Главная | Новости | Аналитика | Служба поддержки | Контакты | О нас

ПАРТНЕРЫ Горнодобывающие предприятия Общественные организации Учебные заведения Научно-исследовательские институты СОТРУДНИЧЕСТВО Методички Исследовательское Информационное Учебники Авторефераты Журналы

СОБЫТИЯ


образовательные

научные производственные

КОНКУРСЫ


гранты стипендии премии награды

призы программы обмены студии

тренинги стажировки летние школы

ФОТОГАЛЕРЕИ


научно-образовательные и горнодобывающие центры Украины

КОНТАКТЫ


koordinator_rudana
analitik_rudana
tehnolog_rudana
consultant_ua
gemmolog_rudana
innovacii_rudana
filolog_rudana
secretar_rudana


ПРОГРАММЫ

ССЫЛКИ


 

Главная   

Образовательно-научно-производственный портал «Рудана»

:: Показать последние записи ::

Автоматизация проектирования паспортов буровзрывных работ

М.Н. Кононенко

автор: Олег Хоменко

Раскрыты причины, сдерживающие широкое внедрение автоматизированного проектирования на горнодобывающих предприятиях многих стран мира. Выполнен анализ существующих методик по составлению паспортов буровзрывных работ для проведения подземных горных выработок. Проанализированы преимущества и недостатки широко используемых схем расположения шпуров, типов врубов и видов взрывчатых материалов. Разработан алгоритм расчета и программа автоматизированного составления паспортов буровзрывных работ, которая оптимизирует размещение шпуров и ускоряет процесс формирования проектной документации.

 

 

Введение. Современный этап развития горнодобывающей промышленности многих стран мира характеризуется концентрацией производства и усовершенствованием технологий добычи, прежде всего, за счет использования новой техники. Эффективное внедрение прогрессивных технологических решений возможно при использовании современных горных машин. Ведущие производители и большое количество малых фирм активно разрабатывают проекты новых технологий, которые приносят реальные прибыли горнодобывающим компаниям. Горные машины, которые с минимальным надзором или самостоятельно могут выполнять работы, считаются реальной перспективой горнорудной промышленности мира.

 

Однако, как показывает практика, буровая и погрузочная техника (такие как фронтальный погрузчик) у ведущих компаний мира, таких, как «Atlas Copco» (Швеция) и «Sandvik Tamrock» (Финляндия), приобретаемая для Украины, как правило, без комплектации автоматизированным управлением и программным обеспечением. Именно это позволило бы в дальнейшем совмещать машины между собой и компоновать их в шахтную электронную сеть, существенно увеличить производительность горных работ, уменьшить травматизм рабочих и обеспечить внедрение безлюдных технологий. Отказ от автоматизированного управления техникой связан с высокой его стоимостью, что приемлемо для оптовых покупателей. В условиях ограниченных средств успешная подготовка и переподготовка персонала шахт для работы на новом оборудовании, освоение программных продуктов и тесное сотрудничестве с производителями выпадает из поля зрения владельцев и руководителей предприятий. Решение этих задач производится каждым предприятием индивидуально по собственному сценарию. С большей степенью эффективности решаются вопросы гарантийного и послегарантийного технического обслуживания оборудования, а с меньшей – разработка собственных программных продуктов по проектированию горных работ. Зачастую это приводит к нарушению технических характеристик оборудования и нерациональному использованию ресурса техники.

 

Подземная разработка месторождений черных и цветных металлов в большинстве стран-производителей рудного сырья сопровождается в 90% случаев использованием буровзрывного способа проведения горных выработок. Это связанно с высокой прочностью пород, превышающую 120 МПа. Сама же скорость проведения выработок зависит от правильного составления и расчета паспортов буровзрывных работ (БВР). Анализ существующих алгоритмов составления паспортов БВР показал, что главным их недостатком является отсутствие универсальности и автоматизации основных этапов при проектировании и, как следствие, заниженные технико-экономические показатели. Высокопроизводительное горное оборудование и различные методики выполнения БВР не принесут существенного эффекта без разработки паспортов БВР с рациональным расположением шпуров в забое в автоматизированном режиме. Это является актуальной задачей на современном этапе развития горнодобывающих предприятий многих стран мира.

 

Применяемые схемы расположения шпуров. Основным этапом составления паспорта БВР является определение количества шпуров для забоя выработки, а также разработка рациональной схемы их расположения. Главным критерием, которым пользуются до настоящего времени, является количество шпуров для забоя, которое прямо пропорционально количеству взрывчатого вещества, необходимого для разрушения определенного объема горной массы. Теоретические основы разрушения горных пород взрывом широко освещены в исследованиях М.М. Протодьяконова, Н.М. Покровского, О.Э. Миндели, Б.Н. Кутузова, М.А. Садовского, В.Н. Родионова и др. Однако до настоящего времени не разработано общепринятой методики расчета основных параметров БВР, которая позволяла бы получать пригодные для практики результаты, которые не требовали бы проведения пробных взрывов и проверочных расчетов.

 

Поэтому на сегодняшний день широко используется упрощенная методика, которая сводится к определению рациональной вместимости взрывчатого вещества (ВВ) в одном шпуре и установленного практикой его удельного расхода. На основании этих показателей определяется количество шпуров для забоя выработки. Далее выбирают тип вруба, который размещается в основном в геометрическом центре выработки, а в остальной площади сечения распределяют другие группы шпуров. Важным условием высокой эффективности проведения выработок является правильный выбор комплекта шпуров, что обеспечивает максимальный коэффициент их использования, определяющий скорость проведения выработок. Рациональные параметры БВР, такие, как тип вруба, схема расположения и число отбойных шпуров, тип ВВ и величина заряда, зависят от конкретных горно-геологических условий. В современной практике широко используются типы врубов, которые классифицируются по расположению врубовых шпуров относительно плоскости забоя: наклонные врубы (отрывающего действия) и прямые врубы (дробящего действия). Последние типы врубов применяются в крепких монолитных породах.

 

Место расположения вруба оказывает существенное влияние на показатели БВР. Согласно официально действующих на украинских горных предприятиях инструкций, вруб располагают сбоку, вверху, внизу или в центре забоя выработки. После выбуривания врубовых шпуров приступают к бурению отбойных шпуров, основным параметром которых является величина отбиваемого слоя W, называемая линией наименьшего сопротивления (ЛНС) на вновь образованную поверхность обнажения. Параметр ЛНС, как правило, уточняется после анализа результатов трех опытных взрывов. На практике рациональные расстояния между шпурами a рассчитываются в виде а = KW, причем K=1,0–1,3 для отбойных шпуров, K = 0,75 – для оконтуривающих почву, K = 0,85 для оконтуривающих кровлю, K = 0,95 – для оконтуривающих бока выработки (рис. 1). Проектирование схемы расположения отбойных шпуров является наиболее трудоемкой операцией. Широкое распространение в практике получили два способа расположения отбойных шпуров: по сетке и по отбойным контурам. При своей простоте оба способа имеют ряд существенных недостатков. Так, при расположении шпуров по сетке нерационально располагаются шпуры в кровле выработки, а по отбойным контурам, наоборот, у боков и почвы. Попытки комбинирования этих способов приводят к нарушению W между смежными рядами шпуров и сложностям при обуривании забоев переносными перфораторами. В свою очередь, нерациональное расположение шпуров в забое выработки приводит к перерасходу взрывчатых материалов, бурового инструмента, а в некоторых случаях и к снижению безопасности горных работ.

 

При разработке железных руд наибольшее распространение получили прямоугольно-сводчатая, подковообразная, сводчатая формы поперечного сечения горных выработок, при разработке марганцевых руд круглая форма, а при разработке тонких жил – трапециевидная форма. Сравнительные расчеты паспортов БВР показали, что от правильного выбора способа расположения шпуров для различных форм и площадей поперечного сечения выработок зависит степень рациональности расположения шпуров и, соответственно, их количество. В качестве примера рассмотрим две широко применяемые формы выработок – сводчатая и прямоугольно-сводчатая. Первая нашла широкое применение в Кривбассе, а вторая – на Южно-Белозерском железорудном месторождении. Для сводчатой формы принят способ расположения шпуров по отбойным контурам, а для прямоугольно-сводчатой – по сетке. При близкой площади поперечного сечения выработок, 11,6 и 12,2 м2 (3,6×3,6 м), при которой разница составляет 5%, пределом прочности пород 90–120 МПа, W = 0,6 м, расстояние от контура выработки до контурных шпуров – 0,2 м, расчетное количество шпуров составляет 43 и 51 штук. При близкой площади поперечного сечения и схожей форме выработок расхождение составило 8 шпура (до 16%).

