CC BY
544
------------------------------- © Д.К. Потресов, Б.В. Эквист,
Р. А. Колосов, 2008
Д.К. Потресов, Б.В. Эквист, Р.А. Колосов,
ОПТИМИЗАЦИЯ ВРЕМЕННЫХ ЗАДЕРЖЕК ВО ВЗРЫВНОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ФРЕЙМОВОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЗНАНИЙ
1У* ороткозамедленное взрывание (КЗВ) - способ взрывания,
.Ж V при котором детонация нескольких зарядов взрывчатого вещества производится в определённой последовательности через заданные промежутки времени, измеряемые обычно миллисекундами. При короткозамедленном взрывании инициирование каждого следующего заряда (группы зарядов) происходит в зоне массива, напряжённой под воздействием предыдущего взрыва, благодаря чему увеличивается полезное действие взрывов. Применение короткозамедленного взрывания повышает интенсивность дробления среды взрывом, уменьшает нарушение сплошности массива вне зоны дробления, обеспечивает компактный развал горной массы и снижает сейсмическое действие взрыва. Короткозамедленное взрывание осуществляется посредством электродетонаторов короткозамедленного действия или при взрывании детонирующим шнуром посредством пиротехнических замедлителей (реле), а так же с применением неэлектрических систем инициирования зарядов (СИНВ).
Одним из важнейших вопросов при короткозамедленном взрывании является выбор той или иной схемы взрывной сети. Данный выбор осуществляется на основании ряда факторов, в частности конкретных горно-геологических условий проведения взрывных работ. Существующие типы взрывных сетей, используемых при короткозамедленном взрывании, можно разделить на 2 больших класса: однорядные и многорядные. Однорядные сети, как следует из названия, представляют собой простейший тип взрывной сети, в котором заряды ВВ образуют собой один ряд. К ним относятся: последовательная и последовательно-встречная схемы. Многорядные взрывные сети состоят из нескольких рядов зарядов ВВ.
Рис. 1. Основные схемы короткозамедленного взрывания
К ним относятся: последовательная в рядах, порядная, диагональная порядная, врубовая, клиновая, трапециевидная и комбинированная схемы. Данную классификацию можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 1.
Механизм взрывного разрушения горных пород при взрыве определяется характером взаимодействия зарядов - длительностью и кратностью приложения взрывных нагрузок, направлением перемещения отбитой горной массы и конфигурацией фронта отбойки. Определенная последовательность взрывания зарядов достигается применением соответствующей схемы их соединения. Эффективность каждой схемы зависит от замедления между группами зарядов и соответствия ее условиям применения. Наиболее эффективными на карьерах является многорядные схемы короткозамедленного
взрывания. Наряду с необходимостью максимально возможного разрушения
Условия применения различных схем КЗВ.
Название схемы Условия применения
Порядная Фронтальный забой, подобранный откос уступа, легковзрываемые породы
Порядно-врубовая Фронтальный забой, подобранный откос уступа, средневзрываемые породы, необходимость уменьшения развала
Диагональная порядная Фронтальный забой, подобранный откос уступа, средневзрываемые породы, сложное строение массива, не менее 3 рядов скважин
Диагональная с клиновым врубом (фланговым, центральным) Фронтальный забой, подобранный и неподобранный откос уступа, исключительно трудновзрывае-мые породы, не менее 4 рядов скважин
Диагональная с трапециевидным врубом (фланговым, центральным) Фронтальный забой, подобранный и неподобранный откос уступа, исключительно трудновзрывае-мые породы, не менее 4 рядов скважин
Диагонально-клиновая Траншейные забои, средневзрываемые породы
Комбинированная Фронтальный забой, подобранный и неподобранный откос уступа, наличие участков пород с различными свойствами, не менее 5 рядов скважин
горных пород, выбор той или иной схемы взрывания диктуется особенностями взрывания в каждом конкретном случае. При этом принимаются во внимание следующие факторы:
• направление отбойки;
• взрываемость горных пород;
• высота развала;
• величина отрыва от массива;
• допустимый разлет кусков породы при взрыве;
• ограничение по сейсмическому и воздушному воздействию.
Рекомендуемые на основании опытных взрывов схемы взрывания в конкретных условиях приведены в таблице.
Выбор интервалов замедления при использовании различных систем неэлектрического инициирования зарядов (СИНВ) производится большинством фирм производителей этих систем без учета отклонений фактических интервалов замедлений в элементах поверхностных систем (детонаторах-замедлителях) и особенно в скважинных детонаторах, где интервалы замедлений специально сделаны примерно на порядок больше замедлений поверхностных
сетей. Применение высокоточной сейсмической аппаратуры позволило выявить факт, что замедлители во всех системах имеют отклонения от табличных номиналов. Если интервал замедления между скважинами (соседними в ряду или по диагонали) будет меньше указанных отклонений по точности срабатывания элементов, особенно скважинных, то они взорвутся одновременно, а вероятность такого одновременного взрыва нескольких скважин фактически не предсказуема, так как ни производители, ни, тем более, потребители, не знают фактических (точных) интервалов замедлений в элементах систем. Проведенные измерения показали, что при рекомендованных производителем замедлителей 42 и 67 мс, замедления между диагоналями составляют 25 мс, т.е. имеет место одновременный взрыв до пяти и более скважин, что вычислено обратным счетом из полученных сейсмограмм. Таким образом, очевидна необходимость применения специальной методики корректировки интервалов замедления, которая позволит устранить одновременный взрыв большого числа зарядов и тем самым снизить негативный сейсмический эффект массового взрыва. Рассмотрим данную методику подробнее. Схема взрыва блока карьера изображена на рис. 2.
