Современные информационные технологии и системы в горном деле и на производстве

Высокопроизводительные ЭВМ предназначены для решения задач комплексного проектирования и использования в системах управления высшего звена. Они условно характеризуются производительностью свыше 1 млн. оп/с, имеют предельный объём оперативной памяти и расширенную конфигурацию подсистемы ввода-вывода. Взаимодействие пользователей с ЭВМ осуществляется, как правило, с помощью индивидуальных средств общения человека с машиной (терминалов). Высокопроизводительные ЭВМ имеют обычно значительные габаритные размеры составляющих их технических средств, в силу чего их иногда называют большими.

Сверхвысокопроизводительные модели ЭВМ получили за рубежом название суперЭВМ, что в первую очередь означает широкие возможности, предоставляемые пользователю, а также способность системы проводить по сложности обработку данных. Такие ЭВМ, имеющие высокие технические характеристики (производительность сотни миллионов и даже миллиардов операций в секунду), применяются при решении теоретических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов (например, при трёхмерной обработке данных геофизической разведки нефти, моделировании процессов атомной и молекулярной физики и др.). При создании таких ЭВМ применяется особо быстродействующая элементная база (заказные и матричные БИС и СБИС), а также достаточно сложные в техническом отношении конструкции.

Средние ЭВМ имеют производительность ниже 1 млн. оп/с, развитую конфигурацию ввода-вывода и служат для применения в системах обработки информации коллективного пользования, отраслевых системах автоматизированного проектирования и системах управления.

К малым (мини-ЭВМ) относят ЭВМ с производительностью процессора порядка сотен тысяч операций в секунду, ограниченным объёмом оперативной памяти, упрощённой организацией ввода-вывода. Такие ЭВМ применяются для обслуживания небольшого числа абонентов, решения информационных и вычислительных задач в системах проектирования и управления нижнего звена, в частности для включения в состав управляющего либо контрольно-измерительного комплекса.

Микро-ЭВМ – это обычно ЭВМ с малой ёмкостью оперативной памяти, низкой разрядностью и познаковым вводом-выводом. Они используются в составе управляющего или измерительного комплекса (встроенные микро-ЭВМ). Данные ЭВМ имеют относительно простые конструкции (типичны многоплатные, одноплатные и реже однокристальные микро-ЭВМ) и низкую стоимость. На основе микро-ЭВМ иногда реализуются и персональные ЭВМ.

По объекту установки  ЭВМ делятся на стационарные и подвижные (транспортируемые, переносимые, носимые). Стационарные ЭВМ предназначены для эксплуатации в стационарных помещениях или на открытом воздухе, а подвижные (главным образом транспортируемые) – на автомобильном, железнодорожном, гусеничном или другом транспорте. К группе переносных ЭВМ относятся ЭВМ, обычно устанавливаемые на поверхность стола (настольные ЭВМ) либо пол и имеющие малые габаритные размеры и массу. Переносные ЭВМ всегда работают в комнатных условиях и не предназначены для работы во время переноски с места на место. Носимые ЭВМ могут работать и при переноске.

По трём глобальным зонам  эксплуатации на объектах установки  различают следующие классы ЭВМ: наземные (использование на суше), морские (использование на воде), бортовые (использование  в воздушном и космическом  пространстве). Наземные ЭВМ могут эксплуатироваться как стационарно, так и на подвижных (транспортируемых) объектах. Морские (судовые) ЭВМ эксплуатируются на всех видах судов, а бортовые – на всех видах летательных аппаратов, совершающих полёты в пределах тропосферы (до 17 км над уровнем моря) и стратосферы (до 85 км над уровнем моря). Разновидностью бортовых являются и космические ЭВМ, эксплуатируемые в условиях ионосферы на искусственных спутниках Земли, космических кораблях и станциях.

По используемой элементной базе (вернее, её основной части) современные  ЭВМ подразделяются на ЭВМ на ИМС и БИС широкого применения, на матричных БИС, на заказных специализированных БИС, на микропроцессорных БИС и т.п.

Приведённая классификация  является достаточно условной, однако она позволяет сделать сообщение  и уделить внимание тем классификационным  признакам, которые оказывают существенное влияние на конструирование и  технологии производства ЭВМ. Среди  таких признаков прежде всего необходимо отметить условия эксплуатации, объект размещения, элементную и, как следствие, конструктивную базу.

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Вентиляционная сеть  

 

Вентиляционная сеть  шахты  — система соединённых между собой подземных выработок шахты, обеспечивающая направленное движение воздуха для проветривания; включает также источники тяги (вентиляторы шахтные), вентиляционные регуляторы и сооружения, пути утечек воздуха. Движение воздуха в вентиляционной сети поддерживается при помощи напора (или разрежения), создаваемого одним или несколькими вентиляторами. Схема вентиляционной сети включает вентиляционные ветви, узлы и контуры.

В современных угольных шахтах вентиляционная сеть содержит до 300-500 ветвей, в рудных — до 1000. Основные параметры вентиляционной сети (аэродинамическое сопротивление ri, расходы воздуха qi и потери давления hi, в каждой ветви) связаны между собой соотношениями вида h_i = r_i • q_i²(ветви с турбулентным движением воздуха), h_i = r_iq_i (ветви с ламинарным движением воздуха) или h_i = r_i • q_iⁿ(1n2). Вентиляционная сеть в целом характеризуется параметрами (в случае одного вентилятора главного проветривания): суммарный расход воздуха Q, суммарная потеря давления Н, общее сопротивление R, которые связаны уравнением Н=R•Q², называемым характеристикой вентиляционной системы.

При проектировании вентиляции шахт и расчёте вентиляционной системы  обычно решаются задачи двух видов: по заданному общему расходу воздуха Q и известным сопротивлениям отдельных  ветвей ri определить расходы воздуха в каждой ветви q_i, общее сопротивление вентиляционной системы R и выбрать один или несколько вентиляторов главного проветривания для данной шахты; по q_i и r_i устанавливают параметры вентиляционных регуляторов и сооружений, обеспечивающих требуемое распределение воздуха в вентиляционной системе.

Простейший вид вентиляционной системы — вентиляционные соединения, к которым применим точный аналитический  расчёт: последовательное (рис., а), параллельное (рис., б), диагональное (рис., в) и параллельно-последовательное (рис., г). Сложные вентиляционные системы рассчитываются при помощи аналоговых (электрических) моделей или ЭВМ, методом последовательных приближений.

 

 

 

 

4 Анализ полезных ископаемых

 

АНАЛИЗ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ — комплекс минералого-петрографических, физико-химических и технологических исследований с целью определения элементного или вещественного состава и обогатимости минерального сырья.

Анализ полезных ископаемых производится на пробах, отбираемых на месторождении (в процессе разведки или добычи и рудоподготовки) таким образом, чтобы по изучаемому свойству они были представительными, т.е. характерными для полезных ископаемых данного месторождения. Элементный состав пробы определяется методами химического(для основных компонентов), спектрального анализов и другими способами (для микропримесей). Для определения видов химических соединений, которые образуют основные компоненты, применяют фазовый анализ полезных ископаемых, основанный на избирательном растворении пробы в различных растворителях. Для карбонатных и водосодержащих минералов используют термический анализ. Он является составной частью минералогического анализа, включающего также определение минералов под микроскопом, иногда с дополнительной обработкой их поверхности. Идентификация минералов при микроскопическом анализе может производиться на шлифах в отражённом свете (в некоторых случаях поляризованном), иногда в проходящем. Основные диагностические признаки — цвет, яркость (отражательная способность поверхности), оттенок (дисперсия), твёрдость (уровень рельефа на шлифе), анизотропность в поляризованном свете, внутренние рефлексы (для прозрачных и полупрозрачных минералов).

Воздействие ультрафиолетовых лучей или потока электронов на некоторые  минералы вызывает их специфическое  свечение — люминесценцию. Люминесцентный анализ, основанный на этом явлении, позволяет  определять разновидности минералов, структурные особенности и дефекты  кристаллической решётки. Эти же вопросы решают рентгено-структурный анализ и электронография. Для диагностики микровключений минералов применяют методы микрофазового анализа под микроскопом — травление, капельные и плёночные реакции с реагентами, избирательно взаимодействующими с определёнными минералами. Распределение минералов в шлифе фиксируют на фотобумаге или описывают по результатам визуальных наблюдений формы частиц, их взаимосвязи и прорастания. При этом также измеряют размеры включений, определяют количественное содержание отдельных минералов. Для этих целей используют автоматические и полуавтоматические установки (для подсчёта содержания минералов в пробе), окулярные сетки, микрометры или производят сопоставление со стандартным препаратом. Расширяется применение современных инструментальных методов анализа полезных ископаемых. Рентгенометрический фазовый анализ, основанный на дифракции лучей с определённой длиной волны от кристаллической решётки, позволяет идентифицировать минералы в малых пробах (менее 300 мг) при размере частиц до 0,1 мкм. При этом определяются минералогические разновидности, имеющие одинаковый состав, но различную кристаллическую решётку. Электронно-зондовый рентгено-спектральный микроанализ позволяет выявить состав образца на участках площадью несколько мкм² и глубиной около 1 мкм по всем элементам от Be до U. Информацию о структуре распределения элементов, их взаимосвязи, размерах вкраплений и т.д. можно получить с помощью электронногозондирования, осуществляя при этом обработку материалов исследований на ЭВМ. Получение данных такого типа — предмет петрографического или структурно-текстурного анализа, рассматривающего строение минеральных агрегатов и позволяющего определять условия образования минералов, генетический тип месторождения. Для россыпных месторождений проводят минералогический анализ только тяжёлой фракции минералов (шлиха), отмытых от пустой породы. Относительная оценка содержания тяжёлых минералов в шлихе и исходной пробе выполняется в процессе Шлихового анализа.

Важнейшая характеристика руды, поступающей на обогащение после дробления и измельчения, — Гранулометрический состав — характеристика крупности частиц. Для материала крупнее 40-70 мкм применяют ситовый анализ, заключающийся в просеивании пробы через стандартный набор сит и определении весового выхода каждой фракции. Точность ситового анализа обеспечивается тщательным высушиванием материала, автоматическим встряхиванием и вибрацией сит. Через сита размером отверстий 74 и 44 мкм материал промывается водой. Более тонкие частицы подвергаются седиментационному анализу.

Для проведения гранулометрического  анализа применяют автоматизированные установки, действие которых основано на фотометрическом измерении мутности суспензии или изменении электрического сопротивления при прохождении  частиц между электродами. При необходимости  количественной оценки распределения  свободных минеральных зёрен  и сростков по фракциям различной  плотности и крупности выполняется  фракционный анализ. При этом гравитационный фракционный анализ полезных ископаемых производится в тяжёлых жидкостях  и растворах, плотность которых  подбирается в зависимости от состава полезных ископаемых. Тонкие классы (20 мкм) разделяют в тяжёлой  жидкости и центрифуге. Аналогичным образом проводят фракционный анализ полезных ископаемых по магнитной восприимчивости.

 По результатам данного  анализа строят кривые обогатимости в координатах выход — плотность (состав) фракций.

Для радиоактивных руд  соответствующие измерения радиоактивности  фракций позволяют построить  кривые контрастности, характеризующие  обогатимость руды методом радиометрические сепарации (см. Радиометрический анализ).

