CC BY
87
УДК 622.2:504.06
Хакулов Виктор Алексеевич Viktor Khakulov
Хакулов Вадим
Викторович Vadim Khakulov
Матаев Арон Шаабоевич Aron Mataev
Петьков Виталий Николаевич Vitaly Petkov
Хатухова Дана Владимировна Dana Khatukhova
Сохрокова Аят Барасбиевна Ayat Sokhrokova
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМ ВЫСОКОТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ
IMPROVED TECHNOLOGY AND DESIGN MINING BASED ON THE USE OF PRECISE POSITIONING
Статья посвящена исследованию проблем совершенствования проектирования промышленных взрывов на карьерах. В настоящей работе разработан специальный метод диагностики состояния массивов горных пород.
Эффективность формирования потока горной массы по крупности зависит от правильной оценки структурных и прочностных свойств массивов гор-
The article investigates the problems of improving the design of industrial explosions in quarries. In this article we developed a special method of diagnosing the state of rocks.
The effectiveness of the formation of the flow of the rock mass by size depends on the correct assessment of structural and mechanical properties of rocks. Commonly known techniques to study the strength proper-
ных пород. Широко известные методики исследования прочностных свойств на образцах в полной мере не могут быть использованы на производстве, так как не учитывают неоднородность структурных свойств массивов горных пород. Возникает необходимость измерения в производственных условиях новых параметров и величин, которые ранее не измерялись. Энергоемкость экскавации позволяет дать только совокупную характеристику экскаваторного забоя без оценки отдельных составляющих.
Предлагается новый подход в районировании массивов горных пород по взрываемости, не требующий поиска корреляции с энергоемкостью бурения. С помощью высокоточного позиционирования в составе систем дистанционного мониторинга процессов бурения и экскавации по состоянию забоя оцениваются результаты буровзрывных работ.
В процессе дистанционного мониторинга бурения технологических скважин оценивается взрывное воздействие на подошву уступа за пределами проектных контуров отбойки, приводящее к искусственному трещинообразованию. Уточнение районирования производят по величине отношения показателя энергоемкости бурения верхней части скважин блока текущего горизонта пробуренных в непогашенной зоне междускважинного пространства вышележащего, ранее отработанного блока к энергоемкости бурения в зоне перебура скважин, формирующих данное межскважинное пространство.
Реализация данного технического решения осуществляется в составе автоматизированной системы, включающей технические, программные средства и базы данных, структура которой предусматривает хранение и использование фактических параметров буровзрывных работ, таких как фактические координаты, глубина, поинтервальная энергоемкость бурения, величина заряда, тип ВВ и др. Минимальное количество интервалов регистрации энергоемкости бурения — 3.
Результаты диагностики массивов предлагается использовать при проектировании промышленных взрывов на карьерах
Ключевые слова: массив горных пород, категория пород по взрываемости, искусственная трещиноватость, системы высокоточного позиционирования, энергоемкость бурения, дистанционный мониторинг, энергетические показатели, двигатель напора, двигатель подъема, положение ковша в пространстве и во времени, межскважинное пространство
ties of the samples could not be fully used at manufacture because they do not consider the heterogeneity of structural properties of rocks. There is a need to measure in production environment of new parameters and values that have not been measured. The energy intensity of excavation allows us to give only a set of characteristics excavator slaughter without assessing individual components.
A new approach to zoning of rocks by explosion does not require a search for a correlation with an energy drilling. With high accuracy positioning as a part of remote monitoring of drilling and excavation as slaughtering the results of drilling and blasting are estimated.
In the process of remote monitoring of wells drilling technology, an explosive impact on the sole of the ledge outside the design contours breaking, leading to an artificial crack is estimated. Clarification of zoning are produced due to the largest ratio of energy intensity of drilling the upper part of the current block wells drilled in the horizon area of outstanding inter-well space overlying previously depleted to block drilling in the area of energy intensity regales wells forming this inter-well space
The realization of this technical solution is carried out as a part of the automated system, including hardware, software and databases, the structure of which provides for the storage and use of actual parameters of drilling and blasting operations, such as actual coordinates, depth, energy intensity interval standardized drilling, amount of charge, type of explosives and others. The minimum registration number of intervals drilling energy intensity is 3.
The results of diagnostic rock mass are proposed to use in the design of industrial explosions in open-cast mines
Key words: rock mass, category of explosion rocks, artificial fracture, high-precision positioning system, energy intensity of drilling, remote monitoring, energy performance, engine head, engine lift, bucket position in space and time, inter-well space
Совершенствование горно-обогатительных технологий невозможно без усложнения технологического регламента, требующего более совершенного информационного обеспечения. Эффективность формирования потока горной массы по крупности зависит от правильной оценки структурных и прочностных свойств массивов горных пород. Широко известные методики исследования прочностных свойств на образцах в полной мере не могут быть использованы на производстве, так как не учитывают неоднородность структурных свойств массивов горных пород. Более того, в результате взрывного воздействия на массивы горных пород за пределами проектных контуров отбойки возникает искусственная трещиноватость, существенно усложняющая проведение последующих взрывных работ на смежных блоках текущего и нижележащего горизонтов. В этих условиях нужны методы экспрессной диагностики массивов горных пород, свободные от субъективной составляющей.
В последнее время в строительстве и горном деле начинают широко использовать системы высокоточного позиционирования. Точность и возможности этих систем постоянно растут, как и потребности новых технологий добычи и переработки в привязанной ко времени и пространству достоверной и своевременной информации о локализации технологически неоднородных зон природных залежей, техногенных образований и массивов горных пород. При этом возникает необходимость измерения в производственных условиях новых параметров и величин, которые ранее не измерялись.
Источником достоверной технологической информации (унифицированной) могут быть технологические скважины и экскаваторный забой. Но известные методы в полной мере не могут быть использованы. Так, из технической литературы известны решения, которые напрямую связывают энергоемкость бурения или экскавации с взрываемостью массивов [8]. Главным достоинством данных методов является простота, доступность в условиях производства и небольшая зависимость от субъективной
составляющей, что привлекательно для использования их в автоматизированных системах. При этом главным недостатком рассматриваемых методов является сложность поиска корреляции между взрывае-мостью пород и энергоемкостью бурения. Корреляционные связи между структурными свойствами горных пород и энергоемкостью бурения существуют только внутри геологических типов пород, но для их установления нужны трудоемкие исследования с привлечением высококвалифицированных специалистов.
Энергоемкость экскавации позволяет дать только совокупную характеристику экскаваторного забоя без оценки отдельных составляющих.
Авторами предлагается новый подход в районировании массивов горных пород по взрываемости, не требующий поиска корреляции с энергоемкостью бурения. С помощью высокоточного позиционирования в составе систем дистанционного мониторинга процессов бурения и экскавации по состоянию забоя оцениваются результаты буровзрывных работ[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9]. Общая структурная схема автоматизированной системы представлена на рис. 1.
В цикле экскавации для регистрации изменения состояния экскаваторного забоя (подошвы уступа, гранулометрического состава и формы навала отбитой массы) энергетические показатели работы двигателей напора, подъема через положение ковша в пространстве и во времени привязывают к операциям черпания, наполнения и удержания наполненного ковша. Особый интерес вызывает исследование перехода от погашенного околоскважинного к погашенному межскважинному пространству. Характеристику проработки подошвы уступа учитывают по изменению энергетических показателей двигателя напора на уровне подошвы уступа, гранулометрический состав горной массы — по изменению энергетических показателей двигателя подъема при наполнении и удержании наполненного ковша, компактность навала — по изменению энергетических показателей двигателя подъема и регистрации высоты черпания.
Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы: 1 - подсистема геолого-маркшейдерского обслуживания - ГЕОМАРК; 2 - подсистема автоматизированного проек-тирования буровзрывных работ;
3 - модуль проектирования буровых работ;
4 - модуль районирования массивов пород; 5 - блок выполнения корректировочного
расчета скважинных зарядов; 6 - блок контроля проектных параметров -исполнения проекта на бурение; 7 - блок контроля и анализа результатов зарядки скважин; 8 - база данных; 9 - модуль глубокого анализа результатов буровых работ; 10 - блок анализа работы экскаваторов;
11 - блок системного анализа; 12 - блок трансляции отчетных данных
В случае занижения категории пород по взрываемости отрицательный результат очевиден и проявляется сразу. Локализацию неровностей по подошве в погашенном межскважинном пространстве устанавливают через привязанные к позиционированию ковша энергетические показатели работы двигателя напора, характеризующие операцию черпания.
