Разработка программно-аппаратного комплекса определения пространственного перемещения горных пород после проведения взрывных работ, на базе научно-технического задела по разработке модуля определения пространственного перемещения горных пород после проведения взрывных работ

Процесс добычи полезных ископаемых заключается в разработке месторождений полезных ископаемых. При разработке месторождений производится выемка полезного ископаемого и транспортировка его к местам дальнейшей переработки или полезного использования. Добыча полезных ископаемых осуществляется преимущественно открытым способом с использованием промышленного взрыва, необходимого для фрагментации рудного тела. Как правило, месторождения неоднородны в том смысле, что рудное тело распределяется в объемах сложной формы различного качества. Форма каждого рудного тела на горизонтальной плоскости представлена многоугольником, если смотреть на карте. Например, рудное тело может содержать один или несколько рудных полигонов, с высоким средним содержанием руды, которые являются экономически выгодными для извлечения, и низким содержанием руды, которая должна быть выброшена. Руду выборочно удаляют из фрагментированной породы и направляют на обогатительную фабрику, где ценный металл извлекается соответствующей техникой. Точно так же пустая руда удаляется и отправляется в отвал. Очевидно, что важной частью этого процесса является точное разграничение и идентификация границ между рудой высокого качества и рудой низкого качества. Смесь научных ноу-хау, геологии, компьютерного моделирования и опыта используется для определения границ в теле породы до проведения взрывных работ (в рамках маркшейдерских работ). Однако, совершенно очевидно, что рудное тело движется, когда подвергается воздействию в результате взрывных работ. Взрыв вызывает некоторое расширение породы, которое приводит их в разнонаправленное движение. Горные инженеры и геологи зачастую работают в предположении, что границы руды взорванной породы такие же, как и для невзорванной породы, и направляют руду низкого качества, сдвинувшуюся после взрывных работ, соответственно на обогатительную фабрику, а руду высокого качества в отвал. Применение подобных допущений ведет к существенным потерям на контакте и потерям от разубоживания руды, связанным с существенными затратами, понесенными в процессе переработки. В 2010-х годах в Австралии, компанией Blast Movement Technologies (далее – конкурент) было разработано решение (патенты США 7367269, 7891233, 7490507), сущность которого состоит в размещение «мониторов движения» в толще породы с определением их координат в этот момент; проведении взрывных работ; определение местоположения каждого размещенного «монитора движения» путем анализа сигнала, передаваемого «монитором», внешним устройством, для определения положения «монитора» после взрывных работ, по меньшей мере, в воображаемой плоскости XY, параллельной земле; определении движения «монитора», путем сравнения положения до и после взрывных работ. Основной недостаток метода – это поиск местоположения «монитора» в плоскости XY, которое определяется по максимальной величине напряженности электромагнитного поля. Глубина расположения «монитора» по оси Z рассчитывается по изменению градиента напряженности от точки максимума в разные стороны. При этом все измерения производятся вручную и действия оператора в процессе поиска практически совпадают с работой саперов с миноискателем, т.к. «монитор» представляет из себя радиомаяк, с узконаправленным строго вверх излучением. Как следствие, в процессе поиска нужно обойти весь взорванный блок породы для определения координат всех «мониторов». По заявлению производителя, в процессе проведения взрывных работ происходит около 10% потерь «мониторов». Вес поискового оборудования составляет несколько килограмм. Источника питания «монитора» хватает на 8 часов, после чего работа с ним становится невозможной. С 2021 года Предприятием, по Договору гранта разработан экспериментальный образец модуля определения пространственного перемещения горных пород после проведения взрывных работ (далее – Модуль), обладающий следующими характеристиками: Точность определения пространственных координат: до 1 метра; Предельная глубина взаимодействия с модулем: до 7 метров; Время сбора данных с одного модуля: не более 10 минут; Уникальный идентификационный номер Модуля: да; Ударная устойчивость: устойчив к взрыву (расстояние от скважины залегания Модуля, до скважин с ВВ – 1,9 метров); Рабочая температура модуля: от -40 до +80 °C; Автономная работа модуля после закладки в скважину: до 8 часов. При взаимодействии с потенциальным потребителем были сформированы технические требования по доработке продукта первого этапа ТехноСтарт-1, соответствующего лучшим мировым аналогам, выраженные согласованным техническим заданием (Приложение 11). В связи с вышеизложенным и в рамках настоящего проекта планируется разработать программно-аппаратный комплекс определения пространственного перемещения горных пород после проведения взрывных работ (далее – Продукт, ПАК «Смещение-НТ», ПАК). Основное назначение планируемого к разработке ПАК – комплексное, по нескольким точкам, определение пространственного перемещения рудного тела после проведения взрывных работ. ПАК «Смещение-НТ» будет представлять собой информационно-измерительный и управляющий комплекс и состоять из модулей определения пространственного перемещения, размещаемых до взрывных работ в скважине горной породы, и переносного головного устройства, устанавливаемого, после взрывных работ, на поверхности породы, а также программного-обеспечения производящего расчет и моделирование смещения Модулей и, соответственно, смещения рудного тела сразу после взрывных работ. Головное устройство комплекса будет обеспечивать поиск, локализацию расположения модуля/модулей с привязкой к абсолютным координатам и визуализацию вектора перемещения породы после проведения взрывных работ. Программно-аппаратный комплекс разрабатывается для сокращения разубоживания рудного тела, устранения ошибочной классификации руды и потерь на контакте, что, соответственно, повысит экономический эффект добычи и переработки наиболее дорогих полезных ископаемых, в том числе железные руды, алюминиевое сырье, медь, молибден, никель, редкоземельные металлы, золото, серебро, металлы платиновой группы. Основная научная новизна ПАК «Смещение-НТ» связана с тем, что Модули будут иметь возможность фиксации координат в процессе движения (во время взрыва) с определенной дискретностью, что позволит моделировать смещение во время взрыва. Второй составляющей научной новизны проекта будет является использование двухчастотного режима, когда вместе с узконаправленной антенной на низкой частоте (ДВ) используется широконаправленная антенна на более высокой частоте (ДМВ) для передачи данных с Модулей, что позволит увеличить возможность передачи больших объемов данных (большего количества координат местоположения Модуля во время взрыва).