Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса 8
1.1. Обзор теоретических исследований в области взрывного разрушения и формирования развала горных пород 8
1.2. Анализ теории и практики проектирования массовых взрывов для открытых горных работ 16
1.3. Обзор программного обеспечения для проектирования карьерных массовых взрывов .
1.3.1. Обзор систем автоматизированного планирования и проектирования горных работ. 18
1.3.2. Обзор систем автоматизированного планирования и проектирования горных работ со встроенными модулями проектирования БВР 22
1.3.3. Обзор специализированных программных продуктов, ориентированных на
реализацию функций проектирования БВР 24
Выводы по главе 1 25
2. Разработка имитационной модели разрушения и перемещения горных пород 27
2.1. Моделирование взрывного разрушения массива ГП 28
2.1.1. Формулы и алгоритм расчета параметров разрушения при взрыве бесконечно длинного цилиндрического заряда 29
2.1.2. Расчёт параметров буровзрывных работ на основе радиуса зоны регулируемого дробления 38
2.1.3. Формирование модельного представления о взрыве скважинного заряда 42
2.1.4. Формирование модельного представления о разрушении массива ГП короткозамедленным взрывом скважинных зарядов 46
2.2. Моделирование перемещения разрушенной ГП и формирование её развала 49
2.2.1. Нахождение координат «кусков» и вектора их скорости 50
2.2.2. Моделирование поверхности развала ГП 52
Выводы по главе 2 55
3. Разработка подсистемы автоматизированного проектирования карьерных массовых взрывов 56
3.1. Требования к программным средствам автоматизированного проектирования карьерных массовых взрывов 57
3.2. Платформа для реализации программных средств автоматизированного проектирования MB 58
3.3. Разработка средств автоматизации решения маркшейдерских задач, обеспечивающих функционирование подсистемы проектирования массовых взрывов
3.3.1. Ввод и обработка данных тахеометрических съёмок бровок уступов 60
3.3.2. Вынос координат устьев моделей взрывных скважин на площадку взрывного блока 64
3.3.3. Ввод данных фактического бурения в модель блока 65
3.4. Разработка подсистемы проектирования карьерных массовых взрывов 66
3.4.1. Создание трёхмерной модели взрывного блока 67
3.4.2. Вынос на модель взрывного блока «следов» ранее взорванных скважин 70
3.4.3. Создание моделей скважин первого и второго рядов 70
3.4.4. Создание скважин по палетке 75
3.4.5. Формирование контурного ряда 79
3.4.6. Редактирование параметров взрывных скважин в ручном режиме 80
3.4.7. Формирование конструкций скважинных зарядов з
3.4.8. Контроль результатов размещения взрывных скважин, формирование графической технологической документации 84
3.4.9. Уточнение параметров моделей скважин в соответствии с данными фактического бурения 3.4.10. Создание схемы инициирования скважинных зарядов 88
3.4.11. Расчёт и визуализация безопасных зон 100
3.4.12. Моделирование развала взрывного блока 101
3.4.13. Формирование текстовой технологической документации по MB 104
Выводы по главе 3 106
4. STRONG Опытно-промышленная проверка подсистемы автоматизированного проектирования
массовых взрывов на карьерах STRONG 108
4.1. Характеристика площадок, использованных для проверки функционирования подсистемы автоматизированного проектирования массовых взрывов 109
4.2. Примеры проектов массовых взрывов на рудниках ОАО «Апатит» и ОАО «Оренбургские минералы»
Выводы по главе 4 122
Заключение 123
Список используемой литературы 1
- Обзор программного обеспечения для проектирования карьерных массовых взрывов
- Расчёт параметров буровзрывных работ на основе радиуса зоны регулируемого дробления
- Ввод и обработка данных тахеометрических съёмок бровок уступов
- Примеры проектов массовых взрывов на рудниках ОАО «Апатит» и ОАО «Оренбургские минералы»
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Буровзрывные работы являются одним из самых сложных, трудоёмких и ответственных технологических процессов при разработке месторождений твёрдых полезных ископаемых открытым способом. В себестоимости руды, добываемой с использованием массовых взрывов (МВ), затраты на их подготовку составляют до 30% от общих затрат. От качества взрывной подготовки горной массы, где одним из определяющих факторов является проект МВ, зависят затраты на выемку, транспортировку и переработку полезного ископаемого (ПИ).