Рис. 2. Схема взрыва блока карьера: 1 - блок карьера; 2 - скважины; 3 - заряды ВВ; 4 - взрывная сеть; 5 - скважинные замедлители; 6 - поверхностные замедлители; 7 - детонатор; 8 - сейсмический регистратор
Щсмнииіі ■науди «Г~
>гЙН- йи дЙМЇїїВ 1г чтІ+Йпил-,-^:^:::
етпг:
Длительность ссйсмичсского шивульса от
втрыоа блока
Рис. 3. Сейсмограмма массового взрыва
Карьер отрабатывают блоками 1, на каждом из которых бурят несколько рядов вертикальных скважин 2 с последующим их заряжанием зарядами ВВ 3, монтажом взрывной сети 4 со скважинными и поверхностными замедлителями 5, 6, коммутацией зарядов ВВ в каждом ряду и короткозамедленным их взрыванием с помощью детонатора 7. При этом регистрируют возникающие колебания посредством сейсмического регистратора 8, установленного на заданном расстоянии Я от блока. В процессе взрывания скважинных зарядов в некоторых случаях происходит ква-зиодновременное их взрывание, т. е. несколько зарядов попадают по своим замедлениям во временной допуск интервала разброса для скважинных замедлителей. При этом наблюдается стохастическая картина явления с разными допусками интервалов замедлений по каждой скважине, а суммарный сейсмический эффект воздействия может быть оценен только по анализу сейсмограммы взрыва на блоке. Сейсмограмма массового взрыва представлена на рис. 3.
На сейсмограмме определяют зоны с одновременно взорванными зарядами по превышению амплитуд скоростей колебаний над заданным их значением, при котором энергия взрывной волны
обеспечивает необходимую степень дробления горной породы при сохранении устойчивости откосов уступов и сейсмическом воздействии на окружающую среду в допустимых пределах. Далее выбирают зону с максимальным количеством одновременно взорванных скважинных зарядов по максимальному превышению величины амплитуды скорости сейсмических колебаний над заданным ее уровнем. В этой зоне формируется взрывная волна с максимальной энергией, приводящая к обрушению откосов уступов и негативному воздействию на окружающую среду. Взрывные волны с амплитудами скоростей, превышающими заданный уровень, также могут привести к обрушению откосов. Количество одновременно взорванных зарядов ВВ в данной зоне определяют методом обратного счета по коэффициенту сейсмичности, расстоянию от блока 1 до регистратора 8, максимальному значению амплитуды скорости сейсмических колебаний, по которым вычисляют максимальную массу одновременно взорванных зарядов, и массе одного заряда. Для обеспечения заданного уровня сейсмического воздействия на горную породу на следующем блоке увеличивают интервалы времени срабатывания между соседними зарядами относительно интервалов времени в зоне предыдущего блока с максимальной взрывной энергией, соответствующей максимальному значению амплитуды скорости сейсмических колебаний, превышающей заданный уровень, с последующей корректировкой интервалов замедления остальных зарядов блока. Увеличение интервала срабатывания близлежащих скважинных зарядов пропорционально количеству одновременно взорванных зарядов ВВ в зоне с максимальной взрывной энергией и должно быть больше суммарного максимально допустимого отклонения времен срабатывания двух соседних зарядов. Это увеличение временного интервала устанавливают эмпирически для конкретных горно-геологических условий. При возникновении одновременных взрывов зарядов на последующих блоках с сейсмическим воздействием, превышающим заданный уровень, продолжают аналогично увеличивать интервалы замедления взрывов до обеспечения заданного уровня сейсмического воздействия на массив горных пород и окружающую среду. Данная технология защищена патентом № 2256873.
Так как физика процесса взрыва слабо изучена и нет единого подхода в данной области, то в общем случае на основании сейсмического эффекта массового взрыва восстановить точную карти-
ну взрыва зарядов во времени не представляется возможным. Однако, по превышению амплитуды скорости смещения грунта, можно определить необходимость коррекции рассчитанных интервалов замедления. Таким образом, ставится задача планирования интервалов замедлений взрывной сети с целью минимизации сейсмического эффекта. Данная задача относится к типу задач планирования эксперимента. Для её успешного решения необходимо провести серию экспериментов. Очевидно, что массовый взрыв - дорогостоящий эксперимент, поэтому в качестве критерия оптимизации выбираем минимизацию числа экспериментов, которую в свою очередь логично начать с поиска минимальной структуры информации, описывающей эксперимент.
