Концепция формирования карьерного пространства с использованием информационной технологии

В.М. Аленичев, В.И. Суханов

КОНЦЕПЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАРЬЕРНОГО ПРОСТРАНСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Семинар № 10

^рассматриваемая концепция инфор-

-I мационной технологии проектирования и планирования открытых горных работ базируется на геотехногенной структуре как совокупности геологических объектов и пространственно связанных с ними техногенных образований, образующих единую систему согласованно изменяющихся элементов во времени, представляемых совокупностью слоев, характеризующихся определенным тематическим содержанием и поэтапном формировании карьерного пространства.

Сущность поэтапного формирования состоит в увеличении пространственных параметров карьера путем последовательного включения в его границы прирезаемых участков (объемов). В общем случае этап горных работ (очередь) характеризуется высотой, размерами в плане, отметкой нижнего и верхнего горизонтов, числом уступов и различного рода площадок, высотой уступов и углами их откосов, количеством горной массы, пустых пород и полезного ископаемого, технологическими коэффициентами.

При построении контура «микроэтапа», включаемого в конкретный временной интервал планирования, учитываются границы ранее построенных «микроэтапов». Это позволяет при планировании реализовать принцип аддитивности - объединение на горизонте контуров прирезок отдельных «микроэтапов» в этап, соответствующий интервалу планирования во времени, в том числе полученных на предыдущих промежутках планирования (месяц, квартал, год). При этом достаточно обеспечить в границах планового положения горных работ на планируемый период

визуальное различие между контурами, отражающими планируемое состояние горных работ по отдельным календарным промежуткам, из которых складывается период планирования. При построении таблицы горно-геометри-ческого анализа (ТГГА) положение нижней бровки прирезок по уступам на конец планируемого периода (пятилетка, год, квартал, месяц, неделя) определяется объединением всех прирезок для календарных периодов, целиком лежащих в заданном пользователем периоде планирования.

Для программной реализации этих требований с каждым контуром «микроэтапа» связывается информация о технологических параметрах этапа в целом. В силу сказанного, для сохранения целостной картины не рекомендуется изменять период планирования при построении прирезок на вышележащих горизонтах этапа. В процессе проведения расчетов возможна корректировка технологических параметров по еще не спланированным горизонтам этапа. Изменению параметров для спланированного горизонта должен предшествовать откат геометрических построений на нижележащий смежный горизонт, прогнозируемое состояние горных работ на котором удовлетворяет пользователя.

Пространственное формирование «микроэтапа» в компьютерной технологии проводится относительно заданных параметров (местоположения и протяженности) нижней бровки нижнего уступа, относительно которого планируется развитие горных работ, с учетом подвигания фронта, размеров различного рода площадок, углов откоса уступов и минимально

допустимых радиусов искривления фронта работ по горизонтам отработки.

В принятой концепции моделирования развития горных работ на карьерах введены термины «исходный фронт прирезки» и «планируемой фронт прирезки». Под термином «исходный фронт прирезки» понимается часть нижней бровки фактического уступа, относительно которой планируется развитие горных работ в этапе. Под термином «планируемой фронт прирезки» понимается положение нижней бровки, соответствующее планируемому положению уступа.

Ширина «прирезки» зависит от величины подвигания нижнего уступа в этапе и задается пользователем. При выборе местоположения «прирезки» пользователь учитывает горно-геологичес-кие и технологические условия разработки, пространственное размещение и качественные свойства полезного ископаемого по уступам в зоне планируемого этапа развития горных работ. Технологические параметры по этапу разработки задаются в диалоговом окне «Технологические параметры этапа» (рис.

Технологические данные включают

1) отметки горизонтов по карьеру;

2) углы откоса уступов;

3) ширину площадок (рабочих, транспортных, предохранительных берм и т. д.) на кровле уступов (для нижнего уступа в этапе указывается величина его подви-гания;

4) допустимый радиус искривления фронта работ по горизонтам этапа;

5) средняя плотность горной массы по уступам;

6) допустимое абсолютное отклонение отметок между планируемой площадкой и проектной отметкой горизонта.

Окно имеет области, в которых задаются название этапа планирования (перспективный, годовой, квартальный, месячный и т.д.), его календарный промежуток (интервал) с указанием даты начала и окончания (гггг.мм.дд), порядковый номер варианта развития горных работ в календарном промежутке планирования, цвет линий, исполь-

Рис 1. Технологические параметры этапа

зуемых при графическом построении прирезок по горизонтам этапа. В диалоговом окне задается возможность ручной корректировки контуров прирезок, их кривизны и отметок в вершинах ломаных, аппроксимирующих нижние и верхние бровки планируемых уступов.