Теоретические и экспериментальные исследования в области взрывного разрушения горных пород (ГП), выполненные различными авторами, показывают, что показатели разрушения находятся в тесной взаимосвязи как с упруго-прочностными характеристиками и структурными особенностями ГП, так и геометрическими размерами, энергетическими характеристиками, пространственным положением и характером взаимодействия зарядов взрывчатого вещества (ВВ). Отсюда следует, что выбор рациональных параметров буровзрывных работ (БВР) и схем инициирования зарядов ВВ является важным элементом проектирования МВ.
Проектирование МВ основано на использовании геологической, маркшейдерской и технологической информации, поэтому актуальной является организация оперативного режима обмена информацией между соответствующими службами предприятия. На сегодняшний день большинство горных предприятий при проектировании МВ для передачи и обработки информации применяет либо «бумажную» технологию, либо цифровую с незначительным использованием средств автоматизации решения проектных задач и подготовки технологической документации. Ввиду этого процесс проектирования замедляется и усложняется, а инженерные решения могут содержать неточности и ошибки, снижающие качество проектов. Использование подобной устаревшей технологии проектирования МВ делает достаточно трудоёмкой процедуру выпуска технологической документации, что увеличивает сроки её подготовки.
Исходя из вышесказанного, повышение качества и снижение трудоёмкости проектирования МВ является актуальной задачей, решить которую можно путём разработки средств автоматизированного проектирования и подготовки технологической документации на основе трёхмерного моделирования условий взрывания и параметров разрушения массива ГП.
Диссертационная работа выполнялась в период с 2005 по 2010г.г. в соответствии с планами научно-исследовательских работ Горного института Кольского Научного Центра РАН. В диссертации приведены результаты исследований, выполненных по направлениям фундаментальных исследований 7.7.«Комплексное освоение недр и подземного пространства Земли. Разработка новых методов освоения природных и техногенных месторождений. Развитие нефтегазового комплекса России», 7.13.«Разработка методов, технологий, технических и аналитических средств исследования поверхности и недр Земли, гидросферы и атмосферы. Геоинформатика» в рамках следующих тем: “Развитие методов системного анализа и компьютерного моделирования для решения задач комплексного освоения минерально-сырьевых ресурсов региона” (2004-2006г.г.), “Развитие методов геоинформационного обоснования параметров систем горного производства на основе моделирования технологических процессов” (2007-2009г.г.).
В диссертационной работе использованы результаты исследований, выполненных по хозяйственным договорам с ОАО «Апатит» и ОАО «Оренбургские минералы».
Цель работы заключается в разработке методических и программных средств автоматизированного проектирования карьерных МВ и моделирования результатов взрывного разрушения массива ГП.
Идея работы состоит в использовании трёхмерного моделирования для учёта условий взрывания, параметров разрушения и развала ГП при реализации алгоритмов автоматизированного проектирования МВ и подготовки технологической документации.
Объект исследований – БВР при разработке месторождений ПИ открытым способом.
Предмет исследования – автоматизация процесса проектирования МВ, как составной части БВР.
Задачи исследований:
Получение аналитической зависимости для расчета радиусов зон регулируемого дробления от взрыва цилиндрических зарядов.
Разработка имитационной модели разрушения и перемещения ГП короткозамедленным взрывом скважинных зарядов в трёхмерном пространстве.
Разработка алгоритмов и программных средств автоматизированного проектирования карьерных МВ.
Отработка методики автоматизированного проектирования карьерных МВ.
Опытно-промышленная проверка программных средств автоматизированного проектирования карьерных МВ.
Основные научные положения, выносимые на защиту
Аналитическая зависимость для определения радиусов зон регулируемого дробления от взрыва цилиндрических зарядов, полученная в результате решения системы одномерных, осесимметричных уравнений механики твёрдого тела в квазистатическом приближении с учётом стохастического характера разрушения, позволяет реализовать алгоритм расчёта зон интенсивности разрушения массива ГП вокруг скважинных зарядов.
Имитационная модель разрушения и перемещения ГП при короткозамедленном взрывании группы скважинных зарядов обеспечивает реализацию инструмента анализа процесса формирования поверхности отрыва и геометрии развала в трёхмерном пространстве.
