CC BY
158
СЕМИНАР 1
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98» МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98
Доц. Н.П. Сенаторов, Е.Г. Агафонов,
Московский государственный горный университет
Трехмерное моделирование открытых горных работ в среде AutoCAD
Многие рудные и нерудные месторождения встречающиеся в природе представлены рассредоточенными телами разнообразной формы с большой изменчивостью минерального состава и качества полезного ископаемого. При проектировании карьеров, а также при планировании развития горных работ на действующих карьерах необходимо устанавливать объемы добычных и вскрышных работ по годам и этапам существования карьера. При этом горные работы должны рассматриваться в процессе их динамического развития с постепенным увеличением размера карьерной выемки, объемов выполненных работ и изменением формы.
Карьер с конечным или с промежуточным положение его бортов является некоторым пространственным объемом заключенным между двумя топографическими поверхностями. Одна из этих поверхностей есть действительная топографическая поверхность участка земной поверхности, относящегося к карьерному полю. Другая поверхность возникает и развивается в результате производства открытых горных работ. Расчет пересечений рудных тел сложной формы с коническими поверхностями бортов требует мощного математического аппарата.
Аналитических методов расчета объемов сложных конических фигур при их пересечении в динамике перемещения и изменения размеров пока не создано. Функции объема вскрышной породы и объема полезного ископаемого можно найти только для простейших условий залегания. При сложных залежах неправильной формы и рельефе поверхности, отличном от равнины, эти функции можно найти графическими способами.
Современные методы геометрического анализа карьерных полей основываются на использовании ЭВМ в основном по двум направлениям. В первом направлении вычислительная машина используется как средство механизации расчетов. Это наиболее характерно для подсчета запасов, массовых расчетов объемов горных работ, классификации качественных свойств залежи и покрывающих пород по признакам и т.д. Второе направление связано с решением задач геометрии движения, т.е. направленном подсчете объемов для исследования режима горных работ. При этом варианты вскрытия и направления развития горных работ могут задаваться проектирующим лицом. В этом случае ЭВМ может производить расчеты площадей этапов, объемов, коэффициентов вскрыши, длин фронта и т.д. по заданным направлениям. Быстродействие позволяет с достаточно малым шагом, а следовательно, и с высокой точностью исследовать большое количество вариантов режима. Оценка этих вариантов по количественным показателям может осуществляться вручную или посредством ЭВМ.
Планирование горных работ производится на базе имеющейся геолого-маркшейдерской документации. Планы, разрезы и профили являются графической моделью месторождения, на которую наносятся положения горных работ и по которой производится вычисление объемов. Аналогично этому при решении разнообразных горно-геометрических задач на электронных вычислительных машинах в памяти машины должна быть записана модель месторождения, отображающая геометрические и качественные свойства залежи полезного ископаемого и пород, которая, в отличие от гра-
фической модели, называется математической моделью месторождения.
Используемые в настоящее время приближенные методы моделирования с использованием различных компьютерных моделей месторождений и выработанного пространства(контурные, блочные и др.) наиболее подходят для принятия решений для реальных сложных объектов.
В тоже время при разработке теоретических основ новых технологий ведения открытых горных работ необходимо применение параметрического моделирования на ЭВМ. Современный уровень программных технических средств электронной вычислительной техники позволяет перейти от традиционных методов конструирования к новым информационным технологиям с использованием компьютеров. Гибкость системы моделирования с точки зрения расширения возможностей ее использования может быть увеличена, если программное обеспечение этой системы является универсальным и открытым. Примером такой универсальной, открытой среды проектирования для реализации графических возможностей моделирования является система AutoCAD фирмы Autodesk - универсальная графическая система, в основу структуры которой положен принцип открытой архитектуры, позволяющий адаптировать и развивать многие функции AutoCAD применительно к конкретным задачам и требованиям.
Очень ценным является то, что начиная с 12 версии в систему AutoCAD введены средства твердотельного пространственного моделирования в виде расширения по объемному конструированию (РОК), а с версии AutoCAD 13 и
Рис. 1. Положение горных работ вариант 1
Рис. 2. Положение горных работ вариант 2
выше они включены в качестве команд. Это дополняет базовые средства AutoCAD по трехмерному конструированию и обеспечивает возможности для проектирования (САПР), поскольку включает:
♦ булевые операции (объединение, вычитание и пересечение) для получения из примитивов составных объектов;
♦ присвоение материальных
свойств твердотельным объектам;
♦ вычисление массоинерционных характеристик - таких, как объем, масса, центр масс и др.;
♦ получение по твердотельным объектам детальных изображений: видов, разрезов, сечений и т.д.
В системе АиоСАЭ существует несколько способов создания твердотельных объектов: вращение полилинии или окружности вокруг произвольной оси; создание тел «выдавливанием» - перемещение замкнутого контура параллельно самому себе. Также новые тела можно получать путем объединения нескольких простых твердотельных объектов. Под объединением понимаются различные операции над телами:
♦ сложение объектов - получение новых тел или областей из нескольких существующих тел или областей, в том числе не имеющих общего объема
или площади (т.е. не пересекающихся);
♦ вычитание одного объекта из другого - тела создаются путем вычитания одного набора объемных тел из другого подобного набора;
♦ пересечение объектов - получение новых составных тел и областей при пересечении нескольких существующих объектов.
Параметрическое моделирование в системе AutoCAD наиболее успешно используется с применением встроенного языка AutoLISP. С помощью программы можно проследить изменение основных параметров карьера при изменении одного или нескольких его параметров. В качестве примера использования данного подхода разработана программа на языке AutoLISP, с применение средств АиоСАЭа по твердотельному моделированию, для исследования развития горных работ в карьере, разрабатывающем месторождение представленное рассредоточенными рудными телами сложных форм. Рассматривается два варианта ведения горных работ, в первом варианте имеется одно общее дно карьера(рис. 1), во втором варианте горные работы ведутся с созданием внутри «большого» карьера «малых» карьеров, углубление горных работ в которых ведется по падению рудных тел (рис.2).
вскрыши
Возможно изменение одного или нескольких параметров карье-ра(глубина, высота уступа, ширина дна, ширина рабочей площадки) за один цикл. При работе программы на экран поэтапно выводятся таблицы с данными о объеме полезного ископаемого находящегося в прирезке, его массе и центре масс, а также другие массоинерционные характеристики. Помимо цифровых данных на экран выводится графическое объемное изображение текущего положения горных и полезного ископаемого попавшего в прирезку.
Анализ режима горных работ в этих вариантах показал, что при одинаковой текущей глубине карьера во втором варианте извлекается больше полезного ископаемого и коэффициент вскрыши на начальном этапе значительно ниже чем в первом варианте. На рис.3. представлена диаграмма зависимости объема полезного ископаемого в контуре карьера от его глубины, а на рис.4. диаграмма коэффициента вскрыши. Проведенное моделирование открытых горных работ с использованием средств пакета Авто-кад по твердотельному пространственному конструированию показало хорошую адаптированность данной системы к задаче исследования режима горных работ.
біт
6661 Н зуил
