Эффект оправдал ожидания

Проектирование буровзрывных работ


Компанией «АЗОТ МАЙНИНГ СЕРВИС» (входит в Группу компаний «АЗОТ-ВЗРЫВ» — одного из ведущих предприятий в России в области буровзрывных работ) внедрен на горнодобывающих предприятиях Кемеровской области комплекс оборудования и программного обеспечения при проектировании буровзрывных работ, позволивший добиться значительных результатов.

Обеспечение подготовки взорванной горной массы для горнодобывающих предприятий с требуемыми условиями по безопасности, высоким техническим уровнем и конкурентной ценой требует применения современных технологий, автоматизации процесса технических расчетов.

ООО «АЗОТ МАЙНИНГ СЕРВИС» оказывает услуги по подготовке взорванной горной массы для 25 горнодобывающих предприятий, расположенных на территориях Кемеровской и Новосибирской областей, Алтайского и Забайкальского краев.

Взрывные работы производятся в различных горно-геологических условиях на каменных карьерах, золоторудных месторождениях и угледобывающих предприятиях.

На каждом месторождении при ведении взрывных работ решаются различные инженерные задачи.

Одним из условий ведения буровзрывных работ в условиях каменных карьеров является обеспечение процентного соотношения кусков различной крупности во взорванной горной массе (гранулометрического состава).

Взрывные работы на золоторудных месторождениях должны обеспечить минимальное разубоживание полезного ископаемого и требуемое качество дробления руды и вскрышных пород.

Условием ведения взрывных работ на угледобывающих предприятиях Кузбасса является расположение в непосредственной близости от горных предприятий жилых и производственных зданий и сооружений, что влечет за собой повышенные требования к производству взрывных работ, в особенности — на открытых горных работах, характеризующихся большим объемом использования взрывчатых веществ. В настоящее время совершенствование способов повышения безопасности технологических процессов имеет первостепенное значение, а требования природоохранного и экологического законодательства предполагают уменьшение вредного воздействия последствий взрыва, таких как сейсмическое, действие ударной воздушной волны, выброс пыли и газообразных продуктов взрыва.

Конкурентная среда буровзрывных и взрывных работ определяет основные внутренние факторы конкурентоспособности предприятия: соответствие стандартам безопасности, технический уровень, уровень цены.

Воздействовать на эти факторы можно с разной степенью эффективности. Так, значительных капиталовложений и длительного срока окупаемости, как правило, требуют инновационные изменения технико-технологических условий работы. Однако следует отметить, что при существующем в мире высоком уровне развития научно-технического прогресса производственный потенциал предприятий, который составляет значительную часть экономического потенциала, практически определяется используемыми в производстве современными технологиями.

В целях решения различного спектра задач в области взрывных работ в 2015 году создана рабочая группа, которая объединила в себе представителей:

  • горнодобывающих пред­при­ятий;
  • сервисных предприятий по производству буровзрывных работ;
  • Сибирского управления Ростехнадзора;
  • новационной фирмы «КУЗБАСС-НИИОГР»

Основные задачи рабочей группы:

  • разработка и реализация мероприятий по повышению эффективности буровзрывных работ, повышению уровня промышленной и экологической безопасности в сфере буровзрывных работ;
  • внедрение новых технологий и оборудования в области буровзрывных работ.

В 2014-2015 годах специалистами ООО «АЗОТ МАЙНИНГ СЕРВИС» произведен анализ рынка применяемых программных продуктов в области буровзрывных работ и заключен контракт на приобретение и доработку программного обеспечения на соответствие требованиям нормативных актов Российской Федерации.

Критериями выбора программного обеспечения являлись:

  • обработка координат скважин в 3D-формате;
  • использование 3D-координат уступа;
  • выбор оптимального и экономически целесообразного варианта параметров буровзрывных работ;
  • проектирование буровзрывных работ с возможностью расчета удельного расхода взрывчатых веществ, радиусов опасных зон (с учетом фактического положения скважин), расхода средств инициирования, объема взрываемого массива и прогноза:
  • сейсмическое действие массового взрыва (скорость смещения грунта в основании охраняемых объектов), действие ударной воздушной волны;
  • гранулометрический состав (качество дробления взорванной горной массы);
  • параметры развала взорванной горной массы.

Прогноз указанных выше параметров должен осуществляться с учетом горно-геологических характеристик и физико-механических свойств горных пород, слагаемых массив, а также характеристик применяемых взрывчатых веществ.

Применяемый в настоящее время программный комплекс БВР позволяет использовать координаты скважин в 3D-формате, объединять их с 3D-поверхностью уступа для проведения последующего проектного анализа.

Получение 3D-поверхности уступа может производиться с помощью многофункционального лазерного сканера (рис. 1). Поверхность уступа в формате 3D изображена на рис. 2.

После получения параметров уступа в реальных координатах инженер по буровзрывным работам производит проектирование блока.

На стадии проектирования блока производится расчет нескольких вариантов параметров буровзрывных работ, таких как диаметр, сетка скважин, конструкция внутрискважинных зарядов, осуществляется выбор применяемых взрывчатых веществ, замедлений между зарядами, применение специальных устройств, таких как запирающие устройства, специальные рукава, рассредоточенные заряды и т.п.

При последующем анализе результатов буровзрывных работ используются характеристики взрываемой горной массы, такие как предел прочности на одноосное сжатие и растяжение, модуль Юнга, категории по трещиноватости и другое, а также физико-химические и взрывчатые характеристики применяемых взрывчатых веществ.

В процессе проектирования блока определяются прогнозные параметры:

  • сейсмическое действие массового взрыва (скорость смещения грунта в основании охраняемых объектов), действие ударной воздушной волны (рис 3).
  • Прогноз сейсмического действия массового взрыва производится несколькими способами, в том числе на основании статистической обработки ранее полученных данных. Строится линия регрессии и принимается расчетная верхняя граница доверительного интервала;
  • гранулометрический состав (качество дробления взорванной горной массы) рис 4;
  • параметры развала взорванной горной массы (Рис. 5).

В процессе проектирования параметров буровзрывных работ на основе проведенного прогнозного анализа выбираются наиболее оптимальные параметры, отвечающие требованиям безопасности и экономической эффективности.

После выбора параметров буровзрывных работ проект в электронном виде отправляется на буровой станок для бурения скважин в проектных параметрах.

Бурение скважин в проектных параметрах и координатах производится с помощью системы позиционирования буровых станков, установленной на станках производства фирмы Atlas Copco: DML; DM-45, Pit Viper.

Система позиционирования сос­тоит из следующих компонентов:

  • интеллектуальной панели (Рис.6), установленной в кабине бурового станка и служащей для отображения проекта на буровые работы;
  • навигационного приемного оборудования;
  • датчиков определения осевого давления;
  • датчика определения скорости вращения;
  • датчиков определения угла наклона скважины;
  • наборов датчиков определения глубины бурения;
  • программного обеспечения для визуализации бурения.

Интерфейс программы представлен на рисунке 7.

Фотография оборудования, установленного в кабине бурового станка, представлена на рисунке 8.

Установленная система высокоточного позиционирования позволяет машинисту бурового станка с точностью определить местонахождение проектной скважины (погрешность до 10 см), произвести бурение в полном соответствии с проектом на буровые работы. Кроме того, проектная и фактическая глубина бурения отображается как на навигационном приемном оборудовании в кабине машиниста бурового станка, так и через специальную программу на мониторе инженера по буровзрывным работам. Это дает возможность в любое время суток дистанционно по сети Wi-Fi получать информацию по фактическим параметрам бурения в режиме реального времени. Благодаря данной системе можно принимать в расчет фактическую высотную отметку поверхности блока (с учетом рельефа местности). В случае же отклонения от проектных параметров в автоматическом режиме происходит определение глубины скважины с учетом проектного горизонта. Принимая во внимание возможность установления фактических координат устьев скважин, угла наклона скважин, а также положения скважин на уровне проектного горизонта, инженер по буровзрывным работам в режиме трехмерного моделирования определяет фактическую линию сопротивления по подошве, минимальное расстояние между скважинами по подошве уступа. На основании этих данных производятся корректировочные расчеты массы и конструкции заряда взрывчатого вещества в скважинах, исходя из условий:

  • качественного дробления массива;
  • проектного сейсмического действия и действия ударной воздушной волны;
  • развала взорванной горной массы;
  • расчетных безопасных расстояний.

После проведения массового взрыва инженерно-техническими работниками производится анализ полученных результатов, таких как гранулометрический состав взорванной горной массы (производится фотометрическим методом), (Рис. 9).

Уровень сейсмического действия массового взрыва и действия ударной воздушной волны (производится с использованием портативных мини-сейсмографов).

Полученные результаты вводятся в программный комплекс и используются в автоматическом режиме программой для анализа последующих массовых взрывов, позволяя получать более точные прогнозные результаты.

Внедрение программного комплекса и оборудования позволяет значительно сократить влияние человеческого фактора, обеспечить автоматическое проектирование БВР и прогнозный анализ результатов взрывных работ на стадии подготовки проекта на бурение скважин, производить дистанционный контроль выполнения работ на всех этапах.

В 2015-2016 годах специалистами ООО «АЗОТ МАЙНИНГ СЕРВИС» проведена работа по внедрению программного комплекса и оборудования на угледобывающем предприятии ООО «Ресурс», состоящим из следующих подразделений:

  • горный участок «Отвальный Южный №2 Глубокий»: запасы полезного ископаемого составляют 26,7 миллиона тонн; годовой объем добычи — 2,5 миллиона тонн; на участке залегают угли марок «ДГ», «Г» и «ГЖО»;
  • горный участок «Кыргайский-Средний»: запасы полезного ископаемого составляют 50,68 миллиона тонн; годовой объем добычи — 3 миллиона тонн ; на участке залегают угли марок «Д» и «Г».

В 2015 году объем добычи по обоим участкам составит 5 миллионов тонн, объем вскрыши — 37,2 миллиона м3; объем взорванной горной массы — 25,4 миллиона м3.

В указанный период на этом горнодобывающем предприятии достигнуты следующие результаты:

  1. Совместно с ООО «ВИСТ-Групп» установлена система высокоточного GPS-позиционирования на трех буровых станках (точность бурения 10 см) c передачей данных в онлайн режиме инженеру-проектировщику.
  2. Сокращение объемов бурения, увеличения выхода взорванной горной массы с одного погонного метра.
  3. Сокращение удельного расхода взрывчатых веществ и, как следствие, сокращение объема использованных взрывчатых веществ в течение одного года по ООО «Ресурс» более чем на 3 500 тонн.
  4. Обеспечение требуемого качества дробления для каждой единицы горно-выемочного оборудования.
  5. Снижение негативного воздействия на окружающую среду (в том числе -сейсмического действия массовых взрывов).
  6. Обеспечение строгого соблюдения проектных решений при производстве буровзрывных работ.

В настоящее время специалистами, входящими в состав рабочей группы, совместно разрабатывается программа на 2017-2018 годы по повышению эффективности буровзрывных работ, обеспечению экологической безопасности и снижению негативного воздействия взрывных работ на окружающую среду на предприятиях Кемеровской области.


СГИ Тимофеева