многолетних наблюдений, проводимых в условиях повышенной агрессивности, то особое вникание уделено обеспечению долговременной сохранности элементов

©

_ I

<Э

0,9 м 1

—-а в

502 303 О О о

Ш АО2 403,

501

1

в о

301 302 203 -л в о 201 202 23?

6 ' (З

ооэ

507 505 509 0 0 0 0 0 0 405 <06,У)407 /-08 АОЭЛ-

ООО

504 505 505

г» о е

304 305 306

в в о

204 205 206

О 5 о

507 108 309 г о *> 207 208 209

-«-в э ^Лл® а эл! о о о/У, ® ^01 102 103^>Ю< -105 <06^07 108 "Ю^-НО

в - определяемые точки © - опорные и контратака точка

ф - точкл фотографирования Вис. 1.

конструкции станций.

Относительная стабильность точек Фотограф<нрозагия обеспечивается их закреплением постоянны*^ грубчаткыз г пагод, еягзез: часть которых бетонируется.

Поскольку на поверхностях соляных горных пород, нет четках ккнурных точек, которые ыогно было бы надежно дспользсзатз при нвоголгтяих нг&пздапиях в качестве определяемых, то для организации работ необхода:^ закрэллакае и каркярсзка опроделясигх точек. На основе лабораторных а натурно исследований выработана тзхяслоггя згкргиленля и марккрсБЕЗ спредоляегих точек, обеспз-чаважгдя кпоголекпез) сохранность каркнревочных знаков, закрепленных па поверхностях соляных горных пород, и позволившая с высокой точностью производить наведение геодезических приборов да ¡ларкл, при контрольных геодезических измерениях, 'я на их фото-изсбразэ'иЯ; при намерениях фотоенгккез на стзреоксгпаратсрах.

- 12 -

Рекомендуете способы закрепления и маркировки точек прошли производственные испытания на рудниках Верхнекакского месторождения и отвечают требованиям, предъявляемым к их конструкции при контрольных геодезических и фотограмметрических измерениях.

В тпетьей главе диссертации, на основе анализа известных ьаркшейдерско-геодезических способов определения координат опорных и контрольных точек, разрабатывается и исследуется новый способ, основанный на использовании подвесного маркировочного устройства /ШУ/.

Отмечается, что наиболее трудоемким процессом при реализации стереофотогракыетрического метода определения деформаций горных пород в условиях шахты является процесс определения пространственных координат X, У, 2 опорных и контрольных точек, необходимых для ввезшего ориентирования фотограм/.етрической модели и оценки точности полученных результатов.

Из теоретического обоснования, сделанного во второй главе работы, следует, что для достижения заданной точности определения смещений средние квадратические ошибки определения координат опорных точек доляны быть порядка 0,7 №.

ШУ /рис. 2/ содержит прицепное приспособление 1, рулетку с металлической лентой 2, иыеэщую миллиметровые деления, марки 3 с визирными целям 4 и груз 5, снабженный жидкостным демпфером 6.

Марка состоит из двух плоских пластин, установленных по обе стороны ленты рулетки и скрепленных зажимным узлом. Для обеспечения возможности совмещения визирных целей с осью полотна рулетки и для отсчитквания высот по ленте рулетки марка снабжена вертикальной и горизонтальной нитями, находящимися в плоскости ленты рулетки.

Для получения плановых координат всех точек ШУ достаточно

определить, например прямой угловой засечкой, координаты одной из точек ШУ. Плановые координаты других точек ЕМУ будут иметь такие же значения. Высоты точек ШУ определяются отсчетами по горизонтальным нитям марок и высотной отметкой одной из точек ленты рулетки, полученной, например, посредством геометрического нивелирования.

Огидаемые средние квадратяческио ошибки определения плановых координат точек ШаУ, использующихся при непосредственных геодезических измерениях,- рассчитывают по известным формулам.

Исследования показывают, что ошкб-ки установки марок, не участвующих в непосредственных геодезических измерениях, при судествуюглх требованиях к точности определения координат точек спорных сетей прснебрегаемо малы и поэтому могут не учитываться.

Кысоты опорных точек Н:

Гис. 2. ГНУ. вычисляются по формуле

=Е + с - с

гн

ги i

с^ - 0,5 ас 0,5 )с; .

