автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Разработка методов маркшейдерского обеспечения на основе спутниковых технологий для системы литомониторинга карьеров

На правах рукописи СТРЕЛЬЦОВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МАРКШЕЙДЕРСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СПУТНИКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ ЛИТОМОНЙТОРИНГА КАРЬЕРОВ

Специальность 05.15.01 —«Маркшейдерия»

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1906 г.

Работа выполнена .в Московском государственном горне университете.

Научный руководитель канд. техн. маун, доцент КИСЕЛЕВСКИИ Е. В.

Официальные оппоненты: до'кт. техн. наук, прсф. ПАЩЕНКОВ В. 3., канд. техн. наук, доцент СТОЛЧНЕВ В. Г.

Ведущее 'предприятие — АО «ЦЕНТРОГИПРОРУДА».

Защита диссертации состоится « : . »

в . . . ____ на заседании диссертационного совет

Московского государственного горного университета по адр су: 117935, ГСП-1. Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке уи: 'Верснгета.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт. техн. наук, проф. КРЮКОВ Г. А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Современный этап развития горнодобывающих отраслей характеризуется значительными нарушениями пользователями ресурсов литосферы, сопоставимыми со стихийными геологическими процессами. Технический уровень маркшейдерского литомониторинга уже не всегда отвечает требованиям оперативности получения необходимой информации об изменениях состояния ресурсов литосферы.

На настоящее время известны глобальные навигационные системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) предназначающиеся для оперативного определения координат некоторых объектов при минимальных затратах времени в военных целях. В тоже время GPS находит все большее применение для решения ряда природоохранных задач во многих странах мира.

В маркшейдерской практике отсутствуют методологические основы применения GPS, поэтому обоснование, разработка и внедрение методов маркшейдерско-спутникового литомониторинга для оценки и прогноза изменения ресурсов литосферы является актуальной научно-технической задачей.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является обоснование использования GPS на открытых горных работах для разработки методов маркшейдерского литомониторинга на основе спутниковых технологий, позволяющих сократить время на производство измерительных работ и уделить больше внимания другим задачам, решаемых маркшейдерскими службами.

ОСНОВНАЯ ИДЕЯ работы заключается в использовании сигналов искусственнных спутников Земли для определения координат точек при маркшейдерских измерениях параметров изменения состояния ресурсов литосферы при освоении месторождений открытым способом.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАЩИЩАЕМЫЕ СОИСКАТЕЛЕМ, И ИХ НОВИЗНА:

1. Разработана классификация объектов маркшейдерско-спутникового литомониторинга на открытых горных работах, отличающаяся тем, что в основу положены принцип единства по принадлежности к литосфере природных ресурсов, эксплуатируемых пользователями недр в пределах этих объектов, и принцип различия по целям осуществления литомониторинга.

2. Обоснована возможность использования GPS с требуемом точностью определения координат элементов ресурсов литосферы при

маркшейдерско-спутниковом литомониторинге путем применения найденной зависимости количества "видимых" искусственных спутников от геометрических параметров карьеров, отличающаяся тем, что практическое применение GPS оценивается местом положения приемоиндикатора в карьере, значением "мертвого угла" и режимом движения спутников.

3. Разработаны методы маркшейдерского обеспечения литомониторинга карьеров на основе спутниковых технологий, отличающиеся от существующих тем, что для опорных точек не требуется прямая видимость между ними, а при съемочных работах используются непрерывные фазовые измерения сигналов спутников.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты исследований докладывались на: 2-" научно-технической конференции, Москва, МГГУ; 3-й международной конференции, Белгород, ВИОГЕМ.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ' НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ подтверждаются теоретическим анализом методов и результатов маркшейдерских инструментальных измерений и их точности при контроле за состоянием изменяющихся ресурсов литосферы; хорошей сходимостью результатов маркшейдерских геодезических измерений и измерений, выполненных методами с применением GPS при определении координат пунктов съемочного обоснования в карьере (расхождение не более 7%); эффективностью, достигнутой при внедрении маркшейдерско-спутникового литомониторинга на железорудных карьерах КМА.

НАУЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ диссертационной работы заключается в разработке методологических основ использования GPS для маркшейдерского литомониторинга на карьерах и, обосновании и внедрении компьютеризированных технологий выполнения полевых и камеральных работ, вносящих существенный,вклад в теорию и практику развития маркшейдерии и горного дела. :

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы заключается в разработке методов с использованием GPS для совершенствования маркшейдерского литомониторинга' при освоении месторождений открытым способом и внедрении методов автоматизации полевых и камеральных работ на этой основе, позволивших снизить трудозатраты на выполнение маркшейдерских работ.

РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ РАБОТЫ. Реализация разработанных методик осуществлена при определении аппаратурой "Землемер Л1" координат точек, оконтурипающих ареал загрязнения почвенного покрова твердыми выбросами Лебединского н Стойленского горно-обогатительных комбинатов КМА. Произведено развитие съемочного обоснования в карьере Лебединского ГОКа с определением координат пунктов приёмоиндикатором "Лейка". Результаты исследований рекомендованы Комитету Российской Федерации по металургии для внедрения на горных предприятиях.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 105 страницы машинописного текста, 21 рисунков, 14 таблиц, список литературы из 67 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Управление процессам» преобразования природных ресурсов при освоении месторождений полезных ископаемых основано на использовании маркшейдерской информации о временном изменении показателей состояния элементов литосферы. Решению этой проблем!,i при открытых горных работах посвящены исследования многих ученых. В работах Г.Л.Фисенко, В.Н.Попова, А.М.Гальперина, Ю.К.Заренкого, А.У.Скемптона, А.И.Ильина и др. эта информация использовалась для изучения закономерностей геомеханических процессов изменения состояния массивов горных пород в бортах карьеров и отвалов. В работах П.Н.Томакова, А.М.Михайлова, В.Д.Горлова, Е.П.Дороненко,

A.Ю.Дриженко, Л.В.Моторикой и др. использовались результаты маркшейдерских замеров площадей нарушенных и рекультивированных земельных ресурсов для разработки рекомендаций по рациональному их использованию. Маркшейдерская информация о пространственном размещении залежей и движении запасов полезных ископаемых при добыче широко использовалась исследователями М.И.Агошковым,

B.А.Букринским, С.Э.Мишшгом, Е.И.Панфиловым, А.С.Астаховым, Б.Н.Байковым, Д.И.Боровским и др.

В последние 20-30 лет резко возросли требования к природопользованию как к системе мер, направленных на поддержание определенного уровня взаимодействия между деятельностью человека и состоянием эксплуатируемых им природных ресурсов в конкретных районах. В горнопромышленных регионах решению этих проблем посвящены исследования М.Е.Певзнера, М.А.Ревазова, П.Н.Томакова,

з

В.11.Стрельцова. А.М.Гальперина, Ю.Ф.Захарова, Б.А.Иванова,

A.M.Михайлова. В.Н.Мосинца и многих других, которые также основывались на данных маркшейдерских съемок.

В условиях дефицита своевременной информации о состоянии природных ресурсов дальнейшее развитие и совершенствование методов маркшейдерских съемок для контроля состояния ресурсов литосферы является острейшей проблемой горного дела.

Методы и технические средства маркшейдерского обеспечения горнодобывающего производства изложены в научных трудах маркшейдеров - И.М.Бахурина, Д.А.Казаковского, В.З. Пащенкова, В.Г. Столчнева, Д.Н.Олоблина, В.А.Букринского, С.Г.Могильного, М.Л.Рудакова, Д.Н.Омельченко и многих других. Приведенный в настоящей работе анализ исторического процесса развития технологии производства маркшейдерских работ показывает, что его условно можно разделить на 5 периодов, отражающих временной фактор совершеНствания применяемых приборов, инструментов и методов обработки результатов измерений. В первый период работы выпонялись традиционными неавтоматизированными геодезическими

