Теоретические основы формирования и реализации адресноориентированной информационной базы для автоматизированного проектирования технологической системы шахты

© Ю.Н. Кузнецов, Д.А. Стадник, Н.М. Стадник, Ю.В. Волкова, 2016

Ю.Н. Кузнецов, Д.А. Стадник, Н.М. Стадник, Ю.В. Волкова

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИИ АДРЕСНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ШАХТЫ

Предложено осуществлять процесс поиска и обоснования рациональных проектных решений по отработке запасов угольных шахт на основе формирования комплекса технических условий на проектирование по имеющейся геологической информации с учетом всех нормативных требований. Рекомендовано в качестве метода обеспечения интерактивной связи использовать создание единой информационной базы, позволяющей рассматривать каждый проект адресно и учитывать всю необходимую информацию для конкретного месторождения.

Ключевые слова: автоматизированное проектирование шахты, информационная база, нормативно-правовая база, геологическая база.

Непрерывное повышение уровня механизации и автоматизации рабочих процессов, выполняемых в границах выемочных участков шахт, рост нагрузок на очистные забои и соответствующее увеличение эксплуатационной производительности добывающего и транспортного оборудования, а также усложнение внутрипроизводственных связей между звеньями аппарата управления предприятием, обусловливают более жесткие требования к уровню качества проектных решений по отработке запасов геоструктур (эксплуатационных блоков) и способности адекватного прогнозирования возможных нарушений нормального хода комплекса рабочих процессов.

УДК 629.01:681.3

Проблема формирования технических условий на проектирование по имеющейся геологической информации о месторождении с корректным учетом комплекса нормативных требований полностью возлагается на специалистов-экспертов, на их личные знания, интуицию и сложившиеся традиции принятия решений, несмотря на попытки автоматизировать процесс поиска рациональных решений по освоению георесурсного потенциала угольных шахт.

Первые работы основоположников отечественной горной науки по обоснованию технологических и пространственно-планировочных решений с использованием экономико-математических методов явились своего рода начальным импульсом перехода к многомерному представлению и исследованию шахты как большой вероятностной системы с огромным числом возможных состояний в фазовом пространстве, чему способствовали широкое внедрение средств вычислительной техники и математических методов.

На современном этапе получила развитие концепция динамического представления технологической системы угольной шахты. Выполненные в этом направлении работы, с одной стороны, способствуют формированию теоретической базы моделирования и управления производственными процессами шахты, а с другой, — формализации показателей качества функционирования всей технологической системы. К сожалению, следует констатировать, что вся имеющаяся в отрасли теоретическая база моделирования и сопровождения горных работ не обеспечена современной информационной базой — фундаментом, который позволил бы надежно функционировать единой системе автоматизированного проектирования технологической системы шахты, обеспечивая интерактивное взаимодействие со многими отраслями знаний для создания качественного проекта отработки запасов геоструктур.

Несмотря на то, что большинство необходимой для разработки рационального проекта шахты информации представлено в электронном виде, весь массив информации разрознен и представлен в отдельных информационных системах. В этой связи в настоящее время весьма актуальной задачей становится формирование единой информационной базы, позволяющей в автоматизированном режиме проектировать рациональную технологическую систему любой шахты и аккумулировать всю имеющуюся информацию в 3^ модели угольного месторождения.

Рис. 1. Структура единой информационной базы автоматизированного проектирования технологической системы шахты

В результате проведенного системного анализа авторами рекомендуется вариант структуры единой информационной базы автоматизированного проектирования, представленный на рис. 1.

В свою очередь, геологическая база данных имеет свою достаточно сложную структуру и систему взаимоувязанных модулей, хранящих в себе информацию о месторождении (рис. 2).

Для реализации возможности автоматизированного проектирования технологических систем шахт также немаловажно учитывать принадлежность и взаимную увязку блоков 3D-модели угольного месторождения с объектами технологического комплекса поверхности шахты.

Отличительным признаком геологической базы данных как составляющей единой информационной базы автоматизированного проектирования является привязка к «адресу» геоструктуры — территориальному признаку, на основании которого производится выбор информации для обработки в автоматизированном режиме (рис. 3).

Вторым основополагающим компонентом единой информационной базы является нормативно-методическая база. Она определяет, насколько корректно с технологической и правовой точек зрения будет выполнен проект шахты и обоснованы стратегические направления ее развития. Отсутствие постоянного обновления нормативной документации может привести к принятию неверного проектного решения даже опытным специалистом.

Исключить необходимость регулярной актуализации нормативно-методической базы всей отрасли помогла бы отрас-

Таблица данных:. чоордннаты блп ровых скважин

Номер скважиЕЫ (Hole-id}* Координата «х» устья СКВЗЖИНЫ 00 Координата «у» усп>я скважины (Y) Координата «z» устья ПСрз-жттоьт С© Траектория скважины (Path) Максимальная глубина depth) Номер разведочной лшши

Таблицад ipKÍa: Evpoi ой ж-yprfaíi разведочных скважин

Номер СКВ5ЖКЕЫ

Таблица данных: Искри вленне скважин

Номер Глубина Азимут Угол

скважины замера.^ (Алпшй!) наклона.

Таблица данных: Классификатор пород (Тгаш1ай0п)5к,та*1км индексы vsoiumx пластов/hidex-coab

S. Лигологический Ч£0Д (Code) Описание (Description) индекс (Index- яй»0 Field Name зшх: Table Name

Таблица Щтър Основные по каза^ели химико-технических свойств углей

Номер СКБоЗЗЗПа!

1 Таблица данных: Петрографический состав угольбых пластов (Pe.tr) или Инженерно-геологические свойства угольных пластов

Номер ^ скважины

& F L

Условные обозначения: ^ключевое поле

Рис. 2. Структура геологической базы данных

Рис. 3. Адресное позиционирование блока 3D-модели угольного месторождения

информационно-справочная система, которая должна содержать тематическую подборку нормативных документов, указатель российских и международных стандартов, профильный глоссарий для интерактивного изучения нормативной базы в процессе проектирования и согласования с ней проектных решений.

Отраслевая информационно-справочная система должна формироваться и оперативно пополняться из нормативных баз федерального, регионального, административного и внутри-шахтного уровней. А дальнейшая выборка документации необходимой конкретному специалисту шахты, связанному с проектными работами, производится по территориальному признаку и его отношению к конкретному виду деятельности (рис. 4).

На данный момент существуют информационные ресурсы, которые представляют собой архив всех нормативных документов, ГОСТов и СНиПов для различных отраслей деятельности человека. Таковыми являются системы Техэксперт, Кодекс, Гарант и Консультант, однако информация в них не структуриро-

Рис. 4. Уровни формирование нормативно-методической базы

вана и не адаптирована для автоматизированного обоснования проектных решений, принимаемых горными инженерами.

Следующим компонентом единой информационной базы автоматизированного проектирования является база данных и база знаний о приемлемости технологических решений, которая содержит информацию об апробации различных проектных решений на шахте, в регионе, в Российской Федерации и за рубежом, сравнительный анализ геологических и технических условий конкретного предприятия и условий применимости данных технологий. Эта база должна носить рекомендательный характер и обеспечивать интерактивную поддержку принятия того или иного проектного решения специалистом. Вся информация и знания в подобной системе проходя экспертную оценку и позволяют предлагать объективному рассмотрению определенные проектные решения в автоматизированном режиме.

Таким образом, единая информационная база автоматизированного проектирования сможет в интерактивном режиме обеспечивать актуальной информацией процесс обоснования и принятия технологических решений на всем жизненном цикле шахты: от геологической разведки месторождения до ее консервации и ликвидации горнодобывающего предприятия.

Под интерактивностью авторами подразумевается состояние постоянной взаимосвязи этапов проектирования технологической системы шахты с объектами геологической, нормативно-методической базами и базой данных проектных решений информационного обеспечения работ в режиме реального времени.

Преимуществами использования единой информационной базы автоматизированного проектирования являются:

• интеграция всех геологических данных о месторождениях;

• учет актуальной нормативно-методической базы при автоматизированном проектировании;

• использование передового мирового опыта на основании экспертной оценки целесообразности его реализации;

• связь функциональных элементов баз знаний в единую взаимодействующую систему;

• регулярное обновление данных для принятия оперативных решений;

• простота пользования и обучения специалистов.

Резюмируя вышесказанное, можно достаточно обоснованно утверждать, что создание единой информационной базы автоматизированного проектирования с адресно-ориентиро-

ванной структурой для поиска и синтеза рациональных технологических и пространственно-планировочных решений по интенсивной отработке запасов геоструктур угольных месторождений является актуальной задачей на данном этапе функционирования угледобывающей отрасли. Ее решение сократит затраты трудовых ресурсов и времени на принятие рациональных проектных решений, систематизирует всю информацию о месторождениях, в соответствии со всеми необходимыми нормами и правилами, предопределит переход к автоматизированному проектированию отработки запасов угольных месторождений и реализации, в перспективе, роботизированных технологий отработки запасов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А. Концепция проектирования и управления отработкой запасов выемочных участков на базе информационных технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - № 4. - С. 279-285.

2. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Стадник Н.М. Повышение качества 3D моделирования угольных месторождений на основе использования теории сплайнов // Горная промышленность. - 2010. - № 6(94). -С. 60-61.

3. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Гинкель В.К. К вопросу совершенствования методологии проектирования высокопроизводительной отработки запасов выемочных участков угольных шахт // Горная промышленность. - 2012. - № 3(103). - С. 70-75.

4. Стадник Д.А., Гинкель В.К. Основные принципы повышения качества проектов выемочных участков угольных шахт с использованием ситуационного моделирования рабочих процессов // Горная промышленность. - 2012. - № 5(105). - С. 87-89.

5. Стадник Д.А., Киселев А.М. К вопросу учета системы ограничений в рамках принятия проектных решений по отработке запасов в зонах геологических нарушений угольных пластов // Горная промышленность. - 2012. - № 5(105). - С. 68-69.

6. Кузнецов Ю.Н., Постников В.И., Стадник Д.А., Гинкель В.К., Стадник Н.М. Разработка методической базы реализации ситуационного моделирования отработки запасов выемочных участков угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. -№ 11. - Отдельные статьи (специальный выпуск). Проектирование и организация горнотехнических систем. Вып. 2. - С. 3-23.

7. Кузнецов Ю.Н., Петров А.Е., Стадник Д.А., Стадник Н.М. Основные этапы и направления развития информационного обеспечения САПР отработки запасов угольных месторождений // Уголь. - 2014. -№ 12(1065). - С. 82-85.

8. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А. Методические принципы автоматизированного проектирования раскройки рабочих ступеней шахтных полей / Сборник научных трудов международной научно-практиче-

ской конференции. Выпуск 2. Пути повышения эффективного и безопасного освоения пластовых месторождений полезных ископаемых подземным способом. - М.: Изд-во «Горное дело» ООО «Коммерческий центр», 2014. - С. 155-158.

9. Абрамова О.В. Методы и модели оптимизации технологических схем подготовки и отработки выемочных полей пологих пластов Кузбасса. - М., 1991.

10. Звягин П.З. Проектирование и расчет элементов разработки пластовых месторождений. - М.: ОНТИ-НКТП, 1935. - 444 с.

11. Шевяков Л.Д. Основы теории проектирования угольных шахт. -М.: Углетехиздат, 1950. - 328 с.

12. Смирнов Б.В. Теоретические основы и методы прогнозирования горно-геологических условий добычи полезных ископаемых по геолого-разведочным скважинам. - М.: Недра, 1976. - 117 с.

13. Рогов Е.И., Грицко Г.И., Вылегжанин В.М. Математические модели адаптации процессов и подсистем угольной шахты. - Алма-Ата: Наука, 1979. - 240 с.

14. Георгиевский В.В. Оптимальное планирование развития горных работ на шахтах. - М.: Недра, 1979. - 248 с.

15. Вылегжанин В.Н. Физические и геомеханические основы оптимизации угольных шахт. - Новосибирск: Наука, 1981. - 208 с.

16. Стариков А.В. Научные основы оптимизации развития горных работ на угольных шахтах. - М.: Изд-во ИПКОН АН СССР, 1978. - 112 с.

17. Стариков А.В. Планирование концентрации и развития горных работ на угольных шахтах. - М.: ИПКОН АН СССР, 1982. - 123 с.

18. Цой С., Данилина Г.П. Синтез оптимальных сетей горных выработок. - Алма-Ата: Наука, 1969. - 212 с.

19. Ситникова С.Д. Алгоритмы решения задачи перспективного развития действующих шахт. - Донецк: Институт экономики промышленности АН УССР, 1984. - 89 с.

20. Степанов П.Б. Основы функционально-структурного анализа и синтеза выемочных и транспортных машин: Дис. ... д-ра тенх. наук. -Караганда, 1982. - 413 с.

21. Методические указания по экспертной оценке технических показателей проектных решений выемочно-транспортных комплексов угольных шахт. - Караганда: КарПТИ, 1988. - 51 с.

22. Алотин Л.М., Степанов П.Б. Моделирование и расчет транспортных систем горных предприятий. - Алма-Ата: Наука, 1979. - 214 с.

23. Гойзман Э.И. Моделирование производственных процессов на шахтах. - М.: Недра, 1977. - 192 с.

24. Штеле В.И. Имитационное моделирование развития подземных горных работ. - Новосибирск: Наука, 1984. - 176 с.

25. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» № 5999 от 11.12.2013 (рег. Минюста № 3295 от 02.07.2014).

26. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах», пр. № 150 от 19.11.2013 (рег. Минюста № 30561 от 31.12.2013).

27. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при взрывных работах», пр. № 605 от 16.12.2013 (рег. Минюста № 31796 от 01.04.2014). ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Кузнецов Юрий Николаевич — доктор технических наук, профессор, Стадник Денис Анатольевич — кандидат технических наук, доцент, e-mail: denstadnik@rambler.ru,

Стадник Нино Мамукаевна — соискатель, e-mail: kun17@yandex.ru, Волкова Юлия Владимировна — студентка, e-mail: volkovayuv@bk.ru, НИТУ «МИСиС».

UDC 629.01:681.3

Yu.N. Kuznetsov, D.A. Stadnik, N.M. Stadnik, Yu.V. Volkova THEORETICAL BASES OF FORMATION AND IMPLEMENTATION OF TARGETED-ORIENTED INFORMATION BASE FOR AIDED DESIGN PROCESS OF MINE

Proposed to implement the search process and the justification of rational design solutions for mining of the coal mine's reserves on the basis of formation of the complex technical specifications for the design based on existing geological information with all regulatory requirements. Recommended as a method of providing interactive communication to use the creation of a common information database, which allows to consider each project targeted and to take into account all the necessary information for a specific coal field.

Key words: computer-aided mine design, information base, regulatory framework, geological base.

AUTHORS

Kuznetsov Yu.N.1, Doctor of Technical Sciences, Professor,

Stadnik D.A.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor,

e-mail: denstadnik@rambler.ru,

Stadnik N.M.1, Applicant, e-mail: kun17@yandex.ru,

Volkova Yu.V.1, Student, e-mail: volkovayuv@bk.ru,

1 National University of Science and Technology «MISiS»,

119049, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Kuznetsov Yu.N., Stadnik D.A. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2009, no 4, pp. 279-285.

2. Kuznetsov Yu.N., Stadnik D.A., Stadnik N.M. Gornaya promyshlennost'. 2010, no 6(94), pp. 60-61.

3. Kuznetsov Yu.N., Stadnik D.A., Ginkel' V.K. Gornaya promyshlennost'. 2012, no 3(103), pp. 70-75.

4. Stadnik D.A., Ginkel' V.K. Gornaya promyshlennost'. 2012, no 5(105), pp. 87-89.

5. Stadnik D.A., Kiselev A.M. Gornaya promyshlennost'. 2012, no 5(105), pp. 68-69.

6. Kuznetsov Yu.N., Postnikov V.I., Stadnik D.A., Ginkel' V.K., Stadnik N.M. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten', 2012, no 11, Special edition. Proektirovanie i organizatsiya gornotekhnicheskikh sistem, issue 2 , pp. 3-23.

7. Kuznetsov Yu.N., Petrov A.E., Stadnik D.A., Stadnik N.M. Ugol'. 2014, no 12(1065), pp. 82-85.

8. Kuznetsov Yu.N., Stadnik D.A. Sbornik nauchnykh trudov mezhdunarodnoy nauch-no-prakticheskoy konferentsii. Vypusk 2. Puti povysheniya effektivnogo i bezopasnogo os-voeniya plastovykh mestorozhdeniy poleznykh iskopaemykh podzemnym sposobom (Proceedings of International Scientific-and-Practical Conference. Issue 2. Ways of Improving Efficient and Safe Underground Mining of Sheet Mineral Deposits), Moscow, Izd-vo «Gornoe delo» OOO «Kommercheskiy tsentr», 2014, pp. 155-158.

9. Abramova O.V. Metody i modeli optimizatsii tekhnologicheskikh skhem podgotovki i otrabotki vyemochnykh poley pologikh plastov Kuzbassa (Methods and models of optimization of process flow sheets for preparation and mining of flat seams in Kuzbass), Moscow, 1991.

10. Zvyagin P.Z. Proektirovanie i raschet elementov razrabotki plastovykh mestorozhdeniy (Planning and calculation of mining elements in stratified deposits), Moscow, ONTI-NKTP, 1935, 444 p.

11. Shevyakov L.D. Osnovy teoriiproektirovaniya ugol'nykh shakht (Basics of coal mine planning theory), Moscow, Ugletekhizdat, 1950, 328 p.

12. Smirnov B.V. Teoreticheskie osnovy i metody prognozirovaniya gorno-geologicheskikh usloviy dobychi poleznykh iskopaemykh po geologo-razvedochnym skvazhinam (Theoretical background and methods for forecasting ground conditions based on geological exploration holes in mineral mining), Moscow, Nedra, 1976, 117 p.

13. Rogov E.I., Gritsko G.I., Vylegzhanin V.M. Matematicheskie modeli adaptatsii protsessov i podsistem ugol'noy shakhty (Mathematical models of adapting processes and subsystems in coal mine), Alma-Ata, Nauka, 1979, 240 p.

14. Georgievskiy V.V. Optimal'noe planirovanie razvitiya gornykh rabot na shakhtakh (Optimized planning of mine development), Moscow, Nedra, 1979, 248 p.

15. Vylegzhanin V.N. Fizicheskie i geomekhanicheskie osnovy optimizatsii ugol'nykh shakht (Physical and geomechanical principles of coal mine optimization), Novosibirsk, Nauka, 1981, 208 p.

16. Starikov A.V. Nauchnye osnovy optimizatsii razvitiya gornykh rabot na ugol'nykh shakhtakh (Scientific basis of optimization of coal mine development), Moscow, Izd-vo IPKON AN SSSR, 1978, 112 p.

17. Starikov A.V. Planirovanie kontsentratsii i razvitiya gornykh rabot na ugol'nykh shakhtakh (Planning of concentration of operations in coal mines), Moscow, Izd-vo IPKON AN SSSR, 1982, 123 p.

18. Tsoy S., Danilina G.P. Sintez optimal'nykh setey gornykh vyrabotok (Synthesis of optimal networks of mine workings), Alma-Ata, Nauka, 1969, 212 p.

19. Sitnikova S.D. Algoritmy resheniya zadachi perspektivnogo razvitiya deystvuyush-chikh shakht (Algorithm of problem on future development of operating mines), Donetsk, Institut ekonomiki promyshlennosti AN USSR, 1984, 89 p.

20. Stepanov P.B. Osnovy funktsional'no-strukturnogo analiza i sinteza vyemochnykh i transportnykh mashin (Principles of functional-structural analysis of synthesis of mining and haulage machines), Doctor's thesis, Karaganda, 1982, 413 p.

21. Metodicheskie ukazaniya po ekspertnoy otsenke tekhnicheskikh pokazateley proekt-nykh resheniy vyemochno-transportnykh kompleksov ugol'nykh shakht (Instructional guidelines on expert estimation of technical data of design solutions for mining and haulage machinery in coal mines), Karaganda, KarPTI, 1988, 51 p.

22. Alotin L.M., Stepanov P.B. Modelirovanie i raschet transportnykh sistem gornykh predpriyatiy (Modeling and calculation of transport systems in mines), Alma-Ata, Nauka, 1979, 214 p.

23. Goyzman E.I. Modelirovanieproizvodstvennykh protsessov na shakhtakh (Modeling productive processes in mines), Moscow, Nedra, 1977, 192 p.

24. Shtele V.I. Imitatsionnoe modelirovanie razvitiya podzemnykh gornykh rabot (Simulation modeling of underground mine development), Novosibirsk, Nauka, 1984, 176 p.

25. Federal'nye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti «Pravila bezopas-nosti pri vedenii gornykh rabot i pererabotke tverdykh poleznykh iskopaemykh», no 5999 ot 11.12.2013 (reg. Minyusta № 3295 ot 02.07.2014) (Federal Codes for Industrial Safety: Safety Regulations for Hard Mineral Mining and Processes, No. 5999 dated December 11, 2013 (Ministry of Justice Registration No. 3295 dated July 2, 2014)).

26. Federal'nye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti «Pravila bezopasnosti v ugol'nykh shakhtakh», no 150 ot 19.11.2013 (reg. Minyusta № 30561 ot 31.12.2013) (Federal Codes for Industrial Safety: Safety regulations for coal mines).

27. Federal'nye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti «Pravila bezopas-nostipri vzryvnykh rabotakh», no 605ot 16.12.2013 (reg. Minyusta № 31796 ot 01.04.2014) (Federal Codes for Industrial Safety: Blasting safety regulations ).

¿Ü

НОВИНКИ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ГОРНАЯ КНИГА»

ГОРНЫЙ

иивормлционио*

АМЛЯИТИ'ПСЦИЙ ИЮЛ.П*ТЕНЬ

MtWING iNfOBMATiOHAt AHO ANALYTICAL OULLlTTN

2015

условия УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ Выпуск J

Горный информационно-аналитический бюллетень. Специальный выпуск № 15. Условия устойчивого функционирования минерально-сырьевого комплекса России. Выпуск 3

Год: 2015 Страниц: 248 ISBN: 0236-1493 UDK: 622

В сборнике представлены результаты исследований в области комплексного экологически сбалансированного освоения месторождений твердых полезных ископаемых комбинированными геотехнологиями. Определены условия устойчивого функционирования горнотехнических систем в изменяющихся горно-геологических, горнотехнических и социально-экономических условиях. Дано развитие научно-методической базы проектирования комбинированных геотехнологий, обоснованы сроки и этапы развития горных работ при сочетании на осваиваемом участке недр различных способов добычи. Представлены методики расчета проектных параметров отдельных процессов физико-технических и физико-химических способов добычи. Приведены результаты физических исследований геотехнологических процессов. Уделено внимание конструированию горнотехнических систем комплексного освоения месторождений для модернизации горных предприятий и обеспечения устойчивого общественного развития.