АО «ПРИН» Погружаясь навстречу испытаниям (The American Surveyor 02.2009)

Погружаясь навстречу испытаниям (The American Surveyor 02.2009)

# Сканирование
# Проекты
# Trimble

Знания для профи

Знания новичкам

07.04.2009

The American Surveyor 02 2009

Погружаясь навстречу испытаниям

Автор статьи: Крейг Р. Дилан

Инструментарий Spatial Imaging доказывает, что является правильным выбором для проведения съёмок внутри шахт.

На первый взгляд, работы над проектом не представляли никаких сложностей: всё, что требовалось от группы компаний V3 штата Иллинойс, - это выполнение съёмки в целом прямолинейного тоннеля известняковой шахты, протяжённостью 490 метров. Шахтёры называют это наклонным участком тоннеля, он погружается на 107 м к «бенчу», просторному шахтному пространству с высотой потолка 20 м, поддерживаемому каменными колоннами с опорной поверхностью 7.6 м x 15.2 м. Однако появлялось всё больше усложняющих факторов, и известняковая шахта в городе Джолиет, Иллинойс, принадлежащая компании Mining International, расквартированной в порту Уилл Каунти, становилась одним из самых сложных и достойных проектов фирмы. Преодолевая тьму, удовлетворяя требования Департамента охраны труда и здоровья на шахтах (MSHA) и решая транспортные проблемы, руководитель проекта компании V3 Грант Ван Бортел (Grant Van Bortel) и бригадиры Стив Арнольд (Steve Arnold) и Гарри Салек (Harry Sulek) блестяще выполнили работы по проекту, которые могли пойти не так, как было задумано.

Согласно стандартам, установленным для автодорожных и железнодорожных тоннелей, поперечное сечение исследуемого тоннеля было больше нормы. Для того чтобы по тоннелю смогли пройти 40-тонные самосвалы, он должен быть высотой примерно 7.6 м и шириной 6 м, а дроблёный известняковый пол необходимо ежедневно чистить, чтобы он был ровным.

По первоначальному замыслу наклон был предназначен исключительно для грузовиков, доставляющих бутовый камень на поверхность для дробления. Но поскольку подземные этажи при помощи взрывов быстро расширялись, то с экономической точки зрения гораздо целесообразнее было бы построить дробильный завод внутри самой шахты, а для транспортирования измельчённой породы на поверхность использовать конвейер. Являясь огромным по большинству стандартов, тоннель был достаточно широк для существующего движения. Поэтому конвейерная система, обычно стоящая на ножках, должна быть подвешена под потолком, чтобы не стоять на дороге и не мешать транспорту. К тому же, поскольку передвижение самосвалов является разумной магистральной системой для карьера с экономической позиции - хотя бы в период установки конвейера и пуско-наладочных работ - разрушения необходимо свести к минимуму. Для выполнения данного условия секции конвейера должны быть изготовлены вне тоннеля и затем быстро закреплены на своём месте, что означало необходимость проведения высокоточной съёмки всего уклона, поскольку даже небольшие неровности должны быть учтены проектировщиками конвейера.

Стив Арнольд, бригадир компании V3, устанавливает и настраивает Trimble VX Spatial Station около центра наклонного участка тоннеля для установки основной системы маркеров для проведения сканирования и планирования отверстий.

«Если бы наклонный участок тоннеля был подобен трубопроводу с прямыми стенками, то в съёмке не было бы необходимости», - поясняет Ван Бортел, менеджер по технологии компании V3. - «Но у Матушки-Земли есть и мягкие и твёрдые участки, поэтому тоннель, то погружается, то воздымается, а его владельцы не могут точно указать, где на наклонном участке поднимается или провисает потолок, что вызывает задержки в установке».

Уклон с видом на «сцену», вход в наклонный участок тоннеля.

Компанию V3 пригласили для выполнения съёмки с представлением точной 3D-модели, поперечных сечений и профиля тоннеля и зоны бенча, где, в итоге, должна располагаться дробильная установка, а также с целью составления плана размещения отверстий для крепления конвейера. В конечном счёте, для проведения исследований в рамках проекта потребовалось два 3D-сканера, GNSS оборудование, самодельные геодезические знаки для привязки, подъёмник для людей, шахтёрские лампы, перевёрнутые призменные вехи и множество другого оборудования, необходимого при проведении подземных работ.