Контуры прирезки на нижнем горизонте этапа в описываемом пакете строятся несколькими способами: автоматически по заданному сектору, включающему «исходный фронт прирезки»; по заданному пользователем «исходному фронту прирезки» в виде линии, совпадающей с фактической нижней бровкой уступа; вручную. Построение «сектора» на подошве нижнего уступа этапа позволяет простыми манипуляциями пользователя точно задать желаемое положение исходного фронта прирезки. Сектор охватывает исходный фронт прирезки (часть фактической нижней бровки уступа, относительно которой планируется развитие горных работ). Контур прирезки по подошве нижнего уступа в этапе формируется по исходному фронту прирезки в результате последовательного выполнения следующих операций:

а) построение эквидистанты относительно фактической нижней бровки на расстоянии планируемого шага подвигания фронта работ;

б) формирование замкнутого контура «теоретической» прирезки;

в) корректировка «теоретической» прирезки с учетом охранных зон, предельных контуров и рельефа - исключение из «теоретической» прирезки зон, оконтуренных изолиниями, отметки которых соответствуют проектной отметке данного горизонта. Возможно полное попадание (включение) некоторых из этих зон во внутренность идеальной прирезки. При этом корректируется

Рис. 2. Фрагмент формирования этапа из «микроэтапов»: 2, 4 и 1, 3 (6, 8 и 5, 6) - соответственно нижние верхние бровки уступов «микроэтапа» 1 («микроэтапа» 2); 9, 12 и 10, 11 - соответственно нижние верхние бровки уступов фактических уступов

только передний фронт прирезки.

г) корректировка контура «теоретической» прирезки с учетом заданного радиуса искривления фронта горных работ.

В результате этих корректировок под-вигание горных работ по подошве уступа может быть представлено несколькими изолированными прирезками. Пользователь вправе вручную объединить или исключить некоторые изолированные прирезки, оставив только те, относительно которых строятся верхние бровки уступа (рис. 2).

На вышележащих горизонтах аналогично тоже возможно появление нескольких изолированных прирезок, обусловленное ранее указанными причинами и дополнительными условиями: фактиче-

ским положением нижних бровок уступов и необходимостью создания площадок заданной ширины (Технологические параметры этапа). При развитии горных работ прирезки нового этапа должна усекаться по границам ранее построенных прирезок для других этапов. При многократном пересечении контура планируемой теоретической прирезки с контуром фактической нижней бровкой и проектными изолиниями горизонта также образуется несколько изолированных участков прирезки.

Построение замкнутого контура «прирезки» по подошве нижнего уступа в этапе производится на ее проектной отметке. Высотные отметки вершин замкнутой ломаной линии, аппроксимирующей контур прирезки, имеют значение равное проектной отметке соответствующего горизонта во всех точках переднего и заднего фронта. В плане

задний фронт прирезки совпадает с существующим положением нижней бровки уступа при любых отклонениях по высоте, включая участки съездов. При построении переднего фронта прирезки учитывать проектные и фактические отметки. Для этого в каждой точке контура определятся фактическая высота уступа

ДА = Н ф Нниж.бровки

При этом возможны два случая:

1) ДА < 0 - корректировка положения нижней бровки производится с использованием изолиний поверхности. Из области прирезки вычитается область, ограниченная замкнутой (возможно по границе листа (чертежа)) горизонталью (изолинией). Если горизонталь лежит полностью внутри области прирезки, то она игнорируется.

2) ДА > 0 - положение прирезки в этой точке совпадает с точкой идеальной прирезки.

За качество нанесения необходимых для планирования горизонталей и отметок несет ответственность лицо, сопровождающее геоинформационное обеспечение карьера. Прирезка может быть откорректирована пользователем вручную по своему усмотрению или удалена.

Операция построения верхней бровки по указанной пользователем нижней бровке прирезки производится следующим образом. Если указанная пользователем нижняя бровка прирезки пересекается с прирезками, расположенными на том же горизонте для ранее спланированных этапов, то пересекающиеся области прирезки удаляются.

Построение положения верхней бровки уступов производится относительно его нижней бровки. Перепад высот в точке на нижней бровке

ДА = Н ф Нниж.бровки

зависит от разности между фактической отметкой и отметкой в точке, относительно которой определяется точка верхней бровки. Точки выбираются друг от друга на расстоянии не большем, чем указанно в настройке пакета.

