Структура и содержание курсовой работы на тему «Маркшейдерско-геодезические приборы»

Роль маркшейдера в горнодобывающей промышленности трудно переоценить — от его работы зависит не только эффективность добычи, но и безопасность персонала. В основе этой деятельности лежат точные измерения, которые невозможны без исправных и выверенных геодезических приборов. Любое отклонение в показаниях инструмента может привести к критическим ошибкам в планировании и проходке горных выработок. Поэтому данная курсовая работа преследует ключевую цель: детально изучить устройство, а главное — освоить методики технологической поверки двух базовых инструментов, теодолита и нивелира. Это необходимо для подтверждения их полной готовности к выполнению производственных измерений с требуемой точностью, что является фундаментом профессиональной компетенции будущего специалиста.

1. Теоретические основы и классификация маркшейдерско-геодезических приборов

Маркшейдерия и геодезия — смежные дисциплины, оперирующие пространственными данными, но с разным фокусом. Если геодезия изучает форму и размеры Земли, то маркшейдерское дело концентрируется на геометрическом анализе месторождений и горных выработок. Для решения этих задач специалист-маркшейдер должен владеть широким арсеналом инструментов. Все маркшейдерско-геодезические приборы можно классифицировать по их основному назначению:

• Угломерные приборы: Предназначены для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Ключевым представителем этой группы является теодолит.
• Высотные приборы (высотомеры): Используются для определения превышений между точками, то есть разности их высот. Классический пример — нивелир.
• Линейно-угловые приборы: Комбинируют функции измерения углов и расстояний. Самым распространенным современным прибором этого типа является электронный тахеометр.
• Спутниковые системы: Применяются для определения координат точек с высокой точностью с помощью сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), таких как GPS и ГЛОНАСС.

В рамках данной работы основное внимание будет уделено двум фундаментальным приборам — теодолиту и нивелиру, так как именно их поверка составляет основу практической части курса.

2. Принципы устройства и работы теодолита как ключевого угломерного инструмента

Теодолит — это оптико-механический или электронный инструмент, основное назначение которого — высокоточное измерение горизонтальных и вертикальных углов и определение магнитных азимутов направлений. Принцип его работы основан на визировании (наведении) на удаленные точки и снятии отсчетов по специальным угломерным шкалам — горизонтальному и вертикальному кругам (лимбам).

Конструкция теодолита состоит из нескольких ключевых узлов, функционирующих на основе оптических и механических принципов:

1. Зрительная труба: Служит для точного наведения на визирные цели. Внутри нее расположена сетка нитей, перекрестие которой является визирной осью.
2. Горизонтальный и вертикальный круги: Это градуированные диски (лимбы), по которым производятся отсчеты углов. Горизонтальный круг отвечает за измерение углов в горизонтальной плоскости, вертикальный — в вертикальной.
3. Уровни: Цилиндрические и круглые уровни необходимы для приведения оси вращения прибора в строго отвесное положение, что является критически важным условием для точности измерений.
4. Система отсчета: В оптических теодолитах это микроскоп-микрометр, позволяющий считывать доли делений лимба. В электронных моделях отсчеты снимаются автоматически и выводятся на дисплей.

Совокупность этих элементов позволяет маркшейдеру выполнять широкий спектр задач, от прокладки подземных ходов до контроля деформаций земной поверхности.

3. Конструктивные особенности и назначение нивелира для определения превышений

Если теодолит измеряет углы, то основная задача нивелира — определение разности высот (превышений) между точками на местности. Эта операция, называемая нивелированием, является базовой для создания высотного обоснования, строительства и контроля за осадкой сооружений. Принцип работы нивелира основан на использовании строго горизонтального визирного луча, который задается главной осью прибора. Наводясь этим лучом на нивелирные рейки, установленные на разных точках, и снимая отсчеты, определяют искомую разность высот.

Ключевыми конструктивными частями нивелира являются:

• Зрительная труба: Аналогична трубе теодолита, но сфокусирована на обеспечении максимальной точности визирования по рейке.
• Цилиндрический уровень: Является самым важным элементом, так как именно он позволяет привести визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение с высокой точностью.
• Элевационный винт: В нивелирах с уровнем он служит для точного наклона зрительной трубы и приведения пузырька уровня в нуль-пункт перед каждым отсчетом.
• Компенсатор: В современных самоустанавливающихся нивелирах это специальное маятниковое или жидкостное устройство, которое автоматически приводит визирную ось в горизонтальное положение после предварительной грубой установки прибора по круглому уровню. Это значительно ускоряет работу.

4. Технологическая поверка как основа обеспечения точности измерений

Любые измерения, выполненные неисправным или неповеренным прибором, не имеют ни технической, ни юридической силы. Чтобы гарантировать достоверность данных, перед началом полевых работ и периодически в процессе эксплуатации приборы должны проходить процедуру поверки. Технологическая поверка — это комплекс операций, выполняемых для подтверждения соответствия метрологических характеристик прибора установленным требованиям. Проще говоря, это проверка того, что прибор измеряет правильно.

Методики и допуски для поверок не являются произвольными; они строго регламентированы государственными стандартами (ГОСТ). Например, для нивелиров это ГОСТ 10528-90, а для теодолитов — ГОСТ 21880-91.

Цель этих исследований — выявить и, по возможности, устранить систематические инструментальные погрешности, подтвердив готовность прибора к выполнению измерений с заданной в его паспорте точностью. Без акта о поверке результаты маркшейдерских работ могут быть признаны недействительными.