(1) (2)

где Си = 1,Ь С

Предварительная сценка точности определения высот точек три помоги ГПУ выполняется по формуле

772-, 2 = ГГ2 2 + 2 5 Шп2+ -I 25 ТП02+ ТПГ * + 777 2 + ТП 2. (3) 2ги о ' а <ти ь х

ги -высота, - отсче-

) формулах (1-3) приняты следующие обозначения: оответствумцая горизонту инструмента; ,

ы по ленте рулетки, соответствующие визирной цели I -ой марки горизонту инструмента; 8Ок - поправка в длину всей ленты,

определяемая при компарировании; _ номинальная длина лен-

ты рулетки; сЬ - коэффициент линейного расширения ленты рулетки; £ - рабочая температура ленты рулетки; - температура компарированпя лепты рулетки; , ^ - отсчеты по • ленте рулетки, соответствуггдке горизонтальным кктяк верхнего и нижнего вырезов I -ой марки; к,_ - непосредственно .измеренное /контрольное/ расстояние мезду питаей. и верхней нитязи I -ой марки; - непосредственно измеренное расстояние меяду нитью нсЕнего выреза и цеЕтрсм визирной цели ¿-ой марки; тп^ , тгти ~ соответственно средние квадратические ошибки /с.к.о./ определения высот точек и горизонта инструмента; тг^о - с.к.о. определения отсчстоз по горизонтальным нитям марок; тп.д _ с.к.о. непосредственно Измеренных расстояний; 1пСги - с.к.о. определения отсчета по лепте рулетки, соответствующего горизонту инструмента; тп^ , - соответственно с.к.о. введения поправок за. кощзаркрованпе и температуру.

С целью оценки разработанного способа определения пространственных коорданат опорных точек и его сравнения с традиционными геодезическими /прямые .угловые засечки и тригонометрическое нивелирование/, были выполнены зЕспзримантальнке. работы в подземных выработках Бер.хнексмского мгсторс2жония.

В задачу йкспораментрз входило определение пространственных координат 12 опорных тсчаз» установленных на лентах рулеток трех ШУ. Изхерешя выполнялись при стстсядгзг 8 м и дшже базисов' 5,4 ы. Угловые изнерсиия прсизаодапсь тзодслитси ТАео ОЮВ, доумА приемами. Дпцш базиссз были вкгареш эталонной рулеткой. Относительные ошибки определения базисов составила 1/200С0.

■ ■ ч

Для передачи высотной отметил исподьзозаЛся нивелир -./А 007. Полученные значения средних квадрагичаских опибок в время, наобхо-дамое для одредглзния координат 12 точек бригадой .• состояддай из ..

Таблица 2. -1-

Способи определения координат

Средние квадратпческие ! Бремя, опшбки, ш i час.

тх •

Прямые угловые засечки и

тригонометрическое ниве-

лирование 0,63 0,67 0,3£ 21

ШГ О'.бб 0,70 0,29 1Ü

трех человек, приведены в табл. 2.

Из данных таблицы видно, что врегля, необходимое для выполнения измерений при пет/осд ПНУ, почти в 2 раза монъсе, о точность измерений оказалась приблизительно на том нэ уровне. Зко-ногия врег-'-эни была бы е;це больше при установке на лентах рулете:; Е7 не четырех, а пяти-шести и более марок.

Таким образом, результаты окспоржонтальккх исследований подтворгдаэт целесообразность применения Е..7 для определения координат опорных и контрольных точек в подзешшх горных выработках.

Четвертая глава диссертации посвещена обоснованию технологии фотосъекочных работ в соляных подземных выработках, методики аналитической обработки стереопар с целью оденет деформации целиков; изложены особенности. обработки фотеенжкев при построения фронтальных планов.

Б соответствии с технологической схемой стереофотограмяет-рдчсского гэтода /см. табл. 1/, для определения данных о дяфор-:,:агоях горных пород, разработана технология заполнения фетоегч-кочннх работ, включаакея получегоге фотосшжков конвергентного и норвалького случаев съеиш. Исследования показала, что из-за различной отражательной способности соляных горных пород и «арки-

рованных точек одновременное получение высококачественных фотоизображений горных пород и марок, является очень трудной задачей. Поэтому технология фотосъемочных работ состоит в получении фотоснимков с изображениями марок опорных, контрольных и определяемых точек /в дальнейшем - фотоснимков марок/ и в получеши фотоснимков нормального случая съемки с фотоизображением всей поверхности соляных горных пород /далее - фотоснимки ис -следуемой поверхности/.