При анализе высот возможны три случая:

а) ДА < 0 - верхняя бровка совпадает с нижней. Выдать сообщение о возможных ошибкам в модели (в контурах или отметках);

б) 0 < ДА < Нпр + Д - точка на верхней

бровке строится относительно точки нижней бровки, где Д - отклонение фак-тической высоты уступа от проектной, задаваемое в настройках пакета. Точка должна лежать на биссектрисе угла;

в) ДА > Нпр + Д - принимается проектная высота уступа.

Построенная проектная верхняя бровка корректируется по границе существующей замкнутой верхней бровки (если она есть в модели).

Если существующая верхняя бровка не замкнута, то выдается сообщение «Замкни бровку». После замыкания бровки пользователь должен возобновить расчеты обращением к команде «Подвинь» и последующим указанием контура нижней прирезки на горизонте, относительно которого не была сформирована верхняя бровка уступа. В некоторых случаях он должен вручную провести откат начатой ранее операции. Если в результате корректировки по границе существующей замкнутой верхней бровки образуется несколько фрагментов верхней бровки, то оставить их в модели без изменений.

Контуры нижней и верхней бровок прирезки обрезается по предельным контурам карьера на соответствующих горизонтах (в случае выхода их за границы карьера). Предельные контуры (полилиния) должен быть замкнутыми. Контур верхней бровки уступа не должен пересекать контуры временных охранных зон под стационарные сооружения (объекты) внутри карьера. Границы охранных зон по подошве и кровле уступа задаются пользователем в виде замкнутых полилиний.

Результирующий контур может быть скорректирован пользователем. Средства корректировки - стандартные команды АиоСАБ.

Контур «прирезки» по подошве вышележащего формируется относительно верхней бровки нижележащего уступа следующим путем:

а) построения нижней бровки вышележащего уступа относительно копии спрямленной верхней бровки нижележащего уступа на расстоянии ширины площадки;

б) корректировки нижней бровки вышележащего уступа с учетом горизонталей поверхности, охранных зон (предельный или временный контур карьера) и существующей нижней бровки вышележащего уступа.

Контуры возможных фрагментов прирезок по подошве вышележащего уступа могут быть скорректированы пользователем (в том числе удалены или добавлены новые). Контур прирезки по подошве не должен иметь форму кольца! В этом случае его необходимо откорректировать и привести, например, к форме подковы или разбить на фрагменты. При этом вся ответственность за качество линий (точность задания координат, в частности совпадение с существующей бровкой, расстояние между вершинами) лежит на пользователе.

Результаты последовательного и окончательного формирования карьерного пространства отражаются в графическом виде на экране дисплея и в таблицах горногеометрического анализа, включающих количество горной массы, пустых пород и полезного ископаемого, в том числе по сортам (типам), по горизонтам отработки. Для конкретных предприятий структура таблицы

корректируется с учетом качественных и технологических характеристикой полезного ископаемого, а также вида готовой продукции, получаемой из добываемого сырья.

Результаты последовательного и окончательного формирования карьерного пространства отражаются в графическом виде на экране дисплея и в таблицах горногеометрического анализа, включающих количество горной массы, пустых пород и полезного ископаемого, в том числе по сортам (типам), по горизонтам отработки. Для конкретных предприятий структура таблицы корректируется с учетом качественных и технологических характеристикой полезного ископаемого, а также вида готовой продукции, получаемой из добываемого сырья.

В информационной технологии проектирования и планирования открытых горных работ корректность использования процедур при геометрическом построении горнотехнологических объектов и моделировании динамики формирования карьерного пространства определяется адекватностью используемых алгоритмов и достоверность определения объемов горной массы, пустых пород и полезного ископаемого, в том числе качественных характеристик последнего по горизонтам отработки. Полученный в результате машинных построений и перенесенный на бумажные носители графический материал является основной горнотехнологической документации горного предприятия.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------

Аленичев В.М. - профессор, доктор технических наук, главный научный сотрудник, Суханов В.И. - доктор технических наук, старший научный сотрудник,

Институт горного дела УрО РАН.

© А. А. Ботвинник, А.Н. Дворникова, 2005

УДК 622.014.2:658.513.011.56:681.3

А.А. Ботвинник, А.Н. Дворникова

МЕТОДИКА СТРУКТУРИРОВАНИЯ ЗАПАСОВ