 

Анализ сравнительных расчетов показал, что на количество шпуров для забоя оказывает существенное влияние их способ расположения, форма и площадь поперечного сечения выработки, вид и место расположения вруба. Установлено, что эти параметры не имеют жесткой привязки друг к другу, а границы их рационального применения определяются проектировщиками исходя из производственного опыта. По мере усложнения горно-геологических и горнотехнических условий, видов буровой техники и технологий, повышения квалификации персонала становится очевидной необходимость автоматизации проектирования паспортов БВР. Эффективность использования программного обеспечения по определению рационального размещения шпуров в забое повышается при создании библиотек типов врубов и взрывчатых материалов, составленных применительно к горно-геологическим условиям конкретных горнодобывающих предприятий.

 

Алгоритм проектирования паспорта БРВ. Авторами предлагается следующая последовательность решения основных задач проектирования:
1. Определение площадей для размещения различных групп шпуров (вруба, отбойных и оконтуривающих шпуров).
2. Определение координат приконтурных шпуров в зонах «1» и «3» (см. рис. 1).
3. Определение координат отбойных шпуров в зоне «2» сечения выработки (см. рис. 1).
4. Автоматизированное проектирование паспорта БВР на основе рассчитанных координат шпуров.
Шпуры в зонах «1» и «3» размещаются согласно по описанным выше условиям, применительно к конкретным горно-геологическим условиям определяется ЛНС. Расстояния между приконтурными шпурами вычисляются согласно поправочным коэффициентам. Положение шпуров в пределах вруба (зона «1») определяется в соответствии с его типом и условием применения. Площадь зоны «2», которую занимают отбойные шпуры, определяется по формуле S2 = SпрS1S3, где: Sпр – площадь выработки в проходке; S1 – площадь вруба; S3 – площадь, занимаемая оконтуривающими шпурами. Зона «2» покрывается равномерной сеткой с шагами Δx и Δz по горизонтали и вертикали. Целесообразно использовать равномерную сетку с шагами Δx = Δz = d, где d – диаметр шпура. В процессе размещения шпуров заполняется массив признаков, в котором каждая ячейка определяется как шпур либо участок в зоне его влияния или участок вне зоны его влияния (рис. 2). площадь выработки в проходке; S1 S3Δ и Δ по горизонтали и вертикали. Целесообразно использовать равномерную сетку с шагами Δ = Δ = d, где d

 

В пределах площади отбойных шпуров вокруг каждого шпура строится круговая область его влияния с радиусом влияния Rшп, который принимается равным ЛНС, взятой с поправочным коэффициентом. Ячейки, более чем половина площади, которых попала в пределы такого круга, считаются находящимися в зоне влияния шпура. Положение центров шпуров устанавливается из условия минимального наложения соседних зон влияния (рис. 3): (SшпSмах ) < ∆S, м2, где Sшп – площадь зоны влияния размещаемого шпура вне существующих зон влияния уже размещенных шпуров; Smax – площадь зоны влияния отдельного шпура без наложения отдельных зон (Sмах = πα2 / 4); ΔS – площадь допускаемого перекрытия соседних зон, определяемая в виде ΔS = δSмах, где δ – безразмерный параметр оптимизации, зависящий от зоны сечения выработки. С помощью параметра δ можно регулировать частичное перекрытие круговых зон влияния соседних шпуров.

 

При вычислениях Sшп определяется как сумма площадей ячеек сетки, оконтуренных окружностью. Сначала размещаются шпуры в нижней и приконтурной части зоны «2». Далее шпуры распределяются по площади зоны «2» последовательно в незанятых участках путем просмотра свободных ячеек сетки вдоль лучей, выходящих из центра вруба. Порядок просмотра ячеек существенно влияет на конечное распределение шпуров в зоне «2». При этом используется условие оптимального размещения шпуров, причем параметр оптимизации δ может быть взят с другим значением, чем для приконтурной зоны. Пример расчета. Рассмотрим сечение выработки сводчатой формы, аналогичное тому. Горнотехнические характеристики и свойства пород приняты теми же, которые задавались при расчете размещения шпуров по существующей методике. Результаты размещения шпуров при значении критерия оптимизации представлены на рис. 4. В результате автоматического проектирования удалось добиться более равномерное распределение зон влияния по площади сечения зоны «2» в случае использования разработанного алгоритма. Количество отбойных шпуров составило 16 для обоих вариантов. Таким образом, оптимизация позволяет сократить значение этого параметра как минимум, на 30% по сравнению с существующей методикой. При этом можно избежать передробления в зоне ниже вруба и меньшее дробление ближе к приконтурной зоне по сравнению с принятым в настоящее время способом размещения шпуров.

