CC BY
91
ВТОРЫЕ ЕРШОВСКИЕ ЧТЕНИЯ ПО ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ГЕОЛОГИИ К 60-летию со дня рождения профессора В.В. Ершова
B.А. Ермолов, проф., д т.н., МГГУ
C.С. Серый, к.т.н.,
ГУП ВИОГЕМ
В.А. Дунаев, д-р г.-м. н. ГУП ВИОГЕМ В.М. Никулин, инж., ГУП ВИОГЕМ
КОМПЬЮТЕРИЗАЦИЯ ГЕОЛОГО-МАРКШЕЙДЕРСКИХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ
Одним из главных направлений научно-технического прогресса в горной промышленности является компьютеризация геолого-маркшейдерских работ. В зарубежных странах компьютерные системы (интегрированные пакеты) горно-геолого-маркшей-дерского профиля активно используются с 80-х годов. Наиболее известны системы Datamine (Великобритания), Techbase (США), Minemap, Minescape, Micromine и Vulcan (Австралия), GemCom (Канада). По принципу построения и функционально они близки между собой. В их состав входит ядро (набор программ для управления ключевыми функциями и обеспечения общего интерфейса пользователя) и следующие модули: Формирование баз данных (БД), Моделирование, Подсчет запасов, Маркшейдерия, Графика, Анализ данных, Г еостатистика, Оптимизация карьера по внешнему контуру, Проектирование карьера, Планирование горных работ (перспективное, текущее, оперативное), Оперативное управление рудопотоками. Кроме указанных в составе пакетов могут быть дополнительные, как правило, узкоспециализированные модули (Геомеханика, Проектирование буровзрывных работ и др.).
В России импортные компьютерные системы не получили сколько-нибудь широкого распространения. Основная причина этого - их высокая цена (десятки тысяч долларов США). Кроме того многие из них предназначены для работы с графическими станциями, цена которых сопоставима с указанной выше ценой программного обеспечения. Есть и другие
серьезные причины, сдерживающие внедрение этих систем на горнорудных предприятиях. Они как правило, нерусифицированы, слишком сложные, требуют высокого уровня компьютерной подготовки технических специалистов, не учитывают специфики отечественного горного производства. По указанным причинам предприятия, которые приобрели 3-5 лет назад импортные пакеты (Datamine - Якуталмаз и Костомукшский ГОК, Techbase - Михайловский ГОК), до сих пор их не освоили. В настоящее время на горных предприятиях России используют в основном общедоступные программы и недорогие программные пакеты (Surfer, Grafer, AutoCad и др.) для решения частных задач геолого-маркшейдерского обслуживания горных работ.
Отечественные разработки программного обеспечения и компьютерных технологий геологомаркшейдерского профиля в виде многофункциональных информационных систем, получивших практическое воплощение в горной области, единичны. В частности Гипроцвет (г. Москва) разработал и внедрил на медномолибденовом руднике Эрдэнэт (Монголия) компьютерную систему, включающую 3 блока (БД, Подсчет запасов, Подсчет объемов вынутой горной массы) [1]. Блок "Подсчет запасов" используется для решения задач планирования горных работ в интерактивном режиме. Фирма "Интегра" (г. Москва) разработала для Навоийско-го горно-металлургического комбината (золоторудное месторождение Мурунтау, Узбекистан) компьютерную систему, реали-
зующую следующие технологии -моделирование месторождения, подсчет запасов, построение сортовых планов, формирование годового календарного плана развития карьера [3]. Следует отметить, что упомянутые выше системы по набору функций существенно уступают зарубежным и не обладают достаточной универсальностью, так как создавались и развивались для конкретных предприятий, разрабатывающих довольно специфические месторождения.
