Экологический мониторинг угольной шахты с использованием геоинформационных технологий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 13

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2000"

МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 г.

© В.М. Шек, АР.Ф. Кислицын, 2001

'-ч ---

УДК 622.014.3:502.76::581.5:53.087:533.9:622.272

В.М. Шек, Р.Ф. Кислицын ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ГЕОИНФОРМА1 1ИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

К

онцепция модульного моделирования функционирования горного предприятия, рассматриваемого как сложный динамический объект с иерархической структурой, была применена в конкретных условиях одного класса предприятий -угольных шахт [1-3 и др.] при создании систем экологического мониторинга. При создании большинства моделей элементарных объектов использовалась объектно-ориентированная методология (ООМ), однако данные в части из них не были строго инкапсулированы. Для составных (композитных) моделей не стандартизованы интерфейсы, поэтому «в чистом виде» объектноориентированное моделирование при исследовании процессов экологического мониторинга горных предприятий не использовалось. В настоящее время на базе достигнутых (описываемых) результатов в МГГУ проводятся работы по переводу моделирования объектов и процессов экологического мониторинга горного производства на ООМ [3-6 и др.].

Проводимыми в МГГУ исследованиями [2-10 и др.] установлено, что экологический мониторинг горных предприятий основывается на потенциальной возможности стратификации их технологий. Стратификация технологий горного предприятия позволяет создавать модели иерархически структурированных потоков полезного ископаемого и веществ, загрязняющих окружающую среду. С их помощью проводится анализ поведения этих потоков, позволяющий в количественной форме отразить экологическое совершенство технологических звеньев горного

предприятия и их долевое участие в загрязнении окружающей среды. Использование стратификации технологий горного предприятия в качестве базы при создании структуры экологического мониторинга позволило унифицировать модели и алгоритмы мониторинга.

Разбиение системы на структурированные модули сделало возможным использование однотипных математических моделей для обработки, верификации, визуализации и анализа разнородной экологической и технологической информации. Такие модели синтезируются по иерархическому принципу из элементарных моделей-блоков согласно степени детализации рассмотрения технологий горного предприятия.

Для учета пространственной взаимосвязи рассматриваемых объектов и факторов были созданы иерархические модели с использованием ГИС-технологий, которые особенно наглядны и содержательны при построении системы экологического мониторинга.

В системе экологического мониторинга по функциональным принципам выделены статические и динамические задачи управления.

Статические задачи ориентированы на раскрытие статистических закономерностей формирования загрязнения окружающей среды горным предприятием при нормальном (безаварийном) протекании производственного процесса.

Динамические задачи ориентированы на раскрытие закономерных последствий аварийных сбросов и выбросов вредностей на горном предприятии, на оперативную их идентификацию и установление причин.

Решение статических задач экологического мониторинга заключается в наиболее адекватном отражении экологических аспектов нормального функционирования технологических объектов горного предприятия. В их число включены:

• формирование баланса загрязняющих потоков по всем технологическим элементам горного предприятия;

• определение доли участия каждого технологического элемента горного предприятия в общем загрязнении окружающей среды;

• отображение многоаспектного экологического состояния всех технологических элементов горного предприятия;

• вывод закономерностей формирования загрязняющих потоков горного предприятия по ходу его технологической цепи или интегрально по уровням его технологической иерархии.

Решение задач этого класса позволяет установить уровни «абсолютного приоритета» значений параметров контролируемых потоков. Превышение этих уровней определяет момент идентификации начала аварийного сброса или выброса вредностей.

В этом случае система переходит к решению динамических задач:

^ идентификации аварийных сбросов и выбросов на горном предприятии, установлению их причин;

^ оценке устойчивости функционирования отдельных технологических элементов горного предприятия;

^ анализу и прогнозированию экологических последствий аварий в технологических элементах горного предприятия;

^ оценке экологической опасности применяемых технологий добычи полезных ископаемых на горном предприятии;

^ идентификации потенциально опасных зон в горном массиве.

Задачи динамического экологического мониторинга предполагается решать на основе формирования слоевых матриц взаимосвязей потоков, которые отражают статистическую причинно-следственную связь между отклонениями А/;.

Детализация каждой аварийной и чрезвычайной экологической ситуации осуществляется с применением пошагового количественного анализа выделенных потоков. При этом порядок рассмотрения потоков принят в направлении от верхнего к нижнему уровню иерархии горного предприятия.

