CC BY
34
- © Пыталев И.А., Рыльников А.Г.,
Абдрахманов Р.И., 2014
УДК 373.31:378.14.376.3
Пыталев И.А., Рыльников А.Г., Абдрахманов Р.И.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА НА КАЧЕСТВО РУДОПОТОКОВ
Представлен анализ влияния человеческого фактора на формирование качественных характеристик рудопотоков на карьерах. Описан способ формирования рудо-потоков с заданными качественными характеристиками при использовании спутниковой навигации. Для реализации стабилизации содержания ценных компонентов в рудной массе предложено понятие «единичный выемочный объем». Предложен и обоснован принцип снижения влияния человеческого фактора в исполнении решений на всех стадиях формировании качественных характеристик рудопотока при использовании спутниковой навигации. Установлена зависимость суммарного количества операций, выполняемых персоналом в процессе подготовки к выемке, добычи, транспортировки и усреднении руды при использовании спутниковой системы навигации.
Ключевые слова: спутниковая навигация, человеческий фактор, рудопоток, стабилизация качества руды, организация и автоматизация открытых горных работ.
Влияние на процессы горного производства человеческого фактора является одной из основных причин превышения нормативных простоев горно-транспортного оборудования, повышенного расхода горючесмазочных материалов, несоответствия объемов перевозимой горной массы грузоподъемных транспортных средств и данным маркшейдерских замеров, сверхдопустимых отклонений содержания полезных компонентов в рудной массе, а также ряда других показателей. На всех этапах планирования горных работ, основанных на учете качественных показателей руды в массиве, основной задачей является прогнозирование изменчивости содержания ценных компонентов с целью стабилизации качества рудной массы в процессах извлечения из недр и доставки потребителю.
Основой стабилизации качества рудопотоков при использовании спут-
никовой навигации является постоянный контроль показателей работы всех мобильных объектов в режиме реального времени для обеспечения ритмичности добычи полезных ископаемых заданного качества. Под контролем в данном случае понимается установление прямой и обратной связи с каждым автосамосвалом, экскаватором, буровой установкой и иным горнотранспортным оборудованием. Это требование лишь обеспечивает техническую сторону реализации процессов управления качеством рудной массы во время ее перемещения от забоя до пункта разгрузки. В связи с этим необходимо рассматривать мобильные объекты горнотранспортного комплекса не только и не столько как средства, обеспечивающие изменение пространственного положения извлекаемых и перевозимых с усредненным содержанием порций рудопотока, а как объекты, позволя-
* Статья выполнена при поддержке гранта НШ-2918-2014.5.
ющие в режиме реального времени получать и пополнять информацию о качественных свойствах данных рудопотоков. Для каждого вида операций и технологических процессов эта информация одновременно унифицирована и специфична. Причем, при уменьшении объемов порций учета качества руды обеспечивается достижение стабилизации содержания ценных компонентов в рудной массе, однако, при реализации этой идеи на практике всегда возникает расхождение плановых показателей и фактических. Это, в первую очередь, вызвано появлением дополнительных операций или же их усложнением, а каждая такая операция требует закрепления за ней либо исполнителя, либо целой бригады. Именно здесь проявляются последствия вмешательства в процесс организации производства человеческого фактора. Поэтому автоматизация всего горнодобывающего производства позволяет минимизировать влияние участия человека на показатели отдельных операций, что обеспечивает рост эффективности функционирования горного предприятия за счет перевода на новый организаци-
онно-технический уровень процессов добычи минерального сырья заданного качества в требуемых масштабах. В качестве первоначальных мер для перехода на принципиально новый организационный уровень следует выделить, на первый взгляд, общепринятые принципы - автоматизация отдельных процессов и операций. Но именно это минимально необходимом условием первого этапа автоматизации такого сложного объекта, как горнодобывающее предприятие, позволяет поэтапно оснастить все объекты горнотранспортного комплекса соответствующими датчиками и аппаратурой с целью контроля и учета выполняемой работы. Следует отметить, что результатам масштабного внедрения на горных предприятиях России и СНГ систем контроля и учета позволяет значи-тельно снизить роль человеческого фактора на выполнение различных процессов и операций [1].
