Какие приборы применяются в современной маркшейдерии?

Основное маркшейдерское оборудование– нивелир, теодолит и тахеометр. Эти приборы нужны для выполнения всех маркшейдерских работ, основой которых является измерение углов и расстояний.

Нивелиры

Нивелиром применяются в маркшейдерии для нахождения превышений между двумя точками. Существует два вида нивелиров: устаревшие сейчас оптико-механические и новые, активно применяющиеся в производстве – цифровые. В комплекте с нивелиром всегда идут две рейки (деревянные или инварные – сделанные из специального сплава).

Оптико-механический нивелир – состоит из зрительной трубы, трегера, цилиндрического уровня, компенсатора, иногда лимбом для грубого определения углов. Отсчеты и расстояния берутся по нитяному дальномеру, установленному в зрительной трубе. Подробнее об устройстве, классификации и проводимых поверках можно прочитать здесь.

На замену этого маркшейдерского инструмента приходят цифровые, которые совмещают в себе сразу два прибора: непосредственно нивелир, и компьютер для обработки и хранения данных, полученных в процессе работы. При работе отсчеты берутся по особой рейке, на которой вместо стандартных цифр выгравированы штрихкоды, которые считываются лазером.

Нивелирные рейки – линейка, материалом которой выступает дерево или особый сплав из никеля и железа (инвар). На рейке расположена шкала, по которой берутся отсчеты для получения превышений между точками.

По ГОСТ 10528—76 «Нивелиры. Технические условия» все нивелиры по точности разделяются на три группы – высокоточные с СКО не более 0.5 мм на 1 км двойного хода; точные с СКО не более 3 мм на 1 км двойного хода и технические с СКО не более 10 мм на 1 км двойного хода.

Теодолиты

Теодолит – маркшейдерский прибор для измерения вертикальных и горизонтальных углов, а также расстояний с помощью нитяного дальномера и дальномерной рейки.

В устройство теодолита входят: зрительная труба, трегер, цилиндрический уровень для приведения прибора в горизонтальное положение, лимб и алидада для взятия отсчетов, система закрепительных, исправительных и наводящих винтов, отвес для центрирования над опорной точкой и микрометр для снятия отсчетов.

По точности различают: приборы высокоточные (средняя квадратическая ошибка измерения углов  = (0,5÷1"), точные (=2÷5") и технические (= 15÷60").

По конструкции данный маркшейдерский прибор подразделяют на металлические, оптические, электронные и лазерные. Первые имеют металлические лимб и вертикальный круг. Их продолжают использовать на производстве, но уже в течение многих лет не выпускают. Оптические теодолиты имеют стеклянные угломерные круги; электронные - обеспечены устройствами для автоматического считывания отсчета, его запоминания и хранения. Лазерные теодолиты снабжены встроенным лазером. Получить дополнительную информацию о теодолитах, их устройстве и т.д. можно получить здесь.

В маркшейдерии обычно применяются горные теодолиты, с более высоким IP (степень защиты от пыли и влаги),так как применяются в сложных в этом отношении условиях горных выработках, и дополнительной электроникой для подсветки микрометра. Кроме большей защиты и подсветки принципиальных отличий в их устройстве нет.

Для определения направлений и ориентирования применяются следующие маркшейдерские приборы - гиротеодолиты. Он работает по тому же принципу, что и гирокомпасы в мореходстве. Отсчеты берутся по угломерному устройству, которое считывает положения гироскопа и находит угол между ним и азимутом, который необходимо найти.

Электронные теодолиты оснащены компьютером, позволяющим автоматизировать вычисления и запоминать результаты.

Тахеометры

Из-за отсутствия возможности автоматизации производимой работы, сейчас в маркшейдерском деле вместо теодолитов повсеместно используются тахеометры. Это приборы для одновременного измерения вертикальных, горизонтальных углов, а так же расстояний. Основное направление их использования – определение местоположения и высот точек местности относительно земной поверхности.

Тахеометры бывают оптические и электронные. Оптические сейчас почти не применяются, за счет своей меньшей точности и более низкой производительности во время проведения работ, поэтому мы их не будем рассматривать в данной статье.
Существует два метода работы электронных тахеометров – фазовый (для измерения углов, во время которого регистрируют разницу фаз испускаемого и отраженного луча) и импульсный (для измерения расстояний, по разнице времени прохождения луча туда и обратно)

Сейчас все большее и большее распространение получают автоматизированные тахеометры, в конструкцию которых добавлены элементы, ускоряющие рабочий процесс- сервопривод для автоповорота и наведения на точку, а также возможности выполнения сканирования; системы и программы распознавания, захвата, слежения и т.д.

Все измерения, полученные при помощи тахеометров имеют высокую степень точности – погрешность при измерении углов может достигать полсекунды, а при измерении расстояний, они могут быть получены с точностью до 1 мм.

RTK-системы

Среди маркшейдерских инструментов в последние годы все большее распространение получают GNSS системы, оснащенные GPS, для определения координат снимаемой точки в трехмерных координатах с неплохой для своих задач (ориентирование и грубые прикидки) точностью съемки – обычно несколько сантиметров. RTK-система состоит из приемника, антенны и миниатюрного ПК для мгновенной обработки данных. Главный минус данной технологии состоит в большой зависимости от условия приема сигнала и его силы, что зачастую невыполнимо при проведении маркшейдерских работы из-за большой удаленности от ближайших сотовых вышек связи. Более подробно о спутниковых навигационных системах можно прочитать в статье о Референцных станциях и сетях спутниковых базовых станций.

Лазерная съемка местности

Маркшейдерские инструменты с каждым годом становятся все точнее, быстрее и умнее, так в маркшейдерское оборудование сейчас также входит и лазерный сканер, созданный для проведения лазерной съемки местности. Он работает по принципу радара - устройство посылает высокочастотный лазер, который отражается от объектов и улавливается высокочувствительными датчиками. В процессе съемки определяются абсолютные координаты точек, за счет фиксации направления лазерного луча, и его отклонения относительно выбранной начальной точки. Скорость сканирования достигает 1 млн точек в секунду, что позволяет получить очень подробные 3D планы местности.

Этот вид съемки называется активным, и позволяет сильно облегчить жизнь маркшейдера за счет полной автоматизации рабочего процесса и высокой точности полученных данных. Но его главный минус заключается в том, что такие маркшейдерские инструменты стоят очень дорого (цена за хороший прибор начинается от 3000000 рублей).