В соответствии с «Едиными правилами безопасности при взрывных работах» и «Инструкцией по производству массовых взрывов» взрывные работы на карьерах должны производиться по типовым проектам; на крупных предприятиях составляются также инструкции по ведению взрывных работ.
Типовой проект определяет технику, технологию и организацию буровзрывных работ на карьере. Он содержит исходные данные по взрываемости пород (в соответствии с их местной классификацией) 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. Так как взрывы на карьерах часто повторяются, расчетные параметры их корректируются с учетом результатов предыдущих промышленных взрывов.
Как было сказано выше взрывные работы на карьерах выполняются в соответствии с типовыми планами, т.е. имеют стереотипный характер. Для представления и описания стереотипных объектов, событий или ситуаций были введены понятия «фреймы», которые являются сложными структурами данных.
Фреймы были впервые предложены в качестве аппарата для представления знаний М. Минским в 1975 г. Согласно его определению фреймы — это минимальные структуры информации, необходимые для представления класса объектов, явлений или процессов. В общем виде фрейм может быть представлен в виде:
<ИФ, (ИС,ЗС,ПП),.. ,(ИС,ЗС,ПП)>
где ИФ - имя фрейма; ИС - имя слота; ЗС - значение слота; ІIII -имя присоединённой процедуры (необязательный параметр).
Слоты — это некоторые незаполненные подструктуры фрейма, заполнение которых приводит к тому, что данный фрейм ставится в соответствие некоторой ситуации, явлению или объекту.
С каждым фреймом связана информация: как использовать фрейм; что делать, если происходит что-либо непредвиденное; недостающие значения для слотов. Фрейм с заполненными слотами называется экземпляром фрейма. Для организации связи между объектами предметной области строится сеть фреймов. Связь может быть организована путем указания в качестве значений некоторых слотов одного фрейма имен других фреймов.
В качестве данных фрейм может содержать обращения к процедурам (так называемые присоединенные процедуры). Выделяют два вида процедур: процедуры-демоны и процедуры-слуги. Процедуры-демоны активизируются при каждой попытке добавления или удаления данных из слота (по умолчанию). Процедуры-слуги активизируются только при выполнении условий, определенных пользователем при создании фрейма.
Для уменьшения информационной избыточности во фреймовых системах реализуют принцип наследования информации, позволяющий общую (глобальную) для системы информацию хранить в отдельном фрейме, а во всех остальных фреймах указывать лишь ссылку на место хранения информации.
В рамках фреймового подхода предполагается что знания в системе представляются в виде отдельных кластеров знаний, или подструктур, содержащих сведения о стереотипах (т. е. о некоторых общих характеристиках данного класса объектов или ситуаций). Согласно данному предположению понимание ситуации для системы означает поиск в перечне накопленных структур такой, которая наилучшим способом описывала бы рассматриваемую ситуацию. При этом слоты заполняются некоторой информацией и заполненный фрейм проверяется на адекватность данной ситуации. В случае несовпадения ищется новый фрейм и процесс продолжается. Используя фреймовый подход разработана структура организации знаний о взрывных работах на карьере. Данная структура изображена на рис. 4.
Рис. 4. Структура фреймовой организации знаний о взрывных работах на карьере
Рассмотрим её подробнее. В качестве суперсущности выступает сам карьер. Каждый блок карьера, очевидно, представляет собой фрейм, содержащий вложенные фреймы, описывающие горногеологические условия и параметры ведения взрывных работ каждого блока. В частности, фрейм «горно-геологические условия» содержит слоты, хранящие данные о крепости и трещиноватости пород. Учитывая, что горно-геологические условия являются определяющим фактором в выборе взрывной сети, фрейм «горногеологические условия» определяет связанный с конкретным блоком фрейм «взрывная сеть» используя процедуру «определение типа взрывной сети». Фрейм «взрывная сеть» содержит слоты, хранящие данные о типе взрывной сети, расстоянии между скважинами, расстоянии между рядами а также количестве зарядов ВВ. Также данный фрейм включает в себя N слотов для хранения времени замедления зарядов ВВ. Вместо хранения лишних копий применяются ссылки на уже существующие данные. Такая структура является минимальной структурой данных, описывающей знания о ведении взрывных работ на карьере, согласно определению фрейма, при этом являясь достаточной для решения задачи планирования эксперимента.
Полученная фреймовая структура не является статической и будет дополняться новыми знаниями в процессе ведения взрывных работ,
— Коротко об авторах --------------------------------------------
Потресов Д.К. - доктор технических наук, профессор кафедры АСУ, Эквист Б.В. - кандидат технических наук, доцент кафедры ВД, Колосов Р.А. - магистр, кафедра АСУ,
Московский государственный горный университет.
© С.И. Сапожников, 2008
