Многокритериальная оптимизация зарядов буровзрывных скважин на карьере Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

---------------------------------- © Д.К. Потрссов, С.В. Ниязбасва,

2004

УДК 53.072

Д.К. Потресов, С.В. Ниязбаева

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАРЯДОВ БУРОВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН НА КАРЬЕРЕ

Семинар №10

На карьере мощность погрузочного, транспортного и дробильного оборудования на обогатительной фабрике рассчитана на куски руды определенного размера, что определяется качеством взрыва [1].

Качество взрыва характеризуется в основном равномерностью и крупностью дробления скального массива, процентом выхода крупных негабаритных кусков, состоянием подошвы уступа, шириной развала горной массы. Являясь начальным процессом технологии добычи открытым способом, взрывание определяет эффективность всех последующих процессов: выемки, погрузки, транспортирования и переработки минерального сырья. Именно поэтому совершенствование технологии буровзрывных работ на карьере так важно для предприятий горной промышленности [2].

В соответствии с «Едиными правилами безопасности при взрывных работах» [5] и «Инструкцией по производству массовых взрывов» [6] взрывные работы на карьерах должны производиться по типовым проектам. Он содержит исходные данные по взрываемости пород и типовые параметры, являющиеся основой расчета взрывов. Метод и порядок взрывных работ, принятые типовым проектом, должны обеспечить стабильные заданные результаты взрывания при принятой технологии горных работ [4]. Разделы, из которых состоит типовой проект производства буровзрывных работ, структурно представлены на рис. 1.

Расчет зарядов является одним из основных неординарных разделов типового проекта, в рамках которого определяются

Рис. 1. Состав типового проекта производства БВР

конструктивные элементы заряда (заряд и забойка) и параметры сетки скважин.

К расчетным параметрам метода скважинных зарядов относятся: удельный расход ВВ, масса скважинного заряда, конструктивные элементы заряда ВВ—длина заряда в скважине и длина забойки, расстояние между скважинами и т.д. При расчете взрывов технологически являются заданными: ширина и длина рабочих площадок, геометрические размеры взрываемых блоков (высота и углы откоса уступов,

ширина и длина блока), объем взрыва, требуемая кусковатость взорванной породы. Они подчинены общей принятой технологии горных работ, системе разработки и ее элементам, суммарной экономичности всех процессов.

Определяемые параметры скважин и зарядов представлены ниже [3]:

1. Глубина скважины £, (м) определяется высотой взрываемого уступа Н (см. рис. 2, а).

2. Диаметр скважины д (мм) выбирается на основе технико-экономических расчетов с учетом целесообразной степени дробления пород, масштаба и организации горных работ, влияния величины д на величину заряда, параметры сетки скважин и на выбор способа бурения.

3. Величина сопротивления по подошве (ЛСПП) Ж (м) взрываемых уступов (см. рис. 2). Сопротивлением по подошве называется горизонтальное расстояние от оси скважин до нижней бровки уступа. Величина Ж является основой дальнейших расчетов сетки скважин.

4. Расстояние между скважинами а (м) рассчитывается в зависимости от величины коэффициента сближения зарядов т (см. рис. 2).

5. Длина заряда Ьзар (м) в скважине

должна быть наибольшей для рассредоточения заряда по высоте уступа, что обеспечивает дробление пород. Для качественной проработки подошвы уступа для длины заряда должно выполняться условие (Ь3ар > Ж) .

6. Забойка скважины Ьза6 (м) должна быть плотной, а ее длина должна быть наибольшей для предотвращения утечек продуктов взрыва, выброса породы и образования сильной ударной воздушной волны. Длина забойки также ограничивается по условию возможного удаления заряда ВВ от кровли уступа и размером зоны нерегулируемого дробления. Длина забойки должна соответствовать двум условиям:

Рис. 2. Схемы расположения взрывных скважин на уступе: а — параметры расположения скважинных зарядов на уступе; б — однорядная схема расположения скважин; в — многорядная схема расположения скважин

• для качественного дробления массива (коб ^ Ж).

• для исключения прорыва газов взрыва в зоне устья скважин (Ьш6 > Ы),

где X - коэффициент, зависящий от применяемого оборудования.

