Моделирование взрывного блока осуществляется путём построения его трёхмерной модели на участке карьера с учётом геометрических особенностей этого участка. Основу модели блока составляют его верхняя и нижняя площадки, контуры которых формируются в интерактивном режиме. Результатом моделирования является векторная и каркасная модели взрывного блока, что позволяет, используя данные геохимического опробования, сформировать блочную модель качества или иных технологических свойств массива.
Расстояние между взрывными скважинами зависит от применяемого ВВ, поэтому их размещению в границах взрывного блока предшествует формирование конструкций зарядов, которые, как правило, являются типовыми для определённых условий взрывания. Для формирования конструкций зарядов используется редактор, средствами которого задаются пространственное расположение зарядов и промежутков в границах скважины, тип применяемых ВВ, шашек-детонаторов, средств инициирования и материалов забойки.
Размещение моделей скважин по границам взрывного блока включает в себя размещение скважин первого и второго рядов, а также скважин контурного ряда. С целью оптимального размещения скважин первого и второго рядов разработаны алгоритмы, в основе которых лежит автоматический выбор местоположения и угла наклона скважины с учётом геометрии откосов блока и радиусов зон регулируемого дробления соседних скважин.
Размещение моделей внутренних скважин осуществляется с помощью инструмента «электронная палетка» (рис. 7), в основе которой лежит интерактивное перемещение в горизонтальной плоскости сетки скважин с заданными параметрами. Параметры сетки рассчитываются с помощью зависимости (3) на основе данных об упруго-прочностных характеристиках ГП блока или принимаются на основе опыта ведения взрывных работ в аналогичных условиях, для чего используется список категорий ГП по взрываемости. При этом для каждой внутренней скважины в автоматическом режиме делается оценка её местоположения по отношению к раннее сформированным граничным скважинам и «следам» скважин вышележащих блоков. Результатом такой оценки является автоматическая корректировка местоположения взрывной скважины или её удаление. Для получения информации о разрушении массива в различных точках блока может использоваться режим отображения зон регулируемого дробления, в основе которого лежит расчётная зависимость (3).
Рис.7. Размещение скважин с помощью электронной палетки.
В случаях, когда применение средств автоматизированного размещения скважин не позволяет достичь требуемых результатов, может быть выполнена «ручная» корректировка параметров скважин. Для выполнения этой операции может использоваться таблица параметров.
Геометрия развала взрывного блока в значительной степени зависит от схемы коммутации скважинных зарядов. С целью анализа функционирования различных вариантов схем на взрывном блоке и выбора оптимального варианта разработаны инструментальные средства и алгоритмы автоматизированного формирования схем коммутации зарядов, определения ступеней замедления и расчёта массы ВВ в каждой ступени. В основе алгоритмов лежат геометрические методы и решение сетевой задачи.
Модель взрывного блока со скважинами и схемой коммутации является основой для формирования технологической документации. С целью использования результатов моделирования взрывного блока разработаны инструментальные средства и алгоритмы формирования графической и текстовой документации по МВ, к которой относятся:
· проект на бурение;
· зарядная карта;
· схема инициирования скважинных зарядов;
· технический расчёт массового взрыва;
· таблица параметров взрывных работ.
В основе алгоритмов лежит применение шаблонов конечных пользователей совместно с программными средствами взаимодействия с приложениями, предназначенными для подготовки и вывода графической и текстовой информации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе предложено решение актуальной научно-технической задачи, связанной c автоматизацией процесса проектирования карьерных МВ на основе моделирования условий взрывания и параметров разрушения массива ГП. Особенностью предлагаемого решения являются:
· тесная интеграция программных средств автоматизированного проектирования МВ с компьютерной технологией инженерного обеспечения горных работ;
· создание прототипа инструмента проверки и оптимизации проектных решений на основе имитационного моделирования процесса короткозамедленного взрывания скважинных зарядов с формированием поверхностей отрыва и развала горной массы в трёхмерном пространстве.
Реализация инструментальных средств проектирования карьерных МВ и подготовки технологической документации существенно снижает трудозатраты на выполнение проектных работ и создаёт условия для повышения их качества.
Основные теоретические положения, научные и практические результаты заключаются в следующем:
1. Получена аналитическая зависимость для определения радиуса зоны регулируемого дробления при взрыве цилиндрического заряда, основанная на учёте геометрических и энергетических характеристик ВВ, упруго-прочностных характеристик массива ГП, линейного размера кондиционного куска, а также стохастического характера разрушения.
2. Создана имитационная модель разрушения и перемещения ГП при многорядном короткозамедленном взрывании скважинных зарядов на уступе карьера, основанная на замене цилиндрических зарядов эквивалентными сферическими, определении поверхности отрыва по критерию превышения на поверхности уступа предела прочности ГП на отрыв, учёте баллистического характера движения кусков и изменения траектории их перемещения при столкновении как между собой, так и с поверхностью массива.
3. Разработана подсистема автоматизированного проектирования МВ на карьерах, обеспечивающая на основе трёхмерного моделирования условий взрывания и параметров разрушения решение задач пространственного размещения моделей взрывных скважин в границах блока, формирования конструкций зарядов и схемы их инициирования, имитационного моделирования МВ и подготовки технологической документации.
4. Разработаны инструктивные материалы по использованию подсистемы автоматизированного проектирования МВ при ведении открытых горных работ. Проведена опытно-промышленная проверка и внедрение подсистемы на карьерах Восточного рудника ОАО «Апатит» и ОАО «Оренбургские минералы».
Основные положения и научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах
В изданиях, рекомендованных ВАК России
Автоматизированное проектирование массовых взрывов в карьерах на основе моделирования разрушения горных пород, Горный информационно-аналитический бюллетень, №ОВ7 "Взрывное дело" - 2007. - С.126-138 (Лукичёв С.В., Наговицын О.В.).
Автоматизированное проектирование карьерных массовых взрывов в горной интегрированной системе MINEFRAME, Записки Горного Института - Т. 171 - СПб 2007. - С. 216-221 (Лукичёв С.В., Наговицын О.В.).
В прочих изданиях
Инструменты автоматизированной системы MineFrame для геолого-маркшейдерского обеспечения горных работ. Proceedings of the 8th international symposium on mining in the arctic Apatity / Murmansk region/ Russia / June 20-23 - 2005. - С. 215-221 (Морозов К.В, Морозова А.В.).
Автоматизированное проектирование карьерных массовых взрывов на основе компьютерного моделирования объектов горной технологии. Сборник трудов 4-ой международной научной конференции. - М. 2005. - С.160-165 (Лукичев С. В. , Наговицын О. В., Фаттахов Э.И.).
Компьютерное моделирование для решения маркшейдерских задач на горном предприятии. Сборник к 75-тилетию КНЦ РАН - Апатиты, 2005. - С. 92-97 (Лукичёв С.В., Наговицын О.В., Смагин А.В.).
Применение методов компьютерного моделирования для автоматизации процесса проектирования массовых взрывов в карьерах. Сборник материалов IV школы молодых учёных и специалистов «Сбалансированное природопользование» - Апатиты, 2008. - С.69-74.
Использование компьютерного моделирования для проектирования массовых взрывов в карьерах, Информационно-практический журнал «Север промышленный», №12 - 2007. - С.49-51.
Автоматизированное проектирование наземных массовых взрывов на основе трёхмерного моделирования. Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ: Сб. тр. Всероссийской научной конференции с международным участием, 23-26 сентября 2008г. - Апатиты; СПб.: Реноме, 2009. - С. 104-109 (Лукичёв С.В.).
Автоматизация решения задач горной технологии в едином информационном пространстве. Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ: Сб. тр. Всероссийской научной конференции с международным участием, 23-26 сентября 2008 г. - Апатиты; СПб.: Реноме, 2009. - С. 188-195 (Наговицын О.В., Баков В.П.).
Опыт применения системы MineFrame для проектирования массовых взрывов на открытых горных работах. Проблемы и тенденции рационального и безопасного освоения георесурсов: Сб. докладов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 50-летию Горного института КНЦ РАН. -- Апатиты; СПб., 2011. - С. 236-239 (Губа А.А., Жангаскеев Т.М.).