Modułowe programy komputerowe wspomagające prowadzenie

Nr 9
PRZEGLĄD GÓRNICZY
55
UKD 622.23:622.271:005.61
Modułowe programy komputerowe wspomagające
prowadzenie robót strzałowych
The module computer software which can be applied during blasting works
mgr inż. Andrzej Biessikirski *)
mgr inż. Michał Dworzak*)
dr inż. Józef Pyra*)
dr inż. Anna Sołtys*)
mgr inż. Michał Twardosz*)
dr inż. Jan Winzer*)
Treść: W artykule przedstawiono modułowe programy komputerowe wykorzystywane do modelowania robót wiertniczo-strzałowych
wykonywanych w odkrywkowych zakładach górniczych. Zaprezentowano podstawowe funkcje oraz możliwy zakres zastosowania wybranego oprogramowania. Analizę programów przeprowadzono w oparciu o dostępne wersje testowe.
Abstract: The most popular modular blasting software which can be applied in drilling and blasting operations is presented in this
paper. Various modules, basic software options and software possible application are included. The software analysis was
performed on the basis of the open-source and trial version of each program.
Słowa kluczowe:
roboty strzałowe, programy modułowe, górnictwo odkrywkowe
Key words:
blasting works, modular software, open strip mining
1. Wprowadzenie
W ciągu ostatniego 50-lecia zauważa się znaczący rozwój techniki w zakresie wytwarzania środków strzałowych,
ich mechanicznego załadunku oraz systemów inicjowania.
Równocześnie, rozwojowi temu towarzyszyła ewolucja
*) AGH w Krakowie
elektroniczna, która przyczyniła się do stopniowego wprowadzania układów scalonych oraz specjalistycznego oprogramowania w pracach wykonywanych przez inżynierów.
Obecnie, w sytuacji gospodarki globalnej, prowadzona
działalność górnicza rozpatrywana jest przede wszystkim pod
kątem poniesionych kosztów operacyjnych oraz osiągniętego
rezultatu finansowego. Jak podaje literatura światowa, urobienie produktu stanowi od 30 ÷ 50% ponoszonych kosztów
56
PRZEGLĄD GÓRNICZY
2015
Rys. 1.Podział oprogramowania komputerowego ze względu na zakres stosowania
Fig. 1. Types of blasting software according to its application
operacyjnych [2]. Dokładana znajomość powyższej wartości,
a w szczególności poszczególnych kosztów ponoszonych podczas wykonywania robót wiertniczo-strzałowych w odniesieniu
do całkowitego kosztu produkcji, stanowi kluczową informację
w zakresie uzyskania lepszej efektywności prac. Jednym ze
stosowanych działań optymalizacyjnych jest wprowadzanie
do użytku specjalistycznego oprogramowania komputerowego. Programy, ze względu na zakres stosowania, można
podzielić według schematu przedstawionego na rysunku 1.
Coraz szerszą popularność znajduje obecnie oprogramowanie modułowe, czyli pojedyncze programy komputerowe
łączące w sobie możliwości poszczególnych programów,
które są dedykowane do osiągnięcia założonego celu technologicznego. Do najpopularniejszych obecnie programów
modułowych zalicza się: Maptek BlastLogic, Surpac Drill
and Blast Design Module oraz ShotPlus 5.
2. Programy
Podstawowym celem zastosowania programów komputerowych w robotach strzałowych wykonywanych w zakładach
górniczych, jest uzyskanie optymalnego, jednostkowego
zużycia materiału wybuchowego (MW) oraz rozkładu energii
detonacji, przy zachowaniu żądanego rozdrobnienia urobku.
Przedstawiono najczęściej stosowane oprogramowanie mo-
dułowe oraz, zaprezentowano polski odpowiednik nowoczesnych programów komputerowych – program PORS 32, który
został wykonany na potrzeby Pracowni Techniki Strzelniczej
i Oddziaływań na Środowisko AGH.
2.1. PORS 32
Program Obsługi Robót Strzałowych 32 (PORS 32) został
stworzony w latach 90. z myślą o projektowaniu bezpiecznych
dla otoczenia robót strzelniczych. Umożliwiał on wskazanie
miejsca projektowanego strzelania, dobór parametrów robót
pod kątem wielkości ładunków MW, jak również przeprowadzenie podstawowych obliczeń z zakresu zużycia środków
strzałowych oraz ilości uzyskanego po strzelaniu urobku.
Środowisko pracy w PORS 32 oraz moduł załadowania otworów strzałowych przedstawiono na rysunku 2a i 2b.
