В процесі будівництва шахтних стовбурів проектувальникам, інженерам, будівельникам доводиться оперувати величезними потоками різноманітної технічної і просторової інформації. Ефективний доступ до цієї інформації, наявність зручних інструментів прогнозу і оцінки ситуацій, які виникають або можуть виникнути під час проходки стовбурів, надає власникові таких інструментів істотні переваги.
Рішення, запропоновані нашою компанією, дозволяють істотно підвищити ефективність будівництва і знизити ризики в ході виконання проектних, будівельних і прохідницьких робіт протягом спорудження технологічного комплексу шахтного стовбура.
Рішення базуються на поєднанні використання спеціалізованого програмного забезпечення та експертної оцінки, яка стає значно більш обґрунтованою і надійною.
Комплекс модулів, призначених для вирішення завдань, що виникають в процесі будівництва шахтних стовбурів, називається Shaft Builder.
Shaft Builder особливо зручно використовувати в поєднанні з іншими продуктами, запропонованими нашою компанією. Зокрема, дуже ефективною виявляється комбінація з рішеннями в області геології і гірничої справи, яка забезпечує аналітичні та візуальні засоби для обробки геологічних, геотехнічних і геофізичних даних в районі закладання шахтних стовбурів.
Shaft Builder надає унікальні інструменти для прийняття обґрунтованих рішень на основних найбільш важких етапах будівництва стовбура:
- під час заморожування стовбура;
- під час буро-вибухових робіт і установки кріплення стовбура;
- під час відтаювання стовбура;
- під час оснащення стовбура.
Технологія та порядок використання різних компонент Shaft Builder можуть змінюватись в залежності від особливостей проекту будівництва стовбура.
В якості інструмента інтерфейсу, призначеного для користувача, як правило для Shaft Builder використовується додаток на базі XGIP-клієнта, але в деяких випадках може використовуватися і веб-інтерфейс. Shaft Builder надає користувачеві наступні інструменти аналізу.
Моделювання заморожування і відтаювання шахтного стовбура
Заморожування (поряд з методом цементування або тампонажу масиву гірських порід) є необхідною складовою процесу будівництва практично будь-якого шахтного стовбура. Заморожування або тампонаж застосовуються з метою запобігання затоплення стовбура при перетині ним водоносних горизонтів. Для глибоких стовбурів частіше застосовують заморожування.
Динаміка процесу заморожування шахтного стовбура важлива для успіху всього проекту. Вдало проведене заморожування істотно впливає на ефективність подальшої проходки, тоді як і недостатньо заморожений, і переморожений стовбури створюють для прохідників та інженерів істотні проблеми на подальших етапах.
Природнє бажання заморозити стовбур якомога швидше (з метою найбільш раннього введення рудника в експлуатацію) може призвести до неповного формування льодопородного огородження (ЛПО) потрібної товщини на певних ділянках і, як наслідок, до подальшого підтікання стовбура під час гірничопрохідницьких робіт. Інша крайність – надмірне заморожування, яке призводить до невиправданої перевитрати електроенергії і до труднощів в процесі самої проходки в повністю замороженому масиві гірських порід, що може призвести до затримки виходу рудника на проектну продуктивність. Таким чином, вкрай бажано мати можливість ефективно контролювати процес росту ЛПО з метою отримання істотного економічного ефекту.
Технічно процес заморожування здійснюється за допомогою безперервної циркуляції спеціальних охолоджувальних розчинів (розсолів) в заморожуючих свердловинах, які як правило по колу оточують контрольно-стовбурову свердловину.
Швидкість заморожування суттєво залежить від мінералогічного складу горизонтів, що проходяться, і особливо – від їх вологонасиченості і солоності. Найбільш повільно заморожуються саме водоносні горизонти, так як вода має істотно вищу теплоємність у порівнянні з твердими породами.
Перед початком заморожування зазвичай робиться досить приблизний прогноз динаміки процесу, що має скоріше характер експертної оцінки, ніж інженерного розрахунку. Вдалість або невдалість прогнозу може перевірятися за допомогою періодичних замірів температури в контрольних свердловинах, спеціально пробурених з цією метою.
Запропонована технологія надає інженерам-будівельникам і проектувальникам надійні і точні методи прогнозу формування ЛПО. Модель основана на вирішенні задачі кристалізації, так званої задачі Стефана, дозволяє отримати стан ЛПО на будь-яку бажану дату по кожному геологічному пласту. Інженер має можливість не тільки продумувати різні варіанти, змінюючи параметри процесу заморожування (температуру хладагента, розташування заморожуючих свердловин, ввімкнення і вимкнення свердловин у визначений період), але і проводити калібрування (уточнення параметрів) моделі, використовуючи фактичні заміри в контрольних свердловинах.
Таким чином, процес заморожування стовбура стає добре планованим і контрольованим.
Відтаювання стовбура є процесом, зворотним заморожуванню. Для того, щоб люди могли знаходитися в шахтному стовбурі для проведення планованих робіт з оснащення, температура в ньому, згідно з прийнятими міжнародними нормами, повинна бути в межах +20 С. Тому відтаювання стовбура починається відразу після проходження останнього водоносного горизонту і досягнення водоупору. Відтаювання може бути природним або примусовим (коли в обсадні свердловини починають лити теплий розчин). Shaft Builder включає в себе систему моделювання відтаювання ЛПО з підсистемою оптимізації параметрів процесу за результатами фактичних замірів.
