CC BY
32
© А.В. Рашкин, О.Г. Волошин, С.Ю. Селезнев
А.В. Рашкин, О.Г. Волошин, С.Ю. Селезнев
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМАГИСТРАЛИ ЧИТА-ХАБАРОВСК
Строящаяся автомагистраль Чита-Хабаровск является крупнейшим транспортным объектом России, с вводом которого в эксплуатацию создастся сквозное автомобильное движение от Москвы до Владивостока. В настоящее время ведется строительство дороги на участке от пос. Семиозерный до границы Читинской и Амурской области протяженностью 110 км, который является продолжением наиболее сложного участка от г. Могоча до пос. Семиозерный - 50 км.
Для обеспечения автодороги грунтами и дорожностроительными материалами используются карьеры №№4, 5 и 10 с разведанными запасами полезных грунтов, соответственно, 356900, 262200 и 509500 м3. Грунты карьеров №№4 и 5 используются только для отсыпки земляного полотна. Грунты карьера №10 с запасами 119700 м3 пригодны для отсыпки земляного полотна, а каменный материал из плагиогранита с запасами 389800 м3 - для устройства дорожной «одежды».
Наиболее трудоемкими и дорогостоящими производственными процессами являются буровзрывные работы, экскавация и транспортирование грунтов от карьеров до отдельных участков дороги. Большое число факторов, оказывающих влияние на эффективность всего комплекса работ по отсыпке земляного полотна, не позволяет организовать оптимальное текущее планирование работ и расстановку транспортных единиц по маршрутам обычными методами. Представляется, что наилучшее решение может быть найдено известными методами линейного и целочисленного программирования с использованием современных компьютерных технологий. Рассмотрим возможности применения этих методов на примере технологических процессов, связанных с производством буровзрывных работ при прохождении выемок, а также транспорти-
ровании грунтов на участке дороги 693-700 км, в районе которого находятся карьеры №№4, 5 и 10.
Особенностью ведения БВР при строительстве автодороги "Амур" является неоднородное по крепости пород строение выемок, требуемая степень дробления обусловлена параметрами применяемой горно-транспортной техники.
В проекте ("Инженерный проект на строительство Федеральной автомобильной дороги "Амур" на участке км. 403 - км. 424 в Читинской области" том 3.4 Буровзрывные работы, выполненный ОАО "ИРКУТСКГИПРОДОРНИИ", 2001 г.) параметры БВР представлены высотой уступа, глубиной скважины, длиной забойки, длиной заряда, массой заряда, расстоянием между скважинами в ряду и между рядами, диаметром скважины. Проектом предусмотрены параметры БВР для каждой группы пород (грунтов). По типовому проекту принято взрывать комбинированными зарядами. При этом часть скважины, расположенная в более крепких породах (грунтах), заряжается мощным ВВ, остальная часть - менее мощным ВВ, количество и тип используемых ВВ не конкретизированы.
Расчет комбинированного заряда ВВ сводится к решению задачи оптимизации - к выбору наиболее эффективных типов ВВ и их количества в скважине. Критерием выбора типов ВВ, формирующих комбинированный скважинный заряд, является минимальное количество более мощного ВВ. При решении задачи исходили из того, что проектом приняты следующие ВВ: для сухих скважин
- граммониты 30/70 и 79/21, гранулиты АС-4 и АС-8; для обводненной части и обводненных скважин - алюмотол и гранулотол.
В математической формулировке задачи в качестве целевой функции расчета заряда ВВ принимаем минимальное количество мощного ВВ из представленных к выбору
Q = Z х<- ^ min, (1)
где Xi - искомое количество мощного ВВ i-го типа, используемого для заряжания скважины, кг.
Задача дополняется системой технологических ограничений по: взрыванию скважинным зарядом ВВ заданного объема пород (по нагрузке на заряд); вместимости заряда в скважине, состоящего из различных типов ВВ; минимально допустимой высоте
колонки заряда ВВ в скважине; перекрытию мощным ВВ мощности более крепкой породы в скважине; неотрицательности искомых величин.
Современным поиском оптимальных решений является программное приложение "Поиск решения" Microsoft Excel. В процедуре поиска решения Microsoft Excel используются алгоритмы симплексного метода и метода "branch-and-bound" для решения линейных и целочисленных задач с ограничениями.
В качестве исходных данных были взяты результаты расчетов параметров БВР, выполненные ОАО "ИРКУТСКГИПРОДОРНИИ" для выемки №2 ПК 699. Для простоты расчетов был выбран один ряд скважин третьего слоя выемки №2.
Результаты расчетов комбинированных зарядов приведены в таблице.
