Виртуальное моделирование взрывных работ на карьере Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

условием def^ = def1 и <Зв/~ , является частное от деления размера информационной составляющей номинальной системы О на размер информационной составляющей номинальной системы Е .

Для определения эффективности номинальной системы с организацией по сравнению с номинальной системой без организации поделим полученные выражения одно на другое. Результат определит коэффициент эффективности использования организации в системе.

к (а + 8 [кУ}пт ап (т +1) + тк

Таким образом, для анализа влияния на размер информационной составляющей степени организации номинальной системы по ком-

понентам IInd , I и IInt номинальных объектов

- необходимо использовать полученное выражение. При значениях переменной к = 1 коэффициент эффективности /З, использования организации в номинальной системе, всегда меньше единицы для произвольных значений

n и m - sup (Р)=——— < 1. Это согласуется an +1

со здравым смыслом: усложнение организации номинальных объектов с определениями, в которых отсутствует повторяемость дефиниций, ведет только к увеличению размера номинальной системы. Другими словами, «не усложняй сущности без надобности».

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------

Федунец Нина Ивановна - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой,

Кубрин Сергей Сергеевич - профессор, доктор технических наук,

кафедра «Автоматизированные системы управления», Московский государственный горный университет.

------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

симонянц Сергей Липаритович Научное обоснование целевой модернизации техники и технологии турбинного бурения 25.00.15 Д.т.н.

БАКЕЕВ Руслан Ахметович Обеспечение пожарной и фонтанной безопасности при расконсервации газовых скважин 05.26.03 к.т.н.

ПАРШУКОВ Андрей Николаевич Анализ динамики регулирования в условиях действия факторов неопределенности (с приложениями в нефтегазовой отрасли) 05.13.06 к.т.н.

© Д.К. Потресов, В.А. Белин, С.И. Сапожников, 2005

УДК 622.81:681.3.001.57

Д.К. Потресов, В.А. Белин, С.И. Сапожников ВИРТУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗРЫВНЫХ

РАБОТ НА КАРЬЕРЕ

Семинар № 10

ш ш роцесс проектирования взрыва за-

.Л-Ш. ключается в том, чтобы, исходя из типового проекта взрывных работ и, опираясь на указанные исходные данные, произвести расчет главных варьируемых параметров взрыва, которые существенно влияют одно на другое, причём часто в противоположных направлениях, и не могут выбираться независимо. Для выбора наиболее рациональных значений параметров производства взрыва целесообразным является применение методов компьютерного моделирования.

Компьютерное моделирование - метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования её компьютерной модели [1].

Если объектом компьютерного моделирования являются взрывные работы на карьере, то суть такого моделирования заключается в получении количественных и качественных результатов по имеющейся модели физических процессов горных пород при взрыве. На данном этапе развития вычислительной техники создание такой модели для дальнейшего решения на ней задачи оптимизации невозможно в силу её высокой сложности и многомерности возможных вариантов решения. Поэтому выполняется виртуального моделирования взрывных работ. Поясним термин «виртуальное моделирование».

Под виртуализацией понимается переход на более высокий уровень абстракции в управлении конкретными конфигурациями вычислительной системы [3]. При виртуальном моделировании взрывных работ производится абстрагирование от природы физических процессов взрыва горных масс путём перехода от физической модели взрыва к моделям оценки его технико-экономических показателей.

Под виртуальным моделированием взрывных работ будем понимать моделирование физически невыполняемого, но практически осуществимого взрыва с целью выявления значений варьируемых параметров, наилучших с точки зрения технико-экономи-ческих показателей. Объектом такого моделирования служит взрыв на карьере, параметрами - горногеологические и технико-технологические данные, а выходными переменными - полученные значения варьируемых параметров и прогнозируемые технико-экономические показатели.

С точки зрения технико-экономических показателей взрывные работы являются сложной системой взаимосвязанных моделей, структура которой показана на рис. 1.

Рассмотрим представленные на рис. 1 модели.

Степень дробления

Степень дробления определяется следующим образом:

(0,13-р- ^ ■ (0,6 + 0,33-d-ц)квв )5/2

£ =------------------------------------, м

2 ■ (^ )5/2

где { - коэффициент крепости пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова; р, - степень трещиноватости массива; р - плотность взрываемых пород, т/м3; квв - переводной коэффициент от эталонного ВВ (аммонита №6ЖВ) к используемому ВВ; (1 - диаметр скважины, м; Чуд - удельный расход ВВ, кг/м3.

Удельный расход ВВ рассчитывается по формуле:

й , 3

= ~ТН ’кг/м

а ■ Ь ■ Н

где Q - масса скважинного заряда, кг; а - расстояние между скважинами в ряду, м; Ь - расстояние между рядами скважин, м; Н - высота уступа, м.

Масса скважинного заряда:

'ог ротивление поро д, >/ < )жг тию, растяжение),

Іористость, влажность

Друоио ооолооичоскио

СПП, исключающей образование порогов в подошве уступа:

ВВ в метре скважины):

Я‘ С2

Рис. 1. Структура системы моделех экономических показателей взрыві ере

в = 1шр 'Р ’М _ ІА- квв

где Р - вместимость ВВ в скважиу*=ЮЛОгйЧвСКие длина заряда в скважине, м. ^ и ^ ^

Вместимость ВВ в скважине (количествЛЯЙЙ^1АШ№?иент геологических Условий‘

е развала характеризуется его ши-

ринои вычисляемой по .следующей эмпириче-

Р = " " • А , кг/м

4 ЖІРв К ,, _

где К3 - коэффициент дальности отброса взо-зависящий от величины интервала замедлениями ^-число рядов скважин;

щЙШяя'йирина развала при однорядном мгновенном взрывании.

Допустимое с о $т Оіями елушэйу/ізі р н п а развала

ешюм взрывании рас-

лйает<ЯП1<ГІГф?Г

(количестВу7а^^|

_ РИНОР

Гоаницы возш\

где А - плотность заряжания ]

Состояние развала горно|

По состоянию уступа мо себя следующие ограничения Мраметры 1) по возможности безопасного

обуривания уступа:

Бм = К3 ■ В0 + (п -1) ■ Ь ,

где а - угол откоса уступа, мально допустимое расстояние от оси скважи-

ц,т,н<ш,тжштмтш

ны до верхней бровки уступа,

В = К ■ К„

■ И„

166

М X в р ^ іуо у >

необходимая кусковатость

Допустимый процент выхода негабарита

Моделі

технико-эк

показатеї

Степень ,1

Состоят

горной

Безог рассто5 людей и

Условия по безопасности

Свойства ВВ

Варьируемь

Расстояния меже Расстояния меже Длина заряда в ск Интервал замедл

где Кв - коэффициент, характеризующий взры-ваемость породы; Кр - коэффициент, учитывающий угол наклона Р скважин к горизонту.

Коэффициент, учитывающий угол наклона Р скважин к горизонту, находится следующим образом:

Кр = 1 + 0,5 ■ яп2 ■ (^-^)

Безопасные расстояния для людей и объектов

1. Расстояние гразл, опасное для людей по разлёту отдельных кусков породы при взрывании скважинных зарядов, рассчитанных на разрыхляющее (дробящее) действие, определяется по формуле [2]:

f

d

•— , м

Р = 1250 -Лзар ■

V1 + ^3о6 a

гДе Лзар - коэффициент заполнения скважины ВВ; ^за6 - коэффициент заполнения скважины забойкой.

Коэффициент заполнения скважины ВВ вычисляется по формуле:

/зар зар

её отсутствия, длины свободной от заряда части скважины) к диаметру скважины; N - количество одновременно взрываемых скважинных зарядов.

Для группы скважинных зарядов длиной более 12 своих диаметров полученное значение Qэ умножается на 12.

Критерии оптимальности

Для решения на совокупности моделей оценки технико-экономических показателей взрывных работ были введены критерии оценки качества взрыва.

1. Степень дробления:

^ ,a, Ь) ^ тт (1)

При заданной максимальной кусковатости £ критерий может быть представлен следующей функциональной зависимостью:

/ ( \ 5 2 N

/1^, а, Ь) = * 1 0,13-р-4/ -(0,6 + 0,33■ d-ц)квв //

2 1зар-ж-d2-А

ч ^ 4 ■ а - Ь - Н ) )

(2)

где Ь - глубина пробуренной скважины, м.

Коэффициент заполнения скважины забойкой рассчитывается по формуле:

Лжб = Ьаб / К

где 1за6 - длина забойки, м; 1н - длина свободной от заряда верхней части скважины, м.

При полном заполнении забойкой свободной от заряда верхней части скважины цЗЩ1 = 1, при взрывании без забойки - ^зар = 0.

Коэффициент крепости пород

/ = *■«/100

где асж - предел прочности пород на одноосное сжатие при стандартном испытании образцов правильной формы, кгс/см2.

2. Радиус воздействия ударной воздушной волны (УВВ) на сооружения при полном отсутствии повреждений остекления определяют по формуле [2]:

Г = 200 ■ ^ , м

где Qэ - эквивалентная масса заряда, которую определяют следующим образом:

Qэ = Р • 1„Р • К ■ N

где К - коэффициент, значение которого зависит от отношения длины забойки (или, в случае

2. Состояние развала горной массы: ^ = /1(1шР, а Ь,« ^ т1п

(3)

При заданной желательной ширине развала В критерий представим следующей функцией:

1 2 (1зар > а> Ь,Г) =

к, ■ К, ■ к.

■ Н + (п -1) ■ Ь

(4)

3. Безопасные расстояния для людей и объектов:

^ = ЛУшр ,а) ^ ^ (5)

При необходимом расстоянии безопасного удаления Я критерий представим следующей функцией:

/

/з(Ксф >а) =

Я' -| 1250

Н

/

Я

(6)

Полученная задача является многокритериальной и многопараметрической, сложность решения которой состоит в том, что подмножества множества параметров, принимаемые функциями критериев в качестве аргументов,

а = соп81 Ь = сопб1

Рис. 2. Графическое представление многокритериальной задачи оптимизации технико-экономичесйк% показателей взрывных работ 1Д/2

частично пересекаются. Графическое представление проблемы показано на рис. 2.

Из рис. 2. видно, что при изменении значения конкретного параметра для оптимизации решения по одному из критериев, значения

зуального исследования

1зар = сопёЦь

других критериев также изменяются по неисследованной зависимости. У/2

Для решения задачи был выбран метод достижимых целей (МДЦ), дающий возможность изучать разумные компромиссы на основе ви-взаимозависимостей :ежду недоминируемыми сочетаниями достижимых значений критериев [5]. МДЦ предполагает построение множеств достижимых целей в пространстве критериев, их визуальное представление через кривые объективного замещения между различными парами критериев с дальнейшим выбором ЛПР компромиссной додажимой цели, п§сле чего производится расчет регдадия, приводящего к данной цели. Пример кривых объективного замещения между различными 1рами критериев для задачи с

/_зар = сопа

Рис. 3. Кривые объективного замещения

а = сопэ! Ь = сопб1 т = сопб1

тремя критериями представлен на рис. 3.

При фиксации значения одного из критериев строится область достижимых целей для пары других критериев, причём множество недоминируемых решений лежит на эффективной границе данной области. При этом для уменьшения числа рассматриваемых ЛПР вариантов решения необходимо найти оптимальное количество фиксированных значений каждого из критериев, которое определяет число формируемых областей для пары других кри-

1. Бахвалов Л.А. Компьютерное моделирование систем», учебное пособие, электронная версия.

2. 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.

3. Заморин А.П., Марков А.С. Толковый словарь по вычислительной технике и программированию. Основные термины, М., 1987.

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. Куприянов В.В., Исаев А.Б. Теория принятия решений, уч. пособие, часть I, М., МГГУ, 2000.

7. Курс лекций по дисциплине «Информацион-но-управляющие системы», проф., д.т.н. Потресов Д.К.

8. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород под взрывом (взрывные технологии в промышленности) ч. II. Учебник для вузов. 3-е издание, переработанное и до-

териев. Для этого необходимо разработать алгоритм анализа функции фиксируемого критерия. Встаёт задача поиска экстремальных значений функции от многих (до четырёх) переменных. Её решение осуществляется с помощью метода Фибоначчи.

В МДЦ для получения окончательного решения перед ЛПР стоит задача выбора компромиссной достижимой цели из ограниченного множества достижимых целей.

------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

полненное. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1994. - 448 с.

9. Ларичев И.О. Теория и методы принятия решений, Москва, «Логос», 2000 г., 296 с.

10. Львов А.Д. «Компьютерное моделирование процесса оценки степени трещиноватости откоса уступа карьера с использованием теории распознавания образов», магистерская диссертация, руководитель проф., д.т.н. Потресов Д.К., М.: МГГУ 2003.

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. Резниченко С.С., Подольский М.П., Ашихмин А.А. Экономико-математические методы и моделирование в планировании и управлении горным производством. Москва, «Недра», 1991 г., 429 с.

13. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. Изд. 2-е, дополненное и переработанное. - М.: Недра, 1974, 520 с.

14. Технические правила ведения взрывных работ на дневной поверхности - М.: «Недра», 1972.

15. Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, механизация и организация открытых горных работ: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. - М.: Изд-во Моск. горного ин-та, 1992. - 464 с.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------------

Потресов Дмитрий Кириллович — профессор, доктор технических наук, кафедра «Автоматизированные системы управления»,

Белин Владимир Арнольдович — профессор, доктор технических наук, кафедра «Разрушение горных пород взрывом»

Сапожников С.И. — студент, кафедра «Автоматизированные системы управления»,

Московский государственный горный университет.

© С. С. Лавров, 2005