Aktualności
Badania
29 Kwietnia
Źródło: KGHM Cuprum/WAT
Opublikowano: 2021-04-29

Obliczenia komputerowe w podziemnych kopalniach

Wyczekiwane przez przemysł wydobywczy badania, które pozwolą optymalnie zaplanować strzelania w górnictwie podziemnym, prowadzą naukowcy z Wydziału Inżynierii Mechanicznej Wojskowej Akademii Technicznej w konsorcjum z centrum badawczo-rozwojowym KGHM Cuprum. 

Dolomit jest twardą skałą osadową kryjącą cenne dla przemysłu pierwiastki takie jak miedź, srebro, a nawet niewielkie ilości złota. W Polsce znajduje się na dużych głębokościach ponad 1000 m ppm. Ze względu na wysoką wytrzymałość skały, konieczne jest wydobywanie jej spod ziemi za pomocą strzelań dołowych. Jak to się odbywa?

W odpowiednio wywiercone otwory umieszczane są emulsyjne ładunki wybuchowe, których setki kilogramów detonowane są w ściśle określonych miejscach i z zachowaniem odpowiedniej kolejności. Urobiony i rozkruszony materiał transportowany jest do zakładów przeróbczych, a następnie do hut, gdzie powstają metale – wyjaśniają dr inż. Paweł Baranowski, prof. Jerzy Małachowski i mgr inż. Michał Kucewicz.

Aby przeprowadzić wiarygodne symulacje numeryczne dla strzelań, które realizowane są w kopalniach Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego należących do KGHM, naukowcy z Instytutu Mechaniki i Inżynierii Obliczeniowej WAT wykorzystali wiele modeli matematycznych o różnym stopniu złożoności. Opisują one m.in. parametry mechaniczne dolomitu oraz piaskowca. Symulacje pozwalają ustalić, ile otworów należy nawiercić w przodku wyrobisk górniczych, jak zorientować je względem siebie, w jakiej sekwencji je odpalić itd. – tak, żeby cały proces był jak najbardziej efektywny zarówno w ujęciu produkcyjnym, jak i kosztowym.

Badania mechaniczne skał i ich modelowanie matematyczne nie są wykonywane bezpośrednio w terenie. Dzięki temu, że wszystko odbywa się w wirtualnej rzeczywistości, nie są potrzebne niezliczone, czasochłonne i bardzo drogie eksperymenty w kopalniach. Do uzyskania wiarygodnych wyników niezbędne jest jednak przeprowadzenie serii laboratoryjnych testów wytrzymałościowych próbek skalnych, a także kilka pełnowymiarowych testów eksperymentalnych. Są one wykorzystywane do kalibracji modeli obliczeniowych skały tak, aby zachowywała się jak ta, z którą mają do czynienia górnicy.

Analiza efektywności strzelań podziemnych to tylko jedno z zastosowań modeli numerycznych. Podobne modele pozwalają na projektowanie tuneli – takich jak te, które przebiegają przez Dolomity we Włoszech. Cały nacisk mas skalnych – z boku, z góry – może sprawić, że tunel bądź chodnik w kopalni będzie się zapadał. Konstruktorzy muszą tak go zaprojektować, żeby było bezpiecznie. Pobierają malutkie próbki skały, w tym przypadku dolomitu, i w testach laboratoryjnych ściskają je, rozciągają i rozkruszają. Dzięki temu poznają ich właściwości mechaniczne i dowiadują się, przy jakim obciążeniu w skale zaczyna się proces niszczenia. W górach wierci się wiele tuneli, a zadaniem projektantów jest takie zaplanowanie prac, aby były bezpieczne i gwarantowały trwałość konstrukcji nawet gdy nastąpią ruchy górotworu lub w skrajnym przypadku zjawiska sejsmiczne jak trzęsienia ziemi.

Karolina Duszczyk, źródło: WAT

Dyskusja (0 komentarzy)