4ПОДЗЕМНАЯ СЪЕМКА
§ 141. Подземная гравиразведка применяется на разных этапах изучения и эксплуатации месторождений полезных ископаемых (руд, угля и др.); при эксплуатационной разведке, разработке и ревизии отработанных месторождений.
Основной особенностью подземной гравиразведки является возможность приближения к изучаемому объекту и изучения его гравитационного влияния с разных сторон (сверху, снизу, сбоку).
Подземной разведкой могут быть решены следующие задачи:
1) обследование межвыработочных пространств с целью поисков рудных залежей, пропущенных при разведке и разработке месторождений полезного ископаемого;
2) определение вероятных элементов залегания, формы и размеров рудных залежей и оценка запасов (при наличии благоприятных условий);
3) изучение глубинного геологического строения месторождений, выявление литологических и тектонических контактов пород с разной плотностью;
4) оценка перспективности глубоких горизонтов месторождения;
5) изучение горнотехнических условий разработки месторождений, выявление зон карста, пустот в зонах обрушений и т. п.;
6) определение средней плотности слоев горных пород между горизонтами рудника, а также плотности слоя, прилегающего к дневной поверхности (при совместном проведении подземной и наземной съемок).
§ 142. При поисках рудных залежей, зон карста, пустот в межвыработочных пространствах необходимы следующие благоприятные условия:
1) наличие достаточной эффективной плотности и объема возмущающего объекта, создающих аномалии силы тяжести не менее 0,08—0,10 мГал;
2) небольшое удаление объекта от выработки, в которой проводят наблюдения;
3) асимметричное положение объекта относительно горизонта наблюдений, особенно при падении его, близком к вертикальному;
4) отсутствие значительных изменений плотности вмещающих пород или наличие данных об этих изменениях;
5) густая сеть горных выработок на разных горизонтах, позволяющая провести наблюдения с разных сторон от исследуемого объекта;
6) спокойный рельеф дневной поверхности при небольшой глубине исследований и спокойный рельеф коренных пород;
При изучении глубинного геологического строения месторождений этими условиями являются:
1) наличие сети доступных для работы горных выработок достаточной протяженности как по простиранию, так и вкрест простирания рудоносных зон на рудных горизонтах;
2) возможность проведения наземной съемки совместно с подземной.
При определении средней плотности слоев горных пород между горизонталями и средней плотности промежуточного слоя необходимо:
1) наличие нескольких вертикальных выработок, доступных и пригодных для проведения гравитационных наблюдений;
2) плановое соответствие в расположении выработок на ближайших друг к другу горизонтах;
3) возможность совместного проведения подземной и наземной съемок на участке рудника.
§ 143. Особенности работ в подземных горных выработках, которые необходимо учитывать при проектировании и проведении работ, заключаются в следующем:
1) сеть пунктов наблюдений определяется расположением и протяженностью горных выработок, доступных для производства работ по требованиям техники безопасности;
2) стены выработок могут быть обшиты сплошной крепью, что препятствует применению вариометров и градиентометров;
3) в горных выработках разрабатываемых месторождений высок уровень промышленных помех, обусловленных буровыми, взрывными и проходческими работами, движением рудничного транспорта, работой вентиляционных установок и т. п.;
4) воздух в подземных горных выработках характеризуется значительной влажностью, повышенным содержанием газов СО, СО2, N0 и т. п. и пыли.
Гравиметровая съемка
§ 144. Гравиметровая съемка проводится во всех горных выработках на каждом горизонте рудника, а также вдоль шахтных стволов в пределах исследуемого участка месторождения.
Основным требованием, предъявляемым к съемке, является надежное выделение слабых аномалий силы тяжести, связанных с влиянием возмущающих объектов (рудной залежи, карстовых зон тектонических нарушений и т. п.). Аномалия считается достоверной, если ее амплитуда превышает не менее чем в 2,5—3 раза величину среднеквадратической погрешности определения  .
Среднеквадратическая погрешность определения наблюденных значений силы тяжести не должна превышать ±0,02 мГал, а среднеквадратическая погрешность определения аномальных значений — ±0,03—0,04 мГал.
§ 145. В зависимости от задач съемки и геологического строения месторождения определяется рациональная густота пунктов наблюдений на профилях в горных выработках.
Для условий медноколчеданных месторождений, когда породы, вмещающие рудные тела, достаточно однородны по плотности, рационально выбрать шаг между пунктами наблюдений в квершлагах (ортах) 5 м, а в штреках — 10—20 м.