Zaletą programu była możliwość prowadzenia ewidencji
zużytych środków strzałowych oraz przechowywanie informacji o osobach nadzorujących i wykonujących poszczególne
strzelania. Novum stanowiła w latach dziewięćdziesiątych
możliwość aktualizacji wymiarów wyrobiska zaraz po dokonaniu odstrzału. Dodatkowo, moduł programu PORS 32
umożliwiał uruchomienie znajdujących się w wybranych
obiektach chronionych Kopalnianych Stacji Monitoringu
Drgań (KSMD). Po wykonaniu pomiarów, w wyniku nawiązania połączenia z KSMD istniała możliwość odczytania
Rys. 2. Program PORS 32: a) środowisko pracy, b) moduł przygotowania ładunków
Fig. 2. PORS 32: a) desktop, b) blasting module
Nr 9
PRZEGLĄD GÓRNICZY
parametrów opisujących intensywność zarejestrowanych
drgań. Wartości intensywności były dopisywane do raportów
końcowych, stanowiących integralną część programu [3, 6].
2.2. Maptek BlastLogic
BlastLogic jest modułowym oprogramowaniem komputerowym skierowanym na modelowanie oraz optymalizację
robót wiertniczo-strzałowych. Program opiera się o dane
pochodzące z prowadzonej działalności górniczej (np. zapisy
oraz analizy danych ze wszystkich wykonanych otworów
strzałowych oraz otworów rozpoznawczych), jak również
wynikach oceny wykonywanych robót strzałowych. Efektem
tego jest, jak podaje producent, wysoka efektywność prowadzonych robót strzałowych [5].
Modelowanie prac strzałowych może być prowadzone o
wcześniej zapisane schematy (reguły) załadowania otworów
lub na podstawie danych wprowadzanych bezpośrednio przez
użytkownika (rys. 3).
Przykładową serię oraz środowisko pracy w programie
przedstawiono na rysunku 4.
Rys. 3. Moduł ładowania otworów strzałowych [4]
Fig. 3. Borehole loading module [4]
Rys. 4. Środowisko pracy w programie BlastLogic [4]
Fig. 4. BlastLogic desktop [4]
57
Program BlastLogic posiada rozwinięty moduł umożliwiający modelowanie potencjalnego rozdrobnienia urobku oraz zasięgu i wielkości intensywności drgań parasejsmicznych. Dane
dotyczące potencjalnego rozdrobnienia urobku otrzymywane są
na podstawie m.in. funkcji: Kuz-Ram, Swbrec, parametrów prowadzonych robót strzałowych oraz właściwości mechanicznych
urabianego ośrodka skalnego [5]. Niewątpliwą zaletą oprogramowania jest możliwość aktualizacji, przy użyciu przenośnych
tabletów, masy załadowanego MW oraz sprawdzenia i porównania (w odniesieniu do wcześniejszego modelu) jaki wpływ
będą miały zastosowane zmiany na potencjalne rozdrobnienie
odstrzeliwanego urobku. Wynikiem analiz prowadzonych
przez moduł oceny fragmentacji są potencjalne krzywe składu
ziarnowego oraz model przewidywanego rozmieszczenia
urobku (kolorowa mapa z zaznaczonymi obszarami występowania ziaren o mniejszych i większych średnicach) w usypie.
Moduł zasięgu oddziaływania opiera się na analizie scale-distance, bazującej na zmierzonych wartościach PPV oraz
powietrznej fali uderzeniowej (PFU) dla odstrzelonej serii.
Przykładowy zasięg fali akustycznej (FA) przedstawiono na
rysunku 5.
58
PRZEGLĄD GÓRNICZY
2015
Rys. 5. Zasięg oddziaływania FA [4]
Fig. 5. Acoustic Wave module [4]
2.3. Surpac Drill and Blast Design Module
Moduł Drill and Blast Design przeznaczony jest do modelowania robót wiertniczo-strzałowych w odkrywkowych
zakładach górniczych. Podobnie, jak w przypadku programu
BlastLogic, moduł Drill and Blast może bazować na danych
z próbek uzyskanych z wykonanych otworów strzałowych
oraz otworów rozpoznawczych co, jak zapewnia producent,
poprawia kontrolę nad projektowaniem oraz zarządzaniem
wykonywanymi robotami [9,10].
Jeden z modułów programu umożliwia użytkownikowi
zdefiniowanie parametrów geometrycznych serii oraz przypisania im indywidualnych kodów, które są wykorzystywane
dla poszczególnych ośrodków skalnych, w których mogą być
prowadzone prace strzałowe.
Program Surpac umożliwia również wizualizację sekwencji odpalania poszczególnych ładunków w otworach strzałowych oraz wygenerowanie raportów zawierających informacje
o otworach strzałowych (długość, średnice, odchylenie itp.)
oraz wielkość zużycia środków strzałowych w odniesieniu do
poszczególnych otworów strzałowych [9, 10].
2.4. ShotPlus 5
Oprogramowanie ShotPlus, jak podaje producent, umożliwia tworzenie zaawansowanych schematów odpalania sieci
strzałowych stosowanych w górnictwie podziemnym, odkrywkowym oraz robotach inżynieryjnych. Niewątpliwą zaletą
programu jest możliwość wprowadzenia niestandardowych
opóźnień czasowych stosowanych w systemie elektronicznym. Projektowanie schematów odpalania może odbywać
się w trzech wymiarach, na podstawie wprowadzonych przez
użytkownika parametrów siatki, jak również z wykorzystaniem wcześniej zdefiniowanych reguł [7, 8]. Przykładowo
zaprojektowaną serie przedstawiono na rysunku 6.