Поскольку больпое влияние на измерительные свойства фотоснимков оказывает правильный выбор фотоматериалов и режим фотолабораторной обработки, то в работе рассмотрены эти вопросы применительно к получению фотоснимков в шахтах калийных■рудников.

Для получения качественных фотоснимков марок и фотоснимков исследуемых поверхностей разработано специальное осветительное устройство, оборудованное автономным питанием и позволяющее создание мощного узконаправленного пучка света переменного диаметра.

Исследования показали, что для получения фотоснимков марок целесообразно последовательное, индивидуальное освещение марок опорных и определяемых точек.узким пучком света, которое производится при открытом затворе объектива фотокамеры. Оптимальным является режм работы, при котором время освещения марок находится в пределах 3-10 с.

Для получения фотоснимков исследуемой поверхности горных пород рекомендуем производить освещение пучком света большого диа\'.етра. £-отографнруо:.":е горные породы при этом'освещаются последовательно, отдельными участками, время освещения которых в соляных выработках,.как правило, в 3-4 раза превышает время освещения отдзльных точек аналогичных участков. Затраты времени на получение фотоснимка исследуемой поверхности оказываются в 5-6 раз больше затрат времени на получение Фотоснимка матнш.

- 17 -

.Экепори\©нтакьвне исследования показали, что ври фотографировании сзляных горних пород в шахте лучшие измерительные свойства икеЕ'.' фотосЕшлгд карок в тем случае, если съекка ведется на контрастные или особоконтрастные фотопластинки кикрат г.-.алой светочувствительности /2,8-5,5 ед. ГССТ/, для йотолабораторней обработки которых используются контрастные проявители. В целях экс— нок:п врзкекг для получения •»отоскг.ккос кссхедуекой поверхности ПзлесооСразно гржененце фотопластинок более высоко?, своточуа -стацтелытоети /16-64 ед. ГОСТ/.

В главе ргссготреиа кетодгка аналитической обработки стереопар ^.отоспиг.'ксз кярок для оценки до^орсаияй г.^ккх нор;д. ;-:зло-гекн результаты исследований точности ксь.оренгя свез зев па с.те-р.с-07.суБаратэрэ к дани р^когопдеий по ксаерокг^ Есгшархснтшяс Фотсспгкгс® парок, г,елу'1з/;£ыг в хахто. Иравсд-ля оСоопоегчп'з при-аыисй ¡¡•сгеддка яолучезгя коорд«??? опг«д&^яскых точи: стера г-пасан хогР-еггент.'аас с.чп'с-соз.

Посксльку дгя иехтучепця копр.гана-:: опраделл&кых точек долл-псв с задигшой точностью нутзо в обработку н? ь'-л.еа

стерропар сТстсснптс-сов карок кгщдогэ длила, то возникает задача енрзделпнхя .чакбслее кадегзкх значений координат точек. В отдель -рнх 'ва'ппиях координат точек ногхопги грубые промахи. Позтску задача гсследозакпй состояла з отработке мзтодгял получз:дч окс.;-чателькых зн&чеггзй ксорзгпа:: точек при небелы са чтйле стсрео-гар. избегать угекьжь зл-ыдгие гогкгпнкц гр>-

блх прс'.аахоз в отдельных одзчеязлх координат. 3 прся-асс- ".ссла-дсз.-нлИ была: рассмотрели разлзчигч етатпетк'.зсяыс кзтеда сбр;;-бе:.-\г ::г^ярг.'ааВ результате сделая вывод о том, что если чд-сло веглгхсяго осрех.клнгих зпачгин коордплат не яредь'.теет 5, то в гачесетч чагбс.т':е надзпгого пначг::зл ксордднатк цолзеооб-ргзго испе^загать медиану.

Для епределзппя наиболее евдэяшх значзшй ксорддлат оп-

редедяс-ынх точек, вычисления смещений точек'и деформационных характеристик горных пород разработан алгоритм и составлена программа СЕ1.1К , папасанпая на алгоритмической языке фортран и реализованная на 1ЕИ РС. Программа позволяет вычислять следующие деформационные характеристики: относительные продольные и поперечные деформации, значения модуля упругости и коэффициента Пуассона, объемные деформации.