На железорудных месторождениях при сложной морфологии рудных залежей и частой перемежаемости пород различной плотности, являющихся вмещающими по отношению к рудным телам, шаг наблюдений по профилям в ортах 2—5 м, по штрекам 10 м.
На угольных месторождениях при выявлении тектонических нарушений, типа сбросов с малой амплитудой, и карстов целесообразен шаг между пунктами наблюдений 1—5 м.
§ 146. Каждый гравиметр необходимо тщательно подготовить к работе в подземных условиях. Желательно применять гравиметры с температурной компенсацией, соответствующей температуре в подземных выработках рудника.
§ 147. Наблюдения гравиметром в горных выработках можно начинать через 20 ч после спуска гравиметра на рабочий горизонт. Во все время работы на данном горизонте гравиметр должен оставаться на нем, в нерабочее время его следует хранить в сухом и надежном месте, установленным по уровням с выведенным в исходное положение маятником.
Без крайней необходимости не разрешается поднимать гравиметр на поверхность.
Наблюдения в рейсе можно начинать после установления рабочего режима гравиметра, что определяется по совпадению двух-трех разностей отсчетов на начальном и ближайшем к нему пункте.
Необходимо повседневно следить за состоянием прибора: по окончании наблюдений насухо протирать корпуса и все наружные части прибора, систематически смазывать подъемные винты, ежедневно выполнять поверку уровней.
§ 148. Особое внимание должно уделяться транспортировке гравиметров. Гравиметр переносится на руках самим оператором с максимальной осторожностью, особенно в обводненных выработках. Оператор должен выбирать наиболее благоприятные условия для рейса из намеченных для него вариантов.
§ 149. При проведении наблюдений в подземных горных выработках гравиметр устанавливается либо на подошве выработки, либо на прочной треноге на высоте 70—90 см (одинаковой на всех пунктах, с точностью до 5—7 см).
На пункте наблюдений прибор следует устанавливать:
1)симметрично относительно боковых стен выработки при работе с треногой;
2) на грунте между рельсами, одинаково на всех пунктах (с точностью до ±0,1—0,2 м) при работе без треноги.
Пункты наблюдений не рекомендуется располагать в местах пересечения выработок и ближе чем на 5 м от них и от забоя выработок.
Не следует проводить наблюдения в местах, находящихся вблизи работающих буровых станков, перфораторов, погрузочных машин и т. п.
§ 150. Все гравиметрические пункты в подземных горных выработках данного месторождения образуют единую сеть. С этой целью пункты, расположенные вблизи ствола шахты на различных горизонтах (исходные пункты горизонтов), связываются между собой независимыми измерениями по вертикальному профилю.
§ 151. Значение ускорения силы тяжести, абсолютное или относительное, передается на исходные пункты горизонтов от устья шахты. К исходному пункту каждого из горизонтов привязывается многократной связью ближайший пункт опорной сети данного горизонта.
§ 152. На разведочных горизонтах сеть опорных пунктов разбивается по возможности сразу для всего горизонта. В случае, если предполагается использовать при наблюдениях на рядовой сети одновременно два гравиметра и применять методику разностного нульпункта, опорную сеть следует разбить в два приема: сначала создается каркасная сеть (3—5 пунктов), а затем наблюдаются дополнительные опорные пункты, намеченные на основе графика разностного нульпункта.
На эксплуатационных горизонтах месторождений опорную сеть следует создавать в два-три приема перед началом рядовой съемки на том или ином участке. На участках, где ведется непрерывная добыча руды, выставлять опорные пункты не следует. В этих случаях следует использовать опорные пункты на участках со спокойными условиями работы.
При наличии на горизонте ряда выработок, сообщающихся друг с другом, опорные пункты следует располагать так, чтобы они образовывали замкнутые контуры.
При наличии одного штрека и ряда ортов опорные пункты располагают как в штреке, так и в ортах, в местах наиболее спокойных и удобных для повторения измерений.
§ 153. Измерения на вертикальных профилях (вдоль стволов шахт) выполняются для связи исходных пунктов различных горизонтов и для определения средней плотности слоя пород между горизонтами, на которых проводились измерения гравиметрами.
Наблюдения на вертикальных профилях начинают около устья шахты на дневной поверхности, а затем проводят измерения последовательно на различных горизонтах около ствола шахты.
§ 154 Обработка опорных рейсов аналогична обработке при наземных съемках.
По окончании обработки опорных рейсов сеть опорных пунктов независимо от того, представляет ли она систему замкнутых контуров или систему профилей, должна быть уравнена.