 

Выводы. Разработан алгоритм оптимизации расположения отбойных шпуров в сечении горизонтальной выработки с применением буровзрывного способа. В основу алгоритма положен порядок расположения шпуров по прямоугольной сетке в сечении забоя выработки. Созданное программное обеспечение позволяет проектировать модели для различных типов сечений и основывается на принципе оптимального позиционирования круговой области влияния шпуров друг на друга. Алгоритм способен генерировать как симметричное, так и несимметричное расположение шпуров в сечении, что делает возможным более равномерное разрушение горных пород. Предложенный подход может учитывать влияние напряженно-деформированного состояние горных пород путем изменения коэффициента оптимизации расстояния между шпурами.

 

 

Литература

 

 

1. Хоменко О.Є., Кононенко М.М., Мальцев Д.В. Гірниче обладнання для підземної розробки рудних родовищ: довідковий посібник. – Д.: НГУ, 2010. – 340 с.
2. Хоменко О.Є. Огляд світового ринку бурової та навантажувальної техніки для розробки рудних родовищ / О.Є. Хоменко, М.М. Кононенко, Д.В. Мальцев // Науковий вісник НГУ. – 2005. – № 12. – С. 5–7.
3. Хоменко О.Є. Досвід використання бурового, навантажувального та допоміжного обладнання на рудних шахтах світу / О.Є. Хоменко, М.М. Кононенко, О.А. Долгий // Науковий вісник НГУ. – 2006. – № 1. – С. 18–21.
4. Шевцов Н.Р., Таранов П.Я., Левит В.В., Гудзь А.Г. Разрушение горных пород взрывом: учебник для вузов. – 4-е издание переработанное и дополненное – Донецк, 2003. – 253 с.
5. Меркулов А.В., Сильченко Ю.А., Скориков В.А. Проектирование паспортов буровзрывных работ при проходке горных выработок: Учебное пособие / Шахтинский институт ЮРГТУ. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. – 70 с.
6. Справочник по горнорудному делу / под ред. В.А. Гребенюка, Я.С. Пыжьянова, И.Е. Ефремова М.: Недра, 1983. – 816 с.

:: Архив аналитик ::

Сделать стартовой
Добавить в избранное
Поиск по порталу
Поиск по заглавиям, описаниям, ключевым словам страниц
Поиск по заглавиям, описаниям, ключевым словам и телу страниц
Новости

07.11.12
Пополнение библиотеки портала «Рудана»
Вышло из печати новое учебное пособие (Физико-химическая геотехнология / Н.М. Табаченко, А.Б. Владыко, О.Е. Хоменко, Д.В. Мальцев – Д.: НГУ, 2012. – 310 с.). Рецензентами выступили М.С. Четверик, доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор, заведующий отделом геомеханических основ разработки месторождений ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины и В.В. Цариковский, доктор технических наук, старший научный сотрудник, заведующий отделом подземных горных работ и геомеханики ГП «Научно-исследовательский горнорудный институт».


Аналитика

О.Е. Хоменко
Рудознатцы вооружаются синергетикой
Раскрыто понятие термина синергетика. Определены основные преимущества синергетического подхода в исследовании. Представлены результаты, полученные при использовании системного подхода с применением термодинамического метода исследования. Очерчен ряд актуальных задач, которые разрешимы с применением синергетического подхода.

Ответы на Ваши вопросы
Будьте в курсе всех новинок портала
Подпишитесь на рассылку
E-mail:
  Подписаться
Сообщить о неточностях
на сайте

?????????????-?????????????? ????? «Seminar»

????????????????? «??????»

Контактные лица по проекту:

Олег, e-mail: koordin@rudana.in.ua

Наталья, e-mail: romah-v@mail.ru

Page Rank Icon Rambler's Top100
Дизайн и поддержка: http://inter-biz.info/
Программирование: Пуляев Ю.А.