Внутри наклонного участка тоннеля; ниже располагается отстойник (на половине пути до «бенча»). Стив Арнольд продолжает установку системы маркеров.

Контроль и маркеры

Для установки на поверхности контрольной сети базовых станций V3 использовали приёмники Trimble R8 GNSS и VRS сеть компании Precision Midwest. «С подобными объектами мы ещё никогда не работали», - говорит Ван Бортел, - «и мы всегда стараемся, чтобы работы на объекте происходили с максимальной точностью. Таким образом, используя VRS, мы обмерили все углы объекта, реперы и мы работали с системой плановых координат штата».

Команда V3 воспользовалась преимуществом технологии Connected Site™, разработанной компанией Trimble, применяя одни и те же контроллеры Trimble TSC2™ для управления приёмниками R8 и роботизированным тахеометром с функцией лазерного сканирования Trimble VX™ Spatial Station; система VX использовалась для расширения возможностей по контролю и составлению плана отверстий под болты в подземных условиях. «Гораздо удобнее, когда все эти инструменты объединены», - указывает Ван Бортел, - «использование единого контроллера для управления нашими сканерами, тахеометрами и приёмниками упрощает жизнь и избавляет от необходимости обмениваться управляющими файлами и связанной с ними информацией о разметке между несколькими контроллерами».

После установки управляющей сети на поверхности, она была расширена в «зоне уклона», отделённой передней площадке с известняковыми стенами, высотой около 17 м, а, затем, и до входа в наклонный участок тоннеля, который на участке работ именовали «сценой».

Контроль и управление работами в действующем тоннеле требовало проведение дополнительного планирования для применения сканеров. Для быстрой установки и измерения нескольких ключевых участков, V3 поначалу пробовали вбивать в разрушенный щебёночный пол наклонного участка гвозди, но такие маркеры не выстояли - при передвижении грузовиков и последующем «драгировании» (для очистки дороги) гвозди перемещались или вырывались.

Грант Ван Бортел, менеджер по технологии компании V3, на подъёмнике, использует перевёрнутую веху с призмой для разметки отверстий в потолке наклонного участка тоннеля под болтовые крепления для установки конвейера.

Гвоздь с наклеенной мишенью в стене, закреплённый с помощью эпоксидного клея и использовавшийся в составе системы маркеров. Данная методика впоследствии была заменена болтами с накрученными на них призмами.

Тогда рабочие бригады пробовали вбивать гвозди в стены тоннеля. Стены тоннеля были покрыты слоем торкрет-бетона, толщиной от 7 до 15 см (известковый или бетонный раствор, подаваемый по шлангу и пневматически выбрасываемый на высокой скорости на поверхность). Колонковым перфоратором бурились отверстия, в которых с использованием эпоксидного клея крепились стальные гвозди. «На некоторых участках в сланцеватых пластах отверстия бурились легко, в других местах приходилось потрудиться, чтобы их пробурить», - говорит Ван Бортел, но, в конце концов, необходимые маркеры были установлены. Он взглянул на полученные системы маркеров, но, полагая, что они получились довольно дорогими, на завершающем этапе их установки он просто наклеил отражающие метки на головки гвоздей перед началом съёмки. Поскольку на полу тоннеля физически невозможно было расположить точку для наблюдений, то точки использовались для обратных засечек и для подтверждения данных сканирования на противоположных невыразительных стенах тоннеля. Позже, при планировании отверстий под болты для крепления конвейера, V3 применили более удобную систему маркеров, для создания которой также пришлось применять колонковый бур. Вместо гвоздей устанавливались вехи с резьбой, чтобы на них можно было накрутить призмы и повернуть их в необходимом направлении к приборам. Таким образом, «точка фокусировки призмы становилась нашим маркером», указывает Ван Бортел.

Но даже и с гвоздями в стене был один неприятный момент. Работая в зоне «бенча», бригады использовали маркеры, находящиеся на уровне головы, а когда вернулись на следующей неделе, то обнаружили, что уровень пола изменился, и маркеры оказались на 10 метров выше на стене! Похоже, что этот участок бенча подготавливали для установки дробилки, и шахтёры посчитали, что ничего страшного не произойдёт, если засыпать площадь 150 м x 23 м 12-метровым слоем дроблёного известняка, для того чтобы добраться до потолка для бурения вертикальных отверстий и установки болтового крепления. Более 14 тысяч кубометров породы было использовано для сооружения временной лестницы.

