Формализация параметров буровзрывных работ при проходке горно-разведочных выработок

Естественный ход развития науки и техники привел к тому, что во все отрасли промышленности происходит тотальное внедрение новых информационных систем и технологий. Не остается в стороне от этого процесса и геологоразведочная отрасль. Современные компьютерные технологии широко применяются в управлении и экономике геологоразведки, в геофизике, в геоэкологии и в геоинформатике.

Весьма перспективным и продуктивным направлением применения современных информационных технологий является геолого-экономическое моделирование. Научные разработки в этой области, выполненные в МГГРУ под руководством проф. Е. А. Козловского показали, что применение компьютерной модели геологоразведочных работ дает возможность быстрей выйти на оптимальные режимы технологических процессов, резко улучшив технико-экономические показатели разведки месторождений. Это позволяет снизить материальные затраты и сократить сроки разведки месторождений.

Дальнейшее развитие геолого-экономического моделирования разведки месторождения полезных ископаемых неизбежно приводит к необходимости разработки обобщенных моделей производства тяжелых геологоразведочных работ, включающих бурение разведочных скважин и проведение горноразведочных выработок.

Эти работы являются сложными и охватывают самые различные процессы и операции. Так сооружение разведочной скважины включает не только собственно бурение и извлечение керна, но и целый комплекс работ, связанных с монтажом-демонтажем буровой установки, а также подготовкой площадки, прокладыванием дорог, ЛЭП, трубопровода и т. п. Для того чтобы создать объединенную модель, необходимо разработать поэлементные модели всех процессов, которые станут кирпичиками общего здания.

Определенные разработки в формировании модели бурения разведочных скважин были выполнены на кафедре Оптимизации геологоразведочных процессов МГГРУ. В их основу заложен принцип использования моделей элементов технологических операций, разработанных различными исследователями и организациями, оцениваемых лишь по адекватности описания реального технологического процесса бурения. Модель необходима для получения оценочных результатов при разработке технологии, поэтому не ее вид, а ее результаты должны однозначно определять окончательное технологическое решение. Именно такая постановка позволит эффективно и гибко использовать компьютерную модель в производственных условиях, давая технологам возможность корректировать систему путем замены одних локальных моделей (моделей элементов технологии) на другие.

Структурно модель технологического процесса бурения состоит из четырех основных блоков:

• ввода и выбора технических характеристик применяемого оборудования и инструмента;

• хранения и предварительной обработки технологической информации полученной по результатам реализаций технологии на объекте;

• оценки и прогноза параметров и критериев, характеризующих протекание технологического процесса;

• визуализации результатов моделирования технологических процессов бурения.

Горно-разведочные работы являются не менее сложными по набору процессов и операций, чем буровые. А скорее более сложными. Например, собственно процесс проведения горной выработки состоит из различных технологически и технически не схожих друг с другом процессов (бурение шпуров, заряжание и взрывание, уборка породы и т. д.). Они лишь объединены в общий цикл и следуют в определенной последовательности. Но для их выполнения требуется абсолютно разная техника и квалификация.

Вопросам оптимизации горно-разведочных работ были посвящены работы Куличихина Н. И., Рогинского В. М., Лукьянова В. Г. и др. Однако, они в то время не ставили своей целью разработку моделей, ориентированных на компьютерные технологии обработки информации. Хотя отдельные аспекты в их работах представляют интерес для разработки объединенной модели горно-разведочных работ.

Взрывной способ отделения горной породы от массива остается преобладающим при проведении горно-разведочных выработок. И хорошо известно, что от эффективности буровзрывных работ зависит эффективность всего цикла проходческих работ.

Проходческий цикл начинается с бурения шпуров. Поэтому традиционно во всех справочниках и учебниках изложение технологии буровзрывных работ начинается с рассмотрения техники и технологии бурения шпуров.

Однако, при проектировании проходческих работ прежде чем решить вопрос как и чем бурить, необходимо определить сколько шпуров надо бурить, на какую глубину и как их расположить в забое.

Таким образом, начинать проектирование проходческого цикла надо с рассмотрения технологии взрывной отбойки горных пород.

Настоящая работа посвящена исследованию особенностей взрывной отбойки горных пород в проходческом забое горно-разведочных выработок с целью разработки обобщенной модели шпуровой отбойки пород и составлению на ее базе методики компьютерного проектирования БВР.

При проектировании взрывной отбойки горных пород решаются два основных вопроса.

• Какое количество выбранного ВВ необходимо для качественного разрушения заданного объема горной породы.

• Как разместить расчетное количество ВВ в разрушаемом объеме породы, чтобы получить проектируемые показатели отрыва.

В основе любого расчета необходимого количества ВВ лежит его удельный расход в кг/м отбиваемой породы. Существующие методики расчета удельного расхода ВВ в проходческих забоях при всех их достоинствах имеют особенности, делающие их трудно совместимыми с современными информационными технологиями:

• Узкая область применения, ограниченная конкретными горнотехнологическими условиями.

• Нет однозначных рекомендаций по выбору факторов, влияющих на удельный расход ВВ.

• Размытые рекомендации делают методики малопригодными для использования в автоматизированных расчетах.

Еще сложнее является ситуация с размещением зарядов в отбиваемом массиве породы. Как правило, в литературе этот вопрос не рассматривается и отдается «на откуп» проектировщикам, и они проектируют комплекты шпуров, исходя из собственного опыта. Размещение отбойных и оконтуривающих шпуров, как правило, затруднений не вызывает. Но размещение врубовых шпуров, особенно в прямых врубах, становится сложной задачей, которую решают в основном методом проб и ошибок.

В настоящее время в горной промышленности все шире внедряется высокопроизводительное буровое оборудование, которое предусматривает увеличение глубины шпуров до 3 м, а судя по тенденциям отечественного и зарубежного опыта, в перспективе и до 5 м. При такой глубине шпуров клиновые врубы полностью вытесняются прямыми врубами с 1−2 врубовыми скважинами или шпурами.

Современные технологии управления производством требуют предельной формализации любых расчетов. Такие технологии не должны базироваться на опыте отдельно взятого человека.

Для того чтобы разработать математическую модель технологического производства, необходимо предельно формализовать все взаимосвязи и взаимозависимости между всеми технологическими процессами. Это необходимо сделать не только с точки зрения геолого-экономического моделирования, но и с точки зрения управления как процессами БВР, так и управления и автоматизации всеми процессами проходческого цикла в забое горно-разведочных выработок.

Управление процессами проходки с активным использованием компьютеров стало реальностью. Ярким примером такого управления является финская технология «Computerized Drill and Blast Method» (Компьютеризированные буровзрывные работы). По ней автоматизация процесса поднялась от уровня проектирования процесса БВР до уровня управления процессом, когда сенсоры, установленные на перфораторах, по скорости бурения шпуров определяют крепость горной породы, и в зависимости от нее ботовой компьютер бурильной установки меняет параметры паспорта БВР.

Все вышесказанное позволяет сказать, что актуальным являются:

1. Исследование влияния различных горно-технологических факторов на удельный расход ВВ при проведении горно-разведочных выработок и разработка универсальной методики расчета удельного расхода ВВ, которая не зависит от конкретных условий, учитывает основные факторы, влияющие на удельный расход ВВ, а также легко адаптируется к современным компьютерным технологиям.

2. Исследование взрывной отбойки горных пород с применением прямых врубов и моделирование работы врубовых зарядов. Разработка методики расчета параметров прямых врубов, исходя из структурных особенностей и физико-механических свойств взрываемых пород, а также технологических параметров зарядов ВВ.

Необходимо отметить еще один важный стимул для развития моделирования технологических процессов геологоразведочных работ, — это современные проблемы подготовки и переподготовки инженерных кадров. Российская Федерация встала на путь всеобщей компьютеризации средней школы. Количество выпускников школ, активно владеющих компьютерами, с каждым годом увеличивается. По этому не только МГУ, МИФИ и т. п., но и все остальные ВУЗы должны быть готовы к преподаванию всех дисциплин, включая не только фундаментальные, но и сугубо прикладные технологические, на уровне, адекватном современным компьютерным технологиям.

Все вышеизложенное делает проблемы формализации взаимосвязей технологических процессов горно-разведочных работ и разработки их компьютерных моделей особенно актуальными.

Заключение

.

Взрывной способ отделения горной породы от массива остается преобладающим при проведении горно-разведочных выработок. И от эффективности буровзрывных работ зависит эффективность всего цикла проходческих работ.

В основе любого расчета БВР лежит удельный расход взрывчатого вещества (ВВ). Анализ методик расчета удельного расхода ВВ выявил ряд недостатков, основные из которых: о В основном традиционные методики основаны на эмпирических рекомендациях для конкретных условий. о Нет четких рекомендаций по выбору факторов, влияющих на удельный расход ВВ. о «Размытые» рекомендации делают методики малопригодными для использования в автоматизированных расчетах.

В настоящее время в горной промышленности все шире внедряется высокопроизводительное буровое оборудование, которое предусматривает увеличение глубины шпурового комплекта до 3 м, а судя по тенденции отечественного и зарубежного опыта, в перспективе и до 5 м. При такой глубине шпуров клиновые врубы полностью вытесняются прямыми врубами с 1−2 врубовыми скважинами или шпурами.

В этой связи актуальными являются:

1. Разработка универсальной методики расчета удельного расхода ВВ, которая не зависит от конкретных условий, учитывает основные факторы, влияющие на удельный расход ВВ, а также легко адаптируется к современным компьютерным технологиям.

2. Исследование взрывной отбойки горных пород с применением прямых врубов, моделирование работы врубовых зарядов. Разработка методики расчета параметров прямых врубов, исходя из структурных особенностей и физико-механических свойств взрываемых пород, а также технологических параметров зарядов ВВ.

В результате исследований:

1. Проведен анализ существующих методик расчета удельного расхода ВВ, на основе которого сформулированы основные требования к универсальной методике расчета и определены основные факторы, влияющие на удельный расход ВВ. Это позволило разработать универсальную методику расчета удельного расхода ВВ.

2. Раскрыта технологическая сущность коэффициента влияния площади поперечного сечения выработки на удельный расход ВВ.

3. Установлено, что коэффициент влияния площади поперечного сечения горно-разведочной выработки зависит не только от площади забоя, но и от крепости горной породы.

4. Раскрыто явление бокового зажима врубовых зарядов. Оно заключается в увеличении затрат энергии, требуемой для дробления горной породы вследствие изменения ее напряженного состояния.

5. Разработана методика расчета параметров зарядов ВВ, работающих в сторону свободной поверхности ограниченных размеров разных конфигураций.

6. Разработана методика определения критических параметров зарядов прямых врубов.

7. Разработано программное обеспечение для оперативного расчета параметров БВР.