Развитие методов автоматизированного проектирования карьерных массовых взрывов на основе моделирования условий взрывания и параметров разрушения



страница1/6
Дата21.08.2017
Размер2.41 Mb.
ТипАвтореферат диссертации
  1   2   3   4   5   6
На правах рукописи

Корниенко Андрей Викторович

Развитие методов автоматизированного проектирования карьерных массовых взрывов на основе моделирования условий взрывания и параметров разрушения

Специальность 25.00.20

Геомеханика, разрушение горных пород,

рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика


Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Апатиты – 2011

Работа выполнена в Учреждении Российской Академии Наук Горном институте Кольского Научного Центра Российской Академии Наук.



Научный руководитель: доктор технических наук Лукичёв С.В.
Официальные оппоненты: доктор технических

наук Фокин В.А.


кандидат технических наук Листопад Г.Г.
Ведущая организация: УРАН Институт горного дела УрО РАН

Защита состоится 7 декабря 2011 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д002.029.01 при Горном институте Кольского научного центра Российской академии наук по адресу: 184209, г. Апатиты, Мурманская область, ул. Ферсмана, д.24.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Горного института КНЦ РАН.
Автореферат разослан « 2 » ноября 2011 г.


Учёный секретарь

диссертационного совета, к.т.н. Чуркин О.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Буровзрывные работы являются одним из самых сложных, трудоёмких и ответственных технологических процессов при разработке месторождений твёрдых полезных ископаемых открытым способом. В себестоимости руды, добываемой с использованием массовых взрывов (МВ), затраты на их подготовку составляют до 30% от общих затрат. От качества взрывной подготовки горной массы, где одним из определяющих факторов является проект МВ, зависят затраты на выемку, транспортировку и переработку полезного ископаемого (ПИ).

Теоретические и экспериментальные исследования в области взрывного разрушения горных пород (ГП), выполненные различными авторами, показывают, что показатели разрушения находятся в тесной взаимосвязи как с упруго-прочностными характеристиками и структурными особенностями ГП, так и геометрическими размерами, энергетическими характеристиками, пространственным положением и характером взаимодействия зарядов взрывчатого вещества (ВВ). Отсюда следует, что выбор рациональных параметров буровзрывных работ (БВР) и схем инициирования зарядов ВВ является важным элементом проектирования МВ.

Проектирование МВ основано на использовании геологической, маркшейдерской и технологической информации, поэтому актуальной является организация оперативного режима обмена информацией между соответствующими службами предприятия. На сегодняшний день большинство горных предприятий при проектировании МВ для передачи и обработки информации применяет либо «бумажную» технологию, либо цифровую с незначительным использованием средств автоматизации решения проектных задач и подготовки технологической документации. Ввиду этого процесс проектирования замедляется и усложняется, а инженерные решения могут содержать неточности и ошибки, снижающие качество проектов. Использование подобной устаревшей технологии проектирования МВ делает достаточно трудоёмкой процедуру выпуска технологической документации, что увеличивает сроки её подготовки.

Исходя из вышесказанного, повышение качества и снижение трудоёмкости проектирования МВ является актуальной задачей, решить которую можно путём разработки средств автоматизированного проектирования и подготовки технологической документации на основе трёхмерного моделирования условий взрывания и параметров разрушения массива ГП.

Диссертационная работа выполнялась в период с 2005 по 2010г.г. в соответствии с планами научно-исследовательских работ Горного института Кольского Научного Центра РАН. В диссертации приведены результаты исследований, выполненных по направлениям фундаментальных исследований 7.7.«Комплексное освоение недр и подземного пространства Земли. Разработка новых методов освоения природных и техногенных месторождений. Развитие нефтегазового комплекса России», 7.13.«Разработка методов, технологий, технических и аналитических средств исследования поверхности и недр Земли, гидросферы и атмосферы. Геоинформатика» в рамках следующих тем: Развитие методов системного анализа и компьютерного моделирования для решения задач комплексного освоения минерально-сырьевых ресурсов региона (2004-2006г.г.), Развитие методов геоинформационного обоснования параметров систем горного производства на основе моделирования технологических процессов (2007-2009г.г.).



В диссертационной работе использованы результаты исследований, выполненных по хозяйственным договорам с ОАО «Апатит» и ОАО «Оренбургские минералы».

Цель работы заключается в разработке методических и программных средств автоматизированного проектирования карьерных МВ и моделирования результатов взрывного разрушения массива ГП.

Идея работы состоит в использовании трёхмерного моделирования для учёта условий взрывания, параметров разрушения и развала ГП при реализации алгоритмов автоматизированного проектирования МВ и подготовки технологической документации.

Объект исследований – БВР при разработке месторождений ПИ открытым способом.

Предмет исследования – автоматизация процесса проектирования МВ, как составной части БВР.

Задачи исследований:

  • Получение аналитической зависимости для расчета радиусов зон регулируемого дробления от взрыва цилиндрических зарядов.

  • Разработка имитационной модели разрушения и перемещения ГП короткозамедленным взрывом скважинных зарядов в трёхмерном пространстве.

  • Разработка алгоритмов и программных средств автоматизированного проектирования карьерных МВ.

  • Отработка методики автоматизированного проектирования карьерных МВ.

  • Опытно-промышленная проверка программных средств автоматизированного проектирования карьерных МВ.

Основные научные положения, выносимые на защиту

  1. Аналитическая зависимость для определения радиусов зон регулируемого дробления от взрыва цилиндрических зарядов, полученная в результате решения системы одномерных, осесимметричных уравнений механики твёрдого тела в квазистатическом приближении с учётом стохастического характера разрушения, позволяет реализовать алгоритм расчёта зон интенсивности разрушения массива ГП вокруг скважинных зарядов.

  2. Имитационная модель разрушения и перемещения ГП при короткозамедленном взрывании группы скважинных зарядов обеспечивает реализацию инструмента анализа процесса формирования поверхности отрыва и геометрии развала в трёхмерном пространстве.

  3. Программные средства автоматизированного проектирования карьерных МВ повышают полноту использования горно-геологической информации, обеспечивают специалистов инструментами анализа проектных решений и подготовки технологической документации.

Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий в себя анализ исследований в области взрывного разрушения ГП, обзор существующих программных средств проектирования МВ, анализ и обобщение методик проектирования МВ, применяемых на горнодобывающих предприятиях. При реализации алгоритмов автоматизированного проектирования МВ использованы методы аналитической геометрии, линейного и динамического программирования, имитационного моделирования.

Научная новизна.

  1. Получена аналитическая зависимость для определения радиусов зон регулируемого дробления при взрыве скважинных зарядов, позволяющая на основе данных об упруго-прочностных характеристиках ГП, энергетических характеристиках и геометрических размерах зарядов с учётом стохастического характера разрушения массива определять границы зон интенсивности разрушения с заданным линейным размером максимального куска.

  2. Создана имитационная модель разрушения и перемещения ГП при многорядном короткозамедленном взрывании скважинных зарядов, реализующая механизм формирования поверхностей отрыва и развала на основе замены скважинных зарядов эквивалентными сферическими и учёта их совместного влияния на процесс формирования трещин отрыва и величину вектора скорости при баллистическом характере движения оторванных от массива кусков и их взаимодействии как между собой, так и неподвижной поверхностью.

  3. Разработаны программные средства и предложена методика автоматизированного проектирования карьерных МВ, обеспечивающая комплексное решение задач инженерного обеспечения взрывных работ на основе расчёта параметров БВР, создания модели взрывного блока, формирования конструкций зарядов, автоматизированного размещения взрывных скважин, интерактивного режима формирования схемы их инициирования, подготовки технологической документации.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

  • сопоставимостью результатов аналитических расчётов с данными теоретических и экспериментальных исследований других авторов;

  • положительными результатами опытно-промышленной проверки методики и программных средств автоматизированного проектирования МВ.

Практическое значение работы заключается в создании на платформе горной интегрированной системы MineFrame подсистемы автоматизированного проектирования карьерных МВ, обеспечивающей на основе моделирования условий взрывания скважинных зарядов автоматизированный режим формирования графической и текстовой технологической документации.

Реализация результатов работы.

Результаты исследований и методические рекомендации вошли составной частью в инструкцию к системе MineFrame «Книга IV. Инструменты технолога. Руководство пользователя» Минск, 2009, 132 с.

Подсистема автоматизированного проектирования МВ используется на Восточном руднике ОАО «Апатит» и в ОАО «Оренбургские минералы».

Переход к практике автоматизированного проектирования карьерных МВ повышает производительность труда технологов-проектировщиков и создаёт предпосылки для повышения качества проектных работ.



Личный вклад автора заключается в формулировании и реализации научных положений, выносимых на защиту.

Апробация результатов диссертационной работы. Основные положения работы докладывались на 8-ом международном симпозиуме «Горное дело в Арктике» (Апатиты, 2005), на Пятой международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» (Санкт-Петербург, 2006), на Неделе Горняка (Москва, 2007, 2009, 2011), на IV школе молодых учёных и специалистов «Сбалансированное природопользование» (Апатиты, 2007), на всероссийской научной конференции с международным участием «Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ» (Апатиты, 2008), на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы и тенденции рационального и безопасного освоения георесурсов» (Апатиты, 2010), на заседаниях технических советов ОАО «Апатит».

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Содержание работы изложено на 137 страницах машинописного текста и содержит 39 рисунков, 1 таблицу, список используемой литературы из 105 наименований, 2 приложения.

Автор выражает признательность своему научному руководителю доктору технических наук С.В.Лукичёву за постоянную поддержку, ценные рекомендации и помощь при работе над диссертацией, кандидату технических наук О.В.Наговицыну за ценные советы и замечания при подготовке работы к защите, а также разработчикам системы MineFrame за практическую помощь при разработке подсистемы автоматизированного проектирования карьерных МВ.



СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Теоретической базой работы послужили труды ведущих учёных в области взрывного разрушения ГП таких, как Покровский Г.И., Демидюк Г.П., Родионов В.Н., Ханукаев А.Н., Ракишев Б.Р., Викторов С.Д., Казаков Н.Н., Друкованый М.Ф., Черниговский А.А., Рождественский В.Н. и др.

Во введении отражена актуальность темы диссертации, обозначены цель и задачи исследования, показана научная новизна работы.

В первой главе дан обзор теоретических исследований в области взрывного разрушения ГП, представлен анализ горных интегрированных систем и программных продуктов, ориентированных на автоматизацию БВР. Поставлены цель и задачи исследований.

Во второй главе предложена имитационная модель короткозамедленного взрыва группы скважинных зарядов, в основе которой лежит механизм нахождения геометрии поверхности отрыва и развала во времени.

В третьей главе дано описание алгоритмов и инструментальных средств проектирования МВ. Показан полный цикл проектирования МВ в автоматизированном режиме с получением графической и текстовой документации.

В четвёртой главе представлены результаты опытно-промышленной эксплуатации подсистемы проектирования МВ на рудниках ОАО «Апатит» и ОАО «Оренбургские минералы».

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых научных положениях:



1. Аналитическая зависимость для определения радиусов зон регулируемого дробления от взрыва цилиндрических зарядов, полученная в результате решения системы одномерных, осесимметричных уравнений механики твёрдого тела в квазистатическом приближении с учётом стохастического характера разрушения, позволяет реализовать алгоритм расчёта зон интенсивности разрушения массива ГП вокруг скважинных зарядов.

Для получения расчётной зависимости был использован теоретический метод исследования, как обеспечивающий наиболее полный учет факторов, влияющих на результаты взрывного разрушения ГП. С целью упрощения модели, описывающей процесс взрывного разрушения, была использована двухзонная модель разрушения массива ГП (зона раздавливания, зона радиальных трещин), а также допущения, которые применительно к действию одиночного цилиндрического заряда изложены в работах С.В. Лукичёва. Суть допущений состоит в использовании модели бесконечно длинного цилиндрического заряда, развитие взрывной полости которого рассматривается в камуфлетном и квазистатическом приближениях, а поведение продуктов детонации подчиняется адиабатическому закону.



В данной работе для учёта особенностей деформирования ГП в зоне раздавливания была использована расчётная схема, связывающая плотность (ρr) и расстояние до оси заряда (r) зависимостью:

, (1)

где


о – плотность ГП в неразрушенном состоянии;

= Кж.. – динамический предел прочности на сжатие ( – статический предел прочности на одноосное сжатие (Па), Кж – коэффициент динамичности сжатия, принят равным Кж=1.5);

К – модуль объемного сжатия (Па);

Rж = rк(Рк/ж)2.5 – радиус зоны раздавливания (м);

rк – конечный радиус цилиндрической взрывной полости (м);

Рк = Рн(ro/rк)2 – конечное давление во взрывной полости (Па);

Рн = КхQвввв(-1) – начальное давление во взрывной полости (Па);

ro – начальный радиус цилиндрической взрывной полости (м);

=3.37-1743/вв – показатель адиабаты;

Qвв, Kх – энергия (Дж) и коэффициент химических потерь ВВ;

вв – плотность ВВ ().



Решение системы уравнений сохранения массы и импульса применительно к конечному радиусу взрывной полости (2) и радиусу зоны регулируемого дробления ГП (3) имеют вид:

, (2)

, (3)

где


- линейный размер расчётного куска (м), (=1м);

d – линейный размер кондиционного куска (м);

- коэффициент перехода от кондиционного куска к расчётному, учитывающий стохастический характер разрушения (применительно к скальным породам принят);

Eю - модуль Юнга (Па);

 - коэффициент Пуассона;



=Кр – динамический предел прочности на отрыв (- статический предел прочности на отрыв (Па), Кр - коэффициент динамичности отрыва, принят равным Кр=2.0).

Для практического использования расчётных зависимостей (2,3) разработан алгоритм, использующий метод последовательных итераций. Применительно к типичным для практики ведения взрывных работ на Хибинских карьерах условиям графики зависимости радиуса зоны регулируемого дробления от линейного размера кондиционного куска имеют вид, представленный на рис.1.






Каталог: themes -> jaded -> Docs
themes -> Программа и правила проведения вступительного испытания
themes -> Программа письменного вступительного испытания
themes -> Научно-технический журнал «Нефть. Газ. Новации» темы – 2014 №1
themes -> Сведения о преподавателях учебных предметов ано дпо
themes -> Внутригородского муниципального образования города севастополя нахимовского муниципального округа
themes -> Методические рекомендации по выполнению практических и лабораторных работ по учебной дисциплине


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал