CC BY
108
членению основной кровли на блоки, вызывая ее обрушение в выработанное пространство с меньшим зависанием.
При исследовании были получены следующие результаты.
Установлен волновой характер распределения нормальных деформаций и напряжений в массиве кровли; определены закономерности влияния основных горно-геологических факторов на распределение деформации и напряжения в кровле. Установлено, что определяющее влияние оказывает соотношение длины зависающей консоли кровли к ее мощности.
Определены зоны рационального размещения скважинных зарядов ВВ в массиве пород кровли и разработана методика выбора параметров опережения взрыва зарядов ВВ относительно линии очистного забоя.
|— Коротко об авторах---------------------------------------
Кусов А.Е. - МГОУ,
Гудовичев В.В. - Ростехнадзор.
----------------------------------- © В.А. Белин, Д.К. Потресов,
С.И. Сапожников, 2007
В.А. Белин, Д.К. Потресов, С.И. Сапожников
ОПТИМИЗАЦИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВА
ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ
В практике открытых горных работ при подготовке скальных и полускальных горных пород к выемке наибольшее применение нашел буровзрывной способ, предназначенный для отделения полускальных и скальных пород от массива и дробления их до кусков заданных размеров.
Данная статья посвящена моделям и алгоритмам, позволяющим учитывать взаимовлияние технико-экономических показателей взрыва друг на друга и находить решения, обеспечивающие оптимальные с точки зрения этих показателей результаты.
Традиционная методика расчёта параметров производства взрыва и её недостатки
Расчет зарядов является одним из основных разделов типового проекта. Блок-схема алгоритма существующей на данный момент методики расчёта параметров производства взрыва представлена на рис. 1.
В представленном алгоритме в блоках с 1 по 10 выполняется последовательный расчёт параметров производства взрывных работ (ВР). В методике отсутствует возможность задания желаемых значений по какому-либо из параметров, т.к. каждый последующий блок использует результаты вычислений предыдущих блоков. При этом формулы, используемые для расчётов, являются эмпирическими и часто требуют согласования методом подбора. Это определено тем, что аналитический расчет параметров производства взрыва в настоящее время невозможен из-за крайней сложности математического описания анизотропных физико-технических характеристик породы в образце и массиве. Подбор осуществляется на основании опыта инженерно-технического персонала с учетом величины коэффициента сближения скважин таким образом, чтобы наиболее равномерно распределить взрывчатое вещество (ВВ) в массиве. Подобранные значения часто не обеспечивают оптимальных величин технико-экономических показателей (ТЭП)
Вычисление диаметра скважины
Вычисление сопротивления по подошве уступа
Вычисление длины забойки
Вычисление длины заряда
Вычисление веса заряда
Вычисление расстояния между зарядами
Вычисление расстояния между рядами скважин
Вычисление
интервала
замедления
Рис. 1. Блок-схема алгоритма традиционной методики расчёта параметров производства взрыва
взрыва. Все это ведет к ухудшению качества выходного продукта и производительности буровзрывных работ (БВР). Получение в результате взрыва некондиционных кусков приводит к необходимости повторного взрыва негабаритных кусков, что ведёт к временным и финансовым затратам; чрезмерное же измельчение породы также приводит к убыткам, так как переизмельчённая порода идет в отвал.
При определении параметров производства взрыва возникают противоречия, связанные с желанием достичь оптимальных значений всех показателей взрыва, что приводит к
возникновению многовариантной и многокритериальной задачи. Такую задачу не представляется возможным решить без применения компьютерного моделирования.
Методика расчёта параметров производства взрыва на основе задания технико-экономических показателей результата
Рис. 2. Блок-схема алгоритма методики расчёта параметров производства взрыва на основе задания технико-экономических показателей результата
В данной статье для решения проблемы нахождения оптимальных значений параметров производства ВР на карьере предлагается использовать методику расчёта, блок-схема укрупнённого алгоритма которой представлена на рис. 2. Это объясняется тем, что в результате производства массового взрыва на карьере, направленного на добычу полезного ископаемого, стараются достичь ряда высоких тЭп. Рассматриваемый подход является существенно новым для предметной области ВР на карьерах и основан на современных средствах компьютерного моделирования.
На первом шаге генерируется множество допустимых в условиях проведения взрыва наборов значений ТЭП ВР. Вместо последовательного вычисления значений параметров произ-водства взрыва, выполняемого по традиционной методике расчёта, от лица, принимающего решение, на шаге 2 требуется указать, какой набор значений ТЭП ВР с точки зрения условий проведения взрыва является оптимальным.
НАЧАЛО
г- 1 -----
Генерация возможных
наборов значений
показателей
взрывных работ
г- 2------
Выбор набора значений показателей взрывных работ
гЗ-------
Генерация параметров производства взрыва
Далее компьютер сам генерирует решение, приводящее к выбранному результату.
