Акционерное общество «Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела – межотраслевой научный центр «ВНИМИ» (АО «ВНИМИ»)
Локация предприятия
Санкт-Петербург
Компания-поставщик решений для проекта
ООО «Полигор»
Период реализации проекта
2019 - 2022
Предпосылки и цели проекта
Актуальность проекта была связана с необходимостью количественного определения величины тектонической составляющей в границах месторождения для обоснования в институте ВНИМИ безопасных и экономически эффективных параметров конструктивных элементов подземной разработки (ширина целиков, пролеты кровли очистных камер, выбора типа и параметров крепления, расстояний горно-капитальных выработок от очистных работ, расстояний между погрузочными заездами) для дальнейшего проектирования и (или) разработки месторождений полезных ископаемых. Средством выделения тектонически-напряженных зон являются аналитические методы расчета напряженного состояния блочного массива горных пород. Основная особенность задач о системах взаимодействующих блоков состоит в том, что число границ (контактов) существенно больше, чем в обычных задачах, решаемых численными методами. Поэтому целесообразно использовать программные комплексы, базирующиеся на методе граничных интегральных уравнений или методах вычислений, которые наилучшим образом приспособлены к учету большого количества границ. Наличие тектонических разрывов, разделяющих горный массив на блоки, означает нарушение непрерывности поля напряжений в блочном массиве и разделение его на участки, состоящие из одного или нескольких блоков с более или менее однородным уровнем напряженности для данного ранга блоков. Чтобы вычислить напряжения, возникающие в ненарушенном массиве горных пород от воздействия тектонических нарушений, необходимо ввести информацию, характеризующую горно-геологические условия рассматриваемой обстановки. Входная информация условно разделена на две части. На первом этапе задается информация, необходимая для учета геометрических размеров граничных элементов, принадлежащих как к массиву горных пород, так и к зонам тектонических нарушений. На втором этапе, для каждого из сформированных граничных элементов горного массива, задается следующая информация: коэффициент Пуассона, модуль упругости и мощность. В расчетных элементах, принадлежащих зонам тектонических нарушений, формируются граничные условия в виде коэффициентов концентрации дополнительных напряжений. Основным результатом численных экспериментов являются величины широтной и меридиональной тектонических составляющих, действующих в ненарушенных граничных элементах массива горных пород. Важность доменной дифференциации величины тектонической составляющей связана с дальнейшим определением параметров конструктивных элементов подземной разработки.
Изменения целей/ задач по ходу реализации
Не менялись
Что изменилось в результате
До внедрения цифрового двойника величина тектонической составляющей (бокового отпора) горного давления в пределах всего месторождения принималась на основании точечных замеров в горных выработках (скважинах), либо принималась равной 1,5 при проектировании новых месторождений в соответствии с требованиями СНИП. Предлагаемая цифровая технология позволила институту ВНИМИ выполнять районирование шахтных полей в зависимости от величины тектонической составляющей в диапазоне от 0,25-0,35 (гравитационное поле) до 1,5-2,0 (тектоническое поле). Например, на рудниках АО «Севуралбокситруда» при прочих равных горно-геологических и горно-технических условиях разработки и величине тектонической составляющей 0,25 ширина целика составляет 3,0 м, а при 1,5 ширина целика увеличивается до 4,0 м. При этом, диапазон потерь полезного ископаемого в целиках в среднем достигают 10-15%, а во втором 20-30 %, что зачастую существенно ограничивает область применения принятой системы разработки, и как следствие, приводит к снижению экономических показателей горнодобывающего предприятия.
Внедрение ПО «PRESS 3D URAL» позволило институту ВНИМИ разрабатывать обоснованные рекомендации по безопасным и эффективным параметрам конструктивных элементов подземной разработки дифференцированно для отрабатываемых участков с учетом уровня действующих тектонических напряжений.
Основные трудности при реализации проекта
Поскольку вычислительный блок ПО «PRESS 3D URAL» реализует решение системы уравнений высокого порядка для обеспечения заданной точности, то на начальном этапе для эффективного применения ПО для геодинамического районирования месторождений значительных площадей основным сдерживающим фактором являлось отсутствие необходимого уровня вычислительной техники. Проблема была решена путем закупки современных высокопроизводительных компьютеров.
Ключевые итоги
Применение ПО «PRESS 3D URAL» в научно-исследовательской работе института ВНИМИ позволило повысить его конкурентоспособность среди Российских НИИ при получении заказов горнодобывающих и проектных предприятий за счет повышения качества и обоснованности проектных решений. В частности, одним из важнейших направлений применения цифровой технологии «PRESS 3D URAL» является снижение потерь полезного ископаемого в целиках, достигающее 20-30%.
Актуальность и перспективы проекта
Целесообразность и своевременность проекта подтверждается значительным объемом использования ПО «PRESS 3D URAL» при проведении институтом ВНИМИ геодинамического районирования месторождений.
Дальнейшие шаги по цифровизации предприятий.
Повышение экономической эффективности горнорудного производства в удароопасных условиях с учетом формирования и использования комплементарных активов.