Автоматизированная система принятия решения выбора инструмента для ведения буровых работ

Горное дело является одним из ключевых видов человеческой деятельности, которое обеспечивает технологическое развитие цивилизации. Горное дело как промышленная область охватывает множество направлений деятельности, таких как: разведка месторождений полезных ископаемых, их разработку, первичную переработку добытого сырья, строительство горнопромышленных предприятий и подземных сооружений различного назначения. Горнопромышленная отрасль включает в себя все виды техногенного воздействия на земную кору, а также горные науки, изучающие закономерности преобразования и сохранения земных недр[3].

Ввиду большой значимости горной промышленности, в стране существует огромная образовательная база для подготовки специалистов в горнопромышленной области, умения и знания которых востребованы на многих горнопромышленных объектах. Учитывая специфику горнопромышленной отрасли, а именно риск и опасные условия труда, к образовательной программе обучения специалистов этого направления стоят огромные требования к процессу подготовки и качестве знаний, которые получают учащиеся.

Горные работы являются суммой производственных и рабочих процессов по проведению, поддержанию горных выработок и выемке полезного ископаемого. Особого упоминания заслуживают буровзрывные рабочие процессы, которые находят широкое применение. В их основе лежит использование взрывчатых веществ [1].

Для работы со взрывчаткой в скальных массивах бурятся шпуры и скважины, в которых размещают заряды взрывчатого вещества. Проведение буровых работ заключается в разрушении породы на забое буровым инструментом.

Для бурения шпуров и скважин применяют разнообразные сверла и молотки, буровые каретки, буровые станки и установки. В настоящее время применяют вращательное, ударное, ударно-вращательное, и вращательно-ударное бурение скважин, которые иногда называют механическими способами бурения [2].

Из выше написанного можно сделать вывод, что одним из основных элементов взрывных работ является ведение буровых работ, ведь именно от выбора метода бурения, расчетов параметров шпуров и скважин, а также выбора инструмента бурения зависит эффективность проведения взрывных работ. Следовательно, необходимо обучить и добиться понимания у студентов, обучающихся на специалистов в горнопромышленной области, о ведении буровых работ.

Одной из основных задач, при ведении буровых работ, является выбор инструмента, которым будет проводиться бурение. Этот выбор основывается на изучении параметров горной породы, которую предстоит бурить, и параметров скважины или шпура, которые являются результатом ведения буровых работ.

Для того, чтобы показать студенту взаимодействие различных существующих пород с различными буровыми инструмента при различных параметрах скважин или шпуров, и была разработана эта программа.

Принцип работы данного продукта заключается в сравнении заданных пользователем параметров горной породы, скважины или шпура, и параметров буровых инструментов, в результате выдавая пользователю список подходящих для выполнения данной задачи типов и моделей различных буровых инструментов.

Первое окно, которое видит пользователь, после запуска программы, это окно выбора параметров (рис. 1). Он должен ввести информацию о глубине и диаметре шпура или скважины, и так же выбрать тип породы, в которой будет проводиться бурение из предлагаемого списка пород, которая составлена по классификации СНиП и по таблице коэффициентов прочности пород М. М. Протодьяконова (таблица 1):

Рис. 1. Окно выбора параметров

Таблица 1

Список пород

Выбрав в этом окне тип породы, пользователь увидит данные о породе. Далее он должен ввести необходимую глубину и диаметр скважины или шпура. В программе так же учтено то, что у одного и того же типа породы может быть разный коэффициент крепости, в зависимости от условий, в которых порода находится, например, мерзлость породы. В программе это можно отрегулировать с помощью ползунка, меняя данный параметр исходя из условий, при этом не имея возможности выйти за возможные пределы крепости породы (рис. 2):

Рис. 2. Выбор параметров

После выбора всех параметров пользователь нажимает кнопку «Далее» и переходит к следующему окну, в котором он видит список типов и моделей буровых инструментов, которые подходят для решения данной задачи. Так, выбрав тип породы «Мергель» с коэффициентом крепости породы 1,2, глубиной шпура 2 метра и диаметром шпура 35 мм, пользователь получит таблицу ручных сверл, которые предназначены для бурения шпуров диаметром до 50 мм и глубиной до 4 м в мягких породах с коэффициентом крепости меньше или равным 2 (рис. 3):

Рис. 3. Список подходящих инструментов

Однако, имеются отдельный тип ручных сверл с принудительной подачей, которые развивают осевое усилие на забой до 3,0 кН, что позволяет сверлить породы с коэффициентом крепости до 4 включительно. Следовательно, если выбрать следующие параметры: тип породы «Конгломерат» с коэффициентом крепости пород 2,5 глубиной шпура 3 метра и диаметром шпура 30мм, пользователь получит таблицу, состоящую из буровых инструментов только этого типа (рис. 4):

Рис. 4. Список подходящих инструментов

Так же, имеется возможность получить общую информацию о выбранной горной породе нажав кнопку «Справка» в окне выбора параметров (рис. 5):

Рис. 5. Информация о породе «Габбро»

Таким образом была разработана программа, которая поможет достичь большего понимания взаимодействия различных моделей буровых инструментов и горных пород у студентов, обучающихся по специальности "Горное дело".

Литература:

1. Егоров П.В. Основы горного дела [Текст]/ П.В. Егоров, Е.А. Бобер, Ю.Н. Кузнецов, Е.А. Косьминов, С.Е. Решетов, Н.Н. Красюк — М.: МГГУ, 2006. — С.35.
2. Кутузов Б.Н. Взрывное дело, часть 1, разрушение горных пород взрывом / [Текст] / Б.Н. Кутузов — М.: МГГУ, 2009. — С.55.
3. Трубецкой К.Н. Основы горного дела [Текст]/ К.Н. Трубецкой, Ю.П. Галченко — М.: «Академический Проект», 2009. — С.3.