На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы:
- при размещении заряда в скважине с различными по крепости породами (в нашем случае это дресва малольдистая и гранит малопрочный) содержание мощных ВВ относительно общей массы заряда изменяется в соотношении: алюмотол - 13.. .18 %, гранулит АС-4 - 39.74 %; содержание ВВ меньшей мощности составляет граммонит 79/21 - 47.67 %;
- содержание в скважине ВВ меньшей мощности зависит в основном от мощности менее крепких пород по длине заряда в скважине, что иллюстрируется отсутствием менее мощных ВВ в скважинах, где заряд размещается только в крепких и однородных породах (скв. 6-10).
Разработанный алгоритм оптимизации параметров буровзрывных работ позволяет выявить и определить количество наиболее эффективных типов ВВ при ведении БВР в неоднородных по крепости породах, что характерно при строительстве автомагистрали Чита-Хабаровск в сложных геологических условиях.
Другой актуальной задачей является задача оперативного планирования горно-транспортных работ при строительстве автомагистрали. Математическая формулировка задачи в простейшем случае
- по минимуму транспортной работы по отсыпке земляного полотна, что обеспечит, очевидно, минимальные
104
затраты на транспортирование и минимальное количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, определяет следующий вид целевой функции
m n
z=ЁЁ V хч^ min, (2)
1=1 j=1
где lij - расстояние от i-го карьера до j-го км (участка дороги), км; Ху- - искомые объемы перевозок грунта от i-го карьера до j-го участка, м3;
Введем следующие ограничения:
- по условию ограничения запасов грунта на карьерах
¿хч< Qi, (i = 1,2,...m), (3)
j=1
где Qi - запасы грунта на i-ом карьере, м3;
- по количеству требуемого объема грунта на участки
Êj ^ (i = 1,2,-л ), (4)
j=1
где qj -требуемый объем грунта на j-й км (участка), м3.
Участок дороги 693-700 имеет 7 км и, кроме того, еще 2 дополнительных участка до 693-го и после 700-го километра, длина которых 0,82 и 0,24 км соответственно. Таким образом, в математической модели оптимизации транспортной работы имеем 27 переменных и 12 ограничений в форме линейных уравнений-неравенств (3), (4).
Решение задачи осуществляем с помощью программного продукта Microsoft Excel - 2000 (процедура "Поиск решения"). Для этого обозначим: х1, х2, х3, х*, х5, х6, х7, х8, х9 - объемы перевозок от карьера №4 до участков 692+183, 693, 694, 695, 696, 697, 698, 699, 700, 700+239, соответственно; x10, хп, x12, x13, x14, x15, x16, x17, xi8 и
Х19, x20, x21, x22, x23, x24, x25, x26, x27 - объемы перевозок от карьера
№5 и №10 до тех же участков, соответственно. Тогда целевая функция (2) имеет вид
Z = х1 + х2 + х3 + х4 + х5 + х6 + х7 + х8 + х9 + x10 + xn + x12 +
+ x13 + x14 + x15 + x16 + x17 + x18 + x19 + x20 + x21 + x22 + x23 +
+ x24 + x25 + x26 + x27 ^ min.
Ограничения (3) запишутся в виде:
1) х1+х2+х3+х4+х5+х6+х7+х8+х9 <356900;
2) Х10+ХП+Х12+Х13+Х14+Х15+Х16+Х17+Х18 <262200;
3) Х19+Х20+Х21+Х22+Х23+Х24+Х25+Х26+Х27 <119700.
Ограничения (4) представим в виде уравнений:
4) Х1+Х10+Х19 =26255 5) х2+хц+х20 =18188
6) Х3+Х12+Х21 =74498
7) Х4+Х13+Х22 =49774 8) х5 +х!4+х23 =4680
9) Х6 +Х15+Х24 =9144
10) х7+х!6 +х25 =6223 11) х8 +х!7+х26 =59713 12) х9+х18+х27 =26642
Результаты решения для данных условий являются вполне очевидными - искомые значения объемов перевозок соответствуют значениям потребностей грунта на участках. Так, с карьера №4 грунт должен перевозиться на 692+183, 693, 694, 695, 696, 697 километры с суммарной потребностью 172083 м3, с карьера №5 грунт перевозится на 697, 698, 700, 700+239 километры с суммарной потребностью 37327 м3, с карьера №10 грунт перевозится на 699, 700 километры с суммарной потребностью 65707 м3.
Более сложным и наиболее значимым случаем математической формулировки задачи является учет в целевой функции затрат на буровзрывные работы и экскавацию грунтов и транспортирование Сбвр, Сэ, Стр, а также возможных ограничений по производительности оборудования и по выбросам загрязняющих веществ. Перспективным направлением планирования строительно-дорожных работ с использованием предлагаемых методов линейного и целочисленного программирования является обоснование оптимальных параметров технологии устройства дорожной одежды, где необходимо соблюдать жесткие требования к качеству щебня.
— Коротко об авторах ------------------------------------------
Рашкин А.В., Волошин О.Г., Селезнев С.Ю. - Читинский государственный университет.
