Building/calc/laba6.py

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Лаба 6. Расчёт параметров буровзрывных работ (разработка на полное сечение).
Расчёт по формулам (6.1)-(6.17) методички.

Замечание: числовой пример методички содержит арифметические погрешности
(например, w0 = 0,63 м вместо 0,93 м по формуле), поэтому проверка ниже
сходится с примером только по схеме расчёта, но не по всем округлениям.

Длины в м, массы в кг.
"""

from math import sqrt, ceil, floor


# ---------------------------------------------------------------- справочные данные

# Табл. 6.3 + 6.4 + 6.5 + 6.9: патронированные ВВ по диапазону крепости.
# ВВ: (название, e, rho_вв диапазон кг/м3, d патрона м, длина патрона м, масса патрона кг)
VV_BY_F = (
    ((10, 20), ("Аммонит №1 скальный", 0.81, (1450, 1580), 0.036, 0.175, 0.250)),
    ((7, 10),  ("Аммонал",              0.91, (950, 1150),  0.032, 0.250, 0.250)),
    ((4, 7),   ("Аммонит №6ЖВ",         1.00, (1000, 1200), 0.032, 0.250, 0.200)),
    ((2, 4),   ("Динафталит",           1.08, (1000, 1150), 0.032, 0.250, 0.200)),
    ((1, 2),   ("Аммонит ПЖВ-20",       1.20, (1050, 1200), 0.036, 0.175, 0.200)),
)

# Табл. 6.6: коэффициент влияния плотности заряжания
PSI_PATRON = 1.10   # обычные патроны
PSI_ROSSYP = 1.00   # россыпные ВВ

# Табл. 6.7: (f_min, f_max, omega_min, omega_max) — снизу вверх по крепости
OMEGA_ROWS = (
    (2, 4, 0.6, 0.8),
    (4, 6, 0.8, 1.0),
    (6, 8, 1.0, 1.4),
    (8, 10, 1.4, 1.6),
    (10, 14, 1.6, 1.8),
    (14, 18, 1.8, 1.9),
    (18, 20, 1.9, 2.0),
)

# Табл. 6.8: коэффициент зажима по площади сечения
def k_z(S):
    if S < 20:
        return 0.7
    if S <= 50:
        return 0.8
    return 0.9

# Табл. 6.10: расчётная плотность породы по крепости (снизу вверх)
RHO_ROWS = (
    (2, 3, 2100),
    (4, 6, 2500),
    (7, 9, 2750),
    (10, 14, 2900),
    (15, 10**9, 3000),
)

# Табл. 6.11: расстояния отбойных/подошвенных шпуров в долях л.н.с. w0
A_OTB = (0.90, 0.95)   # между шпурами в ряду (и рядами — принимаем одинаковыми)
A_POD = (0.70, 0.90)

# Табл. 6.12: расстояние между контурными шпурами, м; строки по f, колонки по трещиноватости
A_K_ROWS = (
    (2, 3, 0.6, 0.7, 0.6),
    (4, 6, 0.5, 0.6, 0.7),
    (7, 9, 0.4, 0.5, 0.6),
    (10, 12, 0.3, 0.4, 0.5),
)

# Табл. 6.13: коэффициент сближения контурных зарядов
M_ROWS = ((2, 3, 1.0), (4, 6, 0.9), (7, 9, 0.8), (10, 14, 0.7), (15, 20, 0.6))

# Табл. 6.14: коэффициент заполнения шпура (снизу вверх)
KZAP_ROWS = (
    (2, 3, 0.50, 0.55),
    (4, 6, 0.60, 0.65),
    (7, 9, 0.65, 0.70),
    (10, 14, 0.70, 0.75),
    (15, 20, 0.75, 0.80),
)

# Табл. 6.15: коэффициент концентрации контурных зарядов, кг/м
KK_ROWS = ((2, 3, 0.25), (4, 6, 0.30), (7, 9, 0.35), (10, 14, 0.40), (15, 20, 0.45))

# Табл. 6.1: вертикальный клиновой вруб (f_min, f_max, N_вр диапазон) — снизу вверх
VRUB_ROWS = (
    (2, 6, 4, 6),
    (6, 8, 4, 6),
    (8, 10, 6, 8),
    (10, 15, 6, 8),
    (15, 20, 6, 8),
)


def rup(x, n=2):
    """Математическое округление (половина — вверх), в отличие от round()."""
    p = 10 ** n
    return floor(x * p + 0.5) / p


def pick(rows, f):
    """Первая строка (снизу вверх), в диапазон f которой попадает f."""
    for row in rows:
        if row[0] <= f <= row[1]:
            return row
    return rows[-1]


def pick_vv(f):
    for (fmin, fmax), vv in VV_BY_F:
        if fmin <= f <= fmax:
            return vv
    return VV_BY_F[0][1]