Применение предлагаемой методики В таблице представлены технико-экономические показатели взрывного разрушения горных пород [8].
Технологические показатели взрывного разрушения горных пород
№ Наименование Этап определения
до взрыва после взрыва
1. Объём взорванной горной массы, м3 - +
2. Выход горной массы с 1 м, м3 - +
3. Общая величина разрядов, кг + -
4. Расчётный удельный расход ВВ, кг/м3 + -
5. Фактический удельный расход ВВ, кг/м3 - +
6. Ширина развала горной массы, м - +
7. Завышение подошвы, м - +
8. Средний размер куска, м - +
9. Выход фракции +500 мм, % - +
10. Выход фракции +1000 мм, % - +
11. Выход негабарита, %, и его размер, м - +
12. Выход мелочи, % - +
13. Величина зарядов на вторичное дробление, кг - +
14. Расстояние безопасного удаления для объектов, м + -
Для решения задачи нахождения оптимальных параметров производства взрыва с помощью предлагаемой в статье методики следует определить понятие «качества» ВР. Для этого проанализируем возможные ТЭП взрыва и выделим среди них основные, по которым можно оценивать степень оптимальности того или иного решения.
Объём взорванной массы и выход горной массы с 1 м являются проектными показателями ВР и не требуют оптимизации, их значения задаются размерами взрываемого блока.
Общая величина зарядов, расчётный и фактический удельные расходы ВВ как показатели не представляют инте-
реса для оптимизации, т.к. стоимость ВВ пренебрежимо мала по сравнению с затратами на бурение, перенос объектов, выемочно-погрузочные работы и другие технологические процессы открытой горной разработки.
Завышение подошвы уступа, показатели по выходу фракций разного размера, выходу негабарита и мелочи, а также величина зарядов на вторичное дробление могут быть определены только после производства взрыва.
Показатели ширины развала горной массы и среднего размера куска также определяются после производства взрыва. Тем не менее, т.к. эти показатели являются чрезвычайно важными, для прогнозирования их значений были разработаны эмпирические формулы [14].
Ещё одним важным показателем является расстояние безопасного удаления для объектов.
Таким образом, основными показателями, определяющими качество производства взрыва, являются:
1. Степень дробления, являющаяся критически важным показателем при дальнейшей обработке, потому что результатом переизмельчения породы является ухудшение качества конечного продукта, а наличие крупных фракций ведёт к увеличению затрат на вторичное дробление.
2. Ширина развала горной массы после взрыва, определяющая эффективность дальнейших выемочно-погрузочных работ.
3. Расстояние безопасного удаления для объектов, т.к. при проведении массового взрыва на уступе важно знать расстояние, на которое следует отводить технику, перемещать временные линии электропередач и другие объекты.
Для каждого технико-экономического показателя на основании формул, содержащихся в типовом проекте БВР, были построены математические модели, включающие формулы расчёта значений каждого из показателей и системы ограничений, накладываемые на эти значения. Формулы в построенных моделях являются мультимодальными непрерывными функциями от многих аргументов.
Критерии оценки технико-экономических показателей взрыва
Для оценки результатов решений на моделях ТЭП введены следующие критерии оптимальности.
Критерий оптимальности для оценки степени дробления горных пород Уе представим математически в следующем виде
Y =
*
є -є
где £ - подвергаемая оценке степень дробления горной породы, м; £ - оптимальная степень дробления горной породы, м.
Критерий оптимальности для оценки ширины развала горной массы YB после взрыва имеет следующую математическую запись:
YB _ B -%B ^ min ,
(2)
где B - подвергаемая оценке ширина развала горной массы, м; £в - коэффициент, определяемый по формуле
Г 1, B > Bmin
= {да, B < Bmin, (3)
где Bmin - минимально допустимая ширина развала горной массы, определяемая используемым оборудованием, м.
Критерий оптимальности для оценки расстояний безопасного удаления YR представим в следующем виде
Yr _ R -%R ^ min (4)
где R - подвергаемое оценке безопасное расстояние, м; £R -коэффициент, определяемый по формуле
„ 1, R < Rmax
_ {да, R > Rmax , (5)
здесь Rmax - максимально допустимое безопасное расстояние, м.
Разработанное программное обеспечение
Для решения поставленной задачи в [13] была предложена модификация метода достижимых целей на случай непрерывных шкал критериев, которая была положена в основу разработанного программного обеспечения моделирования ВР на карьере.
Основная форма программы (рис. 3) состоит из трёх графиков кривых объективного замещения. Справа размещается активный график зависимости, слева в уменьшенном варианте отображаются два других графика. Активный график выбирается с помощью манипулятора «мышь».
Ползунок в нижней части экрана отвечает за фиксацию значения третьего параметра, при этом для обозначения активной на данный момент области используется цветовая идентификация.