За исходный уровень рейса следует принимать среднее арифметическое из отсчетов на всех пунктах рейса, т. е. средний уровень рейса. Для каждого пункта определяется отклонение от принятого уровня, как разность отсчета на пункте и среднего значения для рейса.
Опорные сети, состоящие из системы замкнутых контуров, уравниваются по методу наименьших квадратов одним из существующих способов.
§ 155. Наблюдения на рядовых пунктах подземных съемок следует проводить по однократной методике. Каждый пункт наблюдается в двух независимых рейсах одним гравиметром или в одном рейсе двумя гравиметрами.
В исключительных случаях, при нелинейном ходе нульпункта гравиметра допускается применение методики повторений. При этом выполняют или трехкратные наблюдения на нескольких пунктах рейса, или двойной ход с одинаковой последовательностью наблюдений.
§ 156. Наблюдения в двух независимых рейсах исключают необходимость специальных контрольных измерений.
Для оценки точности съемки используются результаты повторных измерений на всех рядовых пунктах.
При наличии расхождений независимых измерений сверх допустимых необходимо проведение дополнительных наблюдений на этих пунктах.
Оценка точности наблюдений на опорной и рядовой сетях проводится согласно § 90.
§ 157. Текущая обработка результатов гравитационных наблюдений в подземных горных выработках выполняется в процессе проведения работ «в две руки», без отставания от съемочных работ и заканчивается вычислением наблюденных значений силы тяжести.
§ 158. Окончательная обработка включает: вычисления поправок за влияние пустот, зон обрушений (при наличии маркшейдерских данных), известных рудных тел, рельефа дневной поверхности; вычисления аномалий силы тяжести; составление каталогов; составление графиков, характеризующих изменение аномалий силы тяжести по всем профилям наблюдений; выполнение количественной интерпретации результатов наблюдений.
§ 159. Для сопоставления подземной и наземной съемок на участке месторождения, а также результатов измерений на различных горизонтах аномалии силы тяжести вычисляют с поправкой Буге, которую определяют по формуле
 (21)
где  — средняя плотность пород слоя, заключенного между горизонтом наблюдения и уровнем моря;  — средняя плотность пород слоя, лежащего выше горизонта наблюдений; H — абсолютная высота подземного пункта (с учетом знака); h — высота над исходным пунктом горизонта наблюдения среднего уровня дневной поверхности (при равнинном характере местности), или высота плоскости относимости, от которой будут отсчитываться уклонения дневной поверхности при учете влияния рельефа.
§ 160. При сложном рельефе местности на участке месторождения необходимо вводить поправки за его влияние. Поправки за влияние рельефа рекомендуется вычислять по способу, разработанному специально для обработки результатов подземных измерений, с помощью таблиц, программ, палеток. При двухмерных формах рельефа возможно применение других способов. Высоты пунктов дневной поверхности снимаются с карт масштабов 1 : 500, 1 : 1000 и 1 : 2000.
§ 161. Значения аномалий силы тяжести  на пунктах подземного профиля вычисляют по формуле
 (22)
где  — наблюденное значение силы тяжести;  — нормальное значение силы тяжести, вычисляемое по формуле (10);  —поправка за влияние рельефа (с учетом знака).
Если плоскость относимости выбрана касательной к низшим точкам дневной поверхности на участке месторождения, то > 0; при выборе плоскости относимости, касательной к высшим точкам дневной поверхности, <;0.
§ 162. В случае, если наблюдения проведены на одном горизонте и не предполагается сопоставления их результатов с результатами наземной съемки или съемок на других горизонтах, наблюденные значения силы тяжести можно приводить к уровню одного из пунктов наблюдений, находящихся вдали от рудных тел по возможности в однородной вмещающей среде. В этом случае вычисляют относительные аномалии силы тяжести для всех пунктов наблюдений по формуле
 (23)
где  — наблюденные значения силы тяжести в любой точке i данного горизонта и на исходной точке A;  — разность абсолютных высот точек ( —  );  - нормальные значения силы тяжести в точках i и A;  , — поправки за влияние рельефа в точках i и А.
§ 163. Среднеквадратическая погрешность аномального значения силы тяжести  , определяется следующим образом.
При расчете аномалий по формуле (22)
 (24)
При расчете относительных аномалий по формуле (23)
 (25)
где  — Среднеквадратическая погрешность определения наблюденного значения силы тяжести;  — среднеквадратическая погрешность определения высоты пункта;  — среднеквадратическая погрешность определения высоты слоя пород над горизонтом;  — Среднеквадратическая погрешность определения поправки за рельеф дневной поверхности;  — средняя плотность вмещающих пород.
