Полный текст

Введение Закладочные работы на рудниках Верхнекамского месторождения проводят свыше 70 лет, в основном для целей защиты горных выработок от затопления и охраны поверхностных и подземных объектов, а также инженерных сооружений от подработки. Важными факторами, определяющими необходимые и достаточные объемы закладочных работ, являются особенности геологического строения месторождения и параметры системы разработки при ведении горных работ. К числу особенностей геологического строения породной толщи можно отнести безводность соляных отложений и обильную обводненность пород, вмещающих соляную залежь. Верхний пласт каменной соли является водозащитной толщей (ВЗТ), предохраняющей калийные рудники от затопления, поэтому его сохранение от подработки является обязательным условием при ведении горных работ. Промышленные пласты сильвинитовой (АБ; Кр-2) и карналлитовой (В) солей отрабатываются камерной системой разработки. Подготовка запасов ведется панельным (СКРУ-1, СКРУ-2, БКПРУ-2) и панельно-блоковым (СКРУ-3, БПКРУ-4) способами. Необходимость в поддержании в устойчивом состоянии водоупорной толщи обусловливает выбор параметров системы разработки, обеспечивающих устойчивость междукамерных целиков, а следовательно, и всего горного массива. Таким образом, большая часть балансовых запасов остается в целиках, а коэффициент извлечения полезного ископаемого колеблется в пределах от 0,33 до 0,5 [1]. Задача повышения извлечения руды на всех этапах работ была и остается актуальной. В решении этой задачи важную роль играют закладочные работы. Уменьшение деформаций за счет закладки позволяет вести отработку с меньшими размерами целиков, чем без закладки. В настоящее время на рудниках ПАО «Уралкалий» закладку горных выработок ведут в основном гидравлическим способом и реже механическим. Для закладки используют в основном твердые отходы переработки калийных руд (солеотходы) и в небольших объемах каменную соль от проходки полевых выработок. При гидравлической закладке закладочный массив возводят путем намыва. Технология намыва включает в себя следующие операции: приготовление пульпы, транспортирование пульпы, удержание ее с помощью перемычек и возврат рассола. От места приготовления пульпы закладочный материал по трубам пульпопровода поступает в выработанное пространство. Подачу пульпы в камеру производят в одной или нескольких точках по ее длине. Число точек подачи зависит от угла наклона камеры, угла откоса намываемого массива, длины и высоты камеры, требуемой степени заполнения. При механической закладке солеотходы по ленточным конвейерам доставляют к участку закладки. На участке закладки производят съем закладочного материала с ленточного конвейера плужковым сбрасывателем. В выработанное пространство закладочный материал доставляется либо скреперными лебедками, либо самоходными вагонами. Большинство специалистов сходятся во мнении о благоприятном влиянии закладки на геомеханическую ситуацию вокруг горных выработок [2-8]. Так, отмечается, что закладка позволяет уменьшить скорость деформации целиков и величину деформаций горных пород и земной поверхности. И как следствие этого, рекомендуется применять закладку под городской застройкой и важными промышленными объектами. В то же время обращается внимание на то, что до конца не изучено влияние рассолов, поступающих с закладочным материалом, на устойчивость междукамерных целиков, и невозможность полного подпора кровли выработок из-за пологого залегания рудного тела. Между кровлей и закладкой остается зазор, величина которого зависит от способа закладки и горно-геологических условий. В ряде работ отмечается, что закладка также уменьшает утечки воздуха в отработанном пространстве, что положительно влияет на проветривание выработок и является эффективным способом охраны окружающей природной среды [9-12]. Разработка программного модуля для автоматизации обработки маркшейдерских измерений объемов закладки горных выработок Закладочные работы на горно-добывающих предприятиях ПАО «Уралкалий» ведутся в соответствии с требованиями нормативных документов [13, 14], а их объемы по конкретным выемочным единицам регламентируются техническими проектами и планами развития горных работ. Контроль соблюдения проектных объемов закладки в горных выработках осуществляет маркшейдерская служба горно-добывающих предприятий путем проведения инструментальной съемки. При этом ежегодно возрастающие объемы закладочных работ делают актуальным решение задачи по автоматизации обработки инструментальных измерений объемов закладки и составления графической и текстовой отчетной документации. Для решения этой задачи авторами статьи в 2005 г. была разработана и установлена на рабочих местах пользователей на рудниках ОАО «Сильвинит» первая версия программного модуля с условным названием «Закладка». Подробно с основным функционалом данной программы можно ознакомиться в работе [15]. Однако в течение последующих лет актуальность проведения закладочных работ значительно возросла. Прежде всего это