Детализация состояния объектов в процессе рассмотрения потоков определяется выявленными ранее статическим экологическим мониторингом балансовыми структурами потоков. При недостатке информации для верификации предполагается её дополнительный сбор с использованием экспресс- методов.

Прогнозирование развития экологических последствий аварий осуществляется на основе анализа известных (установлен-ных ранее) динамических моделей рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере и стоков этих веществ в водных потоках. Параметры аварийных сбросов идентифицируются и прогнозируются, исходя из установленных значений параметров аварийных технологических элементов горного предприятия и выявленных динамических закономерностей их функционирования.

Как уже было указано, для облегчения и повышения эффективности работы лиц, принимающих решение, в разрабатываемых системах используются ГИС-технологии. С их помощью отображается пространственная картина формирования и распространения потоков веществ в горнопромышленной системе, с выделением и описанием потоков вредностей. В атрибутивной базе ГИС накапливается информация о параметрах этих потоков.

Разработаны технологические основы ГИС экологического мониторинга (ГИС ЭМ) горного производства, предназначенной для поддержки и подготовки управленческих решений по оперативному и календарному проектированию, планированию и управлению горными работами с учетом экологических факторов на основе интеграции разнородных информационных потоков. Создан математический аппарат для оценки и прогнозирования степени воздействия различных антропогенных факторов системы «Угольная шахта» на окружающую среду.

Создаваемые информационно-анали-тические модели позволяют оценить степень воздействия на экологию региона источников вредностей различных уровней иерархии, причем эти оценки могут быть как дифференциальными, так и интегральными.

Предполагается использование этих моделей на всех стадиях существования предприятия - от предпроектных проработок до стадии оперативного управления действующим предприятием, включая фазу его закрытия (ликвидации).

Использование этих моделей в рамках ГИС ЭМ позволит управленческому персоналу предприятия и вышестоящих уровней получить разностороннюю оценку его негативного воздействия на окружающую среду и эффектив-

ность разрабатываемых и применяемых мер снижения (устране-ния) такого воздействия.

1. Исследование операций. Том 2. Модели и применения./ Под ред. Д. Моудера и С. Элмаграби -М.: Мир, 1981.

2. Разработать теоретические основы построения системы экологического мониторинга горного предприятия. - Отчет о НИР по теме СУ-2-137 ДС за 1996 г. - М., МГГУ. - 31 стр.

3. Разработка технологических основ системы экологического мониторинга угольной шахты (процессов сдвижения массива горных пород, газо- и пылеобра-зования, притока и состава шахтных вод). Промежуточные отчеты. М.: МГГУ, 1994-96 г.

4. Аюров В.Д., Каледина Н.О.

Иерархические модели системы экологического мониторинга

угольной шахты. - Горный информационно-аналитический

бюллетень. - Вып.3.-М.: ИАЦ ГН, 1994. - с.6-7.

5. Puchkov L.A., Ayurov V.D., Kaledina N.O. Coal mine pollution flows monitoring. - 4-th international symposium on mine planning and equipment selection. Calgary, Alberta, Canada, October- November, 1995.

6. Puchkov L.A., Ayurov V.D. Ecological monitoring of mining enterprises - Proceeding SWEMP’96, R. Ciccu (ed.), S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy, 7-11 October 1996. - pp. 217-222

7. Shek V.M., Kaledina N.O., Ayurov V.D. Hierarhical Infoanalytical Models Using in Coal Mine Ecological Monitoring System. Proceedings of the 2nd Regional APCOM’97 Symposium on Computer Applications and Operations Research in the Mineral

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Industries/ Moscow/ Russia/ 24-28 August 1997.

8. Puchkov L.A., Shek V.M. System of mineral resources account. Proceedings of the 7th International Symposium on Mine Planning & Equipment Selection/ Calgary, Alberta Canada/ October 59, 1998.

9. Шек В.М. Концепция взаимосогласованного моделирования горного производства. Труды IV республиканской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в горном деле». Екатеринбург, 2-3 июня 1999 г.

10. Шек В.М., Булатова А.А., Кузнецова О.Г. Построение интегрированного интеллектуального банка данных горной промышленности. Горный информационноаналитический бюллетень. М.: Изд. МГГУ, №4, 1999.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ =

/ /

Шек Валерий Михайлович - доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.

Кислицын Роман Файзутдинович - магистр, Московский государственный горный университет.

X____________________________________________________________________X