Варников С.А., Локтионов Г.Л., Казакова Е.И., д.т.н., доцент

    Незначительное в процентном отношении снижение точности управления, практически неизбежное при ручной переработке больших объёмов информации коллективом людей, участвующих в управлении, вызывает ощутимые абсолютные потери в масштабах горнорудного предприятия. Поэтому к проектированию массовых взрывов предъявляют повышенные требования, поскольку в общем цикле добычи дробление крепких скальных пород является одним из основных технологических процессов, в значительной степени предопределяющих производительность труда и стоимость добываемой продукции.
    Буровзрывной комплекс представляет собой сложную систему, характеризующуюся наличием процесса управления, который можно рассматривать как сложное взаимопереплетение трёх основных групп функций: организации, планирование и оперативного регулирования производственного процесса.
    Входными параметрами буровзрывного комплекса как объекта управления являются основные производственные факторы, плановые показатели, свойства горных пород и их изменчивость в пределах блока, а также случайные неконтролируемые воздействия внешней среды. Выходными параметрами служат производительность оборудования, степень его загрузки, степень использования рабочего времени, качество взорванной горной массы и т.д.
    Одной из основных задач управления буровзрывным комплексом, которую можно рассматривать как задачу оперативного управления производственными процессами буровзрывных работ, является достижение требуемой кусковатости дробленой руды. Решение этой задачи требует, в первую очередь, надёжной системы контроля характеристик исследуемого объекта.
    Процесс взрыва представляет переход объекта из одного состояния (не разрушенный массив) в другое (раздробленная горная масса) посредством приложения определённых управляющих воздействий. Для управления процессом такого рода необходимо достоверно оценить эти состояния объекта. Характеристиками указанных состояний массива могут служить функции распределения их свойств по пространственным координатам распределения в другие. Очевидно, что знание законов преобразования (операторов связи) открывает большие возможности для управления дроблением горных пород.
    Таким образом, надёжная оценка состояния массива (объекта) до и после взрыва является необходимым условием, без которого невозможен прогноз качества дробления горной массы. Система контроля состояний объекта (массива) должна быть пригодной для применения в промышленных условиях; обеспечивать возможность получения информации о среде в любой части массива; быть достаточно оперативной.
    Применение системы управления возможно, если выполняется условие:

t _и + t _р+ t_п Ј t _с

(время на сбор и обработку информации меньше, чем время стабильной работы объекта).
    В этом неравенстве: t _и - интервал времени получения достоверной информации для принятия управляющего решения; t_р - интервал времени необходимый для обработки информации и решения алгоритма управления при имеющихся средствах управления; t _п - интервал времени передачи управляющего решения управляемым элементом объекта; t _с - интервал времени работы объекта, т.е. период времени, в течение которого возмущения в управляемом объекте настолько малы, что не приводят к отклонениям показателей, превышающим допустимые величины.
    Наиболее полно этим условиям отвечает метод получения информации по удельным энергетическим затратам. Для производства горных работ при определённой технике и технологии необходимо затратить энергию на дробление массива на получение требуемой кусковатости взорванной горной массы, выемку и погрузку породы. Энергия расходуется на преодоление сопротивлений рабочих органов машин и совершение полезной работы по переводу объекта приложения энергии (горной породы) из одного состояния в другое. Расход энергии зависит от технологии процесса изменения качества и состояния в процессе воздействия на горную породу.Так, разрушение массива в процессе бурения, дробление горной массы, подъём её для погрузки, и дальнейшие операции определяются изменением её качества и состояния.
    Установлено, что основным фактором разрушения при взрыве являются имеющиеся в массиве (статически распределённые) ослабления, выраженные наличием непрочных заполнителей трещин и развитой микротрещиноватостью. Трещиноватость, способствующая разрушению при взрыве, характеризует местные ослабления массива, результатом чего является снижение удельной энергоёмкости бурения. Оценка дробимости пород взрывом на основе использования показателей удельной энергоёмкости бурения исходит из прямого учёта наиболее существенного признака пород – их сопротивляемости механическому разрушению, что исключает ошибки, связанные с использованием корреляционных связей ряда промежуточных признаков, и учитывает механические свойства и структуру выбуренного объёма породы. Однако усреднённый по массиву показатель удельной энергоёмкости бурения не даёт ясного представления о состоянии массива. Полная прочностная характеристика пород массива может быть получена как некоторая функциональная зависимость удельной энергоёмкости бурения от пространственных координат. За единичный опыт в данном случае может быть принят показатель удельной энергоёмкости бурения е, характеризующий прочностные свойства определённого (координатами) объёма пород. Верхняя часть взрываемого блока, нарушенная предыдущим взрывом (интенсивно трещиноватая), характеризуется довольно низкими, по сравнению с другими участками, показателями удельной энергоёмкости бурения (0,3…0,4 кВт ч/м). Размеры этой нарушенной зоны колеблются в значительных пределах и могут быть учтены параметрами БВР.
    Таким образом, процесс бурения, предшествующий взрывному дроблению массива, можно рассматривать, как источник информации о разрушенной среде, которая может использоваться для оперативного внесения в паспорт БВР поправок, способствующих улучшению качества дробления пород. Управление может осуществляться дифференцированным размещением скважин, изменением удельного расхода ВВ, применением комбинированных зарядов и изменением других параметров буровзрывных работ.
    В результате приложения управляющих воздействий (параметров БВР) объект (массив) переходит в другое состояние, которое определяется, в первую очередь, кусковатостью взорванной горной массы, являющейся одной из основных характеристик производительности оборудования в процессе погрузки. Хорошее дробление обеспечивает меньшее сопротивление в ходе черпания и высокую степень наполнения ковша, следовательно, высокую производительность погрузочных машин и меньшее энергопоглощение. По обобщенным литературным данным, производительность экскаваторов при различной кусковатости взорванной горной массы изменяется до 40%, а расчётноё значение энергопоглощения – до 55%. При этом снижается надёжность работы оборудования и увеличивается его аварийность. Исследования, посвящённые установлению зависимости между кусковатостью взорванной горной массы и производительностью транспорта, показывают, что производительность может изменяться до 30%. Применение комплекса погрузочно-транспортного оборудования непрерывного действия предъявляет особо жёсткие требования к характерам и методам ведения буровзрывных работ, обеспечивающим необходимую кусковатость взорванной горной массы, как в отношении гранулометрического состава, так и проработки подошвы уступа. Все эти обстоятельства комплексно учитываются энергетическими характеристиками работы экскаватора.
    Показатели энергоёмкости экскаваторной погрузки дают более общую оценку качества взорванной горной массы, чем оценка её по выходу негабарита и гранулометрическому составу, так как в них входят не только параметры, но и энергетическая характеристика условий работы экскаватора по зачистке подошвы, извлечению отдельных негабаритных кусков, степень разрыхлённости взорванной горной массы, её сцепления в процессе снятия стружки и т.д.
    Применение вероятностных методов контроля состояний объекта, характеризующих процесс взрывного дробления, позволяет прогнозировать качество взрыва по энергетическим показателям разработки, так как взрывное дробление не является чисто случайным процессом. Всегда в ходе накопления информации о процессе можно, кроме случайной составляющей, выделить детерминированную составляющую, которая используется для определения математической модели процесса. Выходной переменной объекта может быть один или несколько технологических параметров (y₁, y₂, y₃, …,y_n), характеризующих качество взорванной горной массы, либо один обобщённый показатель Y , определяющий состояние объекта: Y = г(y₁, y₂, …, y_n). Группа выходных переменных характеризует качественные показатели, производительность, а также экономические показатели буровзрывных работ.
    В процессе взрыва на объект действует ряд входных временных величин, которые можно разделить на управляемые воздействия x₁, x₂, … x_n, основные возмущения, определяемые первоначальным состоянием объекта, z ₁, z₂, … z_k и второстепенные возмущения (помехи) j₁, j₂, j₃, ... j _р. Из-за технологических и физических ограничений управляемые воздействия x_i и входные переменные, определяющие начальное состояние объекта, z_j изменеются в определённых пределах:

х_iмин Јx_i Ј x_iмакс ; z_jмин Ј z_j Ј z_jмакс .