Обработку фотоснимков исследуемой поверхности^ целью построения фронтальных планов;рекомендуется выполнять в 2 этапа. Еа первом этапе, путем фототрансформирования и монтирования фотоснимков, изготавливают фотопланы поверхностей соляных горных пород. Еа втором этапе, обрабатывая фотоснимки на универсальных стереофотограм-метрическлх. приборах-, на фотопланах проводят изолинии отстояний и, используя материалы полевого и камерального дешифрирования, наносят элементы геологической сптуащш.

Б пятой глзре сформулированы задачи лабораторных исследований стереофотогракметрического метода и требования к конструкции тест-объекта, необходимого для их проведения. Описана конструкция разработанного тест-объекта, позволяющего моделировать смещения точек в трех взаш.'оперпендикулярных направлениях. Точность моделирования характеризуется ошибками порядка С,1-С,2 мм. Изложена методика лабораторных исследований с использованием тест-объекта /в условиях,приближенных к реальным/ и приведена! их результаты. Б процессе лабораторных исследований, во-первых, проверена методика создания опэр.ти сетей, основанная на использовании ШУ, и испытала разработанная осветительная аппаратура. Ьо-вторых, экспериментально подтверждена правомерность принятой методики предварительных расчетов. Б-третьих, оценена реальная точность определения смещений точек по стереопарам конвергентных снимков и сделано заключение о работоспособности и высокой точности стереофотогралг.ет-

ряческого метода.

Для натурных Испытаний стереафотоградаетрического метода, с одной стороны, л для практического определения показателей деформируемости горных пород целиков, с. другой стороны, были проведены экспериментальное и производственные исследования. С этой целью на тестой восточной панели Первого Ьерсзииковсксго рудсупрпвле-пкя /ЕКРУ-1/ п/о "Уралкалий" зимой 1988 года осуществлена закладка наблюдательной станции, предназначенной для кпеголетнлх наблюдений, за деформацией квадратного целика. Б декабре 1988 года выполнены работы начального /нулевого/ цикла. Дальне йс! о наблгденил за деформацией поляка осуществлялись в соответстаии с хо-зг .-говорок, _ заключенным неяду сектором горной геокеханзкн Герезниковской лаборатории Уральского'филиала Всесоюзного научно-исслодоватЬль-ского и проектного института галургии л кафедрой фоюгргилетрид МИИИдК, Б рамках договора проведет работы первого /декабрь 198Э • годэ/ и второго /ноябрь 1920 года/ деформационных циклез.

Угловые измерения при создании опорных сетей во всех циклах производились теодолитом ТЯео 010В, линейные измерения - компа-рировакной эталонной рулеткой, измерения г.ревыпенпй - нивелиром ■'/' 0С7. Опорные сети при выполнении работ нулевого и первого циклов состояли из 15 точек, закрепленных'па 5 забетонированных трубах. Калдая стереопара была обеспечена 9 точками, 4 из которых использовались при обработке в качестве опорных, а оставшиеся 5 точек - для контроля. При выполнении работ второго цикла креме основных 1С точек, закрепленных на трубах, использовались 12 дополнительных, которые устанавливались на лентах рулеток 3 ШГ. Точность определения ксордияат точек -опорных сетей во всех ыдклах характеризовалась средними квадратическими огябками^не Ер-гвь'.х'^даг С,7 <1отеграфирсьание производилось универсальной стр'рнсфстогрг.'о.'етричюкой камерой КК 10/1318 при отстояли;'

Таблица 3.

Номера стере- Количество точек С. ■ ! " 1,. ........ .......~ к. о., ¡Относит, ¡¿.акси;.'. отклон. ко- ь.ы ¡ошибки ¡орд. контр, точек, ьэл

опав * ! сиорнкснт— ' них ¡рольн. ТПу ■ X тп1; тп., г точек, мл Шу/ у г V ЬЛ 54 ¡8 2 !

04-11 45-08 02-05 4 5 0 4 5 С 0,6 0,4 0,6 0,7 0,7 0,£ 0,5 0,6 0,5 1/11000 1/11000 1/£СС0 0,8 -о.е 1.3 1.4 -0,5 -1.8 - 0,8 0,8 1.1

8 гл. Базисы съеьжи биля ранцы 5,4 V.. Средний масштаб съз:.:кл составлял 1:80. Координаты точек конвергентных фотоснимков шрок измеряли во всех циклах на стереокомпараторе 51есоте1ет . соединенно:. о 1Я.: БС. В обработку включались по 3 стереопары фотоснимков марок каждого цикла. Оценка точности фотогра,г;етричоских определений осуществлялась по расхождениям координат па контрольных точках. Результаты оцешш точности определения координат приведены в табл. 3.

