Моделирование трёхмерной модели блока осуществляется с использованием последнего ряда взорванных скважин

Корниенко А.В., ГоИ КНЦ РАН, г. Апатиты

Проектирование массовых взрывов (МВ) при ведении открытых горных работ является одним из самых сложных, ответственных и трудоемких видов инженерной деятельности. Обусловлено это значительным объемом оперативной информации, необходимой для проектирования МВ. Информация имеет разнородный характер, что требует взаимодействия различных производственных служб: маркшейдерской (данные о фактическом местоположении бровок уступов, высотных отметках площадок, геометрии предохранительных валов и неподобранных развалов породы от предыдущих взрывов, координатах следов взрывных скважин вышележащих блоков), геологической (данные о контактах рудных тел (пластов) и свойствах горных пород), технической (направление и последовательность развития горных работ, наличие и местоположение объектов технологического оборудования и инфраструктуры). Использование бумажной основы для обмена информацией в процессе проектирования ведёт к возникновению и накоплению неточностей и ошибок, ухудшает оперативность и в итоге снижает качество проектов.

В статье представлены результаты разработки средств автоматизированного проектирования массовых взрывов на карьерах. В качестве среды для реализации инструментов проектирования использована платформа многооконного графического редактора GeoTech-3D, входящего в состав горной интегрированной системе MineFrame. Перечислены основные этапы проектирования, даны иллюстрации использования инструментальных средств. Предложены направления дальнейшего развития подсистемы автоматизированного проектирования массовых взрывов на карьерах.

Существенное улучшение качества проектов МВ при снижении времени на их подготовку возможно при автоматизации всего процесса проектирования на основе использования средств компьютерного моделирования объектов горной технологии.

Указанный вариант автоматизации реализован в рамках Горной интегрированной системы MineFrame [1-3], направленной на комплексную автоматизацию решения геологических, маркшейдерских и технологических задач в едином информационном пространстве горного предприятия. Достигается это средствами 3-мерного моделирования объектов горной технологии и коллективного доступа к удаленным базам данных (БД) с использованием локальной вычислительной сети предприятия [3].

Проектирование массовых взрывов в системе MineFrame реализовано в виде подсистемы, функционирующей в среде многооконного графического редактора GeoTech-3D и выполняющей следующие операции:

1. Построение трёхмерной модели взрывного блока

Проектирование взрывного блока производится на основе модели карьера, сформированной по данным маркшейдерских съёмок. Построение трёхмерной модели блока осуществляется с использованием моделей бровок уступов, точек и линий гипсометрии площадки, линий предохранительного вала и последнего ряда взорванных скважин. Результатом построения является векторная модель блока, включающая в себя контуры его верхнего и нижнего основания, рассчитанные на основе заданного угла откоса уступа и высотной отметки подошвы блока. На этом шаге при наличии данных геологического опробования в виде моделей проб имеется возможность расчёта объемных и качественных показателей блока. Расчеты выполняются с использованием каркасной модели карьера, что позволяет учитывать особенности гипсометрии уступа в модели блока.

2. Учёт следов ранее взорванных скважин

При проектировании блока с точки зрения безопасности необходимо учитывать следы скважин, оставшиеся после взрывания блоков вышележащих горизонтов. Для этого предусмотрена возможность «выноса следов» скважин на площадку формируемого блока. Расчёт производится на основе информации, содержащей в моделях блоков вышележащих горизонтов. При их отсутствии предусмотрена операция ввода данных о «следах» скважин по данным маркшейдерской съемки. При этом следы скважин отображаются на площадке проектируемого блока окружностями заданного радиуса, величина которого выбирается исходя из возможности ошибки при определении координат.

3. Создание моделей взрывных скважин

Приступая к процедуре размещения скважин, необходимо задать общие параметры, такие как: порядковый номер массового взрыва на карьере; наименование блока в принятой на руднике системе именований; категория пород по взрываемости; удельный вес породы; диаметр скважин; отметка, на которой располагается контур (бровка), ограничивающий подошву блока; высота уступа. На основе данных о категории пород по взрываемости, высоте уступа и диаметре скважин автоматически выбираются параметры размещения скважин. К указанным параметрам относятся ЛСПП, расстояние между рядами и между скважинами, перебур и недозаряд для первого ряда, для скважин палетки и контурного ряда.

Построение первого и второго рядов является сложной алгоритмической задачей ввиду множества граничных условий, подлежащих учёту.

Для перекрытия всего диапазона возможных ситуаций предусмотрен набор параметров, управляющих процессом размещения скважин. Среди них возможность создания скважин первого и второго рядов с различными параметрами проектирования в пределах одного блока БВР, что позволяет более полно учитывать его особенности.

После создания моделей скважин первого и второго ряда производится размещение скважин по палетке на площадке блока. Управлять размещением скважин можно, изменяя следующие параметры: тип палетки (шахматная/квадратная), размер ячейки палетки, величина недозаряда и перебура для формируемых скважин. Операция по размещению скважин по палетке осуществляется в интерактивном режиме.

На этом этапе система отслеживает попадание формируемых скважин в «следы» ранее взорванных. Предусмотрена также возможность размещения скважин по палеткам с различными характеристиками в пределах одного блока.

4. Редактирование параметров скважин в ручном режиме

Результаты автоматизированного размещения скважин в некоторых случаях могут не удовлетворять проектировщика. Для этого предусмотрена возможность ручной корректировки (перемещение, удаление, добавление, изменение параметров) моделей скважин. Для удобства редактирования параметры выбранной скважины отображаются в табличной форме (рис.1). Изменение параметров приводит к автоматическому изменению моделей.

В силу того, что на блоке могут быть выделены участки с различными упруго-прочностными и технологическими характеристиками, для каждого такого участка может быть выполнена отдельная процедура размещения скважин, в том числе только в ручном режиме.

Рис.1. Корректировка параметров скважин в ручном режиме.

5. Выбор конструкции заряда

При проектировании блока необходимо учитывать конструкции зарядов, применяемые при производстве взрывных работ. Для решения это задачи создан специализированный редактор, с помощью которого пользователь имеет возможность создавать конструкции зарядов и использовать их при проектировании.

Элементами конструкции заряда являются взрывчатые вещества, инертные промежутки, забойки и боевики. Для каждого из указанных элементов необходимо ввести соответствующие параметры, которые будут учитываться при формировании отчётной документации. Для ВВ этими параметрами являются энергия и плотность, для материалов забойки – плотность и для боевиков – масса и замедление. Ввод и отображение параметров для удобства реализованы в табличной форме. Используя редактор, можно формировать конструкции зарядов различной степени сложности.

На основе конструкций зарядов и упруго-прочностных характеристик ГП, представленных в блоке, выполняется расчёт прогнозируемых зон разрушения. Результаты расчета отображаются в виде зон различного цвета в соответствии со степенью разрушения ГП (рис.2). Использование информации по прогнозируемому разрушению массива ГП позволяет вносить необходимые поправки для достижения более качественного дробления блока в соответствии с поставленной перед технологом задачей.

Рис. 2. Вертикальный разрез с отображением прогнозируемых зон разрушения

6. Формирование схемы инициирования

Важным этапом при проектировании МВ является построение схемы инициирования зарядов в скважинах. Для этого предусмотрены инструменты объединения скважин в сеть с учётом характеристик используемого средства инициирования, а также инструменты для установки замедлителей между элементами схемы. При этом учитываются такие параметры как время замедления (для замедлителя) и скорость детонации (для средства инициирования). Работа с указанными параметрами осуществляется в табличной форме. После создания схемы инициирования автоматически производится расчёт времени взрыва блока в целом, а также времени взрыва каждой скважины. Для проверки схемы инициирования имеется возможность просмотра последовательности взрывания скважин во времени (рис.3).

Рис.3. Воспроизведение последовательности взрывания скважин.

7. Формирование графической документации по блоку (планы, разрезы)

Подготовка технологической документации проекта блока включает в себя вывод на чертёж его плана и нескольких разрезов. Средства подсистемы позволяют сформировать их в автоматизированном режиме, экспортируя графическую информацию в приложение, отвечающее за подготовку и хранение технологической документации по МВ на блоке. В качестве стандартного формата для экспорта графической информации используется «*.dxf» - формат.

Основными выходными графическими документами подсистемы проектирования МВ являются:

1. Схема размещения скважин на блоке.

2. Зарядная карта.

3. Схема коммутации зарядов.

4. Чертежи конструкции зарядов.

8. Подготовка текстовой документации для обуривания и заряжания блока

Для формирования текстовой части документации по МВ предусмотрен экспорт данных из GeoTech-3D в Excel. Часть расчётных формул (таких как расход ВВ, выход горной массы с 1 погонного метра скважины и пр.) может быть задана пользователем непосредственно в шаблоне Excel.

При формировании данных для экспорта используются модели скважин блока, информация по которым, представленная в виде таблиц, упрощает работу по расчету сводных параметров и формированию проектной документации МВ.

Основные выходные текстовые документы содержат:

1. Общие сведения.

2. Таблицу параметры МВ.

3. Геологическую записку.

4. Маркшейдерскую записку.

5. Таблицу расчёта ВВ по скважинам.

6. Расчет разлёта кусков породы.

7. Оценку сейсмического воздействия.

8. Оценку воздействия ударно-воздушных волн.

9. Ввод данных фактического бурения в модель блока

После обуривания блока по проекту МВ, маркшейдерская служба выполняет съёмку фактических координат устьев скважин, замеры их глубин, измерение азимутов и углов наклона. Полученные данные могут быть внесены в проект МВ и использованы для его уточнения.

Сам проект МВ является связанным набором графических, цифровых и текстовых данных, хранящихся в БД. Таким образом, по мере создания проектов МВ формируется их архив, данные которого могут быть использованы для создания проектов последующих МВ.

В заключение следует отметить, что развитие подсистемы проектирования МВ ведётся в направлении моделирования результатов МВ (развала ГП), что позволит выполнять оптимизацию параметров МВ уже на ранних стадиях формирования проекта и выйти на автоматизацию решения задач оперативного планирования и управления качеством.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лукичев С. В. , Наговицын О. В. Автоматизированная система MineFrame 3.0. – Горная промышленность, № 6, 2005, С.32-35.
2. Лукичев С. В. , Наговицын О. В., Корниенко А.В. Автоматизированное проектирование карьерных массовых взрывов на основе компьютерного моделирования объектов горной технологии. Сборник трудов 4-ой международной научной конференции. М., 2005, с.160-165.
3. Лукичев С. В. , Наговицын О. В., Корниенко А.В. Автоматизированное проектирование карьерных массовых взрывов в горной интегрированной системе MINEFRAME. Физические проблемы разрушения горных пород, С.Петербург, сентябрь 2006.

Журнал "СЕВЕР промышленный" № 12 2007 г.