Moduł obliczeniowy programu SHOTPlus umożliwia
wizualizację m.in. kierunków przemieszczania się odstrzeliwanego materiału skalnego (rys. 7a), kątów przemieszczania
się impulsu inicjującego (rys. 7b), sekwencji odpalanych
otworów wraz z opóźnieniami rzeczywistymi (rys. 7c), jak
również przewidywanego zużycia materiałów wybuchowych.
Ewentualne błędy, jak np. zły dobór opóźnień czasowych,
nieprawidłowa sekwencja odpalania ładunków czy zbyt mała
odległość pomiędzy otworami, są zaznaczane podczas symulowania sekwencji odpalania [7,8].
Ciekawostką programu jest zewnętrzny moduł Advanced
Vibration Managment. Umożliwia on uzyskanie przybliżonych wartości intensywności drgań dla zamodelowanej sieci
w oparciu o statystyczny model rozkładu typu Monte Carlo
[8]. Należy jednak zaznaczyć, że uzyskane wielkości stanowią
dość duże przybliżenie i tak jak w przypadku innych programów mogą nie pokrywać się z wartościami uzyskiwanymi
z pomiarów terenowych.
3. Podsumowanie
Obecnie na światowym rynku dostępnych jest wiele programów służących do modelowania robót strzałowych (np.
DelPat, Drill and Blast Software (DBS), I-Blast 7 Pro, iRing,
Mine sight, SoftBlast, Rockmante – blast optimisation itp.),
jak również do oceny ich efektów (Alpha Blast, Explogrf,
P-wave, Split Desktop 3, WipFrag itp).
W artykule przedstawiono programy modułowe, które charakteryzują się możliwością modelowania robót strzałowych
od momentu wykonania otworu strzałowego, aż po analizy
umożliwiające przewidywanie efektów strzelania. Podejście
takie może być pomocne dla wielu inżynierów strzałowych
pod kątem doboru odpowiednich parametrów.
Należy zauważyć, że jak podają producenci, dzięki zbieraniu danych z prowadzonej działalności górniczej oraz ciągłej
Nr 9
PRZEGLĄD GÓRNICZY
59
Rys. 6. Projektowanie sieci w SHOTPlus 5
Fig. 6. Blasting pattern in SHOTPlus 5
Rys. 7. Moduł obliczeniowy a) kierunek rozchodzenia się inicjacji, b) kierunek przemieszczania się odstrzelonego masywu skalnego, c) sekwencja odpalanych otworów
Fig. 7. Calculation module a) the direction of initiation, b) the direction of output, c) timing pattern
aktualizacji istniejących już baz, możliwe staje się lepsze
wykorzystanie sprzętu wiertniczego, a więc zmniejszenie
ewentualnych kosztów operacyjnych. Dodatkowo, możliwość
zmiany parametrów na etapie projektowym w oparciu o rzeczywiste dane, umożliwia przybliżone poznanie przyszłych
efektów wykonywanych robót strzałowych. Podejście takie
umożliwia odpowiedni dobór parametrów geometrycznych
siatek strzałowych czy schematów odpalania, celem zapewnienia jak najlepszego wykorzystania energii z detonacji MW.
Należy jednak pamiętać, że oprogramowanie komputerowe nie jest w stanie dokładnie zamodelować rozpatrywanego
masywu skalnego (zaburzenia geologiczne, spękania) przez
co otrzymane dane (rozdrobnienia czy oddziaływania) należy
traktować jedynie jako duże przybliżenie oraz ewentualną
wskazówkę przy wykonywaniu robót strzałowych.
60
PRZEGLĄD GÓRNICZY
Literatura
1.
2.
3.
4.
2015
5.
6.
Advance drill and blast performance system. Maptek brochure, dostęp
elektroniczny: maptek.com/pdf/blastlogic/Maptek_BlastLogic_
Overview.pdf
International Mining 2008, dostęp elektroniczny: miningandblasting.
files.wordpress.com
Instrukcja obsługi PORS 32 manual
Maptek BlastLogic Software, dostęp elektroniczy: maptek.com/products/blastlogic
Maptek BlastLogic user manual
Onderka Z., Sieradzki J,. Winzer J.: Technika strzelnicza 2. Wpływ
robót strzelniczych na otoczenie kopalni, Uczelniane Wydawnictwo
Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2003.
7. Overview of SHOTPlusTM 5 materiał elektroniczny: oricaminingservices.
com
8. SHOTPlusTM 5 user manual
9. Surpac overview dostęp internetowy: www.geovia.com
10. Surpac drill and blast module use guide
Zwiększajmy prenumeratę
najstarszego – czołowego miesięcznika
Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Górnictwa!
Liczba zamawianych egzemplarzy określa zaangażowanie jednostki
gospodarczej w procesie podnoszenia kwalifikacji swoich kadr!