Программные средства автоматизированного проектирования карьерных МВ повышают полноту использования горно-геологической информации, обеспечивают специалистов инструментами анализа проектных решений и подготовки технологической документации.
Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий в себя анализ исследований в области взрывного разрушения ГП, обзор существующих программных средств проектирования МВ, анализ и обобщение методик проектирования МВ, применяемых на горнодобывающих предприятиях. При реализации алгоритмов автоматизированного проектирования МВ использованы методы аналитической геометрии, линейного и динамического программирования, имитационного моделирования.
Научная новизна.
Получена аналитическая зависимость для определения радиусов зон регулируемого дробления при взрыве скважинных зарядов, позволяющая на основе данных об упруго-прочностных характеристиках ГП, энергетических характеристиках и геометрических размерах зарядов с учётом стохастического характера разрушения массива определять границы зон интенсивности разрушения с заданным линейным размером максимального куска.
Создана имитационная модель разрушения и перемещения ГП при многорядном короткозамедленном взрывании скважинных зарядов, реализующая механизм формирования поверхностей отрыва и развала на основе замены скважинных зарядов эквивалентными сферическими и учёта их совместного влияния на процесс формирования трещин отрыва и величину вектора скорости при баллистическом характере движения оторванных от массива кусков и их взаимодействии как между собой, так и неподвижной поверхностью.
Разработаны программные средства и предложена методика автоматизированного проектирования карьерных МВ, обеспечивающая комплексное решение задач инженерного обеспечения взрывных работ на основе расчёта параметров БВР, создания модели взрывного блока, формирования конструкций зарядов, автоматизированного размещения взрывных скважин, интерактивного режима формирования схемы их инициирования, подготовки технологической документации.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
сопоставимостью результатов аналитических расчётов с данными теоретических и экспериментальных исследований других авторов;
положительными результатами опытно-промышленной проверки методики и программных средств автоматизированного проектирования МВ.
Практическое значение работы заключается в создании на платформе горной интегрированной системы MineFrame подсистемы автоматизированного проектирования карьерных МВ, обеспечивающей на основе моделирования условий взрывания скважинных зарядов автоматизированный режим формирования графической и текстовой технологической документации.
Реализация результатов работы.
Результаты исследований и методические рекомендации вошли составной частью в инструкцию к системе MineFrame «Книга IV. Инструменты технолога. Руководство пользователя» Минск, 2009, 132 с.
Подсистема автоматизированного проектирования МВ используется на Восточном руднике ОАО «Апатит» и в ОАО «Оренбургские минералы».
Переход к практике автоматизированного проектирования карьерных МВ повышает производительность труда технологов-проектировщиков и создаёт предпосылки для повышения качества проектных работ.
Личный вклад автора заключается в формулировании и реализации научных положений, выносимых на защиту.
Апробация результатов диссертационной работы. Основные положения работы докладывались на 8-ом международном симпозиуме «Горное дело в Арктике» (Апатиты, 2005), на Пятой международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» (Санкт-Петербург, 2006), на Неделе Горняка (Москва, 2007, 2009, 2011), на IV школе молодых учёных и специалистов «Сбалансированное природопользование» (Апатиты, 2007), на всероссийской научной конференции с международным участием «Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ» (Апатиты, 2008), на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы и тенденции рационального и безопасного освоения георесурсов» (Апатиты, 2010), на заседаниях технических советов ОАО «Апатит».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Содержание работы изложено на 137 страницах машинописного текста и содержит 39 рисунков, 1 таблицу, список используемой литературы из 105 наименований, 2 приложения.
Автор выражает признательность своему научному руководителю доктору технических наук С.В.Лукичёву за постоянную поддержку, ценные рекомендации и помощь при работе над диссертацией, кандидату технических наук О.В.Наговицыну за ценные советы и замечания при подготовке работы к защите, а также разработчикам системы MineFrame за практическую помощь при разработке подсистемы автоматизированного проектирования карьерных МВ.
Обзор программного обеспечения для проектирования карьерных массовых взрывов
Концепция взрывного разрушения горных пород с середины 1950-ых г.г. развивается по двум направлениям - в рамках теорий волнового и поршневого действия взрыва.