При исследовании обогатимости иногда определяют электропроводность, электрохимический потенциал частиц, насыпную массу и т.д. Для угля и некоторых других полезных ископаемых, обогащаемых флотацией, измеряют удельную поверхность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Водозаборное сооружение

 

ВОДОЗАБОРНОЕ СООРУЖЕНИЕ, водозабор, — гидротехническое сооружение для отбора воды из водоёма, водотока или подземного водоисточника в целях промышленного и хозяйственно-бытового водоснабжения.

Различают водозаборные сооружения поверхностных и подземных вод. Водозаборные сооружения поверхностных вод делятся на водоприёмники берегового типа, которые располагаются на склоне и откачивают воду насосами через всасывающие трубы непосредственно из русла, и водоприёмники руслового типа, которые состоят из приёмного оголовка в русле реки, откуда вода по самотёчным линиям поступает в береговой колодец и далее откачивается насосом. Для отбора подземных вод используются вертикальные (скважины, шахтные колодцы), горизонтальные (траншейные и трубчатые водозаборные сооружения, галереи, штольни, кяризы — комбинации штолен и шахтных колодцев), лучевые водозаборные сооружения и каптажи родников. Наиболее распространённые водозаборные сооружения — буровые скважины, которые применяются для забора подземных вод в разнообразных условиях и характеризуются наилучшей санитарной обстановкой.

Водоприёмная часть скважины при вскрытии рыхлых водовмещающих  пород оборудуется специальным  фильтром. В тех случаях, когда  водовмещающие рыхлые породы перекрыты  устойчивой кровлей, оборудуются т.н. бесфильтровые скважины, в водоприёмной части которых искусственно создаётся каверна. В устойчивых скальных породах вместо специальных фильтров устанавливают дырчатые трубы. Глубина водозаборных скважин изменяется от первых десятков м до 1000 м и более; диаметр водоприёмной части от 100 до 600 мм; производительность достигает нескольких тысяч м³/сут. Скважинные водозаборные сооружения применяются во всех случаях, когда целесообразно эксплуатировать несколько водоносных горизонтов. Обычно для централизованных систем водоснабжения создаются групповые водозаборные сооружения, состоящие из большого количества скважин (десятки, иногда сотни). Воду из скважины откачивают поверхностными (при глубине уровня до 7-10 м) или погружными насосами, а также эрлифтными установками. Шахтные колодцы применяются, как правило, при водозаборе из первых от поверхности безнапорных водоносных горизонтов, сложенных рыхлыми породами сравнительно ограниченной мощности (до 10-20 м).

В слабоводообильных пластах, когда нельзя осуществить водозабор из скважин, шахтные колодцы сооружают и в напорных водоносных пластах при глубине залегания их до 30-40 м от поверхности. Горизонтальные водозаборные сооружения устраиваются для забора воды из безнапорных горизонтов небольшой мощности. Лучевые водозаборные сооружения представляют собой водосборные шахтные колодцы с непроницаемыми стенками, куда собирается вода по расходящимся горизонтальным лучам-скважинам (дренам). Лучевые водозаборные сооружения используют при неглубоко залегающих (до 15-20 м) водоносных горизонтах небольшой мощности (5-10 м); наиболее целесообразно их применение в долинах рек с постоянным стоком, где скважины проходят непосредственно под руслом реки.  
 
Особый вид водозабора — каптаж родников, который устраивается в условиях концентрированного выхода вод на поверхность в виде камер или неглубоких колодцев.  
 
Водозаборы подземных вод, расположенные в районах разработки месторождений полезных ископаемых, кроме водоснабжения, выполняют роль дренажных и водопонизительных сооружений, уменьшающих притоки воды в горные выработки. Расчёты производительности водозаборные сооружения для добычи подземных вод являются основном элементом оценки эксплуатационных запасов подземных вод и проводятся по формулам динамики подземных вод, выбор которых зависит от гидрогеологических условий и типа сооружения. В сложных гидрогеологических условиях для этих целей используется математическое моделирование с применением ЭВМ.