Вариометрическая и градиентометрическая съемки
§ 164. Измерения вторых производных гравитационного потенциала следует проводить на участках аномалий силы тяжести, выявленных гравиметровой съемкой.
Наблюдения вариометрами и градиентометрами возможны лишь в выработках, стены которых не обшиты сплошной крепью. Учитывая особенности условий работ в горных выработках (малые промежутки времени без помех, вызванных разными производственными процессами), предпочтительнее для детализации аномалий, выявленных гравиметровой съемкой, применять градиентометры.
§ 165. Измерения градиентометрами и вариометрами проводят на гравиметровых пунктах с детализацией, устанавливаемой в зависимости от характера поля (со сгущением до 0,5 — 0,25 шага между гравиметровыми пунктами).
§ 166. Пункты наблюдений не следует располагать на пересечении выработок, в непосредственной близости от камер, пустот, вблизи действующих механизмов. Следует выбирать для наблюдений промежутки времени, свободные от производственных помех.
§ 167. Прибор устанавливают на пункте наблюдения на плиту, положенною на рельсы.
Ориентируется прибор «на глаз» на шахтерскую лампу, установленную в направлении профиля наблюдений. Погрешность в ориентировании на 2—3° не окажет существенного влияния на точность измеренных значений градиентов в подземных выработках.
§ 168. По окончании наблюдений приборы необходимо тщательно вытирать.
В перерывах между измерениями на данном горизонте приборы следует хранить в сухом, надежном месте на том же горизонте.
Регулировка крутильных систем и часовых механизмов выполняется только на дневной поверхности в чистом, сухом помещении.
§ 169. При работе гравитационным градиентометром ГРБ-2М наблюдения проводят по двухазимутальной системе (0,180°) при работе всех четырех крутильных систем и по четырехазимутальной системе при работе меньшего числа систем.
§ 170. При проведении работ в горных выработках гравитационным вариометром следует применять четырехазимутальную систему наблюдений, позволяющую определять градиенты  . При ориентировке вариометра под углом 45° к принятой координатной системе, можно определить кроме градиентов  и  еще и  .
Использование трех производных (определяется неуверенно из-за влияния помех) совместно с измеренными значениями  позволяет точнее определять местоположение, размеры и знак истинной избыточной (см. § 185, 204) плотности возмущающего тела.
Учет влияния горной выработки и рельефа ее стен на показание градиентометра и вариометра выполняют по обмерам вертикальных сечений выработки. Измерение сечений горных выработок выполняется с помощью вертикального пантографа или мерного круга. Густота (или частота) измерений сечений выработки определяется сложностью рельефа ее стен, кровли и подошвы.
§ 171. Для оценки точности съемки (градиентометром и вариометром) выполняют контрольные измерения на пунктах наблюдений в количестве 10% от общего числа пунктов. При работах градиентометром, кроме того, выполняют повторные наблюдения на специальном контрольном пункте не реже одного раза в месяц с целью контроля положения крутильных систем прибора. После перевозки прибора на другой участок вначале выполняют наблюдения на контрольном пункте. Наблюдения на контрольном пункте выполняют по четырехазимутальной системе (при работе всех четырех крутильных систем).
Контрольные измерения гравитационным вариометром выполняют по четырехазимутальной или пятиазимутальной системе наблюдений в зависимости от того, какие элементы поля измерялись в первоначальных наблюдениях.
§ 172. При камеральной обработке результатов наблюдений градиентометрами и вариометрами вычисляются следующие поправки: за нормальное поле, за влияние рабочей выработки и рельефа ее стен, за влияние рельефа дневной поверхности (если необходимо), за влияние пустот и зон обрушений (при наличии маркшейдерских данных или данных других геофизических методов), за влияние соседних выработок и известных рудных тел, а затем — аномальные значения вторых производных. По аномальным значениям градиентов силы тяжести проводится интегрирование. Все вычисления ведутся «в две руки».
§ 173. Среднеквадратическая погрешность единичного измерения градиентометром или вариометром определяется по результатам независимых контрольных измерений по формуле (3) и не должна превышать 7—10Е.
Среднеквадратическая погрешность наблюденного значения градиента на пункте определяется по формуле
 (26)
где N — число независимых измерений.
§ 174. Среднеквадратическая погрешность аномального значения градиента
 (27)
где — среднеквадратическая погрешность определения поправки за влияние выработки и рельефа стен (см. § 183); — среднеквадратическая погрешность определения нормального значения градиента, эта величина весьма незначительна и практически ею можно пренебречь.