вызвано участившимися случаями отрицательного влияния горных работ на земную поверхность и находящиеся на ней промышленные, гражданские и природные объекты, а также нарушения сплошности (ВЗТ) и прорыва воды в горные выработки. К наиболее ярким проявлениям такого воздействия можно отнести аварийное затопление БПКРУ-1 в Березниках в 2006 г., провал земной поверхности в районе железнодорожных путей на станции города Березники в 2010 г., а также появление провала на земной поверхности и прорыв воды в горные выработки СКРУ-2 в 2014 г. Все эти факты привели к ужесточению требований к проведению закладочных работ в новых утвержденных нормативных документах [13, 14]. В частности, данные документы повышают требования к степени закладки очистных камер как технологическому элементу системы разработки (коэффициент закладки должен удовлетворять условию А ≥ 0,7) и как мере охраны, снижающей значения максимального прогиба слоев ВЗТ и максимальных оседаний земной поверхности (0,5 ≤ А ≤ 0,7). Помимо этого, значительно увеличено количество отчетных форм по объемам плановых и фактических показателей заложенного подземного пространства и объемам незаложенных пустот. Установлен специальный контроль за процентным содержанием глинисто-солевых шламов в составе закладочной пульпы (не более 4 %). В связи с вышеперечисленными факторами руководством предприятия были выдвинуты новые требования к функционалу ранее созданного программного модуля по обработке маркшейдерских замеров закладки в горных выработках. Основными из этих требований являются: - внесение изменений в алгоритм программного модуля, связанных с новыми требованиями нормативных документов к проведению закладочных работ, в том числе к качественному составу закладочной пульпы; - осуществление наиболее тесной интеграции программного модуля «Закладка» с формирующейся горно-геологической информационной системой (ГГИС) ПАО «Уралкалий»; - заполнение в автоматизированном режиме новых утвержденных отчетных форм[1]; - возможность перевода работы модуля на более современные версии используемых дополнительных программ: версии СУБД Oracle, графические визуализаторы, операционная система, офисные продукты и др.; - возможность импорта-экспорта данных в форматы xls (Excel), dxf (AutoCad), shape-файлы ESRI (ArcGis), tab (MapInfo). Учет вышеобозначенных требований при обновлении ранее созданного программного модуля «Закладка» привел к тому, что практически была создана новая программа, получившая условное название «Закладка-2». Рассмотрим основные особенности работы вновь созданного программного модуля и его отличие от ранее созданной программы по следующим аспектам: функциональные возможности, техническая архитектура программы, интерфейсные решения и отчетная документация. Функциональные возможности. Многолетний опыт использования программного модуля «Закладка» позволил выявить, что отдельные функциональные возможности, реализованные в программе, на сегодняшний день не являются актуальными и от них можно безболезненно отказаться. В частности, практически не нашли применения возможности программы по занесению в таблицы СУБД исходных данных по закладываемым выработкам посредством оцифровки их поперечных сечений с использованием отсканированных изображений (растра) и с помощью дигитайзера. После отказа от этих и некоторых других возможностей, а также добавления новых функций в программном модуле «Закладка-2» можно решать следующие задачи: - обработка инструментальных маркшейдерских измерений закладки выработанного пространства, выполненной механическим и гидравлическим способами, и сохранение их в таблицах СУБД Oracle; - расчет объемов закладки и фактических коэффициентов закладки выработанного пространства по поперечным и продольным сечениям выработки и сравнение их с проектными показателями как по одиночным выработкам, так и по совокупностям заложенных выработок в пределах выделенных зон; - определение оптимального проектного положения закладочных (перепускных) скважин при гидравлической закладке исходя из анализа геометрии выработки, характеристик пульпы и пульпопровода, а также с учетом новых требований нормативных документов; - моделирование процесса гидравлической закладки на продольном разрезе горной выработки с учетом перемычек и новых требований нормативных документов; - графическое отображение закладки на поперечных и продольных сечениях выработки, а также на цифровом плане горных работ; - создание и печать графической и текстовой типовой отчетной документации по закладке и пустотам в горных выработках с учетом новых требований нормативных документов. Техническая архитектура программы. Программа «Закладка-2» является одним из программных модулей, входящих в состав программного комплекса «Автоматизированное рабочее место маркшейдера» («АРМ-маркшейдера»). Данный программный комплекс устанавливается на рабочие места пользователей для автоматизированного решения большинства производственных задач, стоящих перед специалистами маркшейдерской службы - от участкового маркшейдера