Оптимальное соотношение длин заряда и забойки являются одними из основных параметров ведения взрывных работ, которые оказывают влияние на эффективность этих работ. Однако значения расстояния между скважинами и величины сопротивления по подошве, от которых зависит величина заряда (определяемые на основе эмпирических формул) при расчете дают неоднозначные значения и требуют согласования. Это согласование осуществляется на основании опыта инженерно-технического персонала с учетом величины коэффициента сближения скважин таким образом, чтобы наиболее равномерно распределить взрывчатое вещество в массиве. Таким образом, подобранные значения не обеспечивают одно-

г ^ -С- *— а — > V

) V 7 Г V 7 \7

1

штгпЕшз

ГПТП

—ф—-ф—-ф-------ф

—4-ф-4:-а-:ф--ф

X)

^-ф-ф’---^—-ф--ф I 1111111111111111111111111111

Рис. 3. Схема расчета алии заряда и забойки

значно оптимальных величин заряда и забойки с позиций результатов качества взрыва. Все это ведет к ухудшению качества выходного продукта и производительности буровзрывных работ. Получение в результате взрыва некондиционных кусков приводит к необходимости ведения повторного взрыва негабаритных кусков, а это является временными и финансовыми затратами, чрезмерное измельчение породы приводит также к убыткам, так как такая порода идет в отвал.

Принципиальная схема расчета длин заряда и забойки приведена на рис. 3. В модели используются ключи: Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6, Т7, Т8. Ключи Т1, Т2 и Т3 первоначально находятся в замкнутом состоянии и размыкаются сразу после того, как поступят на расчет длины заряда величины Шшах, т и qуд соответственно. Остальные ключи первоначально находятся в разомкнутом состоянии и изменяют его в зависимости от выполнения ограничений.

После того, как будет получена длина заряда, необходимо выполнить проверку на соответствие полученной величины условию (^зар > Жра6). Если условие (^зар > Жра6) не соблюдается, ключ Т4 замыкается, и должна

быть изменена величина коэффициента сближения скважин ш, а длина заряда снова рассчитывается с учетом этих изменений. В случае же выполнения этого условия полученная в итоге длина заряда поступает в качестве входного параметра на расчет длины забойки. В зависимости от длины заряда ^зар и высоты уступа Н вычисляется длина забойки ^заб.

После того, как будет получена величина длины забойки ^за6, производится проверка на выполнение двух условий:

(-^за6 — Жра6) и (^з°6 >Ы) . В том случае, когда хотя бы одно из этих условий не соблюдается, ключ Т6 или Т7 замыкается в соответствии с невыполняемым ограничением (если оба условия не выполняются -замыкаются оба ключа), и необходимо изменить величину ЁСПП Шраб. Вследствие изменения рабочего ЁСПП снова производится перерасчет длины заряда, и соответственно все проверки на ограничения выполняются заново.

При определении длин заряда и забойки возникают противоречия при выполнении ограничений на заряд и забойку, которые невозможно решить простым перерасчетом из-за неопределенности числа итераций. С одной стороны, может

Рис. 4. Область компромиссных решений

Эти критерии должны быть достигнуты при соблюдении следующих ограничивающих соотношений:

получиться, что для проведения взрыва недостаточно забойки, и в результате будет переизмельчение породы. С другой стороны, может не хватить заряда, а это ведет к выходу негабарита. Увеличение длины заряда ведет к уменьшению длины забойки, и наоборот. Таким образом, добившись желательных размеров заряда, может оказаться мало забойки для ведения взрыва, а, получив нужное количество забойки, уже может не хватить заряда. Необходимо определить оптимальное соотношение заряда и забойки, обеспечивающих требуемое качество взрыва. Определение оптимального соотношения заряда и забойки не представляется возможным без применения современных информационных технологий, в частности, математики и компьютерного моделирования.

Критерии оптимальности, характеризующие решение поставленной задачи, имеют следующий вид:

= /1(т) ^ тах,

«ЕЙ т

ка6 = /2(Жра6 ) ^ таХ

(1)

(2)

где Ьзар — длина заряда, м; Ьзаб — длина забойки, м; Шрав — рабочее значение величины сопротивления по подошве (рабочее значение ЁСПП), м; ш — коэффициент сближения скважин (а = ш*Шрав, где а — расстояние между скважинами в одном ряду); Пш - ограниченная область варьирования ш; ПШраб - ограниченная область варьирования Шрав.

