CC BY
33
СЕМИНАР 1
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98
А.А. Козырев, А.И. Калашник, ГоИ КНЦ РАН
О ПРИМЕНЕНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ □ЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАПАЧ ГЕОМЕХАНИКИ ПРИ ОСВОЕНИИ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
Развиты научные основы информационного геомеханиче-ского обеспечения освоения минерально-сырьевых ресурсов Кольского полуострова на основе применения информационных технологий и компьютерного моделирования геомеханических процессов на различных стадиях освоения месторождений, а также соответствующего обеспечения надежности, достоверности и информационной полноты геомеха-нической информации при обосновании технологических решений.
Общая концепция развития информационного геомеханиче-ского обеспечения разработки месторождений минерального сырья основана на предпосылках постоянного углубления горных работ, изменении интенсивности добычи при быстрой вариации объемов в соответствии с конъюнктурой рынка, увеличении наукоемкости горного производства и повышении требований к информационному обеспечению управления горным давлением. Широкое использование компьютеров и вычислительной техники должно привести к ситуации, когда возможно будет оперативно иметь необходимую информацию, осуществлять прогнозные расчеты, посредством телеметрических средств вести мониторинг и на этой основе знать где, когда и какие горные работы приведут к тем или иным изменениям в геодина-мическом состоянии породного массива, как это состояние будет изменяться в дальнейшем, и какие необходимы превентивные меры и технические мероприятия.
Информация о свойствах и состоянии пород и руд, геомехани-ческих условиях ведения горных работ на различных рудниках,
пластах, горизонтах, участках, технологических стадиях и процессах представляет интерес для специалистов различных служб рудников и, в целом, комбинатов. Как известно, главным условием эффективной и безопасной разработки месторождений полезных ископаемых является правильное понимание характера геомехани-ческих условий и тенденций их изменений в процессе ведения горных работ. Для этого необходимо, прежде всего, знание свойств и состояния горных пород и руд, слагающих месторождение, и особенностей структуры массива. На многих месторождениях в связи с увеличением глубины работ и повсеместным усложнением горнотехнических условий добычи постоянно существует необходимость в такой информации. Установлено, что при сооружении шахтных стволов, рудоспусков, тоннелей, проектировании и создании конструкций систем разработки месторождений полезных ископаемых своевременное получение достоверной и детализированной информации о состоянии массивов горных пород позволяет в общем случае в 2-3 раза повысить прочность и долговечность подземных конструкций и выработок, повысить безопасность горных работ и получить существенный экономический эффект /1/.
Получение, сбор, первичная обработка, анализ исходных гео-механических данных, необходимых для решения текущих задач и перспективного планирования горных работ, требуют больших временных и рабочих затрат, поэтому применение автоматизированных информационных систем быстро дает ощутимый эффект, в особенности при многовариантных прогнозных оценках. Инфор-
мационное геомеханическое обеспечение при этом может быть основано на специализированных автоматизированных системах, как правило, являющихся подсистемами автоматизированных информационных систем горных предприятий, базами горногеологических и геомеханических данных и знаний.
Использование современных информационных технологий в горном деле, в том числе в геомеханике, является, с одной стороны, необходимым условием успешного развития горной науки и практики, с другой - достаточно новой областью знаний. Вопросы применения информационных технологий для решения различных задач геомеханики развиваются МГГУ /2/, ИПКОН РАН /3/, ВНИМИ /4/, УГГГА /5/, СПбГГУ и др. В Горном институте КНЦ РАН развиваются научные основы информационного геомеханиче-ского обеспечения освоения минерально-сырьевых ресурсов Кольского полуострова (включая рельеф Баренцевого моря) на основе применения информационных технологий и компьютерного моделирования геомеханических процессов на различных стадиях освоения месторождений. В рамках данной работы сформулированы подходы к управлению и использованию геомеханической
информации на основе автоматизированной информационно-
функциональной системы. В этой связи авторам представляется целесообразным привести основные положения по применению информационных технологий для решения задач геомеханики.