на руднике до начальника маркшейдерской службы ПАО «Уралкалий» [16-20]. Модульная структура программных комплексов позволяет оснащать рабочее место функциональными возможностями в соответствии с запросами конкретного пользователя. Программные модули, входящие в состав программного комплекса «АРМ-маркшейдера», с активной опцией «Закладочные работы» показаны на рис. 1. Рис. 1. Панель выбора программных модулей в составе «АРМ-маркшейдера» Работа программных модулей построена на основе архитектуры «клиент-сервер» с использованием протокола TCP/IP, под управлением операционной системы Windows, не ниже седьмой версии. В качестве СУБД используется Oracle 12c (12.1.0.1). На момент написания статьи данные по всем программным модулям различных программных комплексов хранятся в 420 связанных между собой таблицах. Следует отметить, что в будущем, для удешевления проекта по созданию ГГИС ПАО «Уралкалий», рассматривается возможность перехода на свободно распространяемую СУБД PostgreSQL (Postgres Pro Standard). Графическая визуализация производится на цифровых слоях в свободной геоинформационной системе QGIS, которая поддерживает работу с форматами векторных файлов GeoJSON, shape-файлы ESRI, MapInfo, SDTS (Spatial Data Transfer Standard), GML (Geography Markup Language) и др., а также с форматами растровых файлов и графиков GeoTIFF, Erdas IMG, ArcInfo ASCII Grid, JPEG, PNG и др. Правила работы с цифровой графической документацией определены в разработанном авторами классификаторе объектов цифровых планов и карт для масштабов от 1:500 до 1:10 000 [21]. Для написания программных кодов модулей использовался язык программирования С++. Интерфейсные решения. При разработке программного модуля «Закладка-2» были учтены пожелания пользователей о сохранении интерфейсных решений в соответствии с предыдущей версией данной программы. Поэтому, несмотря на внесенные в них изменения, структура большинства рабочих окон осталась прежней. Примеры основных информационных окон с внесенными в них изменениями представлены на рис. 2-4. Рис. 2. Главное окно программы Рис. 3. Окно расчета объемов закладки горных выработок по продольным сечениям с учетом перемычек в разные даты маркшейдерских замеров Рис. 4. Окно расчета объемов закладки горных выработок по поперечным сечениям в разные даты маркшейдерских замеров Подробное описание функциональных возможностей рабочих окон, представленных на рис. 2-4, а также других окон, используемых в данной программе, приведено в [22]. Отчетная документация. Как уже отмечалось, в соответствии с приказом по ПАО «Уралкалий» и во исполнение требований новых нормативных документов [13, 14] существенно расширен список формируемых отчетных документов по закладке выработанного пространства и подземным пустотам. Общее количество создаваемых отчетных документов увеличено с 5 до 13 таблиц. Для реализации автоматизированного составления этих форм в программном модуле «Закладка-2» потребовалось осуществить анализ наличия данных по геометрическим параметрам горных выработок и объемам их закладки в таблицах СУБД Oracle по всем действующим рудникам ПАО «Уралкалий». Результаты анализа показали, что только по руднику СКРУ-1 отсутствует необходимая информация по выработкам, пройденным в период с 1934 до 2007 г. Таким образом, для составления требуемой отчетной документации по закладке были занесены в таблицы СУБД данные по 10 607 камерам. В заключение необходимо отметить, что программный модуль «Закладка-2» создавался с учетом его адаптации к формируемой горно-геологической информационной системе ПАО «Уралкалий». Создание и использование горно-геологических информационных и интеллектуальных систем нашли широкое распространение на крупных горно-добывающих предприятиях США, Германии, Австралии и др. [23-28]. В России на отдельных горно-добывающих предприятиях также ведутся работы в этом направлении (ГМК «Норильский никель», ПАО «Уралкалий», Кольская ГМК горно-металлургическая компания др.). Создание ГГИС ПАО «Уралкалий» ведется при непосредственном участии авторов статьи. Система предусматривает в своем составе 21 автоматизированное рабочее место различных специалистов горного производства (горняки, геологи, маркшейдеры, геофизики, геомеханики, экологи и др.), начиная от первичного звена на рудниках и кончая руководством ПАО «Уралкалий» [29-35].

Об авторах

Сергей Николаевич Кутовой

Автор, ответственный за переписку.
Email: geotech@pstu.ac.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем

Анатолий Вениаминович Катаев

Email: geotech@pstu.ac.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем

Денис Александрович Васенин

Email: geotech@pstu.ac.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

инженер кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем

Евгений Михайлович Ефимов

Email: geotech@pstu.ac.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

инженер кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 305

PDF (Russian) - 93

PDF (English) - 70

Ссылки

• Ссылки не определены.