При разработке научно-методических основ системы управлением качеством рудопотоков с использованием высокоточный системы спутниковой навигации и современных средств и датчиков контроля пред-
Рис. 1. Процессы управления качеством рудопотоков в экскаваторном забое
ложено минимизировать размер «порции» учета качества руды, участвующей в стабилизации содержания ценных компонентов в рудной массе. Для этого введено понятие «единичный выемочный объем», под которым понимается объем руды в обуренном и взрываемом блоке, рудной массы в развале взорванной рудной массы, в ковше экскаватора, кузове транспортного средства. Поскольку вы-емочно-погрузочные работы в добычном забое могут производиться либо валово при сплошной выемке либо селективно с сортировкой качественно разносортных руд (или руды и вмещающих пород), минимальный размер учетной «порции» качества руды будет соответствовать емкости ковша экскаватора. Формирование заданного качества конечной продукции карьера обеспечивается путем оперативного анализа вещественного состава руды в ковше экскаватора, регулирование количества ковшей с определенным качеством руды, загружаемых в кузов транспортного средства и управления режимом движения и разгрузки транспортных средств. (рис. 1).
При таком подходе обеспечение высоких технико-экономических показателей работы горнодобывающего производства происходит не только за счет снижение влияния человеческого фактора на процессы добычи и транспортировки рудной массы, но и за счет получения как можно более достоверной и своевременной геологической информации и оперативного контроля содержания ценных компонентов в единичном выемочном объеме. Следует отметить, что наибольшая эффективность стабилизации качества рудной массы возможна только при использовании современных геоинформационных систем. В частности, необходимым условием является построение и оперативная корректировка цифровых
блочных моделей запасов месторождения. Несмотря на высокую вычислительную способность современных компьютеров, разработка блочной модели высокой детализации (1-5 м3) не оправдана, в первую очередь, из-за отсутствия подобной точности исходных геологических данных. В ходе эксплуатационной разведки геологические данные корректируются по результатам опробования, скважины, которые бурятся, как правило, по сетке 100х100; 50х50; 25х25м. Этого явно не достаточно для обеспечения стабилизации качества рудной массы в режиме реального времени, так как точность данного метода составляет 50-70%, что приводит к необходимости формирования усреднительных складов [2, 3]. Повышение точности геологических данных и обеспечение своевременности их получения возможно при оснащении буровой установки, осуществляющей подготовку добычного блока к взрыванию, специальными датчиками на стадии проведения буровых работ, что позволит получать информацию о крепости пород и руды, содержании полезных и вредных компонентов в каждой скважине и по всей ее глубине. При работе экскаваторов, дополнительно оснащенных экспресс-анализаторами возможно с достаточной степенью точности определять содержание ценных компонентов в ковше. В результате при погрузке рудной массы определенного качества в автосамосвал с учетом количества ковшей можно рассчитать усредненное содержание компонентов в кузове транспортного средства.
Применение автоматизированной системы управления горно-транспортным комплексом с использованием высокоточной системы спутниковой навигации позволяет уменьшить влияние на производственные процессы в оперативной деятельности челове-
Подготовка пород к выемке
Обури ванне скважин Заряжание скважин
I
Выемка и погрузка руды и вскрышных пород
Сетка к координаты устья скважин
I
Данные о качественных характеристики НИ н фн-
знко-механн» ческис
к Коорди- 4 Ж паты й Т устья ка- Т ждой ^книжины
Транспортирование и выгрузка рудной массы и вскрышных пород
Координаты устья каждой скважины с фактической массой заряда
Задание на отгрузку определенного объема типа-сорта руды или вскрышных пород
Количество отгружаемых вскрышных пород и руды е указанием содержания ПК
Задание пункта погрузки и маршрута перевозки руды или вскрышных пород
Учет объема перевозок руды и ее качественных показателей
Автоматизированная система управления горнотранспортным комплексом с применением спутниковой навигационной системы
Снижение роли человеческого фактора
Нарушение параметров БВР:
- отклонение от заданного количества пробуренных погонных метров скважин;
- несоблюдение параметров сетки скважин;
- несоблюдение маесы заряда в скважинах
Исключение приписывания объемов выполненной работа.