Построение пространственного изображения с применением технологии Spatial Imaging Стандартная топографическая съёмка была быстро выполнена при высоте тоннеля до 7.6 м. Даже выполнение съёмки с тахеометром в безотражательном режиме было бы затруднительно, поскольку в тоннеле было абсолютно темно, так как использование фонарей для обнаружения меток, которые точно передавали бы все плавные неровности тоннеля, стало бы очень трудоёмким занятием. Очевидно, что съёмка тоннеля - это была работа для сканера. Для двух сканеров, если быть точнее.

Тоннель - это не просто длинная труба. Он погружается на глубину 240 м от входа до отстойника - обычно, это высеченный резервуар, в котором собирается вода перед откачкой - на уровне до 6 м, а затем погружается ещё на 240 м к «бенчу» и резко поворачивает направо, к зоне добычи высотой 20 м, с дорожками шириной 23 м, идущими между скальными колоннами с площадью опоры 7.6 м x 15.2 м. Тахеометр с функцией сканирования Trimble VX Spatial Station, управляемый с помощью тех же контроллеров TSC2, что и GNSS приёмники, использовался для создания системы маркеров, проведения контрольных измерений и сканирования узких площадок, а 3D сканер Trimble GX™, управляемый с помощью ноутбука и программного обеспечения Trimble PointScape™, использовался для сканирования основной части тоннеля и колонн.

В данной ситуации, большие размеры файлов данных не представляли особых проблем при сканировании. GX сканировал с шагом 15 см. «Мы ведь сканируем горный массив», - заключил Ван Бортел, и данные, полученные при съёмке шахты, заняли относительно скромный объём в 45 мегабайт. Не беспокоясь об объёме получаемых данных, V3 использовали методику измерений со сканером GX, устанавливая его на базовой точке, подобно тахеометру, и затем производя сканирование.

Облако точек, представляющее изображение наклонного участка тоннеля и зоны бенча на заднем плане, полученное с использованием 3D сканера Trimble GX и программного обеспечения Trimble RealWorks Survey.

«Мы всегда сначала разворачиваем нашу управляющую сеть, а затем собираем данные на точках», - говорит Ван Бортел. Таким образом, бригады, обученные технике проведения стандартных полевых съёмочных работ, могут покинуть участок с полной уверенностью, что они получили точные данные. V3 передали облако точек проектировщикам, а также предоставили изображение профиля наклонного участка, на котором видны изгибы потолка, и поперечные разрезы, показывающие расположение стен через определённые промежутки. Заказчик был очень доволен результатами, и, благодаря полученным данным, установка конвейера не вызвала проблем. В действительности, сканирование прошло исключительно гладко с самого начала до конца работ, как оно обычно и бывает. Все сложности состояли в доставке сканнеров к месту сканирования и подготовка их к работе.

Трудности на пути к победе

Работа под землёй в абсолютной темноте - не самый приятный опыт, и Ван Бортел говорит, что подчас «это уже доставало», что подтверждали и остальные члены бригады. «Мы были на участке работ уже десять дней или около того, и, отработав треть проекта, находясь под землёй в полной темноте в течение всего дня, со мной было всё в порядке, но при первом погружении вниз я как будто прилип к дверной ручке грузовика. Мы находились в совершенно неосвещаемых местах, только наши фонарики на касках освещали нам путь, и, если вдруг лампочка перегорала, то становилось похоже на то, что ты находишься в запертой кладовой - непроглядная темнота, к которой не могут привыкнуть глаза».

Как бы это ни было странно, но высота и её ощущение также представляло собой определённые трудности. По словам Ван Бортела, «высокие потолки шахты требовали использование подъёмника для людей (грузовик с подъёмником), поэтому иногда мы находились на высоте до 14 м, в тёмных пещерах, когда устанавливали систему маркеров для отверстий под болтовые крепления в потолке».

Группа компаний V3 имеет сертификат Департамента охраны труда и здоровья на шахтах, Часть 48 (MSHA Part 48), это означает, что работники бригад прошли 40-часовые курсы и получили право на выполнение работ в подземных условиях. В дополнение к этому, каждый сотрудник V3, работающий над проектом, прошёл спецкурс профориентации, а также они ежедневно получали напоминания, что работы в шахтах являются опасными. На протяжении всего рабочего дня от членов бригады требовалось носить шахтёрские каски с двухкилограммовыми батареями и персональными респираторами для защиты от угарного газа. Респираторы, похожие на трубки с силиконовыми насадками, имели свойство нагреваться при эксплуатации настолько, что насадки плавились на губах людей, причиняя неудобства до возвращения на поверхность.

«Крепкие ящики», в которых хранились телефоны и провизия для тех, кто мог внезапно оказаться под завалом, размещались на всём участке работ. Правилами Департамента охраны труда и здоровья на шахтах также запрещено использование не дизельных двигателей в шахтах, что означало отказ от использования генераторов, которые V3 используют для питания своих сканеров. Взамен этого, компания арендовала грузовик с дизельным двигателем для перевозки громоздких батарей и другого оборудования, а фары грузовика временами служили дополнительным источником освещения.

Планировка болтовых отверстий

Создание системы маркеров для отверстий болтовых креплений в потолке наклонного участка тоннеля представляло собой последнюю трудную задачу - как можно разметить отверстия в темноте, на высоте 7-8 метров? Команда V3 решила «пересмотреть» обычный порядок вещей.

«Мы сконструировали перевёрнутую вешку: мы перевернули пузырьковый уровень и вешку, затем прикрепили к вешке фонарик так, чтобы было видно уровень, и, поскольку перемещение пузырька теперь было противоположно обычному, нам пришлось переучивать годами отработанную технологию», - поясняет Ван Бортел. – «Мы также прикрепили держатель для TSC2, перевернув его». С помощью VX и перевёрнутой вешки, один человек мог определять местоположение болтового отверстия, а второй - сверлить установочное отверстие и отмечать его с помощью распыления краски. «Использовалась обычная распылительная краска, а не перевёрнутая маркирующая краска, обычно используемая землемерами», - добавляет Ван Бортел с изумлением. Так, для маркировки отверстий потребовался один баллончик.

Когда все точки были отмечены, шахтёры пробурили отверстия поглубже и вставили крепления с восьмигранными болтами в коренную породу на глубину до 3 м, чего вполне хватило для закрепления конвейера. Все работы велись очень интенсивно, поскольку ежедневно производились взрывы, после которых необходимо было очищать шахту, и при выполнении маркирования и бурения постоянно ездили 40-тонные самосвалы.

Погружаясь навстречу испытаниям

Сотрудники группы компаний V3 выполняют работы с применением лазерного сканера на протяжении почти двух лет, и использование сканеров уже не представляет собой особой проблемы: клиенты привыкают к получаемым данным, а компания набирает опыт полевых и камеральных работ. Несмотря на это, данная технология всё ещё остаётся новинкой, а применение новых технологий в новых ситуациях устанавливает новые границы опыта их использования. Каждая геодезическая съёмка выглядит лёгкой, когда сидишь в офисе, но полевые условия, порой, представляют весьма неожиданные сюрпризы, и получение полезной информации в условиях такого нашего разнообразного мира поистине является искусством, которым в полной мере обладают исследователи группы компаний V3.

На бумаге, где чётко описывается длинный тоннель, всё это может выглядеть не очень сложным, но когда сталкиваешься со всеми трудностями при работах в шахте - темнота, переменный уровень полов, вопросы, касающиеся работ на высоте и техники безопасности, и совсем немножко клаустрофобии - множество предположений, сделанных в офисе, сразу же отбрасывается. Но это именно то, что геодезисты и делают - они преодолевают все сложности, с которыми встречаются на том или ином участке земли, и дают его описание для использования остальными. В случае с известняковой шахтой в Джолиет, группе компаний V3 необходимо было получить опыт работ на земной поверхности и применить его к условиям под поверхностью земли. С помощью хороших инструментов и высококвалифицированных полевых работников, фирме удалось справиться со всеми сложностями.

Об авторе:
Крейг Дилан (Craig Dylan) - внештатный журналист с топографическим образованием, специализируется в написании статей в области архитектурной, инженерной и строительной (AEC) промышленности.

Понравилась статья?
Оцените:

Всего оценок: 0