инструментами и вычислительной техникой, при этом затраты времени на камеральные работы tK превосходили время на выполнение полевых работ tn более чем в 2 раза - tn << tK; второй период - внедрение ЭВМ и програмного обеспечения для обработки результатов полевых измерений - tn » tK; третий период - появление кодовой техники(теодолитов, нивелиров) - определил тенденцию, согласно которой tn > tK; четвертый период - внедрение стереофотограмметрических съемок параллельно с , применением кодовой техники привело к выравниванию затрат времени на камеральные и полевые работы - tn < tK. Появление глобальной системы местоопределения GPS определило наступление 5-го периода развития технологий производства геодезических работ, и позволило автоматизировать и полевые и камеральные работы -1„ = U. Внедрению GPS в практику промышленного производства посвящены исследования ученых С.Г. Гаврилова, A.B. Конылова, В.Е. Косенко, Л.П. Пахмутова,

B.Ы. Попова, Е.В. Киселевского, A.B. Стрельникова , В.И. Шибанова , В.Д. Звонаря и др. Вместе с тем вопросы внедрения GPS в маркшейдерскую практику для литомониторинга остаются малоизученными, исследованию которых и посвящена настоящая работа.

В главе 1 изложены результаты исследований по изучению технологических особенностей изменения и специфики маркшейдерского контроля состояния ресурсов литосферы при открытых горных работах. Проведенный анализ геометрических параметров железорудных карьеров России и изучение влияния горного

производства на состояние ресурсов литосферы позволили выделить горнотехнологические объекты (карьерные выемки: отвалы отходов горного и обогатительного производств; непосредственно обогатительное производство; различные коммуникации) и изучить сущность нарушений состояния ресурсов литосферы в их пределах (массивов горных пород; земельных ресурсов; полезных ископаемых).

Для получения с использованием GPS маркшейдерской информации об изменении состояния ресурсов литосферы необходима дифференциация объектов маркшейдерских наблюдений (объектов маркшейдерского литомониторинга), характеризующих цель и требования к точности маркшейдерских измерений. Нами разработана классификация объектов маркшейдерского литомониторинга (рис.1), в основу которой положены,во-первых, принцип единства объектов по принадлежности к литосфере и,во-вторых, принцип различия по целям и сущности преобразования состояния ресурсов литосферы в пределах этих объектов в результате функционирования горного производства.

Объективность и своевременность маркшейдерского литомониторинга определяется информацией, отражающей пространственно-временные изменения объемно-ка чественных показателей состояния ресурсов литосферы. Использование традиционных геодезических инструментов, кодовой техники, а также фотограмметрического оборудования при наземных и воздушных съемках в настоящее время не обеспечивает оперативности получения этой информации. Кроме того, положение усугубляется громоздкостью используемого оборудования и сложностью методик выполнения работ, их зависимостью от климатических условий, а также необходимостью привлечения значительного количества маркшейдеров и обслуживающего персонала. Внедрение GPS для этих целей, как показали исследования, позволяет совершенствовать и автоматизировать методы полевых и камеральных работ, принципиально отличающихся от применяемых в настоящее время.

В главах 2 и 3 нами разработаны основы маркшейдерско-спутникового литомониторинга на горных предприятиях. Исследованы требуемые объемы и качество маркшейдерского литомониторинга и достигаемая при этом точность определения координат с использованием GPS; определены условия применения GPS в карьерах на основе найденной зависимости количества "видимых" спутников от места положения приемоиндикаторов в карьерах; разработаны методы маркшейдерско-спутникового литомониторинга.