Г.П.Демидюк, являясь сторонником теории поршневого действия взрыва, в своих работах [5,10,11,72,80,83] отмечает, что процесс разрушения твёрдой среды взрывом, её предразрушение, является следствием образования и распространения в ней однократной волны сжатия, несущей на своём фронте часть энергии взрыва. Развитие и завершение процесса разрушения связано с энергией, оставшейся в газах взрыва после возникновения волны сжатия, и с поршневым действием расширяющихся газов. Так, в результате продолжающегося давления газов взрыва со стороны зарядной полости интенсивность смещения пород у свободной поверхности со временем возрастает, в результате чего происходит куполообразное вспучивание поверхности массива. Рост радиальных трещин в направлении от зарядной полости, смещение породы и вспучивание её поверхности обуславливают в близких к поверхности слоях дробление породы на куски, приходящие в поступательное движение в радиальных направлениях. Вследствие соударения движущихся кусков происходит их дополнительное дробление. Перемещающиеся в пределах снопа взрыва куски породы находятся в напряжённо-сжатом состоянии, вследствие чего могут дополнительно разрушаться за счёт перепада давления при вылете за границы снопа взрыва.
Теория волнового действия взрыва была предложена Г.И.Покровским и А.Н.Ханукаевым [22,23,76,78]. Г.И.Покровский дал качественное описание действия взрыва одиночного заряда в безграничном массиве и вблизи свободной поверхности [1,15,74,79,81]. По его мнению, в результате действия взрыва в окружающей среде возникает сильное сжатие, распространяющееся во все стороны от места взрыва и при этом характерным является то, что обычно сжатая зона среды после снижения давления газов сопровождается растянутой зоной. В сжатой зоне частицы движутся в направлении распространения волны деформаций, а в растянутой - в обратном направлении к центру заряда, что объясняет формирование кольцевых трещин наряду с радиальными. При достижении волной сжатия свободной поверхности, последняя отражается в сторону взрывной полости, формируя при этом волну растяжения. Отражение волны сжатия и одновременное её преобразование в волну растяжения происходит в основном по законам геометрической оптики или акустики. Вследствие того, что сопротивление всех ГП растяжению меньше сопротивления сжатию, волна растяжения производит гораздо более значительные разрушения, чем волна сжатия, и на гораздо большем расстоянии от заряда. Таким образом, по мнению Г.И.Покровского, для разрушения породы очень важно правильное сочетание действие взрыва с влиянием свободной поверхности [2]. Также существенное значение имеет то обстоятельство, что сопротивление сжатию, растяжению и различным разрушающим воздействиям у горных пород и грунтов зависит от времени действия соответствующей нагрузки. В работе [1] Г.И.Покровский отмечает, что чем больше заряд, тем значительнее это время, в результате чего более крупные заряды встречают обычно несколько меньшее сопротивление, чем заряды малых размеров. В то же время с повышением величины заряда бризантные формы работы взрыва приводят к образованию зоны раздавливания ГП вокруг взрывных полостей, способствуя тем самым росту непроизводительных затрат энергии ВВ.
Развивая теорию волнового действия взрыва, А.Н.Ханукаев отметил, что для отбойки крепких пород достаточно даже энергии отражённой волны [3]. Так, по его мнению, ударная волна формируется вплоть до момента окончания расширения взрывной полости, и в зоне пластических деформаций поглощается значительная часть потенциальной энергии заряда. При этом в ударную волну переходит 60-80% энергии ВВ. Длина фазы сжатия ударной волны пропорциональна длительности воздействия продуктов взрыва на стенки зарядной полости, что созвучно с выводами Г.И.Покровского. Зона первичного трещинообразования имеет размеры от 3 до 20 радиусов зарядной полости. За пределами этой зоны ударная волна вырождается в звуковую и разрушения производить не может, за исключением случая, когда имеется свободная поверхность и расположена она от заряда на расстоянии не более 60-100 радиусов зарядной полости. Для снижения непроизводительных затрат на переизмельчение ГП автор помимо учёта характеристик ВВ в работе [3] отмечает влияние радиальных зазоров при использовании рассредоточенных зарядов. Так, изменением условий взрывания заряда можно добиться существенного уменьшения радиуса зоны пластических деформаций и зоны первичного трещинообразования и за счёт этого увеличить количество энергии, переносимой волной напряжений, а следовательно, обеспечить более эффективное воздействие волны на открытые поверхности и на естественные трещины. Данные выводы подтверждены также в работах Л.Н.Марченко [3,44,54,73] в отношении рассредоточенных зарядов с воздушными промежутками, за счёт которых, согласно исследованиям, изменяется механизм взрыва за счёт перераспределения его энергии и значительно повышается полезная работа взрыва. В работе [45] данные выводы подтверждаются, а также отмечаются пути увеличения времени действия взрыва на массив с помощью изменения параметров конструкции заряда. Помимо характеристик конструкции заряда согласно работе А.А.Блинова [4] существенное влияние на результат взрыва оказывает конфигурация зарядов в группе при отбойке трещиноватых и монолитных руд. Данный вывод подтверждается также в работах [43,50,53] . При этом в работе [52] Ракишев Б.Р. отмечает, что разрушения в торцевой (донной) части заряда практически отсутствуют.
