Геоинформационное обеспечение горного производства

© В.М. Аленичев, В.И. Суханов, 2002

YAK е165.012.45

В.М. Аленичев, В.И. Суханов

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГОРНОГО ПРОИЗВОЛСТВА

Исходя из специфики горнодобывающей отрасли, заключающейся в том, что предметом труда является определенный объем горного пространства, а средствами труда - компоненты технологической цепи, информационная система горного предприятия включает следующие модели: месторождения, топографии поверхности, ситуационного плана, карьера и горных выработок, топологии транспортных коммуникаций, системы разработки и ее элементов, зон деформации и сдвижения горного массива. При разработке инженерных решений на стадии проектирования и планирования горного производства необходима технологическая информация, регламентированная государственными и отраслевыми стандартами и документами, определяющими нормы и правила ведения как горных работ, так и соответствующей проектной, эксплуатационной документации и форм отчетности. Для оценки эффективности принимаемых решений на стадии проектирования и в дальнейшем при эксплуатации месторождения дополнительно привлекаются экономические, экологические и социальные показатели. Информационное обеспечение горнодобывающего предприятия, включающее геологические сведения о месторождении и технологические параметры способа и системы разработки, представляет собой горногеологическую информационную систему (ГГИС). В задачах математического моделирования и оптимизации решаемых в системах автоматизированного проектирования и конструирования различных природнотехнологических и сложных технических объектов, таких, как горные предприятия, строительные сооружения (газопроводы и прочие транспортные коммуникации, водохранилища и т.п.), погрузочно-транспортные комплексы и др., рассматриваются не только геометрические параметры объектов (линейные размеры, площади, объемы), но также и их качественные характеристики. Кроме того, многие объекты изменяются во времени и пространстве.

Согласно аксиоме непрерывности («координатной» аксиоме) Кантора-Дедекинда п-мерное пространство характеризуется взаимно однозначным соответствием между действительными числами и точками прямой, обеспечивая совместимость свойств действительных чисел с постулатами, определяющими евклидову и другие геометрии. Поэтому с позиций формальной информатики объекты геотехногенной структуры можно представить бесконечным множеством точек со своими координатами и комплексом качественных и количественных параметров, адекватно соответствующих структуре, свойствам, состоянию и истории развития этого пространства и его отдельных составляющих фрагментов. Данное представление является исчерпывающим с точки зрения информационного

обеспечения, но абсолютно неприемлемым в смысле ограниченности имеющихся в настоящее время вычислительных ресурсов. В связи с этим целесообразно использовать некоторые элементарные множества точек, характеризуемые как примитивы, над которыми допустимы формальные преобразования с помощью вычислительных процедур. Примитивами на низшем уровне описания объектов пространства являются точка, линия (отрезок, кривая п-го порядка) и полигон (контур, образующий замкнутую область). Такими образом любой фрагмент геоструктуры может быть представлен множеством геометрических примитивов и их агрегатов, каждому из которых приписывается набор параметров (семантических, геологических, технологических, физико-механичес-ких и др.). Любому множеству объектов приписывается совокупность параметров, однородных по смыслу и содержанию. Сформированная единица информационного пакета представляется в виде информационного слоя, отображающего рассматриваемое тематическое пространство (рельеф поверхности горного отвода, вертикальный или горизонтальный геологический разрез, погоризонтный качественный план, включающий фактические, промежуточные и предельные контура карьера на горизонте и т.п.). Совокупность тематически ориентированных слоев представляет геоинформационный пакет моделируемого объекта.

Принятие оптимальных вариантов от стадии пред-проектных решений до регулирования производства с учетом обеспечения жизнедеятельности и социальной направленности принимаемых решений, повышения сложности и размеров горных предприятий базируется на большом объеме данных, организация которых должна учитывать современное состояние информационных технологий. Отечественная и зарубежная практика разработки информационных технологий выработала подходы и терминологию для ряда смежных областей (картография, океанография, метеорология, общая геология, горное дело и другие).

Выбор метода моделирования проводится с позиций рационального использования возможностей компьютеров для обработки горно-геологической и технологической информации и совместимости различных математических моделей (рельефа местности, геологии и гидрогеологии, горных разработок, систем транспортных коммуникаций и т.п.).

При графическом моделировании месторождений формы залежей и геологических блоков, распределение признаков качества, сорта или типы полезного ископаемого, категорией разведанности описываются замкнутыми криволинейными контурами. Характерные точки представляются в виде дискретного, обычно нерегулярного поля точек, каждая из которых является результатом геологической разведки или опробования и несет информацию о признаках качества в точке.