# Варианты исходных данных: (f, S, В, Р, l_k, l_зах)
VARIANTS = {
    1:  (5, 16.56, 4.60, 14.51, 2.7, 2.5),
    2:  (9, 19.20, 5.05, 15.56, 3.5, 3.0),
    3:  (10, 21.90, 5.81, 17.19, 4.0, 3.5),
    4:  (13, 6.40, 2.17, 7.05, 4.1, 4.0),
    5:  (6, 7.92, 2.77, 1.20, 3.0, 2.5),
    6:  (8, 14.17, 4.53, 12.55, 3.5, 3.0),
    7:  (4, 24.46, 5.81, 17.53, 2.7, 2.5),
    8:  (7, 5.60, 2.00, 8.26, 0.0, 3.0),
    9:  (8, 14.09, 4.20, 13.56, 3.5, 3.0),
    10: (11, 20.40, 5.29, 15.60, 4.2, 4.0),
    11: (5, 104.94, 10.60, 33.80, 3.5, 3.0),
    12: (7, 106.44, 11.36, 34.00, 3.8, 3.5),
    13: (3, 24.46, 5.81, 17.53, 2.5, 2.0),
    14: (8, 19.20, 5.05, 15.56, 3.7, 3.5),
    15: (5, 23.40, 5.10, 19.40, 3.5, 3.0),
    16: (12, 21.18, 5.87, 17.20, 4.2, 4.0),
    17: (4, 22.26, 5.30, 16.44, 2.7, 2.5),
    18: (7, 14.40, 3.70, 11.68, 3.5, 3.0),
    19: (5, 44.54, 6.30, 40.20, 3.5, 3.0),
    20: (10, 16.56, 4.60, 14.60, 4.0, 3.5),
}


# ---------------------------------------------------------------- расчёт

def compute(f, S, B, P, l_k, l_zah, crack_col=1, n_vr=None, S_vr=None,
            psi=PSI_PATRON, vv=None, rho_vv=None, omega=None, a_o=None, a_p=None,
            a_k=None, k_zap=None, round_patrons=True):
    """Формулы (6.1)-(6.17). Неизвестные коэффициенты подбираются из таблиц:
    диапазоны берутся со средним значением, k_зап и N_вр — с верхним.
    crack_col: 0 монолитные, 1 слаботрещиноватые, 2 сильнотрещиноватые."""
    out = {}

    # --- выбор ВВ и коэффициентов
    if vv is None:
        vv = pick_vv(f)
    name, e, rho_range, d, l_pat, m_pat = vv
    if rho_vv is None:
        rho_vv = sum(rho_range) / 2
    if omega is None:
        _, _, w_min, w_max = pick(OMEGA_ROWS, f)
        omega = (w_min + w_max) / 2
    rho = pick(RHO_ROWS, f)[2]
    m = pick(M_ROWS, f)[2]
    k_k = pick(KK_ROWS, f)[2]
    if k_zap is None:
        k_zap = pick(KZAP_ROWS, f)[3]          # верх диапазона
    k_y = 1.0                                   # патронированные ВВ
    if a_k is None:
        a_k = pick(A_K_ROWS, f)[2 + crack_col]
    if n_vr is None:
        n_vr = pick(VRUB_ROWS, f)[3]            # верх диапазона числа шпуров
    if S_vr is None:
        S_vr = 0.19 * n_vr                      # по схеме вруба (8 шпуров ~ 1,5 м2)

    # --- 1) средний удельный расход ВВ, формула (6.1)
    q_c = rup((0.3 * sqrt(f) + 2 / sqrt(S)) * e * psi * omega)

    # --- 2) л.н.с. отбойных шпуров, формула (6.2)
    w0 = rup(52 * k_z(S) * d * sqrt(rho_vv / (rho * e * omega)))

    # --- 3) расстояния между шпурами
    if a_o is None:
        a_o = rup(A_OTB[0] * w0)           # ~0,9 w0
    if a_p is None:
        a_p = rup(0.8 * w0)                 # ~0,8 w0 из диапазона 0,7...0,9

    # --- 4) количество шпуров
    N_k = floor(P / a_k + 1 + 0.5)          # округление до ближайшего
    W_k = rup(a_k / m)
    S_k = rup((N_k - 1) * a_k * W_k)
    N_p = floor(B / a_p + 1 + 0.5)
    S_p = rup(w0 * B)
    S_o = rup(S - (S_k + S_p + S_vr))
    N_o = ceil(1.27 * q_c * S_o / (d**2 * k_zap * rho_vv * k_y))   # вверх
    N = N_k + N_p + N_o + n_vr

    # --- 5) к.и.ш. и глубина шпуров
    eta = l_zah / l_k if l_k else None
    l_vr = 1.1 * l_k

    # --- 6) расход ВВ на цикл, формулы (6.10)-(6.17)
    Q = rup(q_c * S * l_zah)
    q_k = l_k * k_k
    if round_patrons:
        q_k = floor(q_k / m_pat + 0.5) * m_pat  # целое число патронов
    Q_k = q_k * N_k
    q_vr = 1.2 * (Q - Q_k) / (N - N_k)
    if round_patrons:
        q_vr = floor(q_vr / m_pat + 0.5) * m_pat
    Q_vr = q_vr * n_vr
    q_op = (Q - (Q_k + Q_vr)) / (N - (N_k + n_vr))
    if round_patrons:
        q_op = floor(q_op / m_pat + 0.5) * m_pat
    Q_op = q_op * (N_o + N_p)
    Q_vv = Q_k + Q_op + Q_vr

    out["ВВ"] = f"{name} (e={e}, ρвв={rho_vv:.0f})"
    out.update({
        "коэф.": f"ψ={psi}, ω={omega:g}, ρ={rho}, m={m:g}, kк={k_k:g}, kзап={k_zap:g}",
        "1) qc": round(q_c, 3), "2) w0": round(w0, 3),
        "3) ао": a_o, "3) ап": a_p, "3) ак": a_k,
        "4) Nк": N_k, "4) Wк": round(W_k, 3), "4) Sк": round(S_k, 2),
        "4) Nп": N_p, "4) Sп": round(S_p, 2), "4) Nвр": n_vr, "4) Sвр": round(S_vr, 2),
        "4) Sо": round(S_o, 2), "4) Nо": N_o, "4) N": N,
        "5) η": "—" if eta is None else round(eta, 3), "5) lвр": round(l_vr, 2),
        "6) Q": round(Q, 2), "6) qк": round(q_k, 3), "6) Qк": round(Q_k, 2),
        "6) qвр": round(q_vr, 3), "6) Qвр": round(Q_vr, 2),
        "6) qоп": round(q_op, 3), "6) Qоп": round(Q_op, 2), "6) Qвв": round(Q_vv, 2),
        "патр.": f"по {round(q_k/m_pat)}-{round(q_vr/m_pat)}-{round(q_op/m_pat)} шт · {m_pat*1000:.0f} г",
    })
    return out


def report(title, res):
    print(f"\n=== {title} ===")
    for k, val in res.items():
        print(f"  {k:10} = {val}")


if __name__ == "__main__":
    import sys

    if len(sys.argv) > 1 and sys.argv[1].isdigit():
        n = int(sys.argv[1])
        f, S, B, P, l_k, l_zah = VARIANTS[n]
        res = compute(f, S, B, P, l_k, l_zah)
        if n == 6:
            # принятые в отчёте решения: слаботрещиноватые породы,
            # усиленный вруб 8 шпуров (верх диапазона 8...10), Sвр = 1,5 м2,
            # округлённые расстояния ао = 0,6 м, ап = 0,55 м, ак = 0,5 м
            res = compute(f, S, B, P, l_k, l_zah, n_vr=8, S_vr=1.5,
                          a_o=0.60, a_p=0.55)
        report(f"Вариант {n}: f={f}, S={S}, В={B}, Р={P}, lк={l_k}, lзах={l_zah}", res)
    elif len(sys.argv) > 1 and sys.argv[1] == "all":
        cols = ["1) qc", "2) w0", "4) Nк", "4) Nп", "4) Nо", "4) Nвр", "4) N", "6) Qвв"]
        hdr = "N  " + " ".join(f"{c.split(') ')[1]:>8}" for c in cols)
        print(hdr)
        for n, (f, S, B, P, l_k, l_zah) in VARIANTS.items():
            res = compute(f, S, B, P, l_k, l_zah)
            print(f"{n:<3}" + " ".join(f"{res[c]:>8}" for c in cols))
    else:
        # Пример методички: f=5, S=23,4, В=5,1, Р=19,4, lк=3,5, lзах=3
        # (аммонит 6ЖВ, e=1, ρвв=1100, ω=0,9; Nвр=8, Sвр=1,5 по условию примера)
        report("Пример методички (по формулам)", compute(
            5, 23.4, 5.1, 19.4, 3.5, 3.0, n_vr=8, S_vr=1.5,
            a_o=0.8, a_p=0.7, a_k=0.6, omega=0.9))