ШШ
*1
Кусковатость - Безопасное удаление
11ирмна развала - Безопасное у да лени
Кусковатость - Ширина раз!
0.04 0.05
Куско в атси
Т
Кусковатость: 0.225 Ширина развала: 38,376 Безопасное расстояние: 413,33 Сформировать решение Закрыть |
Рис. 3. Экранная форма окна «Виртуальный анализ»
Пут ё м перемещения указателя мыши по графику можно исследовать зависимость влияния друг на друга двух активных на данный момент критериев. При этом в нижней части экрана отображаются значения критериев качества текущего решения.
При достижении удовлетворяющего решения следует нажать на кнопку «Сформировать решение», после чего будет сформировано решение, удовлетворяющее выбранным показателям.
Выводы
Методы, алгоритмы и программный продукт, рассмотренные в данной статье, позволяют находить значения пара-
метров производства взрыва на уступе карьера, оптимальные с точки зрения комплекса выбранных тЭп.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безопасность при взрывных работах: Сборник документов. Серия 13. Выпуск 1 / Колл. авт. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002. - 248 с.
2. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 296 с. - (Теория и методы системного анализа).
3. Измаилов А.Ф., Солодов М.В. Численные методы оптимизации: Учеб. пособие. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005, 304 с. - !8ВЫ 5-9221-0045-9.
4. Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: Учебн. пособие для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. 222 с.: ил.
5. Компьютер и поиск компромисса. Метод достижения целей / Лотов А.В., Бушенков В.А., Каменев Г.К., Черных О.Л. - М.: Наука, 1997, 239 с. (Серия «Кибернетика: неограниченные возможности и возможные ограничения»).
6. Конспект курса лекций по дисциплине «Методы оптимальных решений», проф., д.ф.-м.н. Лотов А.В., кафедра Высшей математики, Государственный университет - Высшая школа Экономики, 2004.
7. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., 1974, 832 стр. с илл.
8. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: издательство МГИ, 1992. - 516 с.: ил.
9. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород под взрывом (взрывные технологии в промышленности) ч. !!. Учебник для вузов. 3-е издание, переработанное и дополненное. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1994, 448 с.
10. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных странах: Учебник. Изд. второе, перераб. и доп. -М.: Логос, 2002, 392 с.: ил.
11. Ниязбаева С.В. «Моделирование и многокритериальная оптимизация зарядов буровзрывной скважины на карьере», магистерская диссертация, руководитель проф., д.т.н. Потресов Д. К., М.: МГГУ, 2004.
12. Потресов Д.К., Белин В.А., Сапожников С.И. Виртуальное моделирование взрывных работ на карьере. - М.: Изд-во МГГУ. Горный информационно-аналитический бюллетень. - № 5. - 2005. - С. 165-169.
13. Потресов Д.К., Сапожников С.И. «Развитие метода достижимых целей на случай непрерывных шкал критериев». - М.: Изд-во МГГУ. Горный информационно-аналитический бюллетень. - № 8. - 2006. - С. 229237.
14. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. Изд. 2-е, дополненное и переработанное. - М.: Недра, 1974, 520 с.
15. Systems simulation - the art and science. Robert E. Shannon. Pren-tice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1975.
|— Коротко об авторах---------------------------------------
Белин В.А., Потресов Д.К., Сапожников С.И. - Московский государственный горный университет.
--------------------------- © Г.В. Шубин, В.И. Хон, К.Ю. Авдеев,
Д.Х. Ильбульдин, В.В. Земсков,
Е.Н. Переверзев, 2007
Г.В. Шубин, В.И. Хон, К.Ю. Авдеев, Д.Х. Ильбульдин,
В.В. Земсков, Е.Н. Переверзев
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ БВР
ПРИ ОТБОЙКЕ РУДЫ НА КАРЬЕРЕ «УДАЧНЫЙ»
На локальных участках западного рудного тела карьера «Удачный», где преобладает трещиноватость с мелкоблочной структурой, при применении типовых параметров БВР наблюдается переизмельчение значительной части взорванной руды. Большой выход сильно дроблёного материала уже на стадии взрывного разрушения негативно влияет в последующем на процесс её дальнейшей переработки в условиях обогатительной фабрики. Особенностью эксплуатации мельниц самоизмельчения на алмазодобывающих предприятиях является необходимость обеспечения их рудным материалом определённого фракционного состава, где содержание кусков руды мелкого размера (диаметр менее 100 мм) не должно превышать 50-60 %. Это связано с тем, что при увеличении количества мелкого материала резко ухудшаются показатели работы мельниц самоизмельче-ния и это, в конечном итоге, отражается на сохранности кристаллов алмазов при измельчении руды. Для нормальной работы обогатительной фабрики, согласно результатам ранее проведенных исследований [1], диаметр среднего куска