Исходя из анализа характеристик приемоиндикаторов GPS установлено, что точность определения координат колеблется от Зомм -"Аштек" и "Тримбл" (США), "Лейка" (Швейцария). "Серсель"

Ресурсы литосферы

Земельные угодья

Массивы горных-пород

Полезные ископаемые

Классы объектов литомониторинга

Районы нарушения земель (природного слоя)

Элементы горных выработок

Участки добычи и потерь полезных ископаемых

Графы связен

основных направлений литомониторинга

Участки смятия и складировашшя почвенного слоя

Объекты литомониторинга

Площади с ликвидированный почвенным слоем

Места потери качества почв

Участки засорения почвенного слоя

Районы подтопления и заболачивания почв

Площади осушенных территорий

Участки с

измененным

рельефом

ландшафтной системы

Карьерные выемки

Оползневые участки

Техногенные массивы

Провалы (оседания) в массивах горных пород

Участки извлечения

полезных ископаемых из недр

Склады минеральных ресурсов

Техногенные месторождения

Участки недр, не подлежащие извлечению

Рис. I. Классификация объектов.

(Франция), "Землемер JI1" (Россия) до 10-20см - "Магнопокс" и Магеллан" (США). Обобщение требований "Инструкции по производству маркшейдерских работ". "Государственной статотчетности по использованию земель" (форма 2ТП), а также "Межотраслевой инструкции по определению и контролю добычи и вскрыши на карьерах" позволили определить допустимую точность определения координат точек при маркшейдерских наблюдениях для конкретных объектов литомониторинга с учетом классов объектов и цели литомониторинга (табл. 1).

Как видно из таблицы, точность определения координат отдельных точек, равная 3,0-5,0 м, достаточна для наблюдения за ресурсами недр при достижении цели "Охрана природы"; от 0,6 до 3.0 м - для "Безопасности работ" и от 0,5 до 0,6 м - для "Ресусосбережения".

Для изучения методов и особенностей применения GPS рассмотрены принципы работы системы и возможность ее использования в практике открытых горных работ.

Система GPS состоит из трех сегментов: сегмент управления, космический и наземный сегменты. Сегмент управления осуществляет управление режимом движения спутников, определяет, корректирует и передает на спутники координаты их местоположения. Космический сегмент представляет собой систему искусственных спутников Земли, 24 из которых регулярно посылают сигналы. Наземный сегмент представлен различными приемоинднкаторами, предназначенымн для приема сигналов спутников Земли. Работа трех сегментов системы GPS сводится к принятию приемоинднкаторами сигналов, по которым определяются координаты спутников в различные периоды времени и координаты положения приемонндикаторов (рис.2).

Конкретно принципом работы GPS является метод "пространственной засечки": по координатам спутников и удалению каждого из них от антенны приемника (псевдодальность) определяется местонахождение приемоиндикатора. В основе расчетов используется эффект доплеровского сдвига принимаемой несущей частоты, вызываемой движением спутников относительно приемоиндикатора. Задача заключается в определении широты Q приемоиндикатора на примере диска. При этом приемоиндикатор снабжен стабилизирующим генератором, который синхронизирован со временем GPS; из полученных эфемерид (точных орбитальных данных) точное положение спутников и точная частота передаваемой или несущей известны постоянно.

У

Таблица 1

ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК ПРИ МАРКШЕЙДЕРСКОМ ЛИТОМОНИТОРИНГЕ

Классы объектов литомониторинга Цель литомониторинга Объекты литомониторинга Точность 1 определения координат точек, м

Районы нарушения земель Охрана природы Участки снятия и складирования почвенного слоя 3.0

Площади с ликвидированным почвенным слоем 3.0

Места потери качества почв 3.0

Участки засорения почвенного слоя вредными веществами 3.0

Районы подтопления и заболачивания почв 5.0

Площади осушенных территорий 5.0

Элементы горных выработок Безопасность работ Участки с измененным рельефом ландшафтных систем 3.0

Карьерные выемки 3.0

Оползневые участки 0.6

Техногенные массивы 0.6

Провалы (оседания) в массивах горных ' пород 0.6

Участки добычи и потерь полезных ископаемых в недрах Ресурсосбережение Участки извлечения полезных ископаемых из недр 0.5

Склады минеральных ресурсов 0.6

Техногенные месторождения 0.6

Участки недр, не подлежащие извлечению (потери) 0.5

Рис.2. Пример определения местоположения приемоиндикатора.

1- Земля (плоский диск); 2 - орбита спутника; 3 - позиция приемоиндикатора; 4 - положение спутника во время 1о: 5 -положение спутника во время го и п - расстояние между спутником и приемоиндикатором соответственно во время Ъ и 1|.

Фазовая функция Ф я) регистрируется в течение известного интервала времени от То до Т| (рис.3) и определяется с учетом характеристики ее по числу дополнительных циклов несущей фазы из-за доплеровского сдвига: функция положительна для доплеровского возрастания частоты(замыкающая частота) и отрицательна при доплеровском снижении частоты (начальная частота); при этом стартовое значение фазовой функции всегда равно нулю:

ф('0;б) = о

(о

Функция (1) зависит от частоты С>, на которой находится пользователь. При доплеровском сдвиге во времени I для приемоиндикатора, расположенного на широте <3, рассматривается функция Гс] (сС)). При этом доплеровский сдвиг в герцах (производная во времени или наклон фазовой функции) будет иметь вид:

Л(/;0 = |-Ф(/;0 (2)

при То < г < Т].

Рис.3.Зависимость фазовой функции от расположения приемоиндикатора.

1 - позиция (^1, 2 - позиция (^г, 3 - позиция (}э.

С учетом доплеровского сдвига полная фазовая функция рассчитывается для любых положении приемоиндикаторов и спутников. Таким образом, местоположение приемника определяется регистрацией приемной фазовой функции и затем нахождением значения С>, для которого рассчитанная на компьютере фазовая функция наиболе близко совпадает с реально наблюдаемой фазовой функцией. Простой

алгоритм определения местоположения приемника (координат точки ни земной поверхности): подбор Q осуществляется, таким образом, чтобы наблюдаемая функция (I) совпадала с функцией, расчитанной на компьютере.

Изложенные выше теоретические предпосылки работы системы GPS относятся к любым приемоиндикаторам, однако для каждого из них имеется своя методика измерений. Исследования условий применения системы GPS на карьерах проводились с учетом худших условий для работы приемоиндикаторов. Одним из таких условий является минимальное количество "видимых" приемоиндикатором спутников (N = 4 - 5), обеспечивающее требуемую точность определения координат. В пределах горного и земельного отводов приемоиндикатор может располагаться в местах с ограниченной "видимостью" спутников. Из рис. 4 видно, что значения "мертвых" углов (углов в пределах которых прием сигналов спутников приемоиндикаторами затруднен) тем больше, чем ближе к борту карьера (или отвала) находится приемоиндикатор и чем на более низких отметках в карьере устанавливается приемоиндикатор. Для учета и оценки этих факторов нами найдена зависимость количества "видимых" спутников N от глубины расположения приемоиндикатора в карьерах Н и величины "мертвого" угла а (рис.5). Использование этой зависимости позволило нам обеспечить решение задачи обоснования возможности применения GPS в карьерах путем определения количества "видимых" спутников для конкретных значений глубины установки приемоиндикатора Н и величины "мертвого" угла а. Ключ к решению задачи на рис.5 изображен пунктиром.

Показатели, характеризующие работу аппаратуры "Землемер Л1", приведены в табл. 2.

В дифференциальном режиме используются два полукомплекта оборудования, в каждый из которых входят: контроллер, датчик, антенна и другое вспомогательное оборудование. Один комплект располагается на точке с известными координатами ("базовая" станция), другой на точке, координаты которой необходимо определить ("передвижная" станция). Нами предложено усовершенствование методики производства работ, заключающееся в том, что "базовая" станция располагается в помещении маркшейдерских служб (рис.6). Это усовершенствование позволило исключить зависимость "базовой" станции от источников питания, погодных условий. Кроме того, такая "базовая" станция стационарно установлена на рабочем месте маркшейдеров, которое оснащено компьютерной техникой.

Проведенные контрольные определения координат пунктов триангуляции и полигонометрии государственной геодезической сети с

п

Рис. 4. Влияние глубины карьеров на значение "мертвого" угла (а): а( ;а2; ад си'; аг'; а^- значения "мертвого" угла в карьерах на глубинах Н|, Нг, Нз в различных направлениях.

