Компьютерная технология информационного обеспечения оперативного планирования добычи руд в карьере

В статье изложена основанная на блочном моделировании развала взорванной горной массы компьютерная технология информационного обеспечения оперативного планирования добычи руды в карьере с получением по всем буровзрывным блокам картограмм распределения содержания полезного компонента и построенных на их основе схем размещения заходок экскаватора с указанием объема и качества руды в каждой из них. Эта информация передается в автоматизированную систему управления горно-транспортным комплексом для организации внутрикарьерного усреднения добытой руды.

Оперативное планирование добычи руд в карьере призвано обеспечить стабильность требуемого качества  и количества подаваемого на обогатительную фабрику сырья, что достигается процедурой его внутрикарьерного усреднения, традиционно базирующемся непосредственно на данных опробования буровзрывных скважин и расчетах объемов отгружаемой на фабрику руды в процессе отработки буровзрывных  (БВР) блоков.

При этом получается, что качество руды оценивается в БВР блоке, а ее объем в образованном после взрыва блока кусковатом развале. Поскольку распределение в развале компонентов, определяющих качество добываемого сырья, значимо отличается от такового в первичном контуре БВР блока, указанное приводит к сбоям во внутрикарьерном усреднении подаваемого на фабрику сырья.

Разработанное ОАО «ВИОГЕМ» в составе ГИС ГЕОМИКС компьютерное моделирование развала взорванной горной массы [1] позволяет решить задачу информационного обеспечения оперативного планирования добычи руды в карьере, предусматривающую один объект оценки качества и количества добываемой руды (развал взорванной горной массы). Технология решения этой задачи базируется на оценке геолого-маркшейдерской ситуации в карьере до и после взрывных работ с использованием компьютерного прогнозирования результатов взрывного разрушения породного массива по представленной на рис.1. схеме. Технология апробирована на карьере ОАО «Стойленский ГОК», эксплуатирующем одноименное месторождение железистых кварцитов на северо-востоке Белгородской области. На этом карьере ранее была проведена верификация компьютерной технологии прогнозирования развала взорванной горной массы, результаты которой показали, что в процессе добычи железистых кварцитов образованная взрывом кусковатая рудная масса перемещается в среднем на 22 м, а возможные средние отклонения прогнозной позиции кусков руды от их фактического местонахождения в развале не превышают 6 м, что в 3,3 раза меньше ширины заходки экскаватора (20 м) [2].

Рис.1. Схема прогнозной оценки геометрии развала буровзрывного блока и распределения в нем содержания полезного компонента с получением информации, необходимой для планирования его отработки

Скважинные модели БВР блоков формируются в соответствии с паспортами их взрыва и отражают  позицию и параметры взрывных скважин, данные проекта взрыва (сетку скважин, их диаметр, глубину и угол наклона, время замедления при многорядном взрывании, удельную энергию и скорость детонации взрывчатого вещества, длину заряда, удельный вес забойки, схему монтажа взрывной сети). Разработанный интерфейс автоматической загрузки указанных выше характеристик позволяет оперативно создавать такие модели и контролировать правильность ввода исходных данных.

Далее на основе скважинной модели и данных маркшейдерской съемки поверхности  каждого БВР блока автоматически создаются их блочные модели (БМ) с размером элементарной ячейки 1×1×1 м. Ячейкам, через которые проходят стволы скважин, присваиваются значения содержания компонентов по данным опробования этих скважин, а для остальных ячеек они рассчитываются методом обратных расстояний на основе эллипсоида зоны влияния проб  в зависимости от параметров сетки буровзрывных скважин [3]. Кроме того каждой ячейке придается свое значение плотности пород и их прочностных характеристик (модуля Юнга, коэффициента Пуассона, критического напряжения на сдвиг, сжатие и растяжение).

Моделирование процесса взрывного разрушения породного массива реализовано в программном модуле BlastModel системы ГИС ГЕОМИКС и представляет собой виртуальное отслеживание позиции каждого элементарного блока со всеми заданными ему характеристиками при перемещении в результате взрыва вплоть до формирования развала взорванной горной массы. Конечный итог этой процедуры – БМ образованного взрывом развала, характеризующая прогнозную область разлета разрушенного взрывом материала и прогнозное распределение полезного компонента в каждой элементарной ячейке БМ.

Читайте также:  Установление скорости шарошечного бурения взрывных скважин и показателя буримости трещиноватых массивов горных пород

Обработка результатов моделирования заключается в построении картограммы распределения содержания компонента, определяющих качество полезного ископаемого (усредненно на высоту развала)(рис.2), расчете объемов с оценкой качества руды в целом по развалу и его отдельным участкам с градацией по добычным горизонтам. Усредненное прогнозное содержание компонента с (х, y) рассчитывается в соответствии с размером элементарной ячейки БМ по сетке 1×1 м с использованием формулы:

Рис. 2. Картограмма распределения содержания Fe магн. в буровзрывном блоке №077 (а) и в образованном после его взрыва развале горной массы (б). Ниже показаны разрезы по линии А-Б до (1) и после (2) взрыва

Расчет объемов руды и оценка её качества предваряются построением двух поверхностей данного участка карьера (рис.3). Одна из них (а) ограничивает развал сверху и строится путем триангуляции Делоне [4] с учетом всех точек центров верхних ячеек блочной модели развала, а другая (б) ограничивает развал снизу и строится таким же образом, но по точкам центров ячеек, подстилающих развал. Подсчет объемов выполняется методом вертикальных сечений тела, ограниченного указанными выше двумя поверхностями. Для достижения требуемой точности вычислений расстояние между сечениями выбирается в соответствии с маркшейдерской инструкцией [5]. Обычно оно укладывается в интервал 10-20 м. По каждому сечению автоматически строится разрез, характеризующий с заданным шагом распределение содержания полезного компонента, и формируются таблицы подсчета объемов и среднего содержания компонента по ограниченным смежными разрезами частям развала.

Рис.3. Поверхность участка карьера до (а) и после полной (б) отработки взрывного блока №77 (1,2 – соответственно верхняя и нижняя поверхности, ограничивающие развал взорванной горной массы

Геолого-маркшейдерское обеспечение оперативного планирования добычи руды базируется на построении и сопровождении блочных моделей двух типов. Первый из них отражает части карьерного поля с вскрытыми рудными телами, не затронутыми в данное время буровзрывными работами, а второй – образованные взрывами развалы взорванной горной массы. Обе эти модели должны иметь общую точку начала координат, чтобы исключить линейные смещения их элементарных ячеек относительно друг друга.

Модель первого типа ограничивается сверху текущей поверхностью карьера, а снизу – его проектной поверхностью в направлении развития горных работ на заданный период времени. Она отражает следующую необходимую для функционирования модуля «BlastModel» информацию: пространственную позицию и физико-механические параметры типов горных пород, слагающих карьерное поле; исходное (установленное по результатам разведочных работ) распределение содержания полезного компонента, которое в указанном модуле дополняется данными опробования буровзрывных скважин. Для корректной интеграции рассматриваемой модели с блочной моделью второго типа необходима возможность разбиения её элементарных блоков до размера ячеек 1×1×1 м. В связи с этим существующая блочная геологическая модель Стойленского месторождения была детализирована до размера элементарной ячейки 5×5×5 м, а на локальных участках до 1×1×1 м.

Модель второго типа формируется по результатам моделирования развалов горной массы планируемых к взрыву буровзрывных блоков. Для каждого блока строится прогнозная поверхность развала и подстилающая его поверхность неразрушенного взрывом породного массива (см.рис.3). После моделирования взрывного разрушения каждого БВР блока ячейки БМ, заключенные между этими поверхностями, со всеми своими характеристиками добавляются в модель второго типа, а в модели первого типа отсекаются все ячейки, находящиеся выше подстилающей развал поверхности. В процессе добычи руды блочная модель второго типа корректируется по данным маркшейдерских съемок карьера путем отсечения ячеек, находящихся выше актуальной поверхности развала.   Таким образом, полученные БМ двух типов характеризуют геолого-маркшейдерскую ситуацию в карьере после взрыва с учетом результатов прогноза взрывного разрушения горных пород.

Читайте также:  Зараженность золотой минерализацией железорудных месторождений Курской магнитной аномалии (КМА)

Повышение оперативности вычислений с использованием блочной модели достигается путем объединения элементарных ячеек по высоте развала с усреднением содержания полезного компонента (рис.4). Корректировка маркшейдерской ситуации в карьере осуществляется по авторской программе, позволяющей строить горизонтали на основе прогнозной поверхности развала и интегрировать их в соответствующие маркшейдерские планы.

Рис.4. Сечение блочной модели участка карьера после взрыва БВР блока №77 до (а) и после (б) объединения ячеек по оси Z 1 – массив горных пород; 2 – взорванная горная масса. Интервалы значений Fe магн. (%) см. на рис.2

Для решения задач оперативного планирования добычи руды, главной целью которого является ее внутрикарьерное усреднение, помимо актуальной геолого-маркшейдерской информации необходимо отслеживание (диспетчеризация) позиции и состояния горно-транспортного оборудования. На передовых горных предприятиях эта функция возлагается на автоматизированные системы управления горно-транспортным комплексом (АСУ ГТК). В частности на Стойленском ГОКе функционирует АСУ ГТК «ВИСТ» на базе программного обеспечения «Карьер». ГИС ГЕОМИКС интегрирована с этой системой. В нее передаются результаты автоматизированного формирования заходок (контуров экскавации) развала взорванной горной массы и автоматического расчета по данным прогноза взрывного разрушения БВР блока для каждой заходки экскаватора объема руды (м3) и среднего содержания (%) в ней полезного компонента (рис.5).

Рис.5. Контуры экскавации взорванной горной массы для АСУ ГТК «ВИСТ»

Таким образом, разработанная в ГИС ГЕОМИКС на базе компьютерного моделирования развала взорванной горной массы технология информационного обеспечения оперативного планирования добычи руд в карьере позволяет отслеживать геолого-маркшейдерскую ситуацию на участках планирования и проведения  буровзрывных работ с использованием блочных моделей двух типов. Первая модель отражает части карьерного поля с вскрытыми рудными телами, не затронутыми в данное время буровзрывными работами. Сверху она ограничена текущей поверхностью карьера, а снизу – его проектной поверхностью в направлении развития горных работ на заданный временной интервал. Вторая модель формируется по результатам компьютерного моделирования развалов горной массы планируемых к взрыву БВР блоков, для каждого из которых строится прогнозная поверхность развала и подстилающая его поверхность неразрушенного взрывом массива горных пород, а также картограмма распределения содержания полезного компонента; выполняется автоматический подсчет объемов руды и среднего содержания компонента по заходкам экскаватора, результаты которого передаются в автоматизированную систему управления горно-транспортным комплексом для организации внутрикарьерного усреднения добытой руды.

Литература

  1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010615905 Компьютерное моделирование развала и прогнозирование распределения полезных компонентов во взорванной горной массе. 9.09.2010г.
  2. Кабелко С.Г., Дунаев В.А., Герасимов А.В. Верификация компьютерной технологии прогнозирования развала взорванной горной массы в карьерах. – Маркшейдерия и недропользование, №3(83), 2016, с.62-65.
  3. Капутин Ю.Е. Горные компьютерные технологии и геостатистика. – СПб.: Недра, 2002. – 424с.
  4. Ершов В.В., Дремуха А.С., Трость В.М. и др. Автоматизация геолого-маркшейдерских графических работ. М., Недра, 1990 г.
  5. Инструкция по производству маркшейдерских работ. РД – 07 – 603-03. М. ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России» 2004. – 126с.
Ссылка на основную публикацию
Adblock detector