Четкое разделение вскрышных пород и руды при контроле содержания в пей полезных компонентов
Контроль и уменьшение времени на погрузоч-но-ра^груз очные работы и общих простоев.
Исключение приписывания рейсов и вывоза руды вместе с вскрышными породами в отвалы
Рис. 2. Схема организации производства работы горнотранспортного комплекса карьера при использовании спутниковой навигационной системы
ческого фактора. В первую очередь за счет снижения роли человека при автоматизированном управлении и контроле процессов бурения скважин, погрузке рудной массы с необходимым качеством за счет автоматизированной обработки значительного объема информации (рис. 2). Это не означает, что происходит сокращение значимости человека в выполнении производственных процессов горнодобывающего предприятия. Напротив, роль человека увеличивается за счет смещения акцентов от оперативной деятельности к принятию управленческих решений конкретным специалистом в пределах его личных профессиональных компетенций и контролю исполнения принятых оп-
тимальных решений и устранению сбоев, вызванных нештатными или аварийными ситуациями.
В общем виде принцип снижения влияния человеческого фактора в исполнении решений, направленных на обеспечение стабилизации качественных показателей рудопотоков при использовании спутниковой навигации в совокупности с автоматизированной системой управления работой горнотранспортного комплекса сводится к следующему:
• на этапе строительства и ввода в эксплуатацию карьера происходит построение и уточнение цифровой геологической модели месторождения. Данные для внесения уточнений в геологическую модель готовятся
по результатам проведения эксплуатационной разведки и показателям, поступающим с буровых станков при обуривании подготавливаемого к выемке блока. На этом этапе исполнительный персонал карьера не имеет возможности внести измененную или недостоверную информацию о физико-механических свойствах пород и вещественном составе полезных ископаемых, так как эта информация поступает на сервер системы непосредственно с датчиков, установленных либо на рабочих органах оборудования, либо в самой системе. При этом гарантируется соблюдение паспорта бурения сетки скважин в об-уриваемом блоке. С другой стороны, персонал, отвечающий за пополнение и корректировку цифровой геологической модели, не сможет проигнорировать или умышлено не учесть необходимые изменения;
• в процессе заряжания скважин, которое в данном случае будет осу-ществ-ляться оператором, обслуживающим самоходную зарядную машину, которая оснащена соответствующими датчиками и контроллером, персонал не сможет отклониться от параметров паспорта буровзрывных работ (БВР) с учетом крепости пород на всей глубине скважины. Здесь очень важным моментом является то, что соблюдение расчетных, а не типовых параметров БВР исключает выход негабарита и обеспечивает требуемую степень дробления рудной массы, контролируемые объемы отгрузки которой впоследствии позволят достичь стабилизации качества рудопотоков. При этом полностью исключается влияние человеческого фактора на оперативную деятельность, и распределение взрывного вещества в скважине соответствует оптимальной конструкции заряда;
• при выемке из забоя руды ковшом экскаватора, оборудованного
необходимыми датчиками контроля определенных показателей, вынимаемого из массива элементарного объема с передачей их в автоматизированную систему управления работой горнотранспортного комплекса позволяет определить оптимальное количество подаваемых единиц автотранспорта к конкретному забою и последовательности выемки элементных объемов руды из него. В этом случае исключается вероятность погрузки в автотранспортное средство некондиционной руды или вскрышной породы совместно с кондиционной фракцией, либо перемешивать сорта руд, требующих раздельной переработки;
• в процессе транспортирования руды в кузове автосамосвалов автоматизированная система определяет такие параметры, как скорость движения, расстояние от забоя до пункта выгрузки. После окончания операции разгрузки автосамосвал находится в ожидании дальнейшего задания, именно в этот момент система производит расчет маршрута с учетом количества рудной массы, находящейся в процессе перемещения от забоев до пункта выгрузки, и ее качественные характеристики. Выдача нового задания осуществляется на основе учета динамики изменения количественно-качественных показателей руды в каждом забое в интервале времени, равному времени рейса автосамосвала, ожидающего разнарядку на перевозку рудной массы. При этом исключается влияние человеческого фактора на учет количества рейсов, пройденного расстояния, времени нахождения транспортных средств на погрузоч-но-разгрузочных операциях, начала и окончания работ. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить поточную стабилизацию качества рудной массы, так как объемы добываемых, перевозимых и отгружаемых рудопо-
токов, так же как и их качественные показатели, проходят многократную проверку и совмещение различными под-системами. Контроль объемов и показателей начинается от предварительных данных в цифровой геологической модели месторождения, затем при обуривании забоя, выемке и погрузке руды в автосамосвал, и заканчивается отгрузкой ее потребителю.
Организация работы горнотранспортного комплекса с применением спутниковой системы навигации позволяет исключить влияние человеческого фактора при решении следующих основных производственных задач:
• учет объема вскрышных работ, качества и массы добытой руды;
• учет использования оборудования в течение смены;
• контроль выполнения отдельных операций производственного процесса;
• контроль эффективности управления средствами погрузочно-транс-портного комплекса.
Вследствие только несовершенства организации грузоперевозок на горнодобывающих предприятиях
ежегодно теряется до 25% чистой прибыли [4, 5].
Оснащение мобильных объектов горнотранспортного комплекса соответствующими датчиками обеспечивает сбор достоверных статистических данных в конкретной точке пространства. Также позволяет контролировать время выполнения каждой операции, массу и качество перевозимого груза, уровень топлива, отдельные показатели работы двигателя. При организации единого диспетчерского пункта автоматизированная система управления обеспечивает не только сбор и контроль конкретных параметров, но и заполнение путевых листов и иных документов, обеспечивая исключение человеческого фактора или сознательного нарушения инструкций. К примеру, по данным работы ряда горнодобывающих предприятий, минимальная величина приписки расстояний составляет 5-10%, а приписки рейсов 2-3% [5]. Эти величины взяты без учета влияния человеческого фактора на процесс усреднения рудопотока, поскольку выделить отдельно данную операцию в совре-
Рис. 3. Зависимость суммарного количества операций, выполняемых персоналом в процессе подготовки к выемке, добычи, транспортировки и усреднении руды при использовании спутниковой системы навигации: 1, 2, 3 вида полезного ископаемого
менных условиях открытых горных работ практически невозможно.
С целью повышения загруженности экскаваторного парка необходимо совершенствовать связь «экскаватор - транспортное средство» посредством дистанционного контроля и управления. Для этого предложено использовать бортовую систему контроля экскаватора, которая позволяет не только определять координаты экскаваторов и получать или передавать различные сообщения, но и контролировать качество и расход экскаватором электроэнергии, определять угол наклона и тангажа. Объем диагностируемых параметров в зависимости от условий эксплуатации может наращиваться.
На основе обработки результатов внедрения в эксплуатацию спутниковых систем навигации на ряде горнодобывающих предприятий с целью повышения эффективности работы горнотранспортных комплексов только лишь за счет снижения роли человеческого фактора в производ-
ственном процессе была получена зависимость снижения количества операций, выполняемых всем персоналом карьеров в течение рабочей смены (рис. 3). При выявлении зависимости сокращения количества операций, в которых принимает участие персонал карьера на всех процессах открытых горных работ, были выделены операции, которые при внедрении спутниковой навигации полностью передаются автоматизированным системам управления.
Таким образом, внедрение автоматизированных систем управления горнотранспортным комплексом с целью стабилизации качества рудо-потоков позволяет минимизировать влияние человеческого фактора при выполнении отдельных операций технологическим персоналом, гарантирует соблюдение технологических инструкций. За счет этого достигается повышение эффективности работы горного предприятия не только стабилизацией качества рудопотоков, но и функционирования карьера в целом.
1. Трубецкой К.Н., Кулешов А.А., Клебанов А.Ф., Владимиров Д.Я. Современные системы управления горно-транспортными комплексами / Под ред. К.Н. Трубецкого. -СПб.: Наука, 2007. - 344 с.
2. Ершов В. В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством руд. -М.: Недра, 1986. - 261 с.