5. Методика и последовательность выполнения технологической поверки теодолита

Для обеспечения точности измерений у исправного теодолита должны выполняться определенные геометрические условия. Технологическая поверка как раз и заключается в их проверке и, при необходимости, юстировке. Процедура включает несколько последовательных шагов:

1. Поверка оси цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга: Ось уровня должна быть перпендикулярна оси вращения прибора. Проверяется поворотом алидады на 180 градусов. Если пузырек уровня отклоняется, требуется юстировка.
2. Поверка оси вращения прибора: Ось вращения должна быть строго вертикальной. Это достигается правильной установкой прибора по уровням.
3. Поверка коллимационной ошибки: Это ключевая поверка. Визирная ось зрительной трубы (линия, соединяющая центр сетки нитей и оптический центр объектива) должна быть строго перпендикулярна оси вращения трубы. Ошибка определяется путем измерения угла на одну и ту же точку при двух положениях вертикального круга («круг лево» и «круг право»).
4. Поверка положения сетки нитей: Вертикальная нить сетки должна быть перпендикулярна оси вращения зрительной трубы, а горизонтальная — параллельна ей. Это проверяется наведением на точку и медленным вращением трубы с помощью микрометренного винта. Точка не должна сходить с нити.

Каждая поверка имеет свои критерии оценки, и если погрешность превышает допустимые значения, указанные в ГОСТ 21880-91 или паспорте прибора, выполняется юстировка с помощью специальных исправительных винтов.

6. Методика и последовательность выполнения технологической поверки нивелира

Аналогично теодолиту, поверка нивелира направлена на проверку выполнения его главных метрологических условий. Последовательность действий, регламентированная ГОСТ 10528-90, выглядит следующим образом:

1. Проверка круглого уровня: Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения прибора. После приведения пузырька в центр, прибор поворачивают на 180 градусов. Пузырек должен остаться в центре.
2. Проверка главного условия: Это важнейшая поверка для нивелира. Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня (или горизонтальна у нивелиров с компенсатором). Чаще всего это условие проверяется методом двойного нивелирования. Измерения выполняются с двух станций, расположенных на одной линии с двумя рейками. Превышение, вычисленное с обеих станций, должно быть одинаковым в пределах допуска. Если есть расхождение, вычисляется и устраняется погрешность.
3. Проверка правильности установки сетки нитей: Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна оси вращения прибора. Проверка выполняется наведением края нити на точку и медленным вращением прибора в горизонтальной плоскости. Изображение точки не должно сходить с нити.

При обнаружении недопустимых отклонений, особенно в главном условии, прибор подлежит юстировке, так как эта погрешность напрямую влияет на точность определения превышений.

7. Обработка результатов полевых измерений и анализ точности

После завершения полевого этапа поверок начинается камеральная обработка. На основе отсчетов, записанных в журналы, вычисляются фактические значения погрешностей прибора. Например, для теодолита рассчитывается коллимационная ошибка, а для нивелира — угол между визирной осью и осью уровня. Полученные значения сравниваются с допустимыми пределами, которые указаны в нормативных документах (ГОСТ) или в техническом паспорте конкретного инструмента. Если фактическая погрешность меньше допустимой, прибор считается пригодным к работе. Если больше — необходима юстировка или ремонт.

Важно понимать, что в любых измерениях присутствуют ошибки. Их принято классифицировать на три типа:

• Систематические: Постоянные или закономерно изменяющиеся ошибки (например, коллимационная ошибка). Их можно учесть или устранить поверкой.
• Случайные: Непредсказуемые ошибки, вызванные множеством факторов. Их влияние уменьшают многократными измерениями.
• Промахи (грубые ошибки): Возникают из-за невнимательности наблюдателя. Они выявляются и исключаются путем повторных контрольных измерений.

Анализ результатов поверок позволяет не просто дать заключение «годен/не годен», но и понять характер инструментальных ошибок для их минимизации в дальнейшей работе.

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы были систематизированы теоретические знания об устройстве и назначении ключевых маркшейдерско-геодезических приборов — теодолита и нивелира. Были подробно изучены и освоены на практике методики их технологической поверки, которые являются неотъемлемой частью профессиональной деятельности маркшейдера. На основе проведенных измерений и последующих расчетов был сделан главный вывод о пригодности (или непригодности) исследованных приборов к выполнению работ с требуемой точностью.

Проделанная работа наглядно демонстрирует, что регулярная и тщательная поверка инструментов — это не формальная процедура, а фундаментальная основа для получения достоверных данных. Именно она обеспечивает точность, от которой напрямую зависит безопасность и экономическая эффективность горных работ, подтверждая высокий уровень ответственности и компетенции специалиста.

Список использованных источников и Приложения

В разделе «Список использованных источников» должен быть приведен перечень всей учебной, научной литературы и нормативных документов, на которые опиралась работа. Ключевое место в нем занимают государственные стандарты, такие как ГОСТ 21880-91 «Теодолиты. Общие технические условия» и ГОСТ 10528-90 «Нивелиры. Общие технические условия», поскольку они являются основным документом, регламентирующим порядок поверок.

В «Приложениях» целесообразно разместить вспомогательные материалы, которые загромождали бы основной текст. Это могут быть копии журналов полевых измерений, таблицы с расчетами погрешностей, а также графические схемы, иллюстрирующие методику выполнения той или иной поверки.

Список использованной литературы

1. Земских Г.В., Кортев Н.В. Маркшейдерско-геодезические приборы. Учебное пособие. — Екатеринбург: Изд. УГГГА, 1995. — 97с.
2. Земских Г.В., Кортев Н.В. Учебно-методическое пособие к курсовой работе и лабораторным занятиям по дисциплине «Маркшейдерско-геодезические приборы. Часть 1». — Екатеринбург: Изд. УГГГА, 2001. — 36с.
3. Оглоблин Д.Н., Герасименко Г.И., Акимов А.Г. и др. Маркшейдерское дело — М.: Недра, 1981. — 703с.