При завышении удельного расхода ВВ отрицательный результат менее очевиден и
проявляется не сразу. В этом случае в приповерхностном слое образуется белее интенсивная искусственная трещиноватость, которая захватывает междускважинное пространство и усложняет проведение буровзрывных работ на нижележащем горизонте. При правильно выбранных параметрах БВР в междускважинном пространстве на уровне проектной отметки подошвы уступа должен оставаться скальный массив, энергоемкость бурения которого не должна отличаться в меньшую сторону более чем на 20 % от энергоемкости бурения перебура соответствующей скважины вышележащего, ранее погашенного блока.
В процессе дистанционного мониторинга бурения технологических скважин оценивается взрывное воздействие на подошву уступа за пределами проектных контуров отбойки, приводящее к искусственному трещинообразованию. Уточнение районирования производят по величине отношения показателя энергоемкости бурения верхней части скважин блока текущего горизонта, пробуренных в непогашенной зоне междускважинного пространства вышележащего, ранее отработанного блока, к энергоемкости бурения в зоне перебура скважин, формирующих данное межсква-жинное пространство (рис. 3).
Реализация данного технического решения осуществляется в составе автоматизированной системы, включающей технические, программные средства и базы данных. Технические и программные средства обеспечивают функционирование системы. Важное значение отводится базе данных, структура которой предусматривает хранение и использование фактических параметров буровзрывных работ, таких как фактические координаты, глубина, по-интервальная энергоемкость бурения, величина заряда, тип ВВ и др. Минимальное количество интервалов регистрации энергоемкости бурения — 3.
Первый интервал характеризует значение энергоемкости бурения приповерхностного слоя уступа, величина которого соответствует глубине перебура на вышележащем, ранее отбитом блоке.
Рис. 2. Алгоритм блок-схемы пошагового районирования массивов горных пород по категориям взрываемости на основе анализа энергоемкости экскавации горной массы
Второй интервал представляет значение энергоемкости бурения скважины ниже первого интервала до уровня отметки подошвы уступа.
Третий интервал характеризует энергоемкость бурения скважины ниже отметки подошвы уступа — уровень перебура.
Первый интервал имеет наивысшую информативность, т.к. включает в себя непогашенную часть межскважинного пространства вышележащего, ранее отработанного блока. В процессе буровых работ на вышележащем блоке поинтервально регистрируются и накапливаются в базе данных значения энергоемкости бурения скважин. Особый интерес представляет зона перебура, так как она остается непогашенной пос-
Рис. 3. Алгоритм блок-схемы пошагового районирования массивов горных пород по категориям взрываемости на основе анализа энергоемкости бурения скважин
ле взрывной отбойки и экскавации горной массы отработанного блока.
Проектирование скважин на буровом блоке осуществляется с помощью подсистемы, которая, по данным районирования, выполняет расчет параметров и положения скважин на блоке. На стадии проектирования массового взрыва в качестве основы используется база данных фактического положения взрывных скважин на вышележащем, ранее отработанном блоке. Устанавливается положение межскважинного пространства вышележащего, ранее погашенного блока для смещения скважин текущего горизонта в сторону менее нарушенного предыдущим взрывом массива горных пород. В процессе обуривания блока теку-
щего горизонта наряду с поинтервальной регистрацией энергоемкости бурения анализ изменения энергоемкости бурения пород приповерхностного слоя, на основании которого производится корректировка данных районирования пород по взрываемос-ти и параметров БВР. Так, корректировку районирования и параметров БВР (в сторону уменьшения категории пород по взры-ваемости) производят, если энергоемкость бурения пород приповерхностного слоя снизилась на более чем 20 % по сравнению с энергоемкостью бурения зоны перебура скважин, формирующих данное межсква-жинное пространство (рис. 3).