Применение математических методов при решении задач действия взрыва на различные среды привело к дальнейшему развитию теории разрушения ГП взрывом и определению параметров формируемого развала.
Так, в работах В.Н.Родионова [6,39-42] представлены расчётные формулы математической модели взрыва в упруго-пластической среде. Согласно этой модели в результате взрыва в среде выделяются 3 зоны разрушения: зона раздавливания, зона радиальных трещин и зона упругих деформаций. Наличие этих зон объясняется тем, что при взрыве ВВ взрывная полость расширяется под действием давления содержащихся в ней продуктов детонации до тех пор, пока статическое напряжённое состояние среды не сможет уравновесить это давление.
Расчёт параметров буровзрывных работ на основе радиуса зоны регулируемого дробления
Приведенные выше формулы и алгоритм расчёта радиусов зон раздавливания (Rx) и регулируемого дробления (гд) были получены для бесконечно длинного цилиндрического заряда (далее просто цилиндрического заряда), что в наибольшей степени соответствует условиям, в которых работает центральная часть реального достаточно длинного скважинного заряда (цилиндрического заряда, обладающего конечной длиной). Для создания модели, обеспечивающей расчет параметров разрушения в любой точке окрестности скважинного заряда, был использован приём замены сплошного цилиндрического заряда группой сферических зарядов, расположенных по оси цилиндрического заряда на одинаковом расстоянии друг от друга. Для выполнения условия подобия взрыва цилиндрического заряда и группы эквивалентных ему сферических зарядов по фактору разрушающего и метательного действия были введены следующие условия:
1. Суммарная величина напряжения от действия сферических зарядов равна радиальной компоненте напряжения на внешней границе зоны радиальных трещин радиуса гь приуроченной к центральной части цилиндрического заряда (рис.5).
2. Радиусы зон раздавливания для цилиндрического и эквивалентных ему сферических зарядов близки по размерам (рис.4).
Известно, что в квазистатическом приближении радиальная компонента напряжения в зоне радиальных трещин от взрыва цилиндрического и сферического заряда связана с пределом прочности на одноосное сжатие (аж) следующими соотношениями: (J4 = j (r4 /r) ac=a (rc Irf где сгД yrc - радиальная компонента напряжения соответственно для цилиндрического и сферического зарядов, гжц, гж - радиус зоны раздавливания соответственно для цилиндрического и сферического зарядов, г - переменная, представляющая собой расстояние от оси цилиндрического или центра сферического заряда до некоторой точки, лежащей между внешней границей зоны раздавливания (гж) и внешней границей зоны радиальных трещин (rt).
Для нахождения Д/ были проведены вычислительные эксперименты, которые показали, что рациональным значением является А/ = гжч. При таком расстоянии между эквивалентными сферическими зарядами и 7V=1000 (условия, формирующие эквивалент бесконечно длинному цилиндрическому заряду) для типичных ГП и ВВ при радиусе цилиндрического заряда го=0.125м радиус зоны раздавливания от взрыва цилиндрического заряда r =0.86M, а эквивалентного сферического - гж=0.608м. Такое отличие можно признать вполне приемлемым для замены цилиндрического заряда эквивалентными сферическими.