Институтом ВИОГЕМ (лаборатория геологии и геоинформаци-онной технологии) совместно с МГГУ и фирмой "Зонд" с 1992 г. ведется разработа компьютерной горно-геолого-маркшейдерской системы для карьеров (ГЕОМИКС). Базовыми предприятиями являются АО "Ковдорский ГОК" и АО "Лебединский ГОК". Тем самым в методике компьютерного моделирования и в разработанных геоло-го-маркшейдерских технологиях учтены особенности как стратифицированных сложноскладчатых месторождений с простым вещественным составом руд (Лебединское, КМА), так и месторождений, представленных комплексными многокомпонентными рудами в виде залежей сложной морфологии и внутреннего строения, образованных при ведущей роли магматогенных и метасоматиче-ских процессов (Ковдорское, Мурманская область). Программное обеспечение создано по объектно-ориентированной технологии на основе визуальных компонентов Delphy (СотрШ dd) в операционной среде MS Windows 3.1, гарантирующей дружественный интерфейс пользователя и со-
вместимость программного обеспечения с любыми аппаратными средствами. Теоретическую основу машинного моделирования составил разработанный МГГУ комплекс математических методов моделирования геометрических объектов, а также базовых алгоритмов решения позиционных задач, построения плоских триангуляций и изолиний по различным триангуляционным сеткам [ 2 ]. Все компьютерные технологии реализованы с максимальным приближением к традиционным технологиям геолого-маркшей-дерского обеспечения горных работ на карьерах с учетом требований действующих инструкций и других нормативных документов.
Система представляет собой совокупность функциональных модулей, каждый из которых включает ядро, одинаковое для всех модулей, и набор специальных программ, создающих интерфейс ядра с пользователем и осуществляющих реализацию алгоритмов для решения конкретных задач. Ядро системы представляет собой информационный программный комплекс, состоящий из многофункциональной программы управления данными (NetBase Project), редактора растровых картинок (Elastic) и картографического редактора (MapProj). Основой NetBase Project является СУБД NetBase, которая поддерживает любые модели данных (реляционную, сетевую, иерархическую) и обладает стандартным набором функций по вводу и редактированию данных. Кроме числовых и строчных полей и полей типа дата, NetBase располагает широким набором мемо-полей для хранения текстов (.rtf), картинок (.bmp, .wmf), аудиозаписей (.wav) и видеороликов (.avi). В СУБД встроена стандартная электронная таблица, снабженная дополнительными функциями для непосредственной работы с базами данных. Она используется также для создания форм ввода данных и вывода их на печать. Кроме СУБД со встроенной электронной таблицей, NetBase Project включает несколько программных модулей, существенно расширяющих его функции: модуль
схемы данных - для визуальной оценки структуры БД и системы связи между отдельными файлами данных, модуль запросов - для получения подмножеств данных, удовлетворяющих определенным условиям, модуль статистики - для анализа данных, модуль построения диаграмм - для наглядного представления результатов этого анализа. В NetBase Project реализован специальный язык программирования, позволяющий легко манипулировать данными из файлов БД и электронных таблиц.
Редактор растровых картинок (Elastic) предназначен для подготовки отсканированной графики к векторизации. Он восстанавливает пропорции оригинала, удаляет искажения, "склеивает" отдельные фрагменты в целостный файл основы. Разработанный для этого файла формат хранения растровых изображений позволяет эффективно использовать дисковое пространство и оперативную память, обеспечивает высокую скорость прорисовки и масштабирования графики. Максимальный размер файла основы соответствует исходному графическому документу размером 10х10 м, отсканированному при разрешении 200 dpi.
Картографический редактор (MapProj) предназначен для создания, хранения, послойного (в информационном смысле) представления и редактирования горно-геолого-маркшейдерской графики, выдачи ее на печать в реальных масштабах и системе координат. В основу его работы положены следующие принципы: трехмерность графики, возможность быстрой ее актуализации и связь графических объектов с БД их свойств. В редакторе реализована полуавтоматическая векторизация по растровой подложке, что существенно сокращает сроки подготовки графики. Кроме того, редактор снабжен обширным набором условных знаков (цветовых, штриховых и краповых). Это обеспечивает соответствие созданной графики стандартам, принятым в топографии, геологии и маркшейдерии. Предусмотрена так-
же возможность экспорта графики в Windows Metafile (.wmt), в том числе и в Clipboard.
В существующей на сегодня конфигурации система состоит из 4 функциональных модулей: геологоразведочного, маркшейдерского, геолого-эксплуатационного и геоме-ханического. Число их в дальнейшем планируется расширить. Геологоразведочный модуль формирует базы данных по скважинам, результатам их опробования и графическим материалам, утвержденным ГКЗ, создает модели месторождения, рудных залежей и сортовых обособлений, строит планы и разрезы в изоконцентратах химических компонентов полезного ископаемого, оценивает их пространственную изменчивость, осуществляет подсчет запасов методом вертикальных разрезов и по эксплуатационным слоям как в целом по месторождению, так и отдельным его частям. Основная задача этого модуля - подготовка материалов к годовой производственной программе и среднедолгосрочному планированию горных работ в интерактивном режиме. Следует подчеркнуть важность такого программного инструмента для горных предприятий в современных рыночных условиях, когда пользователям недр дано право изменять кондиции с соответствующим обоснованием и представлением в ГКЗ (ТКЗ) материалов подсчета запасов в контурах планируемой отработки.
Геолого-эксплуатационный и маркшейдерский модули решают задачи текущего геолого-марк-шейдерского обеспечения горных работ. Поскольку шагом открытой отработки является буровзрывной блок, то указанное обеспечение по существу сводится к планированию и производству буровзрывных работ, выемки полезного ископаемого в блоке, подсчету и учету движения запасов в его границах, пополнению по результатам отработки блока планов (слоевых качественных и по-горизонтных - маркшейдерских и буровзрывных), составлению на их основе сводного плана горных работ (на конец месяца, квартала, года). Весь этот процесс можно предста-
27
Рис. Схема последовательности процедур и движения информации в процессе текущего геолого-маркшейдерского обслуживания горных работ на карьерах
1 - компьютерные технологии; 2 - полевые работы; функциональные программные модули: 3 - геолого-эксплуатационный; 4 - маркшейдерский
вить определенной последовательностью процедур двух типов (рисунок).
Первый из них объединяет различного рода полевые работы, обеспечивающие сбор информации, а второй - процедуры, связанные с хранением, движением и обработкой информации. Процедуры второго типа, реализованные специалистом с использованием ПЭВМ, периферийных устройств и соответствующих программных модулей, и являются компьютерными технологиями.
Геомеханический модуль предназначен для формирования числовых (значения физико-механических свойств горных пород, элементов залегания трещин и т.п.) и картографических (инженерно-геологические планы, разрезы, схемы районирования месторождения) баз данных, создания моделей горного
массива (сплошной кусочнооднородной и дискретной среды) и выполнения геомеханических расчетов на основе этих моделей. Модель сплошной среды, реализованная методом конечных элементов, служит для оценки напряженно-деформированного состояния прибортовой зоны карьера и расчета предельных углов наклона его бортов. Модель дискретной среды формируется из базы данных трещинной съемки карьера. Она позволяет получить интегральную картину устойчивости уступов по всему периметру карьера в виде изолиний значений коэффициента запаса устойчивости (при заданной высоте уступа) на сводном маркшейдерском плане карьера.
Все функциональные модули разработаны под наиболее популярные операционные среды Windows 95/Windows NT. Требования к аппаратному обеспечению:
ПЭВМ типа IBM AT 386/486/Pentium с минимумом оперативной памяти 12 Mb (с Windows 3.1) или 16 Mb (с WindowsNT). Для установки программного обеспечения на жестком диске необходимо не менее 5 Mb свободного пространства.
Компьютерная система ГЕОМИКС является по существу единственной отечественной разработкой, внедренной на крупных горных предприятиях России и сопоставимой по функциональным возможностям с зарубежными аналогами (без учета имеющихся в них модулей, прямо не связанных с геологомаркшейдерским обеспечением горных работ - оптимизация карьера по внешнему контуру, проектирование карьера и т.п.). Вместе с тем, если по охвату автоматизацией текущих геолого-маркшейдерских работ на карьерах наша система выглядит даже предпочтительней зарубежных, то модуль, реализующий функцию планирования (текущего и перспективного) горных работ на основе экономических показателей, находится пока в стадии разработки. Опыт внедрения компьютерных технологий на Ковдорском и Лебединском ГОКах свидетельствует о том, что наиболее эффективно поэтапное их освоение (формирование баз данных ^ моделирование ^ текущее геолого-маркшейдерское обслуживание ^ планирование горных работ) при постоянном контакте специалистов горного предприятия с разработчиками.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Давидкович А.С., Зеленский А.С., Чурин Н.А., Бямбадорж Н. Гео-лого-маркшейдерское обеспечение АСУ карьером. - "Горный журнал", 1998, №2, с.72-74.
2. Ершов В.В., Дремуха А.С., Трость Б.М. и др. Автоматизация гео-лого-маркшейдерских графических работ. - М.: Недра, 1991.
3. Маслов Ю.М., Каменков П.Д., Кочегаров Ю.В., Данейкин В.Г. Этапы создания интегрированной автоматизированной системы управления НГМК. - "Горный журнал", 1998, №8, с. 68-70.
© В.А. Ермолов, В.А. Дунаев, С.С. Серый, В.М. Никулин
