Опыт применения программно-технического комплекса «Blast Maker» на Верхне-Мунском месторождении

Шепырев К. И., Центр производственной системы, руководитель проекта, отдел цифровизации производственных процессов АК «АЛРОСА» (ПАО)

Ахтямов А. П., Центр диспетчеризации производственных процессов, главный специалист АК «АЛРОСА» (ПАО)

Захаров Д. Ю., ведущий инженер ПТО (БВР) Удачнинского ГОКа, месторождение Верхне-Мунское АК «АЛРОСА» (ПАО)

Вершинин А. В., руководитель отдела технической поддержки и управления проектами ОсОО «Blast Maker»

Райымкулов М. А., ведущий инженер-программист ОсОО «Blast Maker»

Верхне-Мунское месторождение — один из инвестиционных проектов АК «АЛРОСА». Месторождение алмазов расположено в 170 км от г. Удачного. Месторождение образовано такими трубками, как «Заполярная», «Деймос», «Новинка» и др. Отработка проводилась открытым способом на двух карьерах: «Заполярный» (трубки «Заполярная» и «Деймос») и «Магнитный» (трубки «Новинка» и «Комсомольская-Магнитная») преимущественно селективным способом: вскрышные и рудные блоки отрабатывались с различными параметрами сетки скважин и удельного расхода ВВ.

УДК 622.235

В 2022–2023 гг. на основе подготовленного финансового обоснования по применению комплекса «Blast Maker» принято решение о выделении финансирования работ по внедрению комплекса на Верхне-Мунском месторождении. Ожидалось, что по результатам внедрения достигнутый уровень проектирования БВР позволит перейти предприятию на уровень непрерывного контроля и мониторинга за исполнением проекта, оценки характера свойств массива по показателю энергоёмкости бурения и др. В 2023 г. проведён монтаж системы «КОБУС» и начата адаптация системы автоматизированного проектирования буровзрывных работ (САПР БВР) «Blast Maker». С учётом пожеланий специалистов предприятия и Центра развития производственной системы АК «АЛРОСА» произведена доработка системы «КОБУС» в рамках базового функционала, разработано положение об организации регламентируемых простоев буровых станков и др. В 2024 г. в рамках адаптации САПР БВР «Blast Maker» на Верхне-Мунском месторождении было оцифровано более десяти взорванных блоков, при этом при проектировании взрывных работ стали применяться характеристики участка массива в виде данных удельной энергоёмкости бурения и результаты моделирования распределения энергии взрыва в массиве, также внедрена мотивация машинистов буровых станков за выполнение плановых показателей коэффициента использования оборудования (КИО) и производительности. По результатам опытно-промышленной эксплуатации комплекса «Blast Maker» было принято решение о его переводе в промышленную эксплуатацию.

Программно-технический комплекс «Blast Maker»

blast-maker-01-blast-maker-01-678x306 — Рис. 1. Верхне-Мунское месторождение

Комплекс Blast Maker включает в себя информационно-аналитическую систему САПР БВР «Blast Maker» и программно-технические средства сбора, обработки и передачи данных с бурового станка (АССД БД) «КОБУС» [1, 2]. Комплекс позволяет выполнять контроль над бурением, используя данные, полученные с каждого бурового станка в режиме реального времени, изучать прочностные свойства массива горных пород и непрерывно отслеживать динамику их изменения в пределах отрабатываемого поля.

В основу работы системы «КОБУС» положена методика определения прочностных характеристик массива в виде данных удельной энергоёмкости бурения, которая зависит от таких параметров, как нагрузка на шарошечное долото (осевое давление), сечение скважины, тип шарошечного долота, скорость вращения бурового става, вращающий момент шарошечного долота, скорость проходки скважины и др. Результатом соответствующей обработки полученных данных является детализированное пространственное распределение удельной энергоёмкости бурения.

Если прочностные характеристики пород контрастно отличаются, то после накопления достаточной статистической информации появляется возможность идентифицировать породы по прочностным характеристикам, что позволяет получить такие характеристики блока, как, например, участки залегания полезного ископаемого. Вся информация, получаемая в процессе бурения по каждому блоку, автоматически архивируется в базе данных комплекса. Такой массив информации сопоставим с комплексом геофизических исследований и может быть полезным для уточнения предварительной геологической разведки [3, 4].

blast-maker-02-blast-maker-02-678x316 — Рис. 2. Взаимодействие систем программно-технического комплекса Blast Maker в цикле ведения БВР

САПР БВР «Blast Maker» является специализированным пакетом программных средств для проектирования буровых и взрывных работ [5]. Проектирование осуществляется с учётом пород, типов ВВ, средств инициирования, используемых на предприятии, а также блочной, геомеханической и литологической моделей. ПО позволяет произвести анализ данных энергоёмкости бурения и подготовить проект на взрыв с учётом прочностных особенностей участка (рис. 2).

Достигнутые результаты внедрения системы

Разработанные инструменты отчётности позволили оценивать отклонения производительности бурового станка от оперативного плана работ, производить почасовой мониторинг производительности и скорости бурения с учётом режима работы бурового станка. Для расчёта КИО на смену в оперативном планировании использованы плановые значения статусов. На суточном рассмотрении диспетчер отчитывается за статусы, превышающие плановые значения, с указанием причины. Система отчётности «КОБУС» позволила также отслеживать параметры бурения с учётом категории буримости. С целью повышения мотивации операторам бурового станка, экипажам буровых станков, участвующих в пилотном проекте, согласована выплата за повышение уровня эффективности. Таким образом, по результатам внедрения комплекса удалось увеличить показатели КИО на 8,5 %, по производительности п.м./час достигнут прирост на 17 %.

Для обеспечения полноценного проектирования в САПР БВР «Blast Maker» совместными усилиями предприятия, специалистов Центра развития производственной системы и сотрудников компании «Blast Maker» разработан регламент взаимодействия отделов производства с указанием требований к подготовке и предоставлению оперативных данных о ситуации на блоке. Со стороны маркшейдерской службы предоставляется ситуационный план на месторождении, съёмка блоков до и после взрывных работ (поверхность развала и поверхность после выемки взорванной горной массы). Геологический отдел предоставляет данные о преобладающем типе пород на блоке, карту строения месторождения, проводит замеры кондиционного кус-ка взорванной горной массы. Отдел проектирования БВР анализирует предоставляемые данные, готовит и редактирует проект на бурение и массовый взрыв, осуществляет наполнение горно-технологической базы данных САПР БВР «Blast Maker», включающей информацию о типах пород месторождения, свойствах применяемых ВВ, применяе-мых конструкциях заряда, средствах КЗВ и т. д.

При проектировании взрывных работ источником информации о характере массива наряду с данными геологической разведки также стала применяться информация об энергоёмкости бурения. Работа двух систем — «КОБУС» и САПР БВР «Blast Maker» — позволяет получать и анализировать параметр энергоёмкости бурения в качестве дополнительной информации о характере массива. Определение характеристик массива в виде данных удельной энергоёмкости бурения осуществляется посредством обработки данных о параметрах бурения скважины в системе «КОБУС». Импортируе-мая информация в САПР БВР «Blast Maker» позволяет получать трёхмерное представление о неоднородности массива, отслеживать пространственное залегание особо прочных и менее прочных пород в массиве, районировать блок по соответствующим участкам, а также производить прогнозирование характера массива на смежные участки.

blast-maker-03-blast-maker-03-678x569 — Рис. 3. Данные по энергоёмкости бурения, полученные при обработке данных бурения скважин заоткоски, блок № 661z, и распределение энергоёмкости бурения на блоке № 696, карьер «Магнитный»

На рис. 3 продемонстрировано распределение энергоёмкости бурения, полученное по данным бурения скважин заоткоски, и распределение энергоёмкости бурения на близлежащем блоке. На месторождении отмечается слоистая структура массива с различными данными энергоёмкости бурения. Данная структура массива отслеживается как в области бурения скважин заоткоски, так и по смежному блоку, что позволяет сделать вывод о возможности прогнозирования данных неоднородности массива на смежном блоке.

В процессе подготовки проекта на массовый взрыв удаётся выделить особо прочные участки, требующие специального внимания и дополнительного пересмотра ВВ. Также отслеживаются участки блоков с меньшими данными энергоёмкости бурения, для которых рекомендуется снизить долю взрывной энергии. Для каждой группы скважин может быть определена конструкция заряда, учитывающая распределение энергоёмкости бурения так, чтобы заряд был расположен напротив прочных участков, а воздушный промежуток напротив ослабленных. На рис. 4а приведено вертикальное сечение проектируемого блока с отображением распределения заряда в скважинах. Заряд в скважинах распределён с учётом данных об энергоёмкости бурения и результата прогнозирования распределения энергии взрыва в массиве. Применение данного инструмента прогнозирования результата взрывных работ позволяет оперативно производить редактирование проекта с целью достижения требуемых показателей проработки подошвы и обеспечения насыщением взрывной энергией участка массива (рис. 4б). Если моделируемая подошва неудовлетворительна, то считается, что энергии взрыва с проектируемой конструкцией заряда недостаточно и требуется внести изменения в проект. Для оптимизации заряда на данном блоке применялась конструкция заряда с воздушным промежутком. При этом воздушный промежуток располагали напротив участков массива с меньшими данными по энергоёмкости бурения, что позволило получить равномерное распределение прогнозируемой энергии взрыва (рис. 4в).

blast-maker-04a-blast-maker-04a-678x341 — Рис. 4а. Вертикальное сечение блока № 698,
карьер «Заполярный», проектируемая
конструкция заряда и распределение
энергоёмкости бурения

blast-maker-04b-blast-maker-04b-678x348 — Рис. 4б. Результат моделирования поверхности после выемки взорванной горной массы

blast-maker-04c-blast-maker-04c-678x403 — Рис. 4в. На сечении представлен результат моделирования распределения энергии взрыва для заданных свойств пород, конструкции заряда и среднего куска фракции

Таким образом, применение ПТК «Blast Maker» позволило обеспечить непрерывное измерение энергоёмкости бурения непосредственно в процессе бурения скважин и последующее использование этой информации для оптимизации параметров БВР.

В качестве сходимости результатов моделирования также применялось сопоставление моделируемой шапки развала и прогнозируемой подошвы с маркшейдерской съёмкой поверхности развала и фактической поверхности подошвы после выемки взорванной горной массы. По данным маркшейдерской съёмки готовилась триангуляционная поверхность, с которой производилось сравнение моделируемой поверхности. В качестве показателя отклонения фактических данных от прогнозных применялось среднеквадратичное отклонение. Так, для экспериментального блока № 702 среднеквадратичное отклонение моделируемой поверхности развала от фактической составило 1,4 м при допустимых 2 м. После выемки блока производилась финальная съёмка для сопоставления прогнозируемой подошвы проекта и подошвы факта. Среднеквадратичное отклонение составило 0,4 м.

Вывод

Таким образом, на Верхне-Мунском месторождении совместными усилиями предприятия, Центра развития производственной системы АК «АЛРОСА» и разработчиков системы проведена полноценная адаптация программно-технического комплекса «Blast Maker». За счёт внедрённых систем отчётностей, мониторинга и контроля за режимом бурения скважин достигнуто повышение показателя КИО бурового станка по производительности п.м./час. Применение показателя энергоёмкости на предприятии позволило оперативно производить редактирование проекта с целью достижения прогнозных показателей проработки подошвы и обеспечения насыщением взрывной энергией участка массива.

Список литературы

1. Коваленко В. А., Тангаев И. А. Энергетический принцип контроля и оптимизации технологических процессов на карьере / Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2008, 10, с. 293–301.

2. Киселев А. О. Современные способы и средства определения буримости и взрываемости горных пород / Передовые технологии на карьерах: сборник докладов, 2006, с. 11–15.

3. Белкина Т. А. Геологическое сопровождение отработки Олонь-Шибирского месторождения с использованием возможностей ПТК «Blast Maker» / Передовые технологии на карьерах: сборник докладов, 2015, с. 65–67.

4. Виноградов Ю. И., Хохлов С. В., Зигангиров Р. Р., Мифтахов А. А., Суворов Ю. И. Оптимизация удельных энергозатрат на дробление горных пород взрывом на месторождениях со сложным геологическим строением / Записки горного института, 2024, т. 266, с. 231–245.

5. Долгушев В. Г. Система автоматизированного проектирования буровзрывных работ на карьерах «Blast Maker» / Горный журнал Казахстана, 2013, 11, с. 28–32.