В целом алгоритм моделирования взрыва скважинного заряда заключается в следующем: 1. На основе данных об упруго-прочностных характеристиках ГП (Ею, К, v, &жСт, &рСт) и параметрах ВВ (r0) рвв, Qm, Кх) с использованием схемы расчета (рис.3) находится радиус зоны раздавливания (гжч) и радиальных трещин (г,) от взрыва цилиндрического заряда. Данный расчет выполняется для каждого скважинного заряда. 2. Скважинный заряд замещается группой эквивалентных сферических зарядов, расположенных по его оси. Количество сферических зарядов рассчитывается по формуле с округлением в сторону большего Nc = \Lc/r] (2.30) где Lc - длина скважинного заряда. 3. Приведённый радиус зоны раздавливания эквивалентного скважинного заряда (гжс) находится по формуле (2.29). 4. Величина напряжений в некоторой точке (х) области разрушения, находящейся от эквивалентного сферического заряда на расстоянии гп, вычисляется по формуле: =п=Л, (2.31) где 7Ж - вектор, модуль которого равен І ж =(7Ж\ГЖ Г„) , направленный от центра п-ого эквивалентного сферического заряда к точке х. Следует отметить, что предложенные формулы и алгоритм моделирования взрыва скважинного заряда не учитывают: местоположение боевиков и скорость детонации ВВ (в работе [92] на основе численного моделирования взрыва скважинного заряда было показано, что местоположение боевика не оказывает существенного влияния на размеры производимого разрушения); процесс утечки продуктов детонации через формируемые трещины отрыва и устье скважины, а также влияние на этот процесс забойки (в данной работе предполагается, что это влияние можно учесть при настройке параметров модели в результате сравнения результатов моделирования с реальными взрывами). 2.1.4. Формирование модельного представления о разрушении массива ГП короткозамедленным взрывом скважинных зарядов
Каждая ячейка регулярной сетки представляет собой объект (условное название - «призма»), содержащий список «кусков», формируемых в результате изменения границы отрыва. Область пространства, занимаемая «куском», имеет форму сферы, радиус которой {ган) в момент отрыва от массива ГП равняется радиусу окружности, вписанной в горизонтальную проекцию треугольника регулярной сетки. Масса куска (Ма) принимается равной Ma=2 raH prn S, (2.32) где ргп - плотность ГП в массиве, S - площадь горизонтальной проекции треугольника. «Кусок» формируется только в том случае, когда расстояние по вертикали, проходящей через геометрический центр «призмы», между старой и новой поверхностью отрыва превышает величину ган. Количество «кусков» в «призме» и местоположение их центров рассчитывается путём решения простой геометрической задачи.
Расчёт нового местоположения поверхности отрыва осуществляется по алгоритму, основанному на предположении о том, что фрагмент поверхности отрыва от скважинного заряда до геометрического центра треугольника регулярной сеточной поверхности формируется в том случае, когда модуль суммы векторов напряжений (2.31) сферических зарядов в этом центре превышает величину ар = ар lks, где ks - коэффициент влияния свободной поверхности (находится в диапазоне \ =ks =2, определяется). Фрагмент поверхности отрыва лежит в плоскости (рис. 7), которая проходит через точки начала и конца суммарного вектора напряжений от действия сферических зарядов, выходящего из центра треугольника. При этом, плоскость фрагмента поверхности отрыва ориентирована таким образом, что её нормаль лежит в плоскости, образованной осью скважинного заряда и геометрическим центром треугольника сеточной области. В том случае, если плоскость пересекает вертикальную линию, выходящую из точки треугольника, ниже поверхности отрыва, поверхность отрыва по этой линии перемещается в новое положение.
Ввод и обработка данных тахеометрических съёмок бровок уступов
Одной из задач при проектировании БВР является проектирование контурного взрывания для формирования новой поверхности откоса уступа с минимальными нарушениями массива ГП путём размещения скважин контурного ряда. Для решения данной задачи разработан инструмент «Контурный ряд».
Управление размещением скважин контурного ряда выполняется на основе следующих параметров: расстояние между скважинами в ряду, угол наклона скважин, величина перебура, смещение скважин относительно контура нижнего основания блока, параметры конструкции заряда. Для решения задачи качественного дробления ГП при сохранении массива вблизи формируемой поверхности откоса уступа разработан механизм размещения предконтурных скважин. Управляющими параметрами при размещении предконтурных скважин являются: величина перебура, расстояние до скважин контурного ряда, расстояние между рядами в случае наличия нескольких предконтурных рядов, расстояние между скважинами в ряду (рис.20).
Результатом применения средств автоматизированного размещения взрывных скважин является создание моделей последних с учётом требуемых параметров проектирования. Однако во многих ситуациях возникает необходимость уточнения параметров созданных моделей скважин в ручном режиме. С целью решения данной задачи создан инструмент «Скважины».
Инструмент предназначен для редактирования всех параметров как отдельной скважины, так и группы скважин, а также для добавления и удаления скважин в ручном режиме. К редактируемым параметрам скважины относится её глубина, азимут, угол наклона, длина различных элементов конструкции заряда, величина перебура и недозаряда. При этом в процессе редактирования одного из параметров при необходимости автоматически уточняются другие. Так, при изменении угла наклона скважины, автоматически корректируется её длина с учётом гипсометрии блока и заданной величины перебура, также уточняется цвет в соответствии с цветовой легендой длин скважин. При изменении длины скважины величина перебура уточняется автоматически, и наоборот. При изменении длины элементов конструкции заряда производится корректировка значения массы ВВ в скважине и величины недозаряда в случаях, когда изменяются соответствующие элементы конструкции (рис.21). Размещение скважин
Редактирование параметров модели взрывной скважины. В инструменте предусмотрена возможность добавления новых скважин и удаления существующих, а также изменения местоположения скважины в пределах блока. В случае перемещения скважины автоматически корректируется её длина согласно перебура и гипсометрии блока. В случае добавления новой скважины в требуемом месте блока автоматически вычисляется её длина, скважина автоматически «заряжается» на основе шаблона заряжания, используемого по умолчанию, цвет устанавливается в соответствии с цветовой легендой длин скважин. Номер добавленной скважине определяется как количество скважин, увеличенное на единицу. В случае удаления скважины из модели блока, производится корректировка номеров скважин, идущих по порядку после удалённой.
На результат действия взрыва скважинных зарядов в массиве ГП существенное влияние оказывают конструкции скважинах зарядов. Для моделирования конструкций зарядов разработан редактор, позволяющий интерактивно формировать конструкции различной степени сложности. С помощью редактора можно создавать модели зарядов на основе различных конструктивных элементов: ВВ, боевики, межзарядные промежутки, забойка (рис.22).
Модель конструкции заряда представляет собой скважину заданного диаметра и длины с набором элементов, находящихся на заданных расстояниях от устья скважины и имеющих определённую длину. Элементами конструкции заряда являются взрывчатые вещества, в которых могут располагаться боевики различного типа в требуемом количестве и на необходимом расстоянии от начала заряда, и забойки из различных материалов. Для ВВ учитываются следующие параметры: название, представляющее собой символьное обозначение ВВ, энергия в кДж/кг и плотность в кг/мЗ. Для забойки указывается её плотность в кг/мЗ и название материала забойки. К параметрам боевика относятся название боевика, его масса в кг, энергия в кДж/кг и замедление в мс.
Примеры проектов массовых взрывов на рудниках ОАО «Апатит» и ОАО «Оренбургские минералы»
Согласно разработанному механизму экспорта, данные передаются в ячейки таблицы Excel, в которую предварительно загружен шаблон технического расчёта и таблицы параметров MB. Данный механизм позволяет создавать пользовательские шаблоны таблиц и указывать ячейки, в которые должны быть переданные данные. На основе информации, экспортируемой в "Excel, в таблицах в виде формул могут быть выполнены дополнительные расчёты, такие как расход ВВ на метр кубический горной массы, расчёт безопасного расстояния по разлёту кусков горной массы и другие. При передаче данных о видах ВВ, типах используемых промежуточных детонаторов и средств инициирования рассчитывается количественная характеристика каждого типа материала. Данные экспортируются в виде подтаблиц, в которых указаны названия ВВ, средств инициирования, ПД и их количественные характеристики. Для экспорта данных о конструкциях зарядов создан механизм определения типовых конструкций на основе моделей взрывных скважин блока. Таким образом, в технический расчёт MB экспортируются только данные типовых конструкций зарядов.
1. Использование многооконного графического редактора GeoTech-3D системы MINEFRAME в качестве программной платформы для создания подсистемы автоматизированного проектирования MB обеспечивает совместное решение задач маркшейдерского обеспечения и проектирования MB.
2. Использование в качестве объектов проектирования трёхмерных цифровых моделей взрывных блоков, скважинных зарядов и схем их коммутации позволяет в максимальной степени учитывать условия и результаты взрывного разрушения массива ГП.