Под геомеханической информацией чаще всего подразумевают совокупность данных, фактов, знаний о породном массиве, ха-
рактеризующих организацию, структуру, состояние и поведение его в целом или отдельных его элементов (струк-турных блоков) под воздействием природных и техногенных факторов. Геомеха-ническая информация, имеющаяся до проведения эксперимента, называется априорной, полученная после эксперимента - апостериорной. Она должна иметь количественные и качественные показатели и быть достоверной. Геоме-ханическая информация имеет как статистический, так и детерминированный характер.
Следует при этом отметить, что в информационном геомеха-ническом обеспечении используются также следующие виды информации:
- первичная информация, отражающая состояние массива горных пород и горнотехнические параметры;
- вторичная информация — о деформировании и развитии гео-механических процессов;
- экспертная информация, которая вносится (принимается) в диалоговом режиме.
Основные принципы, используемые при разработке информационного геомеханического обеспечения:
- информационная совмести-
мость, исключающая в том числе дублирование значительной части горно-геологической информа-
ции;
- единое информационное поле для циклически непрерывно продолжающегося процесса технологического проектирования;
- постоянное обновление информации об объекте и необходимости адаптации его в пространстве изменяющихся параметров как природных, так и технологических.
При использовании геомеха-нической информации важнейшими выступают аспекты: синтаксический (способ представления геомеханической информации), семантический (смыс-ловое содержание - специальные знания о геомеханических процессах и условиях) и прагматический (дос-
тижение представленных целей по управлению горным давлением). Для целей автоматизации все преобразования геомеханической информации можно свести к пяти основным процедурам: ввод, вывод, хранение, поиск, обработка. Последние три процедуры являются внутренними, а первая и вторая обеспечивают связь с источниками информации и внешней средой (потребителями информации).
Системы, построенные на
принципах современных информационных технологий, можно разделить на три основных класса /6/: интеллектуальные диалоговые (вопросно-ответ-ные); расчетнологические или системы поддержки принятия решений; экспертные системы. Необходимо отметить, что в настоящее время построение систем всех перечисленных классов представляет весьма сложный и трудоемкий процесс, реализация которого затруднена недостаточной проработкой ряда вопросов представления и хранения знаний, создания лингвистических процессоров и средств логического вывода. Поэтому на первых этапах создания экспертных систем и систем поддержки принятия решений (особенно для решений различных задач проектирования, управления горным давлением и т.п.) рациональнее ориентироваться на создание систем информационной поддержки (СИП). В этом случае под СИП мы понимаем информационную систему, обеспечивающую эффективную организацию и предоставление пользователям необходимой для принятия решений геомеханической информации.
Разработка автоматизированной информационной системы для решения геомеханических задач реализуется нами в две стадии: концептуальное проектирование и непосредственно реализация.
Стадия концептуального проектирования включает анализ и структурирование информационного пространства решаемых гео-механических задач; выявление, анализ и спецификацию пользовательских требований к информа-
ционной системе; концептуальное проектирование информационных геомеханических моделей, формирование локальных информационных структур (для типа решаемой геомеханической задачи); интеграцию локальных информационных структур; концептуальное проектирование алгоритмов функциональной обработки гео-механической информации (реализации запросов к информационной базе) и ее использования (расчет конструктивных элементов и т.п.); анализ и обеспечение совместимости проектируемой информационной геомеханической системы интегрированной информационной системой горно-обогатительного
предприятия.
Целью концептуального проектирования являлось создание автоматизированной интегрированной информационно-
функциональной системы (АИ-ИФС) «Геомеханика», содержащей банки горно-гео-логических и геомеханических данных, базы знаний, универсальный набор алгоритмов, вычислительных программ, программного экспертного обеспечения и рассчитанной на тех, кто использует аналогичные системы для предпроектной оценки и в проектах разработки месторождений. При этом важным является обеспечение беспрепятственного обмена данными и возможности перехода с одной решаемой задачи на другую без каких-либо дополнительных усилий и средств.
Основные позиции, учитываемые при концептуальном проектировании АИИФС «Гео-
механика»: геологические, геофизические, картографические данные, данные аэро- и сейсморазведки, параметры свойств и состояния породных массивов, способы и системы разработки месторождений, параметры горных конструкций и подземных сооружений, технологических процессов, способы и средства управления горным давлением, прогноза и предотвращения горных ударов и техногенных землетрясений, параметра геодинамического режима, геомониторинг и системы
для принятия прогнозных, технических, превентивных и других решений. Имеет программное обеспечение, позволяющее пользователю работать и принимать соответствующие решения в диалоговом режиме. Работает в экспертном режиме.
Стадия реализации включает создание локальных информационных структур, банков данных, баз знаний; разработку локальных и общей программ.
Структура баз данных включает в себя: горно-геологические параметры и геомеханические данные и факторы /7, 8/. За период выполнения исследований созданы базы данных по основным разрабатываемым месторождениям и представительной части перспективных месторождений и рудопроявлений Кольского полуострова. Также созданы:
- банк данных объемного напряженного состояния пород для более чем 150 схем размещения очистных горных выработок при совместной отработке сближенных рудных пластов;
контроля, параметры земельных и горных отводов, требования к охране окружающей среды и т.п..
В результате разработана структура автоматизированной интегрированной информационно -
функциональной системы (АИ-ИФС) «Геомеханика» (рис. 1), которая содержит следующие блоки:
1. Информационный блок. Содержит цифровую, символьную и графическую информацию о параметрах месторождения (геология. геофизика, картография, аэро-и сейсморазведка, свойства и состояние породных массивов и др.). Имеет базы данных по основным разрабатываемым и перспективным месторождениям Кольского полуострова. Работает в режимах ввода-вывода, хранения, поиска геомеханической информации.
2. Информационно-экспертный блок. Содержит цифровую, символьную, графическую и семантическую информацию об условиях ведения горных работ на рудниках, шахтах, участках, горизонтах, в очистных блоках и ка-
мерах, в зависимости от технологических стадий и процессов, а также свод соответствующих правил, инструкций и рекомендаций по управлению горным давлением. Имеет базу данных и базу знаний. Работает в информационносправочном и экспертных режимах.
3. Информационно-функциональный блок. Содержит алгоритмы и программы по обработке и анализу геомеханической информации, программы для решения специальных геомеханиче-ских задач и исследований, обработки натурных экспериментальных данных, геомониторинга, программные средства для экспертных геомеханических систем. Имеет модемные, телеметрические средства и программное обеспечение для ввода-вывода информации, в том числе для осуществления доступа к распределенным базам геомеханических данных. Работает в информацион-но-функцио-нальном режиме.
4. Блок принятия решения. содержит банк данных и базу знаний
- банк данных двухмерного и объемного напряженного состояния пород для 80 вариантов взаимного размещения большепролетных высоких камер и между-камерных целиков применитель-ных к условиям разработки мощ-
месторождений;
- банк данных экспериментальных определений напряженного состояния пород в нетронутом массиве горных пород и в породах конструктивных элементов систем разработки для Ловозер-ских и Хибинских месторождений за более чем 30 летний период;
- банк нивелирных наблюдений за вертикальными перемещениями Ловозерского и Хибинского массивов за период 1979-95 гг.;
- банк данных деформометри-ческих и наклономерных наблю-
дений за горизонтальными деформациями и наклонами Лово-зерского и Хибинского массивов за период 1982-95 гг.;
- банк экспериментальных определений состояния пород различным комплексом геомеханиче-
ских методов. База знаний включает в себя свод правил и инструкций по ведению горных работ и отдельных технологических процессов, алгоритмы решения основных геомеханических задач, ограничения по геомеханике и др..
На концептуальном уровне структуризации данных и знаний важным элементом является концептуальная схема (струк-тура), которая должна поддерживать согласованность связей в пределах уровня детализации, накладываемых ограничений и решаемых
геомеханических задач /7-10/ (рис. 2).
Основные принципы структурирования информационного обеспечения горных работ сводятся к следующим положениям:
- создание информационной базы геомеханических данных о состоянии и свойствах массива горных пород;
- разработку принципов учета геомеха-нических данных в технологических решениях для всех стадий (этапов) отработки месторождения;
- разработку геоме-
ханических моделей
участков, пластов,
шахтных полей (тел, линз и т.п.) месторождения на основе дифференциации массива по основным геомеханиче-ским факторам;
- прогноз геомеха-нических условий разработки новых участков, шахтных полей и пластов (тел, линз и т. п.) месторождения;
- разработку геоме-ханического обоснования к технологическим регламентам на отработку новых участков, горизонтов, пластов;
- разработку алгоритмов определения безопасных параметров основных конструктивных элементов применяемых систем разработки;
- разработку алгоритмов выбора последовательности и порядка отработки сближенных полого падающих платообразных рудных залежей в свите и тектонически напряженном скальном массиве;
- исследование условий работы конструктивных элементов
систем разработки для целей оперативной корректировки параметров;
- геомеханическую экспертизу принятых технологических реше-
ных сложноструктурных
ний и параметров конструкций;
- оценку негативных последствий разработки месторождения и влияния на геодинамический режим региона.
Результаты данной работы (компьютерные информационные технологии, банки геомеханиче-ских данных и знаний, систематизация представлений о перспективах развития горнопромышленных предприятий и соответствующего изменения геодинамиче-ского режима региона) использованы при разработке «Концепции стабилизации и развития горнопромышленного комплекса Мурманской области» /11/.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методические рекомендации по изучению напряженно-деформи-
рованного состояния горных пород на различных стадиях геологоразведочно-
го процесса. М., ВНИИ геоинформсис-тем, 1987. -116 с.
2. Пучков Л.А., Федунец Н.И., По-тресов Д.К. Автоматизированные системы управления в горнодобывающей промышленности. -М.: Недра, 1987.
3. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкого. -М.: Изд-во Академия горных наук, 1997. -478 с.
4. Проблемы геодинамической безопасности. II Международное рабочее совещание. 24-27 июня 1997. -СПб.: ВНИМИ, 1997. - 350 с.
5. Информационные технологии в
горном деле: тезисы докладов научнотехнической конференции. Екатеринбург: Уральская государственная горно-геологическая академия, 1996.
-150 с.
6. Забежайло М.И. Новые информационные технологии в научных исследованиях и технологических разработках. Научно-техническая информация. Серия 2, 1992, № 6, с. 1-11.
7. Основы механики горных пород / И.А. Турчанинов, М.А. Иофис, Э.В. Каспарьян. -Л.: Недра, 1989. - 503 с.
8. Бенявски З. Управление горным давлением. (Пер. с англ.) М.: Мир, 1990. -254С.
9. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. -М.: Недра, 1986 г.
10. Автоматизированная информационная система горнообогатительного предприятия / Г.И. Близнюк, А.И. Калашник, А.А. Козырев и др. - Апатиты, Изд. КНЦ РАН, 1994. - 67 с.
11. Концепция стабилизации и развития горнопромышленного комплекса Мурманской области / ГоИ КНЦ РАН, ГИ, ИХТРЭМС, ИЭП КНЦ РАН, горнопромышленные предприятия области, Мурмангеолком, Администрация области -Апатиты, 1997 г.
© А.А. Козырев, А.И. Калашник
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
КАЛАШНИК
в:\С диска по работе в универе\ОІАВ_99\ОІАБ4_99\Все С:\и8еге\Таня\ЛррВа1а\Коат^\Мюго80й\ШаблоныШогта1Ло1т О ПРИМЕНЕНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕ-
НИЯ ЗАДАЧ ГЕОМЕХАНИКИ ПРИ ОСВОЕНИИ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА Содержание:
Автор: Гитис Л.Х.
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки:
Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
14.05.1999 10:15:00
5
14.05.1999 11:29:00 Гитис Л.Х.
73 мин.
14.12.2008 20:26:00
6
2 543 (прибл.)
14 501 (прибл.)
