CC BY
65
УДК 622.233:622.235:33.012.3 (571.17)
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЕДЕНИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ В КУЗБАССЕ
Л.В. Рыбак, А.Г. Беляев, М.Ф. Набиулин, В.И. Ефимов
Показано, что обеспечение подготовки взорванной горной массы для горнодобывающих предприятий с требуемыми условиями по безопасности, высоким техническим уровнем и конкурентной ценой требует применения современных технологий, автоматизации процесса технических расчетов. Внедрение программного комплекса и оборудования позволяет значительно сократить влияние человеческого фактора, обеспечить автоматическое проектирование БВР и прогнозный анализ результатов взрывных работ на стадии подготовки проекта на бурение скважин, производить дистанционный контроль выполнения работ на всех этапах.
Ключевые слова: буровзрывные работы, взорванная горная масса, эффективность взрывных работ, безопасность, программное обеспечение.
ООО «АЗОТ МАЙНИНГ СЕРВИС», входящее в Группу компаний «АЗОТ-ВЗРЫВ», - одно из ведущих предприятий в России в области буровзрывных работ, оказывает услуги по подготовке взорванной горной массы для более 30 горнодобывающих предприятий, расположенных на территориях Кемеровской и Новосибирской областей, Алтайского и Забайкальского краев.
Взрывные работы производятся в различных горно-геологических условиях на каменных карьерах, золоторудных месторождениях и угледобывающих предприятиях.
На каждом месторождении при ведении взрывных работ решаются различные инженерные задачи [1].
Одним из условий ведения буровзрывных работ в условиях каменных карьеров является обеспечение процентного соотношения кусков различной крупности во взорванной горной массе (гранулометрического состава).
Взрывные работы на золоторудных месторождениях должны обеспечить минимальное разубоживание полезного ископаемого и требуемое качество дробления руды и вскрышных пород.
Условием ведения взрывных работ на угледобывающих предприятиях Кузбасса является расположение в непосредственной близости от горных предприятий жилых и производственных зданий и сооружений, что влечет за собои повышенные требования к производству взрывных работ, в особенности на открытых горных работах, характеризующихся большим объемом использования взрывчатых веществ. В настоящее время совершенствование способов повышения безопасности технологических процессов имеет первостепенное значение, а требования природоохранного и экологического законодательства
предполагают уменьшение вредного воздействия последствии взрыва, таких, как сейсмическое действие ударной воздушной волны, выброс пыли и газообразных продуктов взрыва [2].
Конкурентная среда буровзрывных и взрывных работ определяет основные внутренние факторы конкурентоспособности предприятия: соответствие стандартам безопасности, технический уровень, уровень цены [3].
Воздействовать на эти факторы можно с разной степенью эффективности, так как правило значительных капиталовложений и длительного срока окупаемости требует инновационных изменений технико-технологических условий работы [4]. Однако следует отметить, что при существующем в мире высоком уровне развития научно-технического прогресса производственный потенциал предприятий, который составляет значительную часть экономического потенциала, практически определяется используемыми в производстве современными технологиями.
Обеспечение подготовки взорванной горной массы для горнодобывающих предприятий с требуемыми условиями по безопасности, высоким техническим уровнем и конкурентной ценой требует применения современных технологий, автоматизации процесса технических расчетов.
В целях решения различного спектра задач в области взрывных работ в Кузбассе [5] в 2015 г. создана рабочая группа, которая объединила в себе представителей:
- горнодобывающих предприятий;
- сервисных предприятий по производству буровзрывных работ;
- Сибирского управления Ростехнадзора;
- инновационной фирмы «КУЗБАСС-НИИОГР».
Основные задачи рабочей группы:
- разработка и реализация мероприятий по повышению эффективности буровзрывных работ, повышение уровня промышленной и экологической безопасности [6, 8] в сфере буровзрывных работ;
- внедрение новых технологий и оборудования в области буровзрывных работ [9].
В период 2014-2015 гг. в рамках разработанных рабочей группой мероприятий специалистами ООО «АЗОТ МАЙНИНГ СЕРВИС» проведен анализ мирового рынка применяемых программных продуктов в области буровзрывных работ и заключен контракт на приобретение и доработку программного обеспечения на соответствие с требованиями нормативных актов Российской Федерации.
Критериями выбора программного обеспечения являлись:
обработка координат скважин в 3Э-формате;
использование 3Э-координат уступа;
проектирование буровзрывных работ с возможностью расчета удельного расхода взрывчатых веществ, радиусов опасных зон (с учетом фактического положения скважин), расхода средств инициирования, объема взрываемого массива и прогноза:
- сейсмическое действие массового взрыва на открытых работах [8] (скорость смещения грунта в основании охраняемых объектов), действия ударной воздушной волны;
- гранулометрический состав (качество дробления взорванной горной массы);
- параметры развала взорванной горной массы;
- выбор оптимального и экономически целесообразного варианта параметров буровзрывных работ.
Прогноз указанных выше параметров должен осуществляется с учетом горно-геологических характеристик и физико-механических свойств горных пород, слагаемых массив, а также характеристик применяемых взрывчатых веществ.
Применяемый в настоящее время программный комплекс БВР позволяет использовать координаты скважин в 3Э-формате, объединять их с 3Э-поверхностью уступа для проведения последующего проектного анализа.
Получение 3Э-поверхности уступа может производиться с помощью многофункционального лазерного сканера (рис. 1). Поверхность уступа в формате 3Э изображена на рис. 2.
Рис. 1. Многофункциональный лазерный сканер
После получения параметров уступа в реальных координатах инженер по буровзрывным работам производит проектирование блока.
На стадии проектирования блока производится расчет нескольких вариантов параметров буровзрывных работ, таких, как диаметр, сетка скважин, конструкция внутрискважинных зарядов, осуществляется выбор применяемых взрывчатых веществ, замедлений между зарядами, применение специальных устройств, таких, как запирающие устройства, специальные рукава, рассредоточенные заряды и т.п.
Рис. 2.Поверхность уступа в формате
При последующем анализе результатов буровзрывных работ используются характеристики взрываемой горной массы: предел прочности при одноосном сжатии и растяжении, модуль Юнга, категории по трещиноватости и др., а также физико-химические и взрывчатые характеристики применяемых взрывчатых веществ.
В процессе проектирования блока определяются прогнозные параметры:
- сейсмическое действие массового взрыва (скорость смещения грунта в основании охраняемых объектов), действия ударной воздушной волны (рис. 3).
Прогноз сейсмического действия массового взрыва производится несколькими способами, в том числе на основании статистической обработки ранее полученных данных. Строится линия регрессии и принимается расчетная верхняя граница доверительного интервала гранулометрического состава (качество дробления взорванной горной массы) (рис 4).
Параметры развала взорванной горной массы показаны на рис. 5.
Рис. 3. Действия ударной воздушной волны
Рис. 4. Прогнозный параметр гранулометрического состава (качество дробления взорванной горной массы)
Рис. 5. Прогноз параметров развала взорванной горной массы
В процессе проектирования параметров буровзрывных работ на основе проведенного прогнозного анализа выбираются наиболее оптимальные параметры, отвечающие требованиям безопасности и экономической эффективности.
После выбора параметров буровзрывных работ проект в электронном виде отправляется на буровой станок для бурения скважин в проектных параметрах.
Бурение скважин в проектных параметрах и координатах производится с помощью системы позиционирования буровых станков, установленной на станках производства фирмы «Atlas Copco»: DML; DM-45, PitViper.
Система позиционирования состоит из следующих компонентов:
- интеллектуальной панели (рис. 6), установленной в кабине бурового станка и служащей для отображения проекта на буровые работы;
- навигационного приемного оборудования;
- датчиков определения осевого давления;
- датчика определения частоты вращения;
- датчиков определения угла наклона скважины;
- наборов датчиков определения глубины бурения;
- программного обеспечения для визуализации бурения.
Рис. 6. Интеллектуальная панель
Интерфейс программы представлен на рис. 7.
Установленная система высокоточного позиционирования позволяет машинисту бурового станка с точностью определить местонахождение проектной скважины (погрешность до 10 см), произвести бурение в полном соответствии с проектом на буровые работы. Кроме того, проектная и фактическая глубина бурения отображается как в навигационном приемном оборудовании в кабине машиниста бурового станка, так и через специальную программу в мониторе инженера по буровзрывным работам. Это дает воз-
можность в любое время суток дистанционно по сети Wi-Fi получать информацию по фактическим параметрам бурения в режиме реального времени. Благодаря данной системе можно принимать в расчет фактическую высотную отметку поверхности блока (с учетом рельефа местности).
/ t й / V / о 3 iL 4 Щ 4
/ / t / 4 0 О □ п
о о а о □ □ □ И
а ЕЕ □ 4 4
□ И D 4 4
□ И л О 4
□ 4 4 4
□ о О О 4
1 0 4 Ф 4 4 4 4
о о о
0 и
— ... .А. Л П П О и
Рис. 7. Пример интерфейса программного обеспечения (о - план; □ - факт)
Фотография оборудования, установленного в кабине бурового станка, представлена на рис. 8.
Рис. 8. Фотография оборудования, установленного в кабине бурового
станка
В случае же отклонения от проектных параметров в автоматическом режиме происходит определение глубины скважины с учетом проектного горизонта. Принимая во внимание возможность установления фактических координат устьев скважин, угла наклона скважин, а также положения скважин на уровне проектного горизонта, инженер по буровзрывным работам в режиме трехмерного моделирования определяет фактическую линию сопротивления по подошве, минимальное расстояние между скважинами по подошве уступа, на основании этих данных производятся корректировочные расчеты массы и конструкции заряда взрывчатого вещества в скважинах исходя из условий:
- качественного дробления массива;
- проектного сейсмического действия и действия ударной воздушной
волны;
- развала взорванной горной массы;
- расчетных безопасных расстояний.
После проведения массового взрыва инженерно-техническими работниками проводится анализ (фотометрическим методом) полученных результатов, таких, как гранулометрический состав взорванной горной массы (рис. 9).
Рис. 9. Фотометрический метод анализа гранулометрического состава
взорванной горной массы
Уровень сейсмического действия массового взрыва и действия ударной воздушной волны определяется с использованием портативных мини-сейсмографов.
Полученные результаты вводятся в программный комплекс и используются в автоматическом режиме программой для анализа последующих массовых взрывов, позволяя получать более точные прогнозные результаты.
Внедрение программного комплекса и оборудования позволяет значительно сократить влияние человеческого фактора, обеспечить автоматическое проектирование БВР и прогнозный анализ результатов взрывных работ на стадии подготовки проекта на бурение скважин, производить дистанционный контроль выполнения работ на всех этапах.
В период 2015-2016 гг. специалистами ООО «АЗОТ МАЙНИНГ СЕРВИС» проведена работа по внедрению программного комплекса и оборудования на угледобывающем предприятии ООО «Ресурс», состоящего из следующих подразделений:
1) горного участка Отвальный Южный № 2 - Глубокий: запасы полезного ископаемого составляют 19,6 млн т; годовой объем добычи - 2,5 млн т; на участке залегают угли марок ДГ, Г и ГЖО;
2) горного участка Кыргайский - Средний: запасы полезного ископаемого составляют 46,9 млн т; годовой объем добычи - 3 млн т; на участке залегают угли марок Д и ДГ.
В 2015 году объем добычи по обоим участкам составил 5,2 млн т, объем вскрыши - 40,7 млн м3; объем взорванной горной массы - 27,8 млн м3.
В указанный период на этом горнодобывающем предприятии достигнуты следующие результаты:
1) совместно с ООО «ВИСТ-Групп» установлена система высокоточного ОРБ-позиционирования на трех буровых станках (точность бурения 10 см) с передачей данных в онлайн режиме инженеру-проектировщику;
2) сокращение объемов бурения, увеличения выхода взорванной горной массы с одного погонного метра;
3) сокращение удельного расхода взрывчатых веществи, как следствие, сокращение объема использованных взрывчатых веществ в течение одного года по ООО «Ресурс» более чем на 3500 т;
4) обеспечение требуемого качества дробления для каждой единицы горно-выемочного оборудования;
5) снижение негативного воздействия на окружающую среду (в том числе выбросов вредных веществ вследствие снижения расхода взрывчатых веществ [6], сейсмического действия массовых взрывов и др.);
6) обеспечение строгого соблюдения проектных решений при производстве буровзрывных работ.
В настоящее время совместно специалистами, входящими в состав рабочей группы, разрабатывается программа на период 2017-2018 гг. по повышению эффективности буровзрывных работ, обеспечению экологической безопасности [6,7,8] и снижения негативного воздействия взрывных работ на окружающую среду на предприятиях Кемеровской области.
Список литературы
1. Ефимов В.И., Рыбак Л.В. управление персоналом: учеб. пособие. М.,
2009.
2. Оценка предельно допустимых пылегазовых выбросов горных предприятий в атмосферу / Н.М. Качурин, Л.Л.Рыбак, В.И.Ефимов, С.А.Воробьев // Безопасность труда в промышленности. 2015. № 3. С. 36-39.
3. Ефимов В.И. Управление качеством: учеб. пособие / под ред. Е.Ю. Граве. М., 2014.
4. Ефимов В.И., Попов С.М., Федяев П.М. Методические основы организации привлечения инноваций для решения эколого-экономических задач в современных условиях // Повышение качества образования, современные инновации в науке и производстве: сборник трудов международной научно-практической конференции. 2015. С. 120-122
5. Ефимов В.И., Попов С.М., Федяев П.М. Формирование экономико-правовых инструментов государственно-частного партнерства для инновационного развития предприятий Кузбасса в условиях кризиса. Тула, 2015.
6. Ефимов В.И., Рыбак Л.В. Производство и окружающая среда. М.,
2012.
7. Ефимов В.И., Перников В.В., Харченко В.А. Эколо-го-экономи-ческая оценка эффективности разработки месторождений открытым способом. М., 2011.
8. Гридин В.Г., Ефимов В.И. 40 вопросов по экологии. Основы Экологии. М., 2007.
9. Беляев А. Г., Набиулин М. Ф. Опыт работы ООО «Азот-Черниговец»: применение систем электронного взрывания «ВАУЕУТЯО№С» на горнодобывающих предприятиях // Уголь. №10. 2013. С. 4-6.
Рыбак Лев Владимирович, д-р экон. наук, проф., член Совета директоров, I.rvbak@,sds-ugol.ги, Россия, Москва, АО «СДС-Уголь»,
Беляев Александр Григорьевич, первый зам. ген. директора, а1ех.2.Ье1уае[email protected].сот, Россия, Новокузнецк, ООО «АЗОТМАЙНИНГ СЕРВИС»,
Набиулин Марсель Фаритович, гл. инж., nabiulinmf(@, gmail.com, Россия, Новокузнецк, ООО «АЗОТМАЙНИНГ СЕРВИС,
Ефимов Виктор Иванович, д-р техн. наук, проф., v.efimova, mirtrade.ru, Россия, Москва, НИТУ «МИСиС»
INNOVATIVE TECHNOLOGY OF DRILLING-AND-BLASTING IN KUZBASS L.V. Rybak, A.G. Delyaev, M.F. Nabiulin, V.I. Efimov
Blasted rock mass preparation in compliance with the safety requirements at high technical level and competitive price for the state-of-the-art requires technologies application and technical calculation automation. Software and hardware complex deployment enables significant restriction of the human factor effect, ensures drilling and blasting works automatic design, as well as blasting works output forecasting at the stage of drilling design with remote monitoring of activities progress in all stages of the project duration.
Key words: drilling and blasting works, blasting works, blasted rock mass, blasting works efficiency, safety, blasting works software support.
Rybak Lev Vladimirovich, Dосtor of Economical Science, Full Professor, Member of the Directors Board, [email protected], Russia, Moscow, SC «Holding Company «SBU-Coal»,
Beliaev Alexander Grigorevich, Deputy General Director, alex.g.belyaev @gmail.com, Russia, Moscow, Novokuznetsk, LLC "AZOTMINING SERVICE",
Nabiulin Marcel Faritovich, Chief Enginee, nabiulinmf@gmail. com, Russia, Novokuznetsk, LLC "AZOTMINING SERVICE",
Efimov Victor Ivanovich, Doctor of Technical Science, Full Professor, v.efmov@mirtrade. ru, Russia, Moscow, Moscow Institute of Steel and Alloys
Reference
1. Efimov V.I., Rybak L.V. upravlenie personalom. Uchebnoe po-sobie / Moskva, 2009.
2. Ocenka predel'no dopustimyh pylegazovyh vybrosov gornyh predprijatij v atmosferu / N.M. Kachurin, L.L.Rybak, V.I.Efimov, S.A.Vorob'ev// Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2015. № 3. S. 36-39.
3. Efimov V.I. Upravlenie kachestvom. Uchebnoe posobie / Pod redakciej Grave E.Ju. Moskva, 2014.
4. Efimov V.I., Popov S.M., Fedjaev P.M. Metodicheskie osnovy organizacii priv-lechenija innovacij dlja reshenija jekologo-jekonomicheskih zadach v sovremennyh uslovijah. Povyshenie kachestva obrazovanija, sovremennye innovacii v nauke i proizvodstve. Sbornik tru-dov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. 2015. S. 120-122
5. Efimov V.I., Popov S.M., Fedjaev P.M. Formirovanie jekonomi-ko-pravovyh instru-mentov gosudarstvenno-chastnogo partnerstva dlja innovacionnogo razvitija predprijatij Kuzbassa v uslovijah krizisa. Tula, 2015.
6. Efimov V.I., Rybak L.V. Proizvodstvo i okruzhajushhaja sreda. Moskva, 2012.
7. Efimov V.I., Pernikov V.V., Harchenko V.A. Jekolo-go-jekonomicheskaja ocenka jeffektivnosti razrabotki mestorozhdenij otkrytym sposobom. Moskva, 2011.
8. Gridin V.G., Efimov V.I. 40 voprosov po jekologii. Osnovy Jeko-logii / Moskva, 2007.
9. Beljaev A. G., Nabiulin M. F. Opyt raboty OOO «Azot-Chernigovec»: primenenie sistem jelektronnogo vzryvanija «DAVEYTRONIC» na gornodobyvajushhih predprijatijah. Ugol'. №10. 2013. S. 4-6.
УДК52.13.17: 658.5.012.7 /681.3/ 62-529
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРНОТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА РАЗРЕЗАХ
АО «ХК «СДС-УГОЛЬ»
Л.В. Рыбак, С.В. Бурцев, В.И. Ефимов, П.М. Федяев
Раскрываются вопросы совершенствования системы для организации работы горнотранспортного оборудования на предприятиях с открытой добычей угля холдинговой компании «СДС-Уголь». Показаны системы автоматического мониторинга за параметрами работы оборудования в реальном режиме времени, программного обеспечения и управления.
Ключевые слова система организации работы, горнотранспортное оборудование, производственные вопросы, повышение производительности.
Для повышения производительности и эффективности использования горнотранспортного оборудования на предприятиях открытой угледобычи АО «ХК «СДС-Уголь» (АО «ХК «Сибирский Деловой Союз») применяются современные технологии дистанционного контроля и управления производственными процессами [1, 2, 3]. Первым шагом в этом направлении стало внедрение автоматизированной системы диспетчеризации горнотранспортного оборудования «Карьер» компании «ВИСТ-Групп» в 2002 году на базе разреза «Черниговец». Внедрение данной системы позволило снизить расход дизельного топлива в течение первого года после внедрения на 40 % и повысить производительность экскаваторного парка на 20 % [4]. На сегодняшний день на всех предприятиях с открытой угледобычей компании «СДС-Уголь» внедрена данная система: технологический автотранспорт на 100 % оснащен системой учета количества перевезенных рейсов, масса перевозимого груза, расхода дизельного топлива, также системой учета расхода дизельного топлива оснащены дизельные экскаваторы, локомотивы, тракторно-бульдозерная техника [5 - 9].
С помощью автоматической системы диспетчеризации «Карьер» (рис. 1) решаются две основные задачи.
