Моделирование

Этапы расчёта

Программный комплекс Взрыв4D выполняет моделирование развала горной массы как последовательный вычислительный процесс, включающий несколько взаимосвязанных этапов. На основе загруженных геологических, геомеханических и технологических данных формируется цифровая модель взрывного блока, после чего выполняется расчёт разрушения массива и последующего перемещения пород.

Расчётный процесс включает три основных стадии:

1. подготовку и построение исходной модели участка карьера;
2. моделирование разрушения и перемещения горной массы;
3. прогноз распределения качества полезного ископаемого в сформированном развале.

Подготовка исходной модели

Перед запуском расчёта система формирует интегрированную модель участка карьера, объединяющую геологическую информацию, геометрию блока взрыва и параметры буровзрывных работ.

На этом этапе выполняются следующие операции:

• построение геометрической модели БВР-блока на основе координат буровых скважин;
• определение границ участка, включая:
  • поверхность карьера,
  • свободные поверхности,
  • зоны ранее выполненных взрывов;
• формирование трёхмерной блочной модели массива до взрыва.

Блочная модель содержит параметры горных пород и распределение полезных компонентов, полученное по данным эксплуатационной разведки и опробования буровых скважин.

В рамках подготовки модели выполняется:

• выбор типов горных пород, слагающих взрывной блок;
• привязка геологических параметров к элементам блочной модели;
• интерполяция содержаний полезных компонентов между скважинами.

В результате формируется исходная цифровая модель массива, которая используется в дальнейшем расчёте разрушения.

1. Моделирование физики разрушения

На первом этапе моделируется воздействие энергии взрыва на породный массив.

Расчёт основан на определении распределения энергетического воздействия одновременно детонирующих скважинных зарядов. Для каждой точки массива вычисляется потенциальное поле скоростей, характеризующее интенсивность воздействия взрыва.

В рамках этапа выполняются следующие расчёты:

Распространение энергии взрыва

Определяется пространственное распределение энергии, передаваемой породному массиву от зарядов взрывчатого вещества. Учитываются:

• расположение скважин;
• параметры зарядов;
• свойства породного массива.

Область разрушения

На основании распределения энергии рассчитывается зона разрушения массива. В пределах этой зоны происходит потеря прочностных связей породы и переход массива в разрыхлённое состояние.

Границы разрушения определяются с учётом:

• прочностных характеристик пород;
• плотности массива;
• геометрии буровой сети.

Коэффициенты разрыхления

В зависимости от неоднородности энергетического воздействия вычисляются локальные коэффициенты разрыхления, характеризующие изменение объёма разрушенной породы.

Баллистическое моделирование

После разрушения горная масса рассматривается как совокупность частиц, перемещающихся под действием полученной энергии. Для каждой частицы рассчитываются:

• начальная скорость движения;
• направление перемещения;
• траектория полёта.

Движение материала моделируется по баллистическим траекториям, после чего формируется массив смещённой породы.

2. Формирование развальной модели

На втором этапе рассчитывается геометрия развала, формируемого разрушенной горной массой.

Перемещённый материал осаждается с учётом:

• угла естественного откоса породы;
• взаимного взаимодействия фрагментов массива;
• геометрии исходного уступа.

В результате формируется пространственная модель развала, включающая:

Конфигурацию развала

Определяется форма развальной поверхности и её пространственное положение относительно исходного массива.

3D-модель смещённого массива

Строится объёмная блочная модель сформированного развала. Каждый блок модели содержит информацию о:

• положении блока после взрыва;
• степени разрыхления;
• перемещении относительно исходного положения.

Прогноз смещений

Для каждого блока рассчитываются:

• вектор смещения;
• величина горизонтального и вертикального перемещения;
• зона накопления породы.

3. Прогноз параметров качества

На заключительном этапе выполняется перенос геологических характеристик в сформированный развал.

Исходная блочная модель качества полезного ископаемого трансформируется в соответствии с рассчитанными смещениями породного массива.

В рамках этапа выполняются следующие расчёты:

Перенос рудной модели

Содержания полезных компонентов, заданные в исходной модели массива, перемещаются вместе с соответствующими блоками.

Расчёт перемешивания

При перемещении пород происходит смешение различных типов материала. Модель оценивает степень перемешивания между:

• рудными блоками;
• вмещающими породами;
• зонами различного содержания полезного компонента.

Зоны потерь и разубоживания

На основе полученной модели выявляются участки:

• потерь полезного ископаемого — зоны, где рудный материал оказывается за пределами планируемой добычи;
• разубоживания — участки смешения руды с вмещающими породами.

Модель расчёта

Особенности модели

Используемая в системе модель разрушения основана на квазистатическом подходе, при котором детальная динамика детонационной волны не моделируется напрямую. Вместо этого учитывается интегральное энергетическое воздействие зарядов на массив.

Такой подход позволяет:

• значительно сократить время вычислений;
• обеспечить устойчивость расчётов для больших моделей;
• получать достоверные результаты для задач инженерного планирования буровзрывных работ.

Запуск расчета

После завершения настройки пользователь инициирует процесс моделирования.

Проверка загрузки исходных данных

После загрузки исходных данных система автоматически добавляет их в текущий проект.

При корректной загрузке напротив каждого типа данных в списке отображается статус Готово, что означает успешную обработку и готовность данных к использованию в дальнейших расчетах.

Если для какого-либо пункта статус Готово не отображается, рекомендуется проверить корректность загруженного файла и параметры импорта.

Просмотр загруженных данных

Для визуальной проверки загруженных данных необходимо нажать кнопку Открыть визуализатор.

После нажатия система автоматически переключится в окно Визуализатора, где будут отображены все данные, добавленные в проект. В данном режиме пользователь может:

• проверить корректность загрузки данных;

• оценить пространственное расположение объектов;

• убедиться в отсутствии ошибок перед запуском моделирования.

Запуск моделирования

Для выполнения расчета необходимо перейти в окно активного проекта и открыть вкладку Моделирование.

В данной вкладке доступны инструменты управления расчетами. Для запуска моделирования следует нажать кнопку Запустить.

После запуска система выполнит расчет на основе загруженных исходных данных и выбранных параметров.

История расчетов

Во вкладке Моделирование также отображается история расчетов, выполненных в рамках текущего проекта.

В истории сохраняется информация о ранее запущенных моделированиях, что позволяет:

• отслеживать последовательность выполненных расчетов;

• возвращаться к предыдущим результатам;

• анализировать изменения параметров моделирования.

Вычислительная среда

Расчёты выполняются на серверной инфраструктуре системы.

Моделирование запускается в изолированных Docker-контейнерах, что обеспечивает:

• стабильность вычислений;
• масштабируемость вычислительных ресурсов;
• возможность одновременного выполнения нескольких расчётных задач.

Время выполнения расчёта зависит от:

• размера блочной модели;
• количества буровых скважин;
• сложности геологической структуры;
• выбранной точности моделирования.