3. Милютин А.Г. Разведка и геолого-экономическая оценка месторождений полезных ископаемых: учеб. пособие. - М.: МГУ, 2004. - 74 с.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Борболин Д.М., Рыльников А.Г., Пудов А.А., Новиков А.В., Волгина Н.В. Внедрение системы диспетчеризации «Карьер» на Воронцовском месторождении // Горный журнал. - 2011. - № 7 - С. 89-93.
5. Рыльников А.Г., Бондаренко А.В. Совершенствование системы управления горнотранспортным комплексом на угольных разрезах Кузбасса // Недропользование. -2009. - № 4. - С. 71-73. ЕЕН
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Пыталев Иван Алексеевич - кандидат технических наук, доцент, e-mail: Pytalev_Ivan@mail.ru,
Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова, Рыльников Алексей Геннадьевич - кандидат технических наук, руководитель проекта, e-mail: rylnikov@vistgroup.ru, ОАО «ВИСТ Групп», Абдрахманов Р.И. - РИВС.
UDC 373.31:378.14.376.3
USE OF SATELLITE POSITIONING TO MITIGATE HUMAN FACTOR EFFECT ON ORE FLOW QUALITY
Pytalev I.A., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: Pytalev_lvan@mail.ru, Magnitogorsk State Technical University named after G.l. Nosov,
Ryl'nikov A.G., Candidate of Technical Sciences, Project Manager, e-mail: rylnikov@vistgroup.ru, JSC «VIST Group», Abdrakhmanov R.I., RIVS.
The article presents an analysis of the impact of human factors on the for-mation of the quality characteristics of production intensity in the quarries. Discloses a method of forming production intensity with specified characteristics of the quality using satellite navigation. To implement the stabilization of the content of the components in the ore body proposed the concept of «unit volume of excavation». Proposed and justified the principle of reducing the influence of the human factor in the implementation of decisions at all stages of the formation of the quality characteristics of production intensity using satellite navigation. The dependence of the total number of operations performed by personnel in preparation for excavation, production, transportation and ore averaging when using a satellite navigation system.
Key words: satellite navigation, human factors, production intensity, stabilization of ore quality, organization and automation of open pit mining.
REFERENCES
1. Trubetskoi K.N., Kuleshov A.A., Klebanov A.F., Vladimirov D.Ya. Sovremennye sistemy upravleniya gorno-transportnymi kompleksami. Pod red. K.N. Trubetskogo (Modern mining-and-transport equipment control systems. Trubetskoy K.N. (Ed.)), Saint-Petersburg, Nauka, 2007, 344 p.
2. Ershov V.V. Geologo-marksheiderskoe obespechenie upravleniya kachestvom rud (Geological and survey support of ore quality control), Moscow, Nedra, 1986, 261 p.
3. Milyutin A.G. Razvedka i geologo-ekonomicheskaya otsenka mestorozhdenii poleznykh iskopaemykh: ucheb. posobie (Mineral exploration and geological-economical appraisal. Educational aid), Moscow, MGU, 2004, 74 p.
4. Borbolin D.M., Ryl'nikov A.G., Pudov A.A., Novikov A.V., Volgina N.V. Gornyi zhurnal, 2011, no 7, pp. 89-93.
5. Ryl'nikov A.G., Bondarenko A.V. Nedropolzovanie, 2009, no 4, pp. 71-73.
Д
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ЗАРИСОВКИ_
Шахтерская лампа. История
Современные светильники выполнены из ударопрочного материала и имеют два режима работы: рабочий и аварийный (с уменьшенным расходом энергии). Доливные аккумуляторные батареи характеризуются низкой стоимостью, нетребовательностью к режимам заряда и эксплуатации. Их конструкция позволяет производить доливку щелочного электролита в процессе эксплуатации и исключает возможность деформации корпуса в случае перезаряда или глубокого разряда батареи. Герметичные аккумуляторные батареи не требуют приготовления электролита. Быстрое и удобное подключение светильников к зарядной станции «заряд-2» обеспечивает специальное устройство, размещенное в корпусе фары.
Источник: http://www.rosugol.ru/museum/lamp.php аккумуляторные http://eng.polymus.ru/rv/?s=44&d_id=894
Светильники шахтные головные индивидуальные