3. Применение алгоритмов оптимизации размещения взрывных скважин в границах блока и средств автоматизации подготовки технологической документации создаёт условия для ускорения процесса проектирования MB и повышения качества проектных решений.
4. Опытно-промышленная проверка подсистемы автоматизированного проектирования массовых взрывов на карьерах. Опытно-промышленная проверка подсистемы проектирования MB выполнялась на рудниках ОАО «Апатит» и ОАО «Оренбургские минералы».
ОАО «Апатит» образовано в 1929 году на базе уникальных Хибинских месторождений апатит-нефелиновых руд [94, 96]. За 80 лет своей работы предприятие добыло и переработало 1,7 млрд. т руды, выпустив более 600 млн. тонн апатитового и свыше 60 млн. т нефелинового концентратов.
ОАО «Апатит» входит в число крупнейших мировых производителей фосфатного сырья [99]. Основная продукция - экологически чистый апатитовый концентрат, используемый производителями фосфорных удобрений. Выпускаемый нефелиновый концентрат служит сырьем для производства глинозема, используется в стекольной и керамической промышленности.
Сегодня акционерное общество «Апатит» - горнохимический комплекс, в состав которого входят четыре рудника, две апатит-нефелиновые обогатительные фабрики, железнодорожный и автотранспортный цехи, а также другие вспомогательные подразделения.
Комбинат "Оренбургские минералы" [98] работает на базе Киембаевского месторождения и производит хризотиловое волокно широкого ассортимента по прогрессивной технологии, позволяющей удовлетворить специфические требования к производимой продукции различных производств. Продукция востребована как российскими потребителями, так и зарубежными.
ОАО "Оренбургские минералы" производит хризотиловое волокно 3-7 групп с различной длиной волокна. Кроме стандартных марок хризотила комбинат предлагает смеси марок хризотилового волокна с необходимыми потребителям показателями качества. Из отходов обогащения и вскрышных пород вырабатываются нерудные строительные материалы: щебень, отсев гранитный - посыпка крупнозернистая и песчано-щебеночные смеси.
На обоих предприятия в процессе рудоподготовки используется взрывное разрушение ГП с применением MB.
Доля хибинских месторождений в структуре мировых запасов апатитовых руд составляет около 30%. К настоящему времени подробно изучено девять месторождений апатит-нефелиновых руд. Шесть месторождений — Кукисвумчоррское, Юкспорское, Апатитовый цирк, плато Расвумчорр, Коашва и Ньоркпахк — эксплуатируются ОАО «Апатит» [95].
Мощность рудных апатитовых тел составляет примерно 150 м на Кукисвумчоррском месторождении, 90 м — на Юкспорском, 80 м — Апатитовый цирк», 100 м — на месторождении «Плато Расвумчорр», около 60 м — на Коашвинском и Ньоркпахкском месторождениях. Рудные тела имеют форму пластово-линзообразных залежей. Руды представлены различными разновидностями: пятнистыми, пятнисто-полосчатыми, брекчиевидными и другими [56].
В минералогическом отношении апатит-нефелиновые руды Хибин состоят из шести главных минералов: апатита, нефелина, полевого шпата, титаномагнетита, сфена и пироксена.
Балансовые запасы апатит-нефелиновых руд по эксплуатируемым месторождениям составляют 2,4 млрд т с содержанием Р205 15,2%. Апатит-нефелиновые руды Хибин отличаются высокой экологической чистотой по сравнению с другими источниками фосфатного сырья в мире, так как содержат мало фтора, мышьяка, стронция, ртути, кадмия, урана, иттрия.
Киембаевское месторождение [98] состоит из пяти залежей общей площадью по поверхности 2,5 млн.кв.м. Расположение рудных залежей весьма благоприятное для успешной эксплуатации, что позволяет вести их разработку открытым способом в карьере. Глубина карьера составляет около 200 м, ширина - более 1400 м, длина - более 2600 м.
Применительно к практике ведения БВР на Восточном руднике ОАО «Апатит» проекты MB содержат от 100 до 400 и более взрывных скважин, различаются как по сложности с точки зрения геометрии взрывных блоков, так и по технологическим особенностям, подлежащим учёту при проектировании. Ниже приведены примеры проектов MB, выполненных специалистами технического отдела Восточного рудника ОАО «Апатит» средствами САПР БВР системы MineFrame.