При математическом моделировании рабочей зоны карьера описание ее на планах производится криволи-

нейными контурами, аппроксимированными пространственными полилиниями. При моделировании транспортных коммуникаций трасса в трехмерном пространстве представляется в виде прямых или криволинейных отрезков, точкам пересечения которых приписываются качественные признаки: уклон, кривизна, конструкция, назначение.

Существенное значение при эксплуатации горных предприятий имеет поддержание модели в актуальном состоянии. Для этого необходима подсистема корректировки модели карьера по данным тахеометрической съемки. Подсистема предназначена для автоматизированного внесения изменений в положения нижних и верхних бровок уступов по навалу и в целике при производстве соответственно очистных и буровзрывных работ по данным съемки. Новое положение уступов используется для расчета месячных объемов отгрузки и остатков взорванной горной массы, а последних - на конец любого периода планирования, к которым приурочены проведения маркшейдерских съемок.

Для работы алгоритма необходимо в модель карьера занести координаты опорных пунктов с их условными обозначениями и номерами (именами) для идентификации с использованием диалогового окне, в котором задается высота оси инструмента, с последующим расчетом координат станции методом обратной засечки. Задание параметров наблюдения опорных пунктов с точки стояния производится средствами следующего диалогового окна.

Таким образом для сопровождения модели карьера разработаны средства переноса результатов тахеометрической съемки, зафиксированных в файлах измерений, на погоризонтные планы.

Для расчета объема тела, ограниченного контурами по кровле и подошве, необходимо знание соответствующих отметок вдоль этих контуров и внутри них. Для этого пользователь должен предварительно проставить верхние (по кровле) и нижние (по подошве) от-

метки в области, где предполагается вычисление объемов. При вводе отметок указывается их вид (дневная поверхность, кровля или подошва уступа), координаты на плане и высота. Дифференциация отметок необходима для надежного ориентирования программ при их использовании. Визуально отметки дневной поверхности окрашиваются в зеленый, кровли в белый, подошвы в красный цвет. Расчет объема производится после оконтуривания кровли и подошвы анализируемой прирезки. Оконтуривание производится в диалоге указанием на плане фрагментов или последовательности точек, заканчивающейся замыканием контура. Для визуального контроля правильности задания контуров они прорисовываются вспомогательными линиями. Вспомогательные линии исчезают после регенерации содержимого экрана.

При задании очередного фрагмента или последовательности точек необходимо следить за тем, чтобы они имели ходя бы одну точку пересечения с ранее построенным участком прирезки. Построенные прирезки окрашиваются в красный цвет для кровли и в желтый -для подошвы. Для расчета средних высот строится триангуляция Делоне на основе отметок и координат Ъ на контурах прирезки. Средняя высота вычисляется как отношение объема призмы (ограниченной сверху топографической поверхностью натянутой на отметки и контур прирезки, а снизу - проекцией прирезки на плоскость ХУ) к площади проекции прирезки.

Вычисление объема горной массы целика, развала, отгруженной и остатка взорванной горной массы производится по формуле:

V = 1/3 • (Бк + Бр +^ЩбР ) • Ис,

где Бк — площадь кровли прирезки; Бр — площадь подошвы прирезки; Нс - средняя высота, вычисляемая как разность средних отметок кровли и подошвы прирезки. Результат расчета объема выдается в раскрывающееся окно. При оценке объемов в навале, развале и в остатке (остатках) взорванной горной массы и приведения их к объемам в целике необходимо скорректировать их на величину коэффициента разрыхления (кр): V = V0 / кр

Программные средства в связи с этим должны обеспечивать решение следующих задач:

• создание геоинформационного обеспечения с последующей его корректировкой;

• корректировку геологических, технологических и других банков данных;

• формирование вариантов рабочей зоны карьера с учетом существующей транспортной системы;

• прогнозирование развития горных работ;

• моделирование технологических процессов на карьерах;

• определение объемов вскрыши и добычи для получения готовой продукции требуемого объема и качества;

• оперативное составление планов горных работ;

• оформление планов горных работ и таблиц распределения объемов по горизонтам в виде твердых копий.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Аленичев Виктор Михайлович— профессор, доктор технических наук, Институт горного дела УрО РАН. Суханов Владимир Иванович — доцент, кандидат технических наук,, Институт горного дела УрО РАН.