СПОСОБ И ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СХЕМЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ ШПУРОВ ДЛЯ ПРОХОДКИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ Российский патент 2012 года по МПК E21D9/00 E21B44/00 G06F17/50 

Изобретение относится к способу проектирования схемы расположения шпуров для проходки горной выработки. Для комплекта шпуров, которые должны быть пробурены, в забое горной выработки схема расположения шпуров определяет, по меньшей мере, местоположения и направляющие углы шпуров в системе координат схемы расположения шпуров. В данном способе проектировщик составляет схему расположения шпуров с помощью программного обеспечения САПР. Цель изобретения описана более подробно во вводной части первого независимого пункта формулы.

Изобретение также относится к программному продукту в соответствии со вторым независимым пунктом формулы, выполнение которого на проектировочном компьютере или т.п. производит операции, требуемые для проектирования схемы расположения шпуров.

Тоннели, подземные хранилища и другие горные сооружения прокладывают с помощью комплектов шпуров. В забое горной выработки бурят углубления, в которые закладывают заряды и взрывают после бурения. Один взрыв отделяет каменный материал от горной породы для одного комплекта шпуров. Для проходки горной выработки вначале создают план, составляют теоретический профиль проходки и, например, определяют данные по типу горной породы. В общем, заказчик также устанавливает различные требования качества относительно разрабатываемой выработки. Для каждого комплекта шпуров на проектировочной доске также проектируют схему расположения шпуров, которую поставляют на буровую установку для бурения углублений в горной породе, так что будет сформирован необходимый комплект шпуров. Когда схема расположения шпуров сформирована, она может быть реализована на буровой установке. При проходке горных сооружений сложной формы невозможно использовать одну и ту же схему расположения шпуров для бурения последующих комплектов шпуров, причем каждый комплект шпуров может потребовать отдельную схему расположения шпуров или в альтернативе схема расположения шпуров может требовать модификации для каждого комплекта шпуров.

Публикация Fl 105942 B описывает решение, в котором длину в существующей схемы расположения шпуров можно постоянно менять, чтобы она соответствовала длине комплекта шпуров, которые должны быть пробурены в любое конкретное время. Положение начального забоя при бурении перемещается в направлении бурения или в противоположном направлении. Местоположения конечных точек шпуров сохраняют, но взамен этого определяют новые начальные точки для шпуров в новом начальном забое или изменяют направляющий угол шпуров. В решении публикации форму бурового комплекта шпуров сохраняют такой же и регулируют только длину схемы расположения шпуров.

Горные выработки могут, однако, включать в себя искривленные поверхности или забой комплекта шпуров, которые должны быть пробурены, может быть наклонен горизонтально или вертикально. Кроме того, горные выработки могут быть сильно искривлены при наблюдении в рабочем направлении, в результате чего отклонение схемы расположения шпуров не будет обеспечивать желаемую кривую малого радиуса. В данном случае резкое изменение длины в схеме расположения шпуров, как описано в упомянутой публикации, является недостаточным. Так, в настоящее время, сложные формы забоя комплектов шпуров приходится проектировать вручную, составляя множество двумерных проекций для определения длин, местоположений и направлений шпуров для схемы расположения шпуров. Однако это медленно и сложно. Кроме того, поскольку проектирование происходит с использованием нескольких различных проекций, для проектировщика будет сложно воспринять целое и обнаружить ошибки в схеме расположения шпуров, если таковые присутствуют.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в предоставлении нового и усовершенствованного способа проектирования схемы расположения шпуров для бурения забоя в комплекте шпуров сложной формы. Дополнительная цель заключается в предоставлении нового и усовершенствованного программного продукта для проектирования схемы расположения шпуров.

Способ изобретения отличается тем, что предоставляют проектировочную программу с профилем забоя, представляющим форму забоя в комплекте шпуров, которые должны быть пробурены; и размещают конечные точки шпуров, которые должны быть пробурены, в схеме расположения шпуров, в местоположения в соответствии с профилем забоя в системе координат схемы расположения шпуров посредством проектировочного компьютера, в результате чего шпуры различной длины в схеме расположения шпуров задают форму заранее определенного профиля забоя.

Программный продукт изобретения отличается тем, что выполнение проектировочной программы выполнено с возможностью размещения местоположений конечных точек шпуров, которые должны быть пробурены, в схеме расположения шпуров в ответ на загрузку профиля забоя, представляющего форму забоя в комплекте шпуров, которые должны быть пробурены, в результате чего шпуры различной длины в схеме расположения шпуров задают форму заранее определенного профиля забоя.

Основная идея изобретения состоит в том, что проектировка схемы расположения шпуров применяет проектировочную программу, которая снабжается данными относительно формы забоя в комплекте шпуров, то есть профиля забоя. Таким образом, на основе предоставленных данных проектировочная программа размещает конечные точки шпуров, включаемых в схему, в местоположения, соответствующие профилю забоя на подошве комплекта шпуров, в результате чего достигается желаемая форма забоя. В данном случае шпуры различной длины в схеме расположения шпуров задают форму заранее определенного профиля забоя на подошве забоя.

Изобретение обеспечивает преимущество, позволяя быстро и легко проектировать схему расположения шпуров для комплекта шпуров, содержащего даже сложные поверхности и формы забоя, поскольку проектировочная программа правильно размещает местоположения подошв шпуров, благодаря чему достигается желаемая форма забоя. Кроме того, проектировочный компьютер выполняет необходимые расчеты, требуемые, например, для определения координат конечных точек шпуров и для вычисления длин шпуров. Кроме того, конфигурация изобретения уменьшает число ошибок, поскольку больше не будет потребности в различных неавтоматизированных вычислительных этапах и неавтоматизированном проектировании, которое должно быть выполнено в различных проекциях.

Основная идея одного варианта осуществления состоит в том, что проектировочную программу снабжают заранее определенной трехмерной моделью профиля горной выработки, которая должна быть пробурена. Модель профиля может быть составлена, например, с помощью программного обеспечения САПР и т.п., стороной, заказывающей строительство горного сооружения. Вариант осуществления также задает для проектировочной программы местоположение комплекта шпуров в упомянутой модели профиля, в результате чего проектировочная программа будет способна задавать профиль забоя подошвы комплекта шпуров, которые должны быть пробурены, посредством местоположения комплекта шпуров и трехмерной модели профиля. Профиль забоя может содержать, по меньшей мере, одну криволинейную часть, которая задает криволинейный контур горной выработки, которая должна быть сформирована, и, по меньшей мере, одну по существу плоскую часть подошвы комплекта шпуров. Наконец, на упомянутом профиле забоя будут размещены конечные точки шпуров. Практически форма забоя может напоминать форму чаши, но в целях ясности в настоящей заявке она упоминается как "по существу плоская часть".

Основная идея одного варианта осуществления содержит проектирование схемы расположения шпуров для горной выработки, включающей в себя кривую малого радиуса. В данном случае профиль забоя комплекта шпуров, при обзоре в направлении комплекта шпуров, содержит часть бокового профиля и по существу плоскую часть на подошве комплекта шпуров.

Основная идея одного варианта осуществления содержит проектирование схемы расположения шпуров для горной выработки, включающей в себя криволинейный профиль кровли. В данном случае профиль забоя комплекта шпуров, при обзоре в направлении шпуров, содержит часть профиля кровли и по существу плоскую часть на подошве комплекта шпуров.

Основная идея одного варианта осуществления содержит снабжение проектировочной программы заранее определенной трехмерной моделью профиля горной выработки, которая должна быть пробурена, и задание местоположения комплекта шпуров в модели профиля посредством координатных меток. Координатные метки задают как расстояния от заранее определенной опорной точки, например, начиная от исходной точки горной выработки.

Основная идея одного варианта осуществления содержит размещение конечных точек шпуров сначала в плоскость на подошве комплекта шпуров. После этого шпуры, которые выходят за пределы заранее определенного комплекта шпуров, укорачивают, при этом конечные точки этих углублений помещают в точки пересечения шпуров и профиля забоя.

Основная идея одного варианта осуществления содержит размещение конечных точек шпуров сначала в плоскость на подошве комплекта шпуров. После этого схему расположения шпуров модифицируют, перенося конечные точки шпуров в заранее определенный профиль забоя с сохранением координат начальной точки и конечной точки шпуров в направлении навигационной плоскости, то есть x и z координаты конечных точек оставляют неизменными. Вместо этого y координаты конечных точек изменяются. Аналогичным образом направляющие углы шпуров изменяются.

Основная идея одного варианта осуществления содержит размещение конечных точек шпуров сначала в плоскость на подошве комплекта шпуров. После этого схему расположения шпуров модифицируют, перенося конечные точки шпуров в заранее определенный профиль забоя с сохранением исходных направлений шпуров и сохранением координат конечных точек в направлении навигационной плоскости. Другими словами, координаты x и z конечных точек оставляют неизменными, но при этом y координаты изменяются. Аналогичным образом начальные точки шпуров на навигационной плоскости изменяются.

Основная идея одного варианта осуществления состоит в том, что проектировщик вручную задает на дисплее проектировочного компьютера или блока управления буровой установки форму подошвы комплекта шпуров. После того как форма подошвы комплекта шпуров была спроектирована, соответствующие данные, то есть профиль забоя, вводят в проектировочный компьютер для проектирования схемы расположения шпуров. Дисплей может представлять комплект шпуров в желаемых проекциях, таких как xz проекция в направлении бурения, и на виде сверху, то есть xy-проекция. Проектировочная программа может также содержать инструмент разреза, посредством которого проектировщик может резать комплект шпуров в плоскостях разреза. После этого проектировщик может задавать отдельно для каждой плоскости разреза профиль забоя, используя прямые линии и круглые арки. С помощью указанных прямых линий, круглых арок или линий подобной формы, заданных пользователем, желаемая форма вырезается для комплекта шпуров по различным плоскостям разреза, и когда данные плоскости разреза объединят на проектировочном компьютере, то получат трехмерный профиль забоя. Данное применение может использоваться, например, когда существует только технический чертеж на бумаге, и нет трехмерной электронной модели для горной выработки, которая должна быть проведена.

Основная идея одного варианта осуществления состоит в том, что уже существующая схема расположения шпуров может быть модифицирована посредством снабжения проектировочной программы новым профилем забоя или обеспечения нового теоретического профиля проходки горной выработки и расположения в ней комплекта шпуров. В данном случае проектировочная программа может определять новые местоположения конечных точек шпуров и обновлять другие данные по схеме расположения шпуров.

Основная идея одного варианта осуществления содержит проектирование схемы расположения шпуров на проектировочном компьютере, расположенном на удалении от горной выработки, и передачу схемы расположения шпуров на блок управления буровой установки для бурения.

Основная идея одного варианта осуществления содержит проектирование схемы расположения шпуров или ее модификацию в блоке управления буровой установки.

Основная идея одного варианта осуществления содержит проектирование схемы расположения шпуров для так называемого наклонного забоя, сначала в навигационной плоскости, после чего схему модифицируют так, что конечные точки шпуров будут расположены на желаемом профиле забоя, который находится под углом к навигационной плоскости. Проектировщик может ввести форму профиля забоя в проектировочный компьютер, например, в виде угловых данных между навигационной плоскостью и наклонным забоем или в виде расстояний. В альтернативе можно оценить форму предыдущего наклонного забоя с помощью лазера, например, передать данные измерений на проектировочный компьютер и модифицировать схему расположения шпуров в навигационной плоскости так, что наклон забоя в новом комплекте шпуров останется по существу таким же, как и в предыдущем комплекте шпуров. Наклонный забой может использоваться, по меньшей мере, после проходки вначале так называемой направляющей штольни, которую расширяют с помощью комплекта шпуров, которые должны быть проложены за пределами направляющей штольни. В данном случае забой комплекта шпуров, которые должны быть проложены за пределами направляющей штольни, может быть наклонен так, что она является наиболее глубокой на границе стенки направляющей штольни. Благодаря этому более легко горная порода разрушается по направлению к направляющей штольне. Кроме того, в целях повышения прочности при проходке может потребоваться применение наклонного забоя.

Основная идея одного варианта осуществления состоит в том, что проектировочный компьютер модифицирует схему расположения шпуров, спроектированную в навигационной плоскости, моделируя наклон подошвы комплекта шпуров. Моделирование может быть реализовано посредством вспомогательной плоскости, которую проектировочный компьютер устанавливает на месте и направление которой моделирует различие в направлениях между навигационной плоскостью и забоем горной выработки.

Основная идея одного варианта осуществления состоит в том, что когда схема расположения шпуров модифицирована для наклонного забоя, шпуры, спроектированные в навигационной плоскости, переносят в направлении желаемого профиля забоя с сохранением направляющих углов шпуров, а также x и z координат конечной точки. При этом координаты y конечных точек изменятся, когда они будут размещены в профиле забоя. Координаты y исходных точек шпуров также соответственно изменятся. После переноса шпуры, включенные в схему расположения шпуров, продолжают, однако, от их начальных точек до навигационной плоскости в направлении шпуров. В данном случае начальная точка каждого шпура сдвигается назад к навигационной плоскости, но в новое местоположение, принимая при этом новые координаты.

Основная идея одного варианта осуществления состоит в том, что для проектирования схемы расположения шпуров программный продукт загружают в проектировочный компьютер с накопителя или носителя информации, такого как флэш-накопитель, дискета, жесткий диск, сетевой сервер и т.п., при этом выполнение программного продукта в процессоре проектировочного компьютера и т.п. производит операции, описанные в данной заявке, предназначенные для проектирования и модификации схемы расположения шпуров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее некоторые варианты осуществления изобретения описаны более подробно в связи с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 - схематичный вид сбоку буровой установки и средств для проектирования и редактирования схемы расположения шпуров;

фиг.2 - схематическое изображение схемы расположения шпуров при обзоре в xz проекции;

фиг.3 - схематический вид сверху горной выработки, которая должны быть пробурена, и координатных меток, которые должны быть использованы в ней;

фиг.4 - схематический вид сбоку горной выработки, содержащей изогнутые поверхности кровли;

фиг.5 - схематический вид сверху горной выработки, разграниченной боковыми профилями и имеющей кривую малого радиуса;

фиг.6 - схематическое изображение в xz проекции инструмента разреза, представленного на дисплее проектировочного компьютера или блока управления;

фиг.7 - схематическое изображение в xy проекции различных проекций разреза инструмента разреза;

фиг.8 и 9 схематично показывают этапы проектирования схемы расположения шпуров для комплекта шпуров имеющего наклонную подошву забоя;

фиг.10 и 11 схематично показывают применение, в котором дисплей показывает расположение шпуров в пределах допустимых границ A и B профиля;

фиг.12 и 13 схематично показывают опцию для деления горной выработки, имеющей большую поверхность поперечного сечения, на части, в результате чего для каждой части может быть спроектирована отдельная схема расположения шпуров;

фиг.14 схематично показывает частичную схему расположения шпуров, на котором сторона, обращенная к уже проведенной выработке, задана так называемой свободной линией, при этом шпуры, самые близкие к упомянутой линии, расположены с заданной разметкой углублений;

фиг.15 схематично показывает порядок бурения частичных схем расположения шпуров, при обзоре сверху, а также применение направляющей штольни и наклонного забоя при проходке;

фиг.16 и 17 схематично показывают другие варианты размещения конечных точек шпуров на данном профиле забоя.

В целях ясности некоторые варианты осуществления изобретения упрощенно показаны на чертежах. Одинаковые номера позиций соответствуют одинаковым элементам на фигурах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 показывает буровую установку 1, которая содержит подвижную ходовую часть 2, одну или более буровых стрел 3 и буровые блоки 4, расположенные на буровых стрелах 3. Буровой блок 4 содержит загрузочное устройство 5, посредством которого может быть перемещен горный бур 6. Загрузочное устройство 5 может содержать направляющие и загрузочный механизм для перемещения горного бура 6. Буровой агрегат 4 дополнительно содержит инструмент 7, с помощью которого ударный импульс, создаваемый ударным устройством горного бура, передается породе, которая должна быть пробурена. Буровая установка 1 также содержит, по меньшей мере, один блок 8 управления, который выполнен с возможностью управления приводами, включенными в буровую установку 1. Блок 8 управления может являться компьютером или чем-либо подобным и может содержать пользовательский интерфейс с дисплеями и средствами управления для доставки команд и данных в блок 8 управления.

Как правило, для бурения каждого комплекта шпуров проектируют схему 9 расположения шпуров, такую как, например, схема, показанная на фиг.2, которая задает, по меньшей мере, местоположения и направляющие углы углублений, которые должны быть пробурены, в системе координат схемы расположения шпуров. Кроме того, схема 9 расположения шпуров может определять длины углублений, которые должны быть пробурены, или длины могут быть определены посредством исходных местоположений и конечных точек шпуров. Местоположение шпуров может быть задано посредством координат его исходной точки и конечной точки или в альтернативе на основе начального местоположения, направляющего угла и длины. Схема расположения шпуров может быть спроектирована удаленно, например, в офисе 10, где она может быть сохранена на носителе, таком как флэш-накопитель или диск, или она может быть передана непосредственно по соединению 11 передачи данных к блоку 8 управления буровой установки и сохранена в нем на носителе информации, таком как жесткий диск или дискета. В альтернативе проектирование и редактирование схемы 9 расположения шпуров могут быть реализованы посредством блока 8 управления, например, в кабине 12 буровой установки 1. Кроме того, существующие схемы расположения шпуров могут быть отредактированы на буровой площадке или вне ее. Проектирование и редактирование схемы 9 расположения шпуров являются компьютеризованными процедурами, и обычно повторяются многократно. Проектировочную программу запускают на проектировочном компьютере 13, блоке 8 управления и т.п., при этом проектировщик S работает во взаимодействии с проектировочной программой и вводит необходимые данные, делает выбор и управляет процессом проектировки. В ходе проектировки существующие части схемы могут многократно редактироваться для достижения лучшего конечного результата.

После того как схема расположения шпуров спроектирована, она может быть загружена в блок 8 управления буровой установки и затем выполнена. Спроектированные шпуры бурят в горной породе 15, закладывают заряды и производят подрыв. От горной породы 15 отделяется каменный материал в количестве, соответствующем желаемому комплекту шпуров, затем породу транспортируют с площадки. После этого бурят новые шпуры для следующего комплекта шпуров согласно новой схеме 9 расположения шпуров.

Фиг.2 показывает схему 9 расположения шпуров, которая может содержать множество шпуров 16, расположенных во множестве гнездовых рядов 17-19. Внешний ряд углублений является конечным профилем 17, который задает внешний контур комплекта шпуров, которые должны быть пробурены. В дополнение к рядам 17-19 шпуров, схема 9 расположения шпуров может содержать группу углублений 20, расположенных в части между внутренним рядом 19 шпуров и врубом 21. Вруб 21 выполнен с возможностью формирования исходного пространства при буровзрывных работах, куда могут вскрываться другие части комплекта шпуров при подрыве. При проектировании схемы расположения шпуров учитывают технические детали, касающиеся взрывчатых веществ, например, при определении интервала между шпурами и расстояния между рядами шпуров.

Фиг.3 иллюстрирует схему (вид сверху) определения местоположения комплекта шпуров 22 относительно горной выработки 23. Горная выработка 23 может содержать заранее определенную осевую линию 24 и теоретические внешние контуры 25 и 26, показанные позже на фиг.4 и 5. Горная выработка 23 может дополнительно содержать точки 27, расположенные на осевой линии 24 с обоюдными интервалами. Клиент, заказывающий горную выработку 23, может заранее задавать внешний контур горной выработки, то есть теоретический профиль проходки, местоположение осевой линии 24, а также координаты точек 27. Каждая точка 27 имеет конкретную координатную метку 28, которая указывает глубину горной выработки 23 в данном местоположении от опорной точки. Координатную метку 28 можно давать, например, в метрах от исходной точки горной выработки. Координатная метка 28 может использоваться при ведении буровой установки к буровой площадке. На основе координатной метки 28 можно определить местоположение навигационной плоскости N в xz направлении, после чего схему 9 расположения шпуров размещают на навигационной плоскости N. Кроме того, координатные метки 28 могут использоваться при проектировании схемы расположения шпуров. А именно, посредством координатных меток 28 можно предоставить проектировочной программе данные относительно местоположения комплекта шпуров 22, которые должны быть спроектированы в горной выработке 23, благодаря чему также задают профиль забоя упомянутого комплекта шпуров.

Фиг.4 иллюстрирует профиль в части 23a между координатными метками 180 и 195 в горной выработке 23 фиг.3, который показывает, что горная выработка имеет криволинейный внешний контур, в данном случае контур 25 кровли. Кроме того, горная выработка может содержать боковые профили, включающие в себя изогнутые части, или они могут быть сформированы некоторым другим путем. Горная выработка может таким образом иметь трехмерную форму, то есть она может являться так называемым трехмерным пространством. Местоположения координатных меток 180, 185, 188, 192 и 195 указаны пунктирными линиями. Навигационная плоскость N схемы 9 расположения шпуров может быть расположена в комплекте шпуров 22, в точке, заданной координатной меткой 188. При этом начальные точки 29 шпуров могут быть расположены в навигационной плоскости N. Некоторые из конечных точек 30 из шпуров могут быть расположены в плоскости на координатной метке 192, и некоторые из конечных точек 30 будут размещены на криволинейном контуре 25 кровли. Следовательно, профиль 35 забоя комплекта шпуров содержит плоскую часть 31a и криволинейную часть 31b. После ввода координатных меток 28 и внешнего контура 25 горной выработки 23 в проектировочную программу проектировочная программа позволяет автоматически задавать профиль 31 забоя комплекта шпуров 22 и размещать конечные точки 30 на профиле забоя.

Как правило, начальные точки 29 и конечные точки 30 шпуров расположены в плоскости. Также возможно, чтобы проектировочная программа размещала все начальные точки 30 сначала в плоской части на подошве комплекта шпуров 22, в данном случае в координатной метке 192, и только после этого обрезала части шпуров, выходящие за пределы криволинейного контура 25 кровли, в точках пересечения контура 25 кровли и шпуров. После этого можно перенести конечную точку 30 шпура, выходящего за пределы профиля 31 забоя, к начальной точке 29 в направлении шпура, в результате чего длина шпура уменьшается по сравнению с исходной длиной. Перенос проиллюстрирован стрелкой 32 на фиг.4.

Фиг.5 иллюстрирует кривую малого радиуса в части 23b между координатными метками 195 и 198 в горной выработке 23 фиг.3. Горная выработка 23 может быть разграничена боковыми профилями 26a и 26b с обеих сторон осевой линии 24. Боковые профили 26, контур 25 кровли и соответствующие теоретические внешние контуры могут задавать трехмерную форму горной выработки, при этом они могут быть спроектированы заранее заказчиком или проектировщиком горной выработки, например, с помощью программного обеспечения САПР. Внешние контуры горной выработки могут быть загружены в проектировочную программу для проектирования схемы расположения шпуров. В ситуации на фиг.5 начальные точки 29 шпуров могут быть расположены в навигационной плоскости N в координатной метке 195, а некоторые из конечных точек 30 шпуров могут быть расположены в плоскости на координатной метке 198. Кроме того, некоторые из конечных точек 30 размещены на боковом профиле 26a на внешнем краю кривой. Профиль 31 забоя комплекта шпуров, таким образом, может содержать плоскую часть 31a и криволинейную часть 31b. Также в данном случае проектировочная программа может сначала разместить все конечные точки 30 в плоской части, а после этого обрезать шпуры в точках пересечения бокового профиля 26a и шпуров. В альтернативе проектировочная программа может разместить конечные точки 30 непосредственно в криволинейной части 31b профиля забоя.

Фиг.6 является изображением дисплея проектировочного компьютера или блока управления в буровой установке. Проектировочная программа может содержать инструмент разреза, с помощью которого проектировщик может разрезать профиль 32 забоя горной выработки по одной или более плоскостям 33a-33c разреза. После этого проектировщик может наблюдать плоскости 33 разреза в желаемых проекциях.

Фиг.7 показывает плоскости 33a-33c разреза в xy проекции. Проектировщик может вручную определить форму подошвы комплекта шпуров. Проектировщик может определить отдельный профиль забоя для каждой плоскости разреза, используя прямые линии и круглые арки или линии подобной формы, посредством которых желаемая форма в различных плоскостях разреза режется для забоя комплекта шпуров. После того как необходимые интерполяции выполнены для частей между плоскостями разреза, данные относительно формы забоя объединяют на проектировочном компьютере, в результате чего формируется трехмерный профиль забоя, который поступает в проектировочную программу для проектирования схемы расположения шпуров. В данном случае проектировщик, таким образом, с помощью проектировочной программы составляет трехмерный профиль забоя.

Фиг.8 показывает забой 34 в горной выработке, который наклонен в направлении xy, то есть горизонтально. В некоторых случаях горную выработку намеренно проводят так, чтобы забой был постоянно наклонен от одного комплекта шпуров до другого. Использование наклонного забоя 34 может быть обоснованным, например, когда при проходке более крупной горной выработки сначала проводят направляющую штольню, которая служит в качестве отверстия, в котором при подрыве откалываются прилегающие забои. Следовательно, в части схем расположения шпуров, прилегающих к направляющей штольне, не проектируют специального вруба. На фиг.8 и 9, на левой стороне забоя, присутствует подобная направляющая штольня, которая тянется в направлении y дальше, чем забой 34. Кроме того, в тексте применительно к фиг.15 проходка на основе направляющей штольни будет рассмотрена более подробно.

Навигационная плоскость N может быть размещена так, что она проходит через внешнюю точку 35 наклонного забоя 34. В альтернативе она может быть расположена для прохода, например, через внутреннюю точку забоя. Исходные местоположения шпуров в соответствии с буровой схемой размещают обычным способом в навигационной плоскости N по ходу проектирования схемы расположения шпуров. На фиг.8 также отмечены допустимые границы A и B профиля проходки, а также профиль 31 наклонного забоя уже пройденного комплекта шпуров и желаемый профиль 31b наклонного забоя нового комплекта шпуров, причем профили 31a и 31b забоя имеют различие в направлении относительно навигационной плоскости N.

Фиг.8 показывает, каким образом наклон забоя 34 может моделироваться с помощью вспомогательной плоскости М. Сначала вспомогательная плоскость М может быть размещена на навигационной плоскости N, при этом шпуры конкретной длины, начинающиеся с навигационной плоскости N, могут быть перенесены из навигационной плоскости N на вспомогательную плоскость М. После этого вспомогательная плоскость М может вращаться вокруг внешней точки 35 забоя 34 в направлении K так, что между навигационной плоскостью N и вспомогательной плоскостью М будет такое же различие в направлении, как между навигационной плоскостью N и профилем 31 забоя. Различие в направлении может поступать в проектировочную программу в качестве данных относительно углов или расстояний. Профили 31a и 31b забоя могут иметь одинаковое различие в направлении, то есть наклонный забой может продолжаться с таким же наклоном или в качестве альтернативы наклон может быть изменен, в результате чего профили 31a и 31b забоя имеют переменные различия в направлении. Шпуры, перенесенные на вспомогательную плоскость М, сдвигаются в направлении y в ходе вращения. На фиг.9 исходный шпур обозначен позицией 38a, а перенесенный шпур - позицией 38b. Шпуры 38 сохраняют свои исходные направления и длины в течение вращения. Кроме того, все другие координаты конечных точек шпуров, за исключением координат y, остаются такими же. Таким образом, конечные точки шпуров соответствуют исходному положению в пределах допустимых границ A и B профиля.

Фиг.9 показывает, что шпуры, включенные в буровую схему, могут быть дополнительно удлинены на своем начале в направлении шпура до навигационной плоскости N. В данном случае каждый шпур будет иметь новую длину между конечной точкой 30 и начальной точкой 29.

Фиг.10 и 11 показывают схему, которая может быть выполнена в блоке управления буровой установки и отображена на дисплее перед бурением, или она может моделироваться на проектировочном компьютере после проектирования схемы расположения шпуров.

Для проектирования горную выработку, которая должна быть проведена, снабжают заранее определенным, теоретическим внешним контуром и допустимыми границами A и B профиля, при этом конечные точки шпуров, которые должны быть пробурены в конечном профиле 17, то есть концевые углубления, должны попасть в части между ними. Если бурение концевого углубления начинают во внутренней границе A профиля, то в начальной точке шпура произойдет недобор сечения выработки. При этом если конечная точка концевого углубления расположена за пределами внешней границы B профиля, подрыв вызовет отделение большего количества породы, чем запланировано, то есть произойдет перебор сечения выработки. Недобор и перебор сечения выработки нежелательны, поскольку в данном случае горная выработка, которая должна быть проведена, не будет удовлетворять установленным требованиям по размерам и качеству.

Фиг.10 показывает на дисплее буровой установки ситуацию, в которой загрузочное устройство 5 размещено за пределами допустимых границ A и B теоретического профиля отбоя горной выработки для бурения углубления в концевом профиле таким образом, что из-за ошибочной начальной точки бурения может произойти недобор сечения выработки в контуре горной выработки. Это отображение может быть автоматически представлено оператору буровой установки, и, кроме того, оператор может быть предупрежден другим способом о предстоящей ситуации. Приняв предупредительный сигнал, оператор может изменить положение загрузочного устройства 5 вручную, чтобы исправить ситуацию. Положение и направление загрузочного устройства могут быть представлены на графическом дисплее при перемещении и, следовательно, оператор сможет легко наблюдать эффект сделанного исправления. Это полезная функция, особенно если по той или иной причине форма забоя в горной выработке не соответствует форме, моделируемой в проектировочной программе, в результате чего спроектированная схема расположения шпуров также не может быть применена. На фиг.10 и 11 непрерывная линия изображает шпур 39a в процессе бурения, а пунктирная линия 39c изображает шпур, длина которого регулируется на основе принятого предупредительного сигнала. С точки зрения проходки наиболее выгодным, однако, является возможность регулирования местоположения шпура 39a, на основе принятого предупредительного сигнала, согласно шпуру 39b, изображенному пунктирной линией, в результате чего продвижение горной выработки будет наибольшим.

Фиг.11 является схематическим изображением в xy проекции ситуации, которая должна быть показана на дисплее буровой установки, когда загрузочное устройство 5 размещается для бурения углубления на концевом профиле в таком местоположении, что углубление 39a, которое должно быть пробурено, выходит за пределы допустимых границ A и B теоретического профиля проходки горной выработки, в результате чего происходит перебор сечения выработки в профиле горной выработки из-за ошибочной начальной точки бурения.

Таким образом, способ предупреждения о вероятности недобора или перебора сечения выработки может содержать, по меньшей мере, следующие операции определения теоретического профиля проходки выработки, которая должна быть проведена, допустимого минимального профиля проходки и допустимого максимального профиля проходки, и уведомления оператора, если начальная или конечная точка какого-либо углубления профиля расположена за пределами области, ограниченной допустимым минимальным профилем и допустимым максимальным профилем.

Фиг.12-14 иллюстрируют случай, касающийся разделения большой схемы расположения шпуров. Когда схема расположения шпуров спроектирована для большой горной выработки 23, которая должна быть проведена, может потребоваться разделение большой схемы расположения шпуров на две или более меньших частичных схем расположения шпуров. Может потребоваться разделить большую схему просто из-за ее большого размера или в некоторых случаях может потребоваться выполнить проходку по меньшим частям из-за низкого качества горной породы или ограничений по вибрации. Типичные горные выработки большого сечения, в которых может быть выбрано разделение схемы на меньшие частичные схемы расположения шпуров, включают подземные автостоянки, хранилища, бомбоубежища, большие дорожные и железнодорожные туннели и т.д. Когда бурят забой большой горной выработки, буровую установку обычно размещают отдельно для каждой частичной схемы расположения шпуров. Кроме того, каждую частичную схему расположения шпуров подрывают отдельно в заранее спроектированном порядке, в результате чего пространство частичной схемы расположения шпуров, которое подрывают вначале, может служить отверстием для частичных схем расположения шпуров, подрываемых впоследствии. Таким образом, вруб и шпуры, включаемые в схему, необходимо определять только для той частичной схемы расположения шпуров, которую подрывают вначале. В альтернативе частичные схемы расположения шпуров могут быть подорваны в одном цикле. Кроме того, схема расположения шпуров может быть спроектирована так, как если бы шпуры всей большой схемы расположения шпуров бурили за один цикл. Для завершения проектирования большая схема расположения шпуров может быть, впрочем, разделена на частичные схемы расположения шпуров.

Для разделения большой схемы можно определить одну или более разделительных линий 40, которые проходят через разделительные точки 41, которые должны быть размещены на схеме. Местоположения разделительных линий 40 могут быть определены уже в связи с проектированием схемы расположения шпуров, но точно также можно создать разделительные точки 41 на более позднем этапе в законченной схеме расположения шпуров. Кроме того, местоположения разделительных линий 40 выбираются свободно, причем их местоположения в целом могут быть отредактированы на более позднем этапе, как и схема расположения шпуров.

Различные типы линий, такие как Подошва 42, Стенка 43, Кровля 44 и Свободная 45, могут быть определены в частичных схемах расположения шпуров. Фиг.13 и 14 иллюстрируют применение линий различных типов. Свободная линия 45 может быть определена для части частичной схемы расположения шпуров, которая обращена в свободное пространство пройденной ранее частичной схемы расположения шпуров и отсюда, следовательно, термин "Свободная". В данном случае проектировочная программа размечает местоположения 46 шпуров, ближайших к стенке, заданной линией Свободного типа на спроектированном расстоянии E углубления от Свободной линии 45, а не на упомянутой линии, как можно видеть на фиг.14. Использование Свободной линии 45 облегчает, таким образом, размещение шпуров в пограничной области между пройденной и непройденной частями. Следовательно, можно избежать ненужного бурения углублений в части на стороне уже пройденного пространства.

На фиг.12 показана частичная схема расположения шпуров, спроектированная для самой верхней части A, то есть для своего рода направляющей штольни. Схемы расположения шпуров могут быть спроектированы отдельно для каждой частичной схемы расположения шпуров. На фиг.13 показаны спроектированные частичные схемы B и C расположения шпуров, в которых Свободные линии присутствуют в частях на стороне направляющей штольни, которая должна быть подорвана вначале, то есть частичная схема A расположения шпуров. Проходка частей D и E также может быть выполнено путем так называемой проходки с подъемом. В данном случае части D проходят до частей E. В частичных схемах расположения шпуров части D и E самая верхняя поверхность задана Свободной линией. Порядок проходки различных частей A-E и продвижение могут быть выбраны в зависимости от конкретного случая. На фиг.15 показан вид сверху схемы проходки, в которой сначала проходят самую верхнюю часть, то есть так называемую часть A кровли, затем ведут проходку частей B и C, снабженных наклонными забоями 34, а позже, как очевидно, проходят части D и E подошвы.

Большая схема расположения шпуров, которую необходимо разделить, содержит, по меньшей мере, одну линию профиля, которая задает поперечное сечение комплекта шпуров, которые должны быть пробурены. После этого можно поместить разделительные точки на линии профиля и разделить большую поверхность поперечного сечения на меньшие части, например, как показано на фиг.12 и 13. Разделительные линии могут быть расположены вертикально или горизонтально, как показано на фиг.12 и 13, но также разделительные линии могут быть наклонены под нужным углом. Кроме того, можно сформировать разделительные линии, которые проходят через несколько разделительных точек и состоят из нескольких прямолинейных частей или криволинейных частей. После разделения можно задать порядок бурения частей и типы линий. После этого частичные схемы расположения шпуров могут быть спроектированы как независимое целое для каждой части A-E.

Таким образом, способ раздела большой схемы может содержать, по меньшей мере, следующие операции определения линии профиля горной выработки, имеющей большое поперечное сечение, размещения на линии профиля, по меньшей мере, двух разделительных точек, через которые проходит разделительная линия, деления исходного большего поперечного сечения горной выработки, по меньшей мере, на две меньших части посредством разделительной линии, задания порядка проходки частей, а также задания отдельной схемы расположения шпуров для каждой части. Кроме того, вариант осуществления данного способа может содержать следующие признаки: первая частичная схема расположения шпуров относится к комплекту шпуров направляющей штольне, которую проходят сначала, а вторая частичная схема расположения шпуров относится к комплекту шпуров, прилегающему к направляющей штольне, который вскрывается в направляющую штольню при подрыве. Кроме того, второй вариант осуществления данного способа может содержать следующие признаки определения во второй частичной схеме расположения шпуров местоположений конечных точек шпуров, чтобы между плоскостью, проходящей через нее, и навигационной плоскостью имелось горизонтальное различие в направлениях, и проходки туннеля, прилегающего к направляющей штольне, чтобы различие в направлениях между забоем, который должен быть сформирован и навигационной плоскостью оставалось таким же от одного комплекта шпуров до другого. Кроме того, третий вариант осуществления данного способа может содержать следующие признаки определения во второй частичной схеме расположения шпуров, по меньшей мере, одной Свободной линии, которая обращена в направляющую штольню, и автоматического размещения, посредством проектировочной программы схемы расположения шпуров, шпуров ближайших к Свободной линии, на данном расстоянии от Свободной линии. Более того, дополнительный способ может содержать следующие признаки проектирования вначале схемы расположения шпуров для горной выработки большого поперечного сечения, редактирования схемы расположения шпуров путем определения, по меньшей мере, двух разделительных точек в желаемых местоположениях на исходной схеме расположения шпуров, формирования разделительной линии, которая проходит через разделительные точки и делит исходную схему расположения шпуров, по меньшей мере, на две независимые, частичные схемы расположения шпуров, и корректировки прилегающей частичной схемы расположения шпуров, по меньшей мере, в разделительной области, чтобы избежать потребности в дополнительных шпурах.

Фиг.16 и 17 показывают некоторые другие варианты осуществления, основная идея которых состоит в размещении конечных точек 30a шпуров вначале в плоскости 50 на подошве комплекта шпуров. После этого схему расположения шпуров модифицируют, перенося исходные конечные точки 30a шпуров в профиль 31 забоя, загружаемый в проектировочную программу. В решении на фиг.16, в ходе переноса координат конечных точек и начальной точки в направлении навигационной плоскости N сохраняют, то есть координаты x и z исходных конечных точек 30a и перенесенных конечных точек 30b остаются такими же. При этом координаты y конечных точек изменяются. Аналогично изменяются направляющие углы шпуров. На фиг.17, в свою очередь, перенос конечных точек из плоскости 50 в профиль 31 забоя выполняют с сохранением исходных направлений шпуров и координат конечных точек в направлении навигационной плоскости N. Другими словами, исходные конечные точки 30a и перенесенные конечные точки 30b имеют одинаковые координаты x и z. При этом координаты y конечных точек изменяются. Аналогично исходные точки шпуров в навигационной плоскости N изменяются из положения 29a в положение 29b. Решения, показанные на фиг.16 и 17, являются альтернативами схеме, показанной на фиг.4, в которой конечные точки шпуров переносят в профиль забоя, в результате чего исходное направление шпуров сохраняется, а координаты изменяются.

В некоторых случаях признаки, раскрытые в настоящей заявке, могут применяться как таковые независимо от других признаков. С другой стороны, в случае необходимости признаки, раскрытые в настоящей заявке, могут быть объединены в различные комбинации.

Чертежи и настоящее описание предназначены лишь для иллюстрации идеи изобретения. Детали изобретения могут изменяться в рамках формулы.

Изобретение относится к способу проектирования схемы расположения шпуров для проходки горной выработки. Техническим результатом является усовершенствование способа проектирования схемы расположения шпуров сложной формы. Способ содержит этапы, на которых создают схему расположения шпуров с помощью компьютера, использующего проектировочную программу, определяют навигационную плоскость (N) схемы расположения шпуров, определяют начальные точки углублений, которые должны быть пробурены, в навигационной плоскости и определяют конечные точки углублений, которые должны быть пробурены. При этом загружают в проектировочную программу профиль забоя, представляющий форму забоя в комплекте шпуров, которые должны быть пробурены, и размещают конечные точки шпуров, которые должны быть пробурены, в схеме расположения шпуров, в местоположения в соответствии с профилем забоя, в системе координат схемы расположения шпуров посредством проектировочного компьютера, в результате чего шпуры различной длины в схеме расположения шпуров создают форму данного профиля забоя. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Способ проектирования схемы расположения шпуров для проходки горной выработки, в котором схема (9) расположения шпуров определяет для комплекта шпуров (22), которые должны быть пробурены в забое горной выработки (23), по меньшей мере, местоположения и направляющие углы шпуров в системе координат схемы расположения шпуров, а также длины шпуров, и при этом способ содержит этапы, на которых:
создают схему (9) расположения шпуров с помощью компьютера, использующего проектировочную программу;
определяют навигационную плоскость (N) схемы расположения шпуров;
определяют начальные точки (29) углублений, которые должны быть пробурены, в навигационной плоскости; и
определяют конечные точки (30) углублений, которые должны быть пробурены,
отличающийся тем, что
загружают в проектировочную программу профиль (31) забоя, представляющий форму забоя в комплекте шпуров, которые должны быть пробурены; и
размещают конечные точки (30) шпуров, которые должны быть пробурены, в схеме (9) расположения шпуров, в местоположения в соответствии с профилем (31) забоя, в системе координат схемы расположения шпуров посредством проектировочного компьютера, в результате чего шпуры различной длины в схеме (9) расположения шпуров создают форму данного профиля (31) забоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
загружают в проектировочную программу заранее определенную, трехмерную модель (25, 26) профиля горной выработки, которая должна быть пробурена;
задают для проектировочной программы местоположение комплекта шпуров (22) в упомянутой модели (25, 26) профиля;
задают посредством местоположения комплекта шпуров (22), которые должны быть пробурены, и упомянутой трехмерной модели (25, 26) профиля профиль (31) забоя подошвы комплекта шпуров (22), которые должны быть пробурены; и
размещают конечные точки (30) шпуров на упомянутом профиле (31) забоя с сохранением исходного направления шпуров.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что
размещают конечные точки (30) шпуров сначала в плоскости на подошве комплекта шпуров; и
модифицируют схему расположения шпуров, перенося конечные точки (30) шпуров в упомянутый профиль (31) забоя с сохранением координат начальных точек и конечных точек шпуров в направлении навигационной плоскости, в результате чего координаты у конечных точек изменяются, а координаты х и z остаются неизменными.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что
размещают конечные углубления (30) шпуров сначала в плоскости на подошве комплекта шпуров; и
модифицируют схему расположения шпуров, перенося конечные углубления (30) шпуров в упомянутый профиль (31) забоя с сохранением исходного направления шпуров и координат конечных углублений в направлении навигационной плоскости.

5. Способ по любому одному из предыдущих пп.2-4, отличающийся тем, что определяют местоположение комплекта шпуров (22) в модели (25, 26) профиля посредством координатных меток (28), которые определяют как расстояния от заранее определенной опорной точки.

6. Способ по любому одному из предыдущих пп.2-4, отличающийся тем, что проектируют схему (9) расположения шпуров для горной выработки (23), включающей в себя кривую малого радиуса, в результате чего профиль (31) забоя комплекта шпуров (22) содержит при наблюдении в направлении комплекта шпуров часть криволинейного бокового профиля (31b) и по существу плоскую часть (31а) на подошве комплекта шпуров (22).

7. Способ по любому одному из предыдущих пп.2-4, отличающийся тем, что
проектируют схему (9) расположения шпуров для горной выработки (23), включающей в себя криволинейный контур (25) кровли, в результате чего профиль (31) забоя комплекта шпуров (22) содержит при наблюдении в направлении комплекта шпуров часть криволинейного контура (31b) кровли и по существу плоскую часть (31a) на подошве комплекта шпуров.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что вручную определяют на проектировочном компьютере форму подошвы в комплекте шпуров (22) и загружают определенный профиль (31) забоя в проектировочную программу для схемы (9) расположения шпуров, которая должна быть спроектирована.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что
разделяют подошву комплекта шпуров, по меньшей мере, на две плоскости (33а-33с) разреза,
задают профиль забоя отдельно для каждой плоскости разреза с использованием линий формы, посредством которых желаемую форму разрезают для комплекта шпуров (22) в плоскости разреза, и
объединяют данные по плоскостям разреза в проектировочной программе, в результате чего получают трехмерный профиль (31) забоя.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что
формируют схему (9) расположения шпуров для наклонного забоя (34), забой комплекта шпуров в котором является по существу плоским и расположен под углом к навигационной плоскости (N),
загружают в проектировочную программу профиль (31b) забоя, представляющий форму наклонного забоя,
размещают конечные точки (30) шпуров, которые должны быть пробурены, в профиле (31b) забоя в схеме расположения шпуров посредством проектировочного компьютера, и
устанавливают длину каждого шпура на основе расстояния между конечной точкой (30) и навигационной плоскостью (N), в результате чего шпуры различной длины в схеме расположения шпуров задают наклонную форму в соответствии с профилем забоя для забоя комплекта шпуров.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что
проектируют схему (9) расположения шпуров сначала в навигационной плоскости (N);
моделируют наклон забоя посредством данного профиля (31a, 31b) забоя;
переносят шпуры, спроектированные в навигационной плоскости (N), в направлении у, перпендикулярном навигационной плоскости, с сохранением их длины и направления, так что новая конечная точка (30) каждого шпура будет размещена на профиле (31b) забоя, и
переносят начальную точку (29) каждого шпура, после переноса шпуров, в продольном направлении шпура обратно в навигационную плоскость (N), в результате чего длина каждого шпура соответственно изменится.

12. Программный продукт, выполнение которого на проектировочном компьютере выполнено с возможностью предоставления следующих операций:
проектирования схемы (9) расположения шпуров интерактивным образом с проектировщиком (S);
размещения на схеме (9) расположения шпуров множества шпуров и их начальных точек (29) в навигационной плоскости (N); и
размещения конечных точек (30) шпуров на подошве комплекта шпуров (22) в схеме расположения шпуров, отличающийся тем, что
выполнение проектировочной программы выполнено с возможностью размещения местоположений конечных точек (30) шпуров, которые должны быть пробурены, в схеме (9) расположения шпуров в ответ на загрузку профиля (31) забоя, представляющего форму забоя в комплекте шпуров, которые должны быть пробурены, в результате чего шпуры различной длины в схеме (9) расположения шпуров задают форму в соответствии с данным профилем (31) забоя.