50 ; "0 -

Н.м

Рис. 5. Определение количества спутников (Ы): 1 - кривая зависимости количества спутников (Ы) от. величины "мертвого" угла (а); 2- кривая заоисимосни (а) от глубины карьера; 3 • ключ к определению N.

1 I

Рис.6. Предложенная схема расположения "временных" и "стационарных базовых" станций: 1 • "временные базовые" станции, 2 - "стацирнарная базовая" станция, 3 - "передвижные" станции.

и

применением предложенной методики показали, что погрешность в определении координат не превышает 0,3 м, что приемлемо для целей лнтомониторинга при открытых горных работах.

Таблица 2.

ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ АППАРАТУРЫ "ЗЕМЛЕМЕР Л1"

Автономный режим Дифференциальный режим

Показатели Позициони- С пост- "Быстрая "Стою/

рование обработкой статика" Иду"

1 Точность 15м 1-2 м 5-10 мм 20-30 мм

Время наблюдений 2-3 мин 2-3 мин 10-15 мин 2-5 сек

Режима "Стою/Иду" идеально подходит для небольших районов, в которых точки находятся недалеко друг от друга. Таким районом может быть земельный отвод горнодобывающего предприятия. Целесообразность внедрения режима "Стою/Иду" объясняется тем, что на съемку одной точки требуется значительно меньше времени (вместо 15-20 мин в режиме "Быстрой статики" достаточно 5-10 с) без существенной потери точности.

Основное отличие от режимов "Статики" и "Быстрой статики" заключается в том, что р?жим "Стою/Иду" позволяет быстро отнаблюдать большое количество точек с условием, что датчик будет удерживать прием сигналов искусственных спутников Земли в течение всего времени перемещения между точками. При выполнении работ режимах "Статика" и "Быстрая статика" наблюдения на каждой отдельной точке является законченными. При работе в режиме "Стою/Иду" происходит создание цепочки, состоящей из первоначальной и последующих точек. Последующие .точки являются как бы прикрепленными к первоначальной точке. Алгоритм ведения работ в режиме "Стою/Иду" представлен на рис. 7.

Для оценки точности получения результатов в режиме "Стою/Иду" нами выполнены измерения на опытном полигоне. За истинные координаты пунктов опытного полигона принимались значения, полученные при использовании режима "Быстрая статика". При использовании режима "Стою/Иду" цепочка была проложена по точкам с уже определенными координатами. Точка №1 являлась базовой как для режима "Быстрая статика", так и для.режима "Стою/Иду". При работе в режиме "Стою/Иду", для упорядочения файлов, все точки были соответственно переименованы (4 -> 14, 5 ->15, и.т.д.). Начальной точкой цепочки была точка № 16. Период инициализации равнялся 14 минутам. При перемещении с точки на точку потери сигнала не

К

Рнс.7. Алгоритм ведения работ в режиме "Стою\Иду".

наблюдалось. На точках 12, 13, 14, 15, 16 датчик проводил измерения в течение от 2 до 5 эпох. При проведении измерений отсутствовала удлиненная кинематическая рейка, поэтому центрировка антенны над пунктом осуществлялась в течение 2-3 минут, на каждой точке. Данные сравнительного анализа приведены в табл. 3.

Таблица 3

№№ I точек Координаты точек

Режим "Быстрая статика" Режим "Стою/Иду"

X Y , Z X Y Z

1 32747.55 48971.33 185.13 32747.53 48971.33 185.11

2(12) 32768.63 48992.57 185.42 32768.61 48992.59 185.39

3(13) 32721.76 48987.96 185.01 32721.76 48987.93 185.05

4(14) 32713.97 48944.15 184.93 32713.97 48944.14 184.90

5(15) 32717.12 48910.19 186.55 32717.11 48910.21 186.55

6(16) 32724.41 48920.50 185.76 32724.40 48920.50 185.74

Максимальное отклонение: X=20mm,Y=30mm, Z=40mm.

Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что точность, получаемая при применении режима "Стою/Иду", соизмерима с точностью создания полигонометрии 2-го разряда. В свою очередь, это дает возможность использовать режим "Стою/Иду" для создания опорных и съемочных сетей в пределах горного и земельного отводов горнодобывающих предприятий. Скорость определения координат с применением аппаратуры "Землемер JI1" в режиме "Стою/Иду" открывает широкие возможности - не только создание маркшейдерско-геодезических сетей, но и непосредственное выполнение оперативных съемок для целей маркшейдерского обеспечения горных предприятий.

Применение GPS для литомоннторинга (глава 3) позволило автоматизировать полевые и камеральные маркшейдерские работы, что значительно сократило время на измерения и вычисления координат определяемых точек (пунктов). Камеральные работы начинают осуществляться уже на стадии выполнения полевых работ.

Необработанные измерения, полученные на двух станциях, используются в программном обеспечении постобработки для получения координат "передвижной" точки. Они представляют собой фазовые функции:

к = 0,1,2, ...,п-1

где подстрочные индексы 1,2,3,4 при Ф показывают, от какого спутника получены данные; надстрочные индексы при Ф обозначают приемоиндикатор( 1 - базовый, 2 - передвижной); временной индекс к при I показывает, что данные представлены в форме отсчета

(к=0,1,2.....N-1). Отсчеты времени номинально берутся через 1 с (при 10 -

минутном интервале N=600). Начальные значения всех вышеприведенных фазовых функций являются нулевыми.

Для исключения фазовых погрешностей генератора приемоиндикатора при постобработке рассчитываются разности первого порядка фазовых функций;

в которых фазовые функции 1-го спутника вычитаются из фазовых функций 2,3 и 4-го спутников.

Местоположение на "передвижном" пункте расчитывается непосредственно по разности второго порядка фазовых функций:

Соответствующие значення разности фазовых функций второго порядка, которые базируются на точно известных координатах "базового" пункта, предполагаемых координатах "передвижного" пункта и эфемеридах спутников, рассчитываются компьютером:

(4)

(5)

(6)

Для исключения погрешностей из-за разницы между соответствующими измеренными и рассчитанными разностями второго порядка фазовых функции определяются конечные разности второго порядка фазовых функций:

Таким образом, основная идея алгоритма местоопределения заключается в отрегулировании предполагаемого местоопределения "передвижного" пункта таким образом, чтобы минимизировать конечные разности второго порядка фазовых функций (7) методом наименьших квадратов.

Полученные координаты вносятся в каталог и используются для решения практических задач маркшейдерского литомониторинга на карьерах.

В 4-й главе приведены результаты практического внедрения GPS для решения задач маркшейдерского литомониторинга на открытых горных работах. Произведено районирование земель по степени их загрязнения вредными веществами, определены координаты пунктов при развитии съемочного обоснования.

Детализация площадного рассеивания вредных твердых выбросов горно-обогатительными предприятиями Губкинско-Старооскольского района (Лебединский и Стойленский ГОКи) осуществлено путем определения аппаратурой "Землемер Л1" координат мест (точек) отбора проб на зарязненных землях, расположенных за пределами горного и земельного отводов и удаленных на 10-15 км. от пунктов маркшейдерских опорных сетей. Координаты определялись в автономном режиме усреднения с точностью 15.0 - 20.0 м. Этот режим позволил определять координаты одного места отбора проб за 5-7 мин. По результатам измерений составлен план загрязнения твердыми осадками почвенного покрова в изолиниях сечением 500 кг/га.

С целью оценки возможности практического применения GPS на горных предприятиях произведено определение координат произвольно выбранных точек в карьере, которые были использованы для развития маркшейдерской опорной сети на карьере Лебединского ГОКа.

Приемоиндикатором "Лейка" (Wild.GPS - Sustem 200) были определены координаты 24 пунктов, в том числе 13 пунктов существующей опорной сети и 11 новых пунктов. Работы проведены в пределах карьера (площадью Пкм.кв.) и на прилегающих территориях площадью до 20км.кв.

(7)

/ = 2,3,4; а: = 0,1,2,...,«-!

Работы выполнялись при наличии в поле зрения не менее 4-5 "видимых" спутников, угол возвышения которых над горизонтом составлял не менее 15 Использовался комплект аппаратуры "Лайка", состоящий из двух станций. "Базисная" станция устанавливалась на пунктах с известными координатами, "передвижная" - на новых пунктах. В связи с незначительными расстояниями между "базисными" и "передвижными" станциями (до 4-5 км) применялся режим работы называемый "Быстрая статика" с затратой времени на "передвижном" пункте до 10-15 мин без потери требуемой точности.

Из анализа значений координат 13 имевшихся пунктов, полученных с использованием приемоиндикатора "Лейка" и определенных ранее традиционными способами, следует, что разности значений координат варьируют в пределах -30мм ... +40мм и менее, что сопоставимо с точностью триангуляции 2 и 3 классов и объясняется погрешностями координат самих исходных (имевшихся) пунктов.

Проведенные исследования показали, что в пределах горного и земельного отводов достигается паспортная точность приемоиндикаторов GPS. Это значит, что в практике маркшейдерского обеспечения литомониторинга и решения других задач горного дела применение GPS является перспективным для развития и совершенствования маркшейдерии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи разработки спутниковых технологий производства маркшейдерских работ для литомониторинга на карьерах с использованием глобальных навигационных систем, которое вносит существенный вклад в теорию и практику развития маркшейдерии и горного дела и способствует повышению эффективности горнодобывающего производства.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Совершенствование технологии маркшейдерского литомониторинга на карьерах достигается применением методов с использованием GPS, обоснованных анализом характеристик разновидностей маркшейдерской информации и разработкой классификации объектов литомониторинга, ' учитывающих технологические особенности трансформации ресурсов литосферы, а также различные цели и качество необходимой маркшейдерской информации.

2. Обоснована возможность применения GPS для маркшейдерского литомониторинга с требуемой точностью, путем учета влияния геометрических параметром карьеров и режимов движения искусственных спутников на возможность их "видимости" приемоиндикаторами.

3. Повышение эффективности маркшейдерского литомониторинга на карьерах достигнуто путем компьютеризации полевых и камеральных маркшейдерских работ.

4. Внедрение на горнодобывающих предприятиях методов с использованием GPS позволило сократить затраты времени на определение координат в пересчете на одну снимаемую точку в 10-15 раз при том же количестве участвующих в съемках работников и повышении точности определения координат не менее, чем в 2 раза.

5. Реализация разработанных рекомендаций по маркшейдерскому литомониторингу на карьерах методами с использованием GPS обеспечивает:

- повышение оперативности решения маркшейдерских задач по контролю за состоянием ресурсов литосферы, характеризующим экологическую обстановку в горнодобывающих регионах и обеспечивающих предупреждение нарушений и своевременное выполнение превентивных природоохранных мероприятий;

- повышение эффективности маркшейдерского обеспечения при освоении и рациональном использовании полезных ископаемых:

6. На горных предприятиях КМА рекомендации внедрены:

- при районировании земель по стадиям их нарушенности и разработке проектов их рекультивации;

- при развитии съемочного маркшейдерского обоснования на горнодобывающих предприятиях.

Фактический суммарный годовой экономический эффект от внедрения рекомендаций, разработанных в диссертационной работе, составляет 124,0 млн.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Киселевский Е.В., Стрельцов Е.В. Маркшейдерское обеспечение на базе спутниковых навигационных систем.// Маркшейдерский вестник. -1994 -№2,- C.5S-60.

2. Стрельцов В.И., Стрельцов Е.В. Спутниковые навигационные системы для литомониторинга. Сб. науч.тр.:3-я междунар. конф. Белгород: ВИОГЕМ, 1995. - С.47-49.

3. Стрельцов В.И., Киселевский Е.В., Стрельцов Е.В. Проблемы литомониторинга и спутниковые навигационные системы. Сб. науч.трудов 2-я науч.-техн. конф. М.: МГГУД995. - С. 505-509.