Программный комплекс для расчета устойчивости бортов разрезов

Размещено на http://www.allbest.ru/

СФ ОАО «ВНИМИ»

Программный комплекс для расчета устойчивости бортов разрезов

УДК 622.271.3.001.1

Волегова Татьяна Алексеевна младший научный сотрудник Е-mail: ubr-vnimi@inbox.ru

Аннотация

Рассмотрены актуальность создания программного комплекса по расчету устойчивости бортов разрезов, цели и задачи программного комплекса, основа методов, используемых в программном комплексе, основные возможности комплекса, а также пример расчета, практичность и перспективы развития.

Ключевые слова: борт разреза (карьера), коэффициент запаса устойчивости, наиболее напряженная поверхность, откос, поверхность скольжения, потенциальная (расчетная) поверхность скольжения, призма возможного обрушения борта разреза (откоса уступа, отвала), программный комплекс

На современном этапе добычи угля оценка устойчивости откосов и оснований является весьма актуальной проблемой при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.

С устойчивостью бортов карьеров и отвалов связаны безопасность работ в карьерах, вопросы технологии, предельные углы наклона бортов, предельная глубина карьеров и дренирование месторождений. При большой глубине карьеров изменение предельного угла наклона бортов на 3-4 приводит к изменению объема вскрышных работ на миллионы кубометров. Завышенные углы откосов влекут за собой возникновение оползней и обрушений, которые наносят большой ущерб предприятиям.

ВНИМИ была разработана «Методика определения устойчивых бортов, откосов уступов и отвалов» [1, 2], которая позволяет упорядочить решение вопросов устойчивости бортов карьеров, откосов уступов и отвалов. В «Методику…» включены материалы исследований по усовершенствованию разработанных схем расчетов устойчивости бортов карьеров и угольных разрезов, выполненных лабораторией устойчивости бортов карьеров ВНИМИ с 1962 по 1971 годы, учтены работы институтов УкрНИИпроект, ВИОГЕМ, ИГД Минчермета СССР, ГИГХС, Унипромедь и др.

На основе данной методики был создан программный комплекс для расчета устойчивости бортов разрезов, основной целью которого является автоматизация процесса расчета, снижение трудоемкости и сроков выполнения расчетов, повышение качества и точности результатов.

Используемые в программном комплексе методы расчета математически обоснованы, проверены на моделях и примерах наблюдаемых деформаций бортов. Методы основаны на условии предельного равновесия, различаются в зависимости от ориентировки боковых граней расчетных блоков, принимаемых в расчет сил и способа их суммирования.

Условие предельного равновесия сил на наиболее напряженной поверхности записывается в следующем виде:

(1)

Борт считается неустойчивым, если полученный коэффициент запаса меньше 1;

в предельном состоянии, если равен 1;

устойчивым, если коэффициент больше 1.

Метод алгебраического сложения сил основан на алгебраическом сложении удерживающих и сдвигающих сил по потенциальной поверхности скольжения. Этот метод не учитывает реакцию между блоками и исходит из того, что призма возможного обрушения деформируется как единое целое. Это приводит к тому, что коэффициент запаса, рассчитанный методом алгебраического сложения сил, заведомо меньше фактического.

Наиболее универсальным для оценки устойчивости бортов и откосов в реальных горно-геологических условиях является метод векторного сложения сил (метод многоугольника сил), учитывающий реакции между блоками, на которые по определенным признакам разбивается призма возможного обрушения (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схемы методики к расчету устойчивости откоса методом алгебраического сложения сил и методом многоугольника сил

Разработанный программный комплекс реализует расчетные схемы определения параметров устойчивости бортов карьеров ВНИМИ, которые требуют графического построения: классическую на основании круглоцилиндрической поверхности; классическую со слабым слоем в основании; с пологим нарушением; с крутым нарушением; с обводнением; с обводнением и слабым слоем в основании.

Программный комплекс является интегрированным решением Excel & AutoCAD. Обмен данными между приложениями осуществляется через API-интерфейс. программный борт разрез устойчивость

API-интерфейс - интерфейс прикладного программирования (иногда интерфейс программирования приложений) (англ.Application Programming Interface, API [эй-пи-ай]) - набор готовых классов, функций, структур и констант, предоставляемых приложением (библиотекой, сервисом) для его использования во внешних программных продуктах.

Рисунок 2 - Укрупненная блок-схема

В Excel-файле реализована функция расчета рекомендуемого угла откоса (таблица 1) и первая часть «Поверочных расчетов устойчивости».

В AutoCAD-файле реализована вторая часть «Поверочных расчетов…» (рисунок 2).

Поверочные расчеты позволяют исключить погрешности, полученные на этапе расчета рекомендуемого угла на основе усредненных данных. Поверочный расчет производится методом суммирования сил, действующих по наиболее напряженной поверхности.

Все схемы реализованы методом алгебраического сложения сил и методом многоугольника сил.

Ниже приведен пример расчета с использованием классической схемы:

- ввод исходных данных в файл Excel (таблица 1):

Таблица 1 - Исходные данные

- расчетные величины приведены далее в файле Excel (таблица 2):

Таблица 2 - Расчетные величины

- результаты расчетов выводятся в файл Excel. Расчеты поверхности 1 методом алгебраического сложения сил приведены в таблице 3, поверхности 2 - в таблице 4, расчеты методом многоугольника сил - в таблице 5.

Таблица 3 - Расчет поверхности 1

Таблица 4 - Расчет поверхности 2

Таблица 5 - Расчет методом многоугольника сил

В файл AutoCAD выводятся графические результаты (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схемы расчета методом алгебраического сложения сил и методом многоугольника сил, реализованные программным комплексом

Применение на практике программного комплекса позволяет повысить производительность труда ориентировочно более чем в 20 раз.

Программный комплекс для расчетов устойчивости бортов разрезов позволил:

· автоматизировать процесс расчета и, соответственно, уменьшить время проведения расчетов;

· повысить точность проведения построений и расчетов и, соответственно, снизить погрешность при проведении расчетов;

· снизить трудоемкость проведения расчетов и построений;

· получать оптимальные параметры устойчивости бортов разрезов с учетом экономических и технологических факторов при соблюдении всех норм и правил безопасности в угольной промышленности.

Библиографический список

1. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров / сост.: Фисенко Г.Л., Сапожников В.Т., Мочалов А.М. [и др.] / Одобрено и рекомендовано к применению Госгортехнадзором СССР. - Л.: ВНИМИ, 1972 - 165 с.

2. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. - СПб.: ВНИМИ, 1998. - 207 с.

Размещено на Allbest.ru