Представление коллекторов метана в геоинформационной модели шахтного поля

© И.Е. Подчуфаров, С.С. Кубрин, 2011

И.Е. Подчуфаров, С.С. Кубрин

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КОЛЛЕКТОРОВ МЕТАНА В ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ШАХТНОГО ПОЛЯ

Рассмотрено представление в геоинформационной модели шахты локальных коллекторов метана.

Ключевые слова: геоинформационные системы, шахта, метан, коллектор, модель.

Для повышения эффективности определения местонахождения участков углепородного массива, содержащего газ в свободном виде, технология выявления локальных коллекторов метана разрабатывается с использованием геопространственных технологий, реализованных в геоинформационных системах (ГИС). ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации любой пространственной информации

- в том числе геологической, геофизической, топографической и т.д. Ключевыми компонентами программных продуктов ГИС являются: инструменты для ввода и оперирования пространственной информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс или ГИП) для легкого доступа к инструментам.

Серверные технологии централизованного хранения и обработки, реализованные на базе развитых СУБД, позволяют эффективно управлять информацией, поддерживать ее целостность и организовывать многопользовательский доступ с разными уровнями функциональности и доступности к данным для разных пользователей.

В рамках решаемой задачи геоинформационные технологии используются для интеграции всей пространственной информации, полученной на этапах геологических и геофизических исследований породных масс, анализа и составления комплексных карт для выявления локальных коллекторов метана.

Рис. 1. Компонент ArcMap

Для локализации выявленных коллекторов метана непосредственно на разрабатываемых участках месторождений в ГИС реализуется геопространственная модель шахтного поля с возможностью изменения и пополнения. Инструменты изменения и пополнения требуются для поддержания модели шахтного поля в актуальном состоянии. Геопространственная модель шахтного поля содержит в себе как технологическую информацию по состоянию разработки месторождения (основанную на планах горных выработок масштаба 1:5000), так и геологическую информацию, определяющую местоположения коллекторов десорбированного метана.

Наиболее полно для решения задачи выявления локальных коллекторов десорбированного метана подходит программное обеспечение ArcGIS 9.3 фирмы ESRI - построеного на основе стандартов компьютерной отрасли, включая объектную архитектуру COM, .NET, Java, XML, SOAP, что обеспечивает поддержку общепринятых стандартов, гибкость предлагаемых решений, широкие возможности взаимодействия.

Весьма перспективные участки форм ирования

коллекторов свободного газа.

Перспективные участки форм ирования коллект оров свободного газа.

Малоперспективные участки формирования коллекторов свободного газа.

Отработанная площадь.

Разрывные тектонические нарушения.

Рис. 2. Определение участков, потенциально содержащих коллекторы свободного газа

Фундаментальная архитектура ArcGIS 9.3 обеспечивает ее использование во многих прикладных сферах и на разных уровнях организации работы: на персональных компьютерах, на серверах, через Web, или в «полевых» условиях. В рамках реализации задачи используются несколько компонентов программного комплекса ArcGIS 9.3. Программный компонент АгсМар программного комплекса ArcGIS позволяет работать с геопространственной моделью шахтного поля в двумерном представлении и вносить информацию, определяющую местоположение локальных коллекторов десорбированного метана, то есть участки, области массива, потенциально содержащие свободный газ метан (рис. 2).

Рис. 3. Компонент ArcCatalog. Режим отображения структуры БД

Uc Catalog - Arclnfo - C:\Temp\GeoDatabase.mdb\L07_drift

File Edit View Go ]

^ & 4i =vx -- 53 I a ^  k? В#|ЗЁ »  II <n QJ*? ф о І& У]

Stylesheet: |FGDCESRI

* Contents Preview | Metadata |

і Е Э GeoDatabase.mdb л ! ^ Аппо_10_51 : 4j Аппо_11_40 : ; va Аппо_12_41 і і | Ча л-.с 13 4? і І ^ Anno_14_42 : ^ Anno_15_39 I ^ А—.г 111 4 1 і Anno_19_33 і і чі Anno_35_48 і 4j л—и: b 44 ! j ^ Anno_6_46 і і ^ 'V и. | і ^ Anno_3_5D | ^ Anno_9_45 j ІЧШ DriFt_domen_tab Г*1 L01_Anno [3 L01_boreholes | І--Я L02_boreholes_lnc і !- L03_Anno ; j-ffl L03_coal_bed_base Ы L04_Anno ; О L(M_coal_bed_capacity [ЇЗ L05_safety_bulkhead [Ї] L06_Anno ! -H L06_driFt_times И L07_Anno J Ш L08_Anno ED I08_drift_angle v < 1 > Preview: (Geography _^J

Рис. 4. Компонент ArcCatalog. Режим отображения геометрии слоя

Рис. 5. Компонент ArcCatalog. Режим отображения атрибутов слоя

В среде ArcMap можно просматривать и редактировать геометрическую и атрибутивную составляющие модели, производить пространственный анализ, производить тематическое картирование территорий и оформлять планы (в т.ч. горных выработок) согласно принятым в отросли стандартам, выводить оформленные карты и планы на печать (рис. 1).

Программный компонент ArcCatalog позволяет просматривать состав геопространственной модели шахтного поля (имеющиеся слои данных, пространственные и табличные связи; рис. 3), геометрическую (рис. 4) и атрибутивную составляющие каждого слоя (рис. 5) и служит для управления базами геоданных, расположенных как локально, так и на централизованном сервере и построенных на базе релятивных СУБД.

Для трехмерного представления геопространственной модели шахтного поля и моделирования непрерывных поверхностей в программном комплексе ArcGIS служат, соответственно, компоненты 3D Analist и Spatial Analist. 3D Analist включает в

себя функции триангуляционного моделирования и модуль для трехмерного представления пространственной информации ArcScene. В среде ArcScene можно визуализировать модель в объемном, трехмерном виде с любых позиций, просматривать информацию по текущим характеристикам объекта, выводить элементы модели на печать (рис. 6).

Spatial Analist включает в себя расширенные функции построения непрерывных поверхностей методами интерполяции и функции пространственного анализа растровых данных. Используется как подключаемый модуль в среде ArcMap.

Серверное решение ArcGIS Server позволяет реализовать геопространственную модель шахтного поля в СУБД Microsoft SQL Server. Microsoft SQL Server с помощью ArcGIS Server позволяет хранить атрибутивную и геометрическую информацию геопространственной модели шахтного поля в мощной СУБД с возможностью централизованного управления и многопользовательского доступа. ArcGIS Server предоставляет доступ к пространственным данным и оформленым схемам и планам для клиен-

тов ArcGIS Desktop (ArcView , ArcEditor и ArcInfo), Web-клиентов, а также для других приложений.

ГИС-технологии в задаче по выявлению локальных коллекторов десорбированного метана используются на этапах интеграции информации, полученной на этапах геологических и геофизических исследований породных масс, анализа полученных в результате исследований пространственных данных. Инструменты и технологии, заложенные в ГИС, позволяют послойно помещать в единую среду такие данные, как: линеаменты, данные по распространению песчаников, области геологических нарушений и другие данные, используемые при локализации коллекторов метана. Реализация в ГИС геопространственной модели шахтного поля и то-поосновы дневной поверхности позволяет иметь в единой среде весь комплекс данных, необходимых для решения поставленной задачи.

При прохождении этапов исследований и сбора информации согласно “Технологии выявления локальных коллекторов метана”, ГИС-технологии позволяют наполнять геопространственную модель шахтного поля необходимой информацией для последующего комплексного анализа для решения конечной задачи. В ходе получения новых данных, ГИС дает возможность комплексного картирования в виде совмещения разных типов информации для анализа и последующего получения результатов, используемых в дальнейших исследованиях.

Геопространственная модель шахтного поля разрабатывается в формате базы геоданных ArcGIS 9.3 и физически реализуется в среде ArcGIS Server с использованием механизма ArcSDE для организации хранения и управления пространственными данными в СУБД Microsoft SQL Server. Геопространственная модель шахтного поля включает в себя набор векторных и растровых слоев, таблиц, описывающих состояние разработки угольного пласта на предприятии (базируется на планах горных выработок масштаба 1:5000). Структура геопространственной модели шахтного поля разработана с использованием межтабличных связей и атрибутивных доменов. Атрибутивные домены представляют собой массивы допустимых значений, которые ассоциируются средствами ArcGIS с соответствующими полями атрибутивных таблиц слоев данных модели. Структура геопространственной модели шахтного поля представлена на рис. 7.

Рис. 7. Структура геопространственной модели шахтного поля

Геологические и геофизические данные, определяющие местоположение локальных коллекторов десорбированного метана, представлены в структуре геопространственной модели шахтного поля в виде слоев данных формата базы геоданных ArcGIS и связанных таблиц. Представляются следующие данные:

а) Геоинформационный слой информации по скважинам (линейный слой с координатой Z).

Данный вид информации должен включать в себя следующие характеристики:

- вид выработки (Integer, используется домен ArcGIS);

- название выработки^п^);

- наклон (number);

- функциональное назначение (Integer, используется домен ArcGIS);

- хозяйственное назначение (Integer, используется домен ArcGIS);

- положение к залеганию угольного пласта (Integer, используется домен ArcGIS);

- процесс разработки (Integer, используется домен ArcGIS);

- стадия освоения (Integer, используется домен ArcGIS);

- тампонаж (Integer, используется домен ArcGIS);

- порядок вскрытия слоев (Integer, используется домен ArcGIS);

- материал крепи (Integer, используется домен ArcGIS);

- статус (Integer, используется домен ArcGIS).

б) Информация по скважинам расширяется следующими характеристиками (связанная таблица):

- название скважины^п^);

- ra^Integer, используется домен ArcGIS);

- отметка устья (number);

- забой скважины(number);

- отметка почвы пласта(number);

- описание^гі^);

- дата бурения(date);

- глубина(number).

в) Информация по скважине также должна включать в себя литотипы и их характеристики (связанная таблица):

- наименование литотипа^гі^);

- глубина от по керну (number);

- глубина до по керну (number);

- глубина от по геофизике (number);

- глубина до по геофизике (number);

- угол падения слоя (number).

г) Также, информация по скважине расширяется таблицей физико-механических свойств литотипов, а именно (связанная таблица):

- временное сопротивление сжатию (number);

- временное сопротивление растяжению (number);

- угол внутреннего трения (number);

- плотность (number);

- влажность (number);

- пористость (number);

- коэффициент крепости (number).

д) Геоинформационный слой мощности угольного пласта включает в себя информацию по распределению мощности в пространстве. В характеристиках должно быть указано также:

- название пласта (string);

- мощность пласта (number).

е) Геоинформационные слои по опасным явлениям в выработках предназначены для хранения пространственной информации таких явлений в выработках как оплывина, просадка, промоина, осыпь,оползень, пучение, завал и т.п.

Включают следующие характеристики:

- тип явления (Integer, используется домен ArcGIS);

- дата (date).

ж) Геоинформационный слой по литофациальным замещениям предназначен для хранения пространственной информации участков, где происходит выклинивание литотипов и их замещение соседними слоями. В качестве характеристики указывается тип выклинивания (Integer, используется домен ArcGIS).

з) Геоинформационный слой геологических слоев предназначен для хранения пространственных границ литотипов, являющихся признаками коллекторов свободного газа (песчанистые породы междупластья и глинистые породы междупластья). В качестве характеристики указывается название литотипа (string).

и) Геоинформационный слой участков трещиноватости предназначен для хранения границ участков оперяющей трещиновато-

сти разрывных нарушений. В качестве характеристики указывается тип (Integer, используется домен ArcGIS).

к) Геоинформационный слой складчатых геоструктурных форм и разрывных нарушений предназначен для хранения пространственной информации по локальным складчатым формам и включает в себя следующие характеристики:

- тип (Integer, используется домен ArcGIS);

- название (string);

- угол (number);

- амплитуда (number);

- ширина зоны (number).

л) Геоинформационный слой информации по вероятности нахождения локальных коллекторов десорбированного метана предназначен для хранения результатов анализа и отображает участки с повышенной опасностью пласта по метану. В качестве харакеристики указывается тип опасности по метану (ArcGIS Domain).

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------

Подчуфаров Иван Евгеньевич - аспирант,

Московский государственный горный университет,

Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru

Кубрин Сергей Сергевич - доктор технических наук, УРАН ИНКОН РАН,

e-mail: s_kubrin@mail.ru)

А