Система інструментальної підтримки маркшейдерської зйомки в стовбурі, що будується
Звичайний спосіб проходження шахтних стовбурів полягає в проведенні буро-вибухових робіт, розрахованих на отримання певного рівня «заглиблення» з подальшими очисними роботами, або механізованого виймання. Після проведення буро-вибухових і очисних робіт (рідше при механічному вийманні) реальна межа забою стовбура виходить за проектне контурне значення. У більшості випадків дозволений допуск для підрядника становить 15 см в будь-якому радіальному напрямку, але, якщо навколишній масив гірських порід представлений неміцними і/або дуже тріщинуватими гірськими породами, то неминуче перевищення дозволеного значення. У результаті необхідне не тільки виймання і підйом на поверхню додаткових незапланованих обсягів гірничої маси, але й заливка додаткового незапланованого об’єму бетону для кріплення стовбура, що часто викликає фінансові суперечки між Замовником та підрядником з будівництва стовбурів. Крім цього, додаткові незаплановані обсяги робіт впливають на проектні терміни будівництва підземного рудника, що також веде до збільшення фінансових витрат Замовника.
Запропоновані в Shaft Builder інструментальні засоби є складовою частиною апаратно-програмного комплексу системи лазерного моніторингу стовбура, що будується. Для високоефективного і точного методу розрахунку необхідних додаткових обсягів очисних і бетонних робіт пропонується проводити лазерну зйомку відразу після виймання гірської маси. Зазвичай така зйомка проводиться до заливки бетону кріплення стовбура або установки тюбінгових кілець.
Схема запропонованої лазерної зйомки забою на дні стовбура показана нижче на рисунку. Скануючий пристрій опускається на дно стовбура і виставляється або по лазерному променю, або по схилу. Лазерна зйомка забою стовбура (висотою до 10-20 метрів і діаметром 6-12 метрів) займає менше 10 хвилин, не перешкоджає одночасному виконанню інших технологічних операцій і дає детальну характеристику геометрії простору, що утворився після закінчення очисних робіт.
Запропонована підсистема, інтегруючи дані сканування з інформацією з бази даних по шахтним стовбурам (про положення, розміри і форму тюбінгів, геологію навколишнього масиву гірських порід, дані по картуванню забою стовбура і т.п.), забезпечить швидкий розрахунок об’ємів затюбінгового простору, дозволить оперативно отримати будь-які горизонтальні або похилі перерізи в забої стовбура і тим самим суттєво уточнить і прискорить всі необхідні розрахунки і оформлення маркшейдерської документації, яка вимагається контролюючими органами.
Зйомка стовбура, що будується над прохідницьким полком. Установка постійного кріплення і елементів армування стовбура.
Більшість робіт з установки постійного бетонного кріплення стовбура, а також закладних та інших елементів, що використовуються в подальшому при армуванні стовбура, проводиться з прохідницького полка. У разі проходки стовбурів у масиві неміцних (не скельних) гірських порід і використання в якості постійного кріплення чавунних тюбінгів, зведення тюбінгових кілець проводиться із забою стовбура після закінчення очисних робіт. Ефективним способом контролю якості установки кріплення є сканування стінок стовбура, що будується, як під, так і над прохідницьким полком, яке виконується з його верхньої палуби або із забою стовбура. Вивчення отриманих сканів дозволяє визначити як явні дефекти кріплення (наявність тріщин, вибоїн, зазорів і т.д.), так і правильність її геометричної форми і інфраструктури (виявлення відхилень від проектних рішень, зокрема, в розташуванні закладних, кріпильних скоб, анкерів і т.д.). Під час даного етапу сканування в стовбурі ще не встановлені основні елементи армування стовбура – розстріли і направляючі, а тільки закладні та інші об’єкти на стінках стовбура.
Інформація у вигляді сканованого знімку (вихідної «хмари точок») доставляється в офіс маркшейдера на поверхні, де, за допомогою спеціального модуля, вбудованого в Shaft Builder, вона обробляється, аналізується і порівнюється з проектними рішеннями по будівництву стовбура для контролю якості, виконаних підрядником будівельних робіт.
Армування стовбура
Останнім етапом лазерної маркшейдерської зйомки є зйомка стовбура після установки в ньому основних елементів армування стовбура (розстрілів і направляючих), а також різних інженерних комунікацій (різноманітних трубопроводів, силових кабелів, вентиляційних рукавів і т.п.). Такий скан не тільки контролює якість встановленого армування (відхилення від проектних рішень), але і є еталоном для подальших оглядів та моніторингу стану конструктивних елементів стовбура, що експлуатується.
Сканування здійснюється приблизно через кожні 10 метрів з декількох позицій на кожному горизонтальному рівні сканування з метою запобігання виникнення «мертвих зон». Таким чином, може бути побудована повна тривимірна модель стовбура.
Shaft Builder пропонує з цією метою спеціальний модуль обробки отриманої «хмари точок». Обробка проводиться на поверхні в маркшейдерському офісі, а результати як правило заносяться в єдину базу даних по шахтним стовбурам.