Ханже таблицы позволяют сделать заключение о том, что с наименьшей точностью определяются ьначения отстояний У. Абсциссы X и аппликаты точек. 2 получаются нршлорно с одинаковой точностью. Поскольку допустите предельные ошибки определения координат точек 5(ХУ,2)= 5 ¡.-к, а какекмалыше отклонения координат контрольных точек от значений, полученных геодезическими ь'.етодаки, не превышают этой величины, следовательно, координаты точек получены с заданной точностью.

Результаты определения смещений точек горных пород, которые произошли с декабря 1£8£ по ноябрь 15£0 годов, представлены в табл. 4. Там же приведены значения дллн полных векторов смещений, а такте стедние квадратические и относительные ошибки их определения. Кз таблицы видно, что относительные ошибки определения длин

Таблица 4.

-;-

Смещения точек, !Полные им

-1-

С. к. о. опр.¡Относит, ош. опред. поля, векто- ¡полн..векторов сме-ров смещен. , мм

Номера точек

АХ

¡векторы ТТТ7Т7Г1 омещен.

!щений ТП^/А5,, %

101

105 112 301 305 312 501 505 511

-ОД -1,0 -3,6 -0,7 -1,1 -3,3 -1Д -1Д -3,5

10,2 12,2 9,7

15.0 13,2 11,8

16.1

14.0

12.1

4,9

4.6 3,0 6,2

6.7 6,9 7,0

7.6

8.7

11,3

15.1 10,8

16.2 14,8 14,1 17,6 16,0 15,3

1.0 1,0 0,99 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,93

9.0

7.8

9.2

6.3

6.9

7.1 5,8 6,3 6.5.

векторов смещений не превышают 10?, что позволяет сделать заключение о достаточной точности определения смещений, так как озаб-кн в данном случйе не оказывают существенного влияния на общую картину распределения деформаций.

По вычисленным проекциям векторов смещений построзны схемы смещений точек и рассчитаны деформационные характеристики соляного горного массива.

Трансформирование фотоснимков исследуемых псверхностей;с цз-лъю изготовления фронтальных планов;производилось на фототрансформаторе '1ТК на одну горизонтальную плоскость. Лля нанесения изолиний отстояний кг фотопланы, стереопары обрабатывались на сте-рсопрсэкторе СПР-ЗМ. При нанесении элементов геологической ситуации использовались данные полевого геологического де-Еифрирсвания.

Тезапгко-гжсномпчсстае расчеты показывают, что'затраты Бремена при использовании стереофотогра^кетрэтесяого метода по сравнению с маркзепдерско-геодезичесюз.'пз методами сокращаются в 4-5 раз.

Проведенные эксперименты подтверждают высока точность и бо-

льшую информативность разработанной технологии, позволяющей получение большого объема данных о состоянии и поведении массива горных пород в шахте. Такта? образом, экспериментальными и производственными исследованиями доказана практическая применимость и целесообразность использования стереофотограмметричесдого метода на х^алийных рудниках.

Разработанная методика и аппаратура мохет быть успешно использована при проведении натурных экспериментов по исследованиям свойств водозащитной толщи на крупномасштабных моделях, при определении деформаций в очистных и подготовительных выработках, а также при наблюдениях за деформациями в зоне опорного давления.

В заключепии сформулированы'основные результаты работы и выводы, указана возможность их применения при решешш других задач. В приложения включены тексты программы и распечаток результатов, о таххе документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать в следующих выводах:

1. Разработан комплекс технологических процессов стереофо-тограмметрического метода определения деформаций горных пород в условиях шахт калийных рудников.

2. Разработана, испытана и внедрена конструкция наблюда -тельных станций для реализации стереофотограмметрического метода в условиях шахты.

3. Разработан, исследсван и применен способ определения координат спорных точек в подземных выработках, основанный на использовании подвесного маркировочного устройства. Исследования показывают, что способ позволяет, почти в 2 раза сократить время, необходимое для измерений /в' сравнении с традиционными маркшей-дерско-геодезическими методами/.

4. Отработана технология фотосьекочнкх работ, включажщая

раздельное получение ^отоснккков с изображениям иарок опорных, контрольных и определяемых точек и получение фотосгпжкоз иослз-дуепой поверхности .соляных горлшх пород.