§ 175. По результатам геологической интерпретации материалов съемок составляются геолого-геофизические разрезы и разрезы отдельных рудных тел по падению их, а также разрабатываются рекомендации для проведения разведочного бурения и проходческих работ.
§ 176. Графические приложения к отчету, кроме общепринятых, должны включать:
1) составленные по результатам обработки материалов съемок гравиметрами, градиентометрами и вариометрами для каждого профиля наблюдения графики изменения градиентов силы тяжести, распределения векторов, аномалий силы тяжести, плотностей пород вдоль выработки;
2) погоризонтные планы месторождений с указанием расположения пунктов наблюдений и изоаномал ;
3) геологические разрезы и продольную вертикальную проекцию месторождения, использованные для учета влияния известных рудных тел;
4) геологические разрезы, выявленные выработкой.
§ 177. Одновременно с проведением гравиметрических съемок в подземных выработках должны определяться плотности горных пород, вмещающих полезные ископаемые, и самих полезных ископаемых.
§ 178. Плотность горных пород в естественном залегании определяется по данным гравитационных измерений в подземных горных выработках на разных горизонтах вдоль стволов шахт. Кажущаяся плотность  слоя пород между двумя уровнями вычисляется по формуле
 (28)
где  — разность значений силы тяжести в двух пунктах, расположенных на одной вертикальной линии;  — разность высот между пунктами наблюдений в метрах;  — разность влияния помех на значения в точках 1 и 2.
Для нахождения величины необходимо ввести поправки в наблюденные значения силы тяжести на обоих пунктах за влияние ствола шахты, горных выработок, рельефа дневной поверхности и аномальных масс (например, рудных тел, расположенных достаточно близко от пункта измерений и т. п.).
Для определения величины  с погрешностью ±0,02 г/смЗ достаточно при =  знать величину h с точностью ±0,3 м, а величины и с погрешностью не больше ±0,5 мГал. Для других интервалов все допуски пропорционально изменяются.
§ 179. Для определения планового положения гравиметрических пунктов в подземных горных выработках выполняют теодолитные хода. Допустимая относительная невязка теодолитного хода между маркшейдерскими точками дана в табл. 3.
Таблица 3
Периметр, м
|
Ходы
|
1 000
|
1 000-3000
|
|
|
Замкнутые
|
|
|
Висячие
|
§ 180. При наличии в выработках густой сети маркшейдерских точек и реперов разбивку гравиметрических пунктов между ними производят измерением расстояний лентой с относительной погрешностью 1/500.
Для определения высот гравиметрических пунктов в выработках, где отсутствуют репера или их абсолютные отметки, проводят хода геометрического нивелирования (если уклон выработки меньше 8°), опирающиеся на репера, находящиеся в подземных выработках.
Допустимая относительная невязка нивелирного хода в горных выработках может быть принята равной 50 мм  где  — длина хода в км.
При наличии густой сети реперов (20—30 м) и наличии рельсов возможно определение высот гравиметрических пунктов путем интерполяции абсолютных отметок головки рельса.
§ 181. Допустимые величины среднеквадратических погрешностей определения высот и координат гравиметрических пунктов, соответствующие предусмотренной точности наблюденных и аномальных значений силы тяжести, приведены в табл. 9.
Таблица 9
Масштаб отчетных графиков
|
Среднеквадратическая погрешность определения
|
Аномального значения силы тяжести, мГал
|
высот пунктов, см
|
координат пунктов, м
|
1 : 1000 – 1 : 500
1 : 500
|
±0,05
±0,04
±0,02
|
±9
±7
±4
|
0,2-0,4
0,2-0,4
0,2
|
§ 182. Оценка точности определения координат и высот гравиметрических пунктов осуществляется по результатам контрольных независимых ходов теодолитных и нивелирных. Контрольные пункты составляют 10% от общего числа пунктов и располагаются равномерно по съемочной сети каждого из горизонтов месторождения.
§ 183. Обмер вертикальных сечений выработки выполняют на самом пункте и на расстояниях от пункта наблюдения: ±0,25; ±0,50; ±1,0; ±1,5; ±2,0; ±3,0; ±4,0. При определении кривизн—дополнительно на расстояниях ±5; ±7; ±10; ±15 м.
Для оценки точности определения поправок за влияние выработки на показания градиентометра (вариометра) проводят контрольные обмеры сечений выработок (5% пунктов наблюдений).
§ 184. Каждый гравиметрический пункт закрепляется надписью масляной краской на обеих боковых стенках или на подошве выработки.
|