Литература_
1. Патент РФ № 2411445. Способ ведения буровзрывных работ / Хакулов В.А., Секисов А.Г., Плеханов Ю.В., Хакулов В.В. // Бюл. И. 2011. № 4.
2. Патент РФ № 2521629. Способ ведения буровзрывных работ/ Хакулов В.А., Игнатов В.Н., Хакулов В.В., Сыцевич Н.Ф., Ткаченко Л. А. // Бюл. И. 2014. № 19.
3. Патент РФ № 2498211. Способ ведения буровзрывных работ / Хакулов В.А., Кузамышев В.М., Сыцевич Н.Ф., Хакулов В.В., Плеханов Ю.В., Ткаченко Л.А. // Бюл. И. 2013. № 31.
4. Хакулов В.В. Совершенствование технологии проектирования массовых взрывов на открытых горных работах // Горный информационный аналитический бюллетень. 2009. № 3. С. 81-83.
5. Хакулов В.В. Совершенствование проектирования буровзрывных работ для карьеров на основе саморазвивающихся моделей районирования массивов горных пород // Горный информационный аналитический бюллетень. 2010. № 7. С. 28-31.
6. Патент РФ № 2521625. Способ формирования динамических усилий в механизме экскаватора / Хакулов В.А., Игнатов В.Н., Хакулов З.А., Ткаченко Л.А., Сыцевич Н.Ф. // Бюл. И. 2014. № 19.
7. Хакулов В.А. Технология пошагового совершенствования буровзрывных работ // Горный информационный аналитический бюллетень. 2007. № 2. С. 77-78.
8. Коваленко В.А., Тангаев И. А., Киселев А.О. Управление горным производством на основе оперативной информации о технологических свойс-
Корректировка районирования в сторону увеличения категории пород по взры-ваемости производится, когда соблюдение проектных параметров БВР не позволяет достичь проектных отметок подошвы уступа (рис. 2).
Таким образом, внедрение технологии позволяет снизить расход бурения и взрывчатых веществ на 17...22 %. Кроме этого, решаются задачи нормирования затрат на БВР, планирования развития горных работ, технологического картирования руд и оптимизации затрат на проведение горных работ.
_References
1. Patent RF № 2411445. Sposob vedeniya burovzryvnyh rabot (The patent of the Russian Federation № 2411445. Method of conducting blasting). Khakulov V.A., Sekisov A.G., Plekhanov Yu.V., Khakulov V.V. Bull. I. 2011. No. 4.
2. Patent RF № 2521629. Sposob vedeniya burovzryvnyh rabot (The patent of the Russian Federation № 2521629. Method of conducting blasting). Khakulov V.A., Ignatov V.N., Khakulov V.V., Sytsev-ich N.F., Tkachenko L.A. Bull. I. 2014. No. 19.
3. Patent RF № 2498211. Sposob vedeniya burovzryvnyh rabot (RF Patent № 2498211. Method of conducting blasting). Khakulov V.A., Kuzamyshev V.M., Sytsevich N.F., Khakulov V.V., Plekhanov Yu.V, Tkachenko L.A. Bull. I. 2013. No. 31.
4. Khakulov V.V. Gorny informatsionny anal-iticheskiy byulleten (Mining information and analytical bulletin), 2009, no. 3, pp. 81-83.
5. Khakulov V.V. Gorny informatsionny anal-iticheskiy byulleten (Mining informational and analytical bulletin), 2010, no. 7, pp. 28-31.
6. Patent RF № 2521625. Sposob formirovaniya dinamicheskih usiliy v mehanizme ekskavatora (RF Patent № 2521625. Method of forming the dynamic forces in the mechanism of the excavator). Khakulov V.A., Ignatov V.N., Khakulov Z.A., Tkachenko L.A., Sytsevich N.F. Bull. I. 2014. No. 19.
7. Khakulov V.A. Gorny informatsionny anal-iticheskiy byulleten (Mining information and analytical bulletin), 2007, no. 2, pp. 77-78.
8. Kovalenko V.A., Tangaev I.A. Kiselev A.O. Upravlenie gornym proizvodstvom na osnove opera-tivnoy informatsii o tehnologicheskih svoystvah obek-
твах объекта разработки // Сборник докладов, Передовые технологии на карьерах КРСУ, Бишкек, 2008.
9. Хакулов В.А., Хакулов В.В., Сыцевич Н.Ф., Ксенофонтов А.С., Ткаченко Л.А. Аппаратно-программный комплекс формирования потока руды по крупности // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2012. Т. II. № 4. С. 59-62.
Коротко об авторах_
Хакулов В.А., д-р техн. наук, зав кафедрой «Информационные технологии в управлении техническими системами», директор НОЦ Автоматизации геотехнологических систем, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, Институт горного дела СО РАН, г. Нальчик, Россия vkh21@ya.ru
Научные интересы: совершенствование и автоматизация горно-перерабатывающего производства
Хакулов В.В., канд. техн. наук, ведущий специалист ЗАО Интернет-проект, г. Санкт-Петербург, Россия
Научные интересы: облачные интернет технологии, дистанционный мониторинг и управление горнообогатительным производством
Матаев А.Ш., аспирант, инженер НОЦ Автоматизации геотехнологических систем, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, Институт горного дела СО РАН, г. Нальчик, Россия
Научные интересы: технологии высокоточного позиционирования и управлений горным оборудованием
Петьков В.Н., аспирант, инженер НОЦ Автоматизации геотехнологических систем, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, Институт горного дела СО РАН, г. Нальчик, Россия
Научные интересы: моделирование процессов горных работ
ta razrabotki [Management of mining on the basis of operational information on technological properties of the object]: Proceedings of the development, advanced technology in the open-pit mines. KRSU, Bishkek, 2008.
9. Khakulov V.A., Khakulov V.V., Sytsevich N.F. Ksenophontov A.S. Tkachenko L.A. Izvestiya Kabardino-Balkarskogo gosudarstvennogo univer-siteta (Proceedings of Kabardino-Balkar State University), 2012, vol. II, no. 4, pp. 59-62.
_Briefly about the authors
V. Khakulov, doctor of technical sciences, head of Information Technology in the Management of Technical Systems department, director of REC Automation Geo-technical Systems, Kabardino-Balkaria State University named after H.M. Berbekov, Institute of Mining, Siberian Branch of RAS, Nalchik, Russia
Scientific interests: improvement and automation of mining and processing plant
V. Khakulov, candidate of technical sciences, leading specialist, Internet Project Company, St. Petersburg, Russia
Scientific interests: Internet cloud technology, remote monitoring and control of ore dressing production
A. Mataev, postgraduate, engineer, REC Automation geotechnical systems, Kabardino-Balkar State University named after H.M. Berbekov, Institute of Mining, Siberian Branch of RAS, Nalchik, Russia
Scientific interests: high-precision positioning technology and management of mining equipment
V. Petkov, postgraduate, engineer, REC Automation geotechnical systems, Kabardino-Balkar State University named after H.M. Berbekov, Institute of Mining, Siberian Branch of RAS, Nalchik, Russia
Scientific interests: modeling of mining operations
Хатухова Д.В., аспирантка, инженер НОЦ Автоматизации геотехнологических систем, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, Институт горного дела СО РАН, г. Нальчик, Россия
Научные интересы: технологии формирования качеством руд на стадии горных работ
D. Khatuhova, postgraduate, engineer, REC Automation geotechnical systems, Kabardino-Balkar State University named after H.M. Berbekov, Institute of Mining, Siberian Branch of RAS, Nalchik, Russia
Scientific interests: technology of formation of ore quality at the stage of mining operations
Сохрокова А.Б., аспирантка, инженер НОЦ Автоматизации геотехнологических систем, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, Институт горного дела СО РАН, г. Нальчик, Россия
Научные интересы: создание программных компонентов управления процессами горных работ
A. Sokhrokova, postgraduate, engineer, REC Automation geotechnical systems, Kabardino-Balkar State University named after H.M. Berbekov, Institute of Mining, Siberian Branch of RAS, Nalchik, Russia
Scientific interests: creation of software components to process control of mining operations