5. Разработана, изготовлена'и испытала осветительная аппаратура для прсведегия»фстосьоиочных работ в условиях шагты, нри-

'ведены 0С(х5еБИ0С1Я с;-5ора фотсг/атерпалов >,; режима фотсд-гборатор-ноЛ обработки кистях сни1жов.

6. йрсведпта исследования и.дали рскотендапдп но' ит-лорепи-ям п аналитичес^.:!: обработке фстсснпхксз корок. Ирздасгеп алгоритм, составлена :: отлажена вычислительная щ;ограда СЕЫК для определения 1;,^;:олсе наделан* значений координат л сгхцсЕий то-чо:., вычисления дс ' .гг-,:'циоккых характеристик горчь?. ::зрод.

7. ¿аьработана конструкция и изготовлен тест-оЛ.окт, гюазо-ляюг4';:й г.'оделпровать сведения точек в трех взаи.'оп%рлов^п£улярк11х нанраэлегтяг.. С непельзоракиеы тзет-объекта про:т.д5:.ч: лабораторные исслч-дозания осксвиьх технологических, процессов стересфото-грчтг'йтрччрекого ттода, подтвергдгхг^е правст/эрпс-сть раз;:?.ботанЕо2 технологии.

8. ПровзрзЕа технология составления фронтальных планов стенок ноликов, Бклгэчгг,1",эя получепяэ фотопланов н наносение на них

. дополнительней ицф^гагил при лсда^ универсал!,пух стереоприбо-ров.

5. Г:; основании ооработхи катерлл-аов трех циклов наблюдений с-заданной точностью получены значения скег,зк22 точек и доформа-Еуог.ш»г гарзжгергсгг:: гордых пород: относительных продольных и пап?рзчякх дс .фор?.-алий, модуля упругости, коэффициента Пуассона, сбъеклнх деформаций. По отте данп.и построена схс.гэ скецевий то-чьх целика и получена картина распределения деф^рудцЕЙ. Креге того, составлены фотспладк поверхностей стеЕок. целиков, поззоляю-гтге пелучзть гнфорхацша о слоистости, трещинсзатости и других

-24 -

особенностях ксследуекых горных пород.

1С. Теоретическими, экспериментальными и производственными исследованиями доказана высокая эффективность разработанной технологии стереофотограм/.етрического метода и целесообразность пра- • ктической реализации технологии для определения деформаций горных пород на калийных рудниках.

Основное содержание диссертации опубликовало в следующих работах:

1. Шишунов А.К., Шалунов ЮЛ. Осветительное устройство для выполнения фотосъемочных работ в условиях шахты//Тесдезия и фотограмметрия в горном деле: 1'еквуз. науч. теыат. сб./Свердловский горный ин-т. - 1289. - Вып. 16. - С. 88-82.

2. Шишунов ¿.Б. Экспериментальная оценка смещений массива горных .пород стереофотограикетрическим методом. - Ы., 1S91. -37 с. — Двп. в ОНИПР ЦНИИГАиК 23.08.91, * 495 - гд 91.

' 3. Разработка методики определения деформаций и наблюдение за деформациями целиков шестой восточной па ногти рудника БКРУ-1 стереофотограмиетрлческим способом. Отчет о НИРДШГАлК;. Руководитель работы F.П.Овсянников, & ГР 01.90.0001388. Инв. 1 02,30.0053309. -Ы., 1290. - 71 е.: 11 рис. - Отв. ней. АЛЗЛи-шунсв. - Бибдиогр. - 15 источников: стр. 71.

4. Шишунов AJO. Опыт применения стере офотограмвгричаскаго катода для сценки деформаций цедиков//Изв. вузов. Геодезия х аарофотосьвнка. -.1391. - Вып. 3. - Вода, к печати.

5. Щшуров AJX Сцрссх) онределеотя коордакат одортет точек в подземных горных:аыр£б&гк&х//Изв. вузов. Геодезия, и аярофото-съемкя. -г 1991. - Бул. 4. - Подл, к печати.

6. ТТплпттеддов решение по афдош на изобретение

S 4858912/10, ШШ G01C 15/02. Подвесное маркировочное устройств о/Овсянников РЛ., Шишунов AJD.

Подп.к печати 21.11.91г.- 3ак.356 кпл МИИГАиК svIOO