Ж 6 — Ж 6 — Ж

6ез ра6 тах

1 — т — а( /)

^ за6 — Жра6

(3)

где Швез — величина безопасного сопротивления по подошве, меньше которого не допускается Шрав по технике безопасности ведения взрывных работ, м; Шшах — максимальное значение ЛСПП, м; а {{) — функция, характеризующая предельную величину ш в зависимости от крепости взрываемой породы [4].

Управляющими параметрами для достижения поставленных критериев (1) и (2) являются рабочее значение ЁСПП и коэффициент сближения скважин. При изменении любого из вышеназванных параметров меняется величина расстояния между скважинами. Критерии оптимальности (1) и (2) являются независимыми, так как каждый из двух критериев содержит в себе свой физический смысл. Первый критерий влияет на качество проработки подошвы уступа, второй же — на качество дробления массива и безопасность ведения взрыва. Более того, эти критерии являются противоречивыми и требуют нахождения компромисса между ними.

Решение этой задачи на основе известных расчетных формул [1] в настоящее время осуществляется нами с помощью метода Парето и электронного моделирования. Г рафически сформулированная задача

представлена на рис. 4.

Рассмотрим формирование области компромиссных решений (рис. 4). По первому критерию К1 оптимальным решением является а!°р1 , которое соответствует минимуму функции [^(х)]-2 в точке А, по второму — а2°р\ соответствующее максимуму функции [Ш]2. Оптимальные значения оптимизируемой переменной заключены на отрезке оси абсцисс между локальными по одному из критериев оптимумами а!°р1 и а2°р\ За-

«ЕЙ

раб^* Жра6

штрихованная область Пк, заключенная между вертикальными линиями, проходящими через точки экстремальных значений целевых точек и ограниченная сверху и снизу графиками целевых функций, является об-

1. Томаков П.И., Наумов И. К. Технология, механизация и организация открытых горных работ -3-е изд., перераб. - М.: Издательство МГГУ, 1992,

464 с.

2. Кутузов Б. И. Разрушение горных пород взрывом». М.: Издательство МГГУ, 1994, 516 с.

3. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ - 2-е издание, дополненное и переработанное. М.: Недра, 1974, 520 с.

4. Резниченко С. С., Подольский М. П., Ашихмин А.А. Экономико-математические методы и моделирование в планировании и управлении горным производством, М.: Недра, 1991, 429 с.

ластью компромиссов. Таким образом, для решения поставленной задачи находится, во-первых, зона компромисса — Пк и, во-вторых, оптимальная точка а12°р внутри этой зоны.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5. Потресов Д.К., Белопушкин В.И., Львов А.Д. Классификация признаков качества горных работ на основе модернизированного метода разделяющей функции. МГГУ. Неделя горняка - 2002. Горный информационно-аналитический бюллетень № 10, - М.: Издательство МГГУ, 2002. - С. 124-126.

6. Потресов Д. К., Бахвалов Ё.А., Львов А .Д. Автоматизированное определение степени трещиноватости откоса уступа карьера. Горный информационно-аналитический бюллетень № 12, , - М.: Издательство МГГУ, 2002. - С. 20-24.

— Коротко об авторах------------------------------------------------------------------------

Потресов Дмитрий Кириллович - профессор, доктор технических наук,

Ииязбаева Светлана Владимировна - магистрант,

кафедра «Автоматизированные системы управления», Московский государственный горный университет.

---------------------------------- © Т.А. Кувашкина, 2004

УДК 622.46 Т.А. Кувашкина

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННО-ДЕГАЗАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Семинар №10

Одним из важнейших аспектов добычи угля является метановыделе-ние из разрушаемого горного массива, которое приводит к возникновению опасностей как производственного (воспламенения и взрывы метановоздушных смесей), так и экологического характера (поскольку метан относится к парниковым газам). Выявление

данных ситуаций является важнейшей функцией управления безопасностью в горных системах. Поэтому разработка геоин-формационной системы мониторинга шахтных вентиляционно-дегазационных систем, позволяющей выявлять и оценивать сложившуюся технологическую и экологическую ситуации на угольной шахте актуальна.