CC BY
30
-------------------------------------- © В.П. Потапов, Б.В. Власенко,
2004
УДК 622: [550.3 +350.8]
В.П. Потапов, Б.В. Власенко
ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ КУЗНЕЦКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА
Семинар № 10
Фундаментальной научной проблемой горной науки, на решение которой направлена работа, является создание специализированной геоинформационной системы прогнозирования природных и природнотехногенных явлений для обеспечения безопасности функционирования горных предприятий на основе оценки устойчивости массива горных пород и выработок, выявления опасных геомеханических явлений и определения эффективных способов управления геомеханиче-ским состоянием массива горных пород.
При эксплуатации угольных, рудных и нерудных месторождений, а также при строительстве подземных сооружений на больших глубинах одной из значительных и сложных является проблема предотвращения геодина-мических явлений, способных привести к катастрофическим последствиям на шахтах и рудниках.
Сегодня появляется большое множество междициплинарных задач, решение которых просто невозможно без использования современных геоинформационных систем, основное преимущество которых состоит в том, что они позволяют представлять информацию послойно, а также пространственно привязывать и интегрировать различные информационные источники. Для представления сложного неоднородного массива горных пород сегодня с одной стороны необходимо иметь комплекс моделей, описывающих его поведение, а с другой стороны - достаточный набор параметров, которые описывают множество горногеологических условий. Учитывая, что все горно-геологические системы подвергаются техногенному воздействию, то естественно усложняется и решение задач по созданию комплексных математических и информационных моделей геосистем, включающих процессы горного производства [1].
В случае многодисциплинарной постановки задачи по описанию поведения сложной геосистемы появляется возможность получения результата, который в случае применения одного или нескольких методов из одной дисциплины не может быть реализован.
Интеграция моделей и информационных ресурсов, получаемая посредством применения современных геоинформационных систем, совмещаемых с электронными библиотеками дает возможность рассчитывать на существенный эффект и получение новых знаний о геосистемах.
Новизна решений может заключаться в том, что создается специализированная геоин-формационная система, позволяющая собирать, хранить и анализировать информацию по процессам и состояниям массива горных пород, опасным проявлениям этих состояний на всех стадиях подготовки и отработки месторождения с использованием современных информационных технологий и методов интеллектуального анализа данных.
Для реализации подобной комплексной системы необходимо создать современный программно-технических комплекс для обработки геомеханической информации, ее анализа и прогнозных расчетов в системе геомеха-нического мониторинга, включающей в себя распределенные базы данных и систему удаленных расчетов, с обеспечением выхода в Шете! .
В настоящее время не существует геоинформационных систем, позволяющих анализировать геодинамическое состояние крупных горнопромышленных регионов. Также отсутствуют распределенные информационные базы данных, в которых бы хранилась ретроспективная и современная геоинформация по катастрофическим явлениям, обусловленными горными работами, ведущимися в больших масштабах. Обработка такой информации на осно-
ве средств интеллектуального анализа практически не проводится ни в одном научном центре мира. Создание геоинформационной системы геомеханического мониторинга для оценки геомеханических состояний и геодинамиче-ских явлений региональных геосистем угольных предприятий Кузбасса позволит, с одной стороны, собрать и проанализировать такую информацию, а также исследовать и разработать методы прогнозирования катастрофических явлений, связанных с изменениями региональной геодинамики, обусловленными горными работами. Организация удаленного 1Шег-пе! доступа к системе позволит создать модельный геоинформационный комплекс, на котором ученые из других регионов могут проводить численные эксперименты, используя накопленные ретроспективные и современные данные для определения негативных изменений и выработки рекомендаций по их устранению или ослаблению, обоснованию оптимальных инженерных решений по управлению состоянием массива и выработок.
Этапы разработки системы следующие:
• Создание комплекса интегрированных баз геоданных для сбора, хранения и анализа ретроспективных и современных данных по региональной геодинамике массивов горных пород угледобывающих предприятий Кузбасса.
• Разработка электронной карто-схемы, позволяющей отображать динамику изменения геоданных, а также осуществлять прогнозные расчеты.
• Организация свободного доступа по
к картографическим интерфейсным формам для запросов пользователей к геоинформационной системе, удаленное выполнение геомеханических расчетов на основе экспериментально-аналитического метода.
• Разработка комплексных прикладных программ для загрузки таблиц баз данных, а также средств интеллектуального анализа геоданных.
Общая характеристика создаваемой системы. Создается специализированная локальная вычислительная сеть, где в качестве вычислительного сервера используется 2-х процессорный (на базе РеШшш IV (1700 Мгц)) Ишх сервер. Сервер баз данных строится по стандартной для ГИС архитектуре на основе системы АгсГМБ фирмы Е8Ы. В качестве источников данных будут использованы базы данных Института угля и углехимии СО РАН, Кемеровского представительства ВНИМИ и других ин-
ститутов СО РАН, формируемые на протяжении 15 и более лет. Ожидаемый объем данных 300-500 тысяч. Динамика поступления новых данных определяется, исходя из характера происходящих динамических явлений в регионе. Для хранения данных используется СУБД класса MS SQL server, Oracle 9i. Программное обеспечение, применяемое для разработки системы, формируется на системах Delphi 6.0, C++Builder Perl, Tck , которые применяются для создания пользовательских интерфейсов и разработки расчетных модулей. Для проектирования системы используются Case методы и модели на основе UML. Инструментальные программные средства стадии разработки и стадии эксплуатации включают в себя Rational Rose 2000, Arc View 3.2a, ArcIms 3.0, Delphi 6.0, Arclnfo 7.0 и др.
Основу информационной модели составляет Геоинформационно-Справоч-ная Система (ГИСС) «Геодинамическая модель строения Кузнецкого угольного бассейна».
Геоинформационно-справочная система
(ГИСС) «Геодинамическая модель строения Кузнецкого угольного бассейна» представляет собой автоматизированную систему баз данных и электронных карт естественных и техногенных геодинамических состояний и явлений, происходивших на территории и в шахтах Кузбасса. Разработка системы осуществляется с помощью современных информационных технологий обработки, систематиза-ции и хранения информации.
Геоинформационно-справочная система
геодинамической модели строения Кузбасса является частью Геодинамической Мониторинговой Системы (ГдМС) изменений геодинамических состояний на территории и проявлений в шахтах Кузнецкого угольного бассейна.
Разрабатываемая Геодинамическая Мониторинговая Система (ГдМС) - это комплексная система регламентированных наблюдений, оценки и прогноза изменений геодинамических состояний и явлений природной среды с целью выявления негативных изменений, прогнозирования катастрофических природных и техногенных явлений и выработки рекомендаций по их устранению или ослаблению.
Система состоит из блоков:
Блок 1 Информационно-Справоч-ная Система (ИСС) «ГЕОДИНАМИКА
КУЗНЕЦКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙ-НА»;
Блок 2 Геоинформационная систе-ма (ГИС) «ГЕОЛОГИЯ И ТЕКТОНИКА
КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА»;
Блок 3 Геоинформационная систе-ма (ГИС) «ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ СТРО-
ЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА»;
Блок 4 Геоинформационная сис-тема (ГИС) «ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ И ГЕОМЕ-ХАНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД В ШАХТАХ КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА».
Блок 1. Информационно-Справоч-ная Система (ИСС) «ГЕОДИНАМИКА
КУЗНЕЦКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА» представляет собой автоматизированную систему баз данных современных определений и знаний, теоретических и экспериментальных данных о геодинамике, разнообразных геоди-намических состояниях и явлениях на территории и в шахтах Кузнецкого бассейна.
Справочными базами данных являются сведения о геологии и тектонике Кузнецкого угольного бассейна, геодинамике и геомеханике, геодинамическом и геомеханическом мониторинге, геоинформационных системах и применяемых информационных технологиях в геодинамике и геомеханике.
В основу ИСС заложены сведения из литературных источников: энциклопедические определения «Горной энциклопедии» (М.: Изд-во: «Советская энциклопедия», Т 1(1984) -5(1991)), материалы специализированных монографий, трудов научных конференций и научноисследовательских отчетов.
Блок 2 Геоинформационная систе-ма (ГИС) «ГЕОЛОГИЯ И ТЕКТОНИКА
КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА», разрабатываемая в ГИСС «ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТРОЕНИЯ КУЗНЕЦКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА», содержит Базы Данных (БД) и Электронные Карты (ЭК) по геологии, тектоническому строению, блокам, нарушенное™ массивов горных пород Кузбасса и т.д.
В основу электронных карт положена электронная географическая карта Кузнецкого бассейна. Цифровая электронная географическая карта разработана из географической карты масштаба 1:100000 и содержит
• географическую систему координат (от 52 до 57 градусов северной широты и от 84 до 90 градусов восточной долготы), водный
бассейн - реки Томи с притоками, крупнейшие города и населенные пункты Кемеровской области и другие географические данные;
• угольные промышленные районы и запасы угля по объемам Кузнецкого бассейна;
• действующие угольные шахты и карьеры, закрытые шахты Кузбасса.
На электронную географическую карту поставлены ЭК «ГЕОЛОГИЯ КУЗБАССА» и ЭК «ТЕКТОНИКА КУЗБАССА».
В картах обобщен фактический материал по тектонике бассейна, включпющий структурно-тектоническую карту, карту угленосности, а также карту тектонической нарушенное™ угленосных отложений бассейна. Приводится атлас тектонических структур угленосных отложений.
Блок 3 Геоинформационная систе-ма (ГИС) «ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ СТРО-
ЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА» включает Электронную Карту геодинамического районирования и геодинамически активных зон на территории Кузнецкого бассейна и др. Карта построена на основе сведений из литературных источников, материалов специализированных монографий, трудов научных конференций и научноисследовательских отчетов.
Блок 4 Геоинформационная сис-тема (ГИС) «ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ И ГЕОМЕ-
ХАНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД В ШАХТАХ КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА» строилась на основе баз данных Института угля и углехимии СО РАН и Кемеровского Представительства ВНИМИ [2-5] и состоит из трех разделов, реализуемых Базами Данных и Электронными Картами:
Раздел 1. «Крупные геодинамиче-
ские явления на территории Кузнецкого бассейна».
Раздел 2. «Горные удары на шахтах
Кузнецкого бассейна».
Раздел 3. «Геомеханические состоя-
ния горного массива на шахтах Кузбасса».
Раздел 1. «Крупные геодинамические естественные и техногенные явления на территории Кузнецкого бассейна» включает базы данных и электронные карты явлений:
• «Исