Сегодня, в век технологических прорывов и тотальной диджитализации, управление горнотранспортным оборудованием с использованием систем GPS перестало быть чем-то невиданным. Совершенствование технологии управления на наших глазах проходит путь от специальных программ по диспетчеризации до роботизированных буровых станков и автосамосвалов.
Одним из промежуточных пунктов пути является высокоточное позиционирование оборудования, например ковша экскаватора или погрузчика. Целями высокоточного позиционирования ковша экскаватора являются управление и детальный контроль показателей отработки руды, понимание распределения руды по содержаниям в забое, и все это — чтобы улучшить процесс рудоподготовки и увеличить точность прогноза качественных показателей рудной шихты для обогатительной фабрики. Поскольку извлечение металлов, как правило, напрямую зависит от содержания металлов в руде и их изменчивости во времени, то максимально точный прогноз содержаний является предметом стремления, для чего и предполагается наличие множества рудных забоев и максимальный объем буферных рудных складов перед фабрикой. Этот традиционный метод для улучшения прогноза качества рудной шихты на сегодня является наиболее распространённым, но он хорошо работает только на основании теории больших чисел.
Многие геологи предприятий за последние 20 лет освоили современные горно-геологические инженерные системы (ГГИС) и научились строить высокоточные блочные модели с качественным распределением в целике до взрыва, используя такой инструментарий, как Micromine, Surpaс, Datamine, Leapfrog, Vulcan, Mineframe, Geomix и др.
Однако выемка горной массы производится после взрыва, когда уже ни один геолог не сможет точно предсказать, как ляжет развал и какое качество в развале в итоге получится, даже если целик не многокомпонентный и монорудный. Взрыв перемещает массив, он меняет геометрические контуры как рудной, так и породной части во взорванном блоке, перемешивает часть руды и породы. Вследствие взрыва распределение полезного компонента в развале меняется неизвестным горняку/геологу образом, даже если блок представлен только рудной массой. Эта визуально оцененная геологом или оператором погрузочного средства руда в забое, при наличии у руды видимых признаков руды, а не породы, т. е. руда с неопределенным качеством, участвует в шихтовке забоями или складами для сглаживания переменчивости качественных показателей в переработке.
Очевидно, что максимально точный прогноз развала позволит сократить издержки по рудоподготовке, снизит потери и разубоживание в добыче и увеличит извлечение на фабрике, а значит, отдачу потраченных усилий и затрат. Задача прогнозирования развала после взрыва комплексная и сложная, к ее решению пытаются подходить разными путями, от эмпирического подбора через экспериментальные взрывы до компьютерного численного моделирования в 4D с использованием сложных механико-математических моделей.
На рынке предлагаются решения от Blast Maker, Geomix, Orepro 3D, есть попытки предприятий самостоятельно аппроксимировать распределение качества из целика на развал после взрыва, ведутся регулярные опыты и исследования, и количество со временем перейдет в качественное изменение, а пока я хочу рассказать о программном обеспечении I-Blast Ultimate 8.0 производства французской компании «Тьерри Бернард Технолоджи» (ТБТ), которое разработано для расчета поведения массива в момент и после взрыва, т. е. от момента проектирования до развала после взрыва.
Все программные продукты по расчету развала используют численные методы расчета. И это абсолютно естественно, так как аналитических решений столь сложной задачи нет. Разница между программными продуктами состоит в постановке задачи, в используемых системах уравнений, граничных и начальных условиях.
В разработке ПО I-Blast Ultimate участвует команда из 45 человек: инженеры-взрывники, математики-прикладники, геомеханики, сейсмики, горные инженеры. Моделирование основано на использовании систем уравнений термодинамики, волновых уравнений, уравнений равновесия, уравнений физического состояния и, конечно, граничных и начальных условий. Применены подходы решения задач геомеханики, физики взрыва, баллистики, механики сплошных сред, термодинамики, численных методов вычислений.
В I_Blast использован численный метод расчёта — генетический алгоритм с автомодельной функцией.
Данные по фактическому расположению и телеметрии скважин после бурения позволяют сделать расчёт более точным, решение по качественному распределению в развале может быть скорректировано на основании формы фактического развала и начальной скорости выброса (рис. 1). Это важный факт, который позволяет откорректировать неизвестные константы при раскрытии систем уравнений, а также свести множество возможных решений генетического алгоритма в некотором заданном диапазоне к единственно верному.
С использованием I-Blast Ultimate можно смоделировать результаты взрыва виртуально сотни раз, без фактического взрывания, меняя параметры (диаметр скважин, последовательность скважин, ВВ, ВМ, схему инициирования и др.), при этом геологическая модель/геомеханическая модель с учётом трещиноватости может быть импортирована в I-Blast из ГГИС как регулярная воксельная модель. В результате получаем не только геометрическую форму развала, качественное и фрагментарное распределение, но экономию времени и денег. Только за счёт экономии затрат на БВР в 5 % за счёт изменения сетки бурения, наклона скважин, подбора типа ВВ и ВМ можно сократить удельный расход взрывчатки и повысить выход горной массы с погонного метра бурения при неизменных прочих выходных результатах. При этом моделирование позволит спрогнозировать правильную отметку подошвы, избежать непроработку межскважинного пространства и подбой вышележащего бортового массива, предвосхитить отказы скважинных зарядов. Стоимость пакета I-BLAST окупается за 4–6 месяцев за счёт снижения затрат на БВР, увеличения производительности экскаваторного оборудования, прогнозирования разубоживания. Нет необходимости во взрывании сотен скважин/шпуров, не надо экспериментально взрывать и тратить несколько лет, чтобы подобрать лучшую схему. Тем более что геология каждого забоя может сильно варьироваться, и с I-Blast мы учитываем детальную геологию и прогнозируем развал без маячков.
Имеется опыт моделирования развала взрыва с использованием блочных моделей Mincromine и Surpac.
Важность прогноза развала взрыва и распределения качественных показателей в руде может быть хорошо проиллюстрирована на примере взрыва, смоделированного на данных, полученных от коллег из компании Micromine, — геологической модели целика топоповерхности, фактических скважин, которые были импортированы в I-Blast Ultimate. Параметры заряда, замедления инициирования и развал взрыва смоделированы в I-Blast, и результаты развала возвращены в Micromine. На рис. 2 приведён результат моделирования развала. Моделирование формы развала и распределения качества актуально при среднесрочном и краткосрочном планировании, когда планирование ведётся до массового взрыва. Прогноз содержаний в развале актуален при экскавации руды для составления максимально достоверной шихты в отгрузке на фабричный передел. На приведённом примере вполне очевидно, что неэкскавируемая, временно не активная часть руды составит примерно 15 % под съездом из-за отсутствия транспортной бермы на горизонт взрывания, 11 % на предохранительной берме, также из-за отсутствия транспортной бермы на промежуточном горизонте. При таком количестве консервации руды при отсутствии инструмента, подобного I-Blast ULT, нет возможности спрогнозировать качество руды, поступающей на склад или на фабрику.
Скорее всего, когда-нибудь в будущем эта руда будет отработана, но и тогда она не будет иметь определённых качественных показателей и дополнительно будет накрыта новым взрывом, тоже изменившим своё состояние от целика к развалу взрыва, т. е. спустя время геолог получит нагромождение неопределённостей, поставляемых на фабрику. I-Blast Ultimate позволяет задать параметры геологической модели так, что руда, которая уже была разрыхлена и попала на какие-то уступы, в будущем будет учтена в расчёте взрыва и участвовать в моделировании развала, оказывая влияние на перемещение и разубоживание.
По итогу импорта — экспорта в ГГИС будет составляться паспорт забоя для экскаватора, и вот теперь высокоточное позиционирование будет иметь ожидаемый эффект: прогноз качественных показателей в ковше, самосвале (думпкаре), складе, отгрузке на фабрику.
Данное решение подойдёт для горнодобывающих предприятий с открытой и подземной системами горных работ, с разрыхлением горной массы с помощью буровзрывных работ.
О моделировании и прогнозе развала при подземных горных работах необходимо рассказывать отдельно, об этом будет следующая статья.
Тел : +7 919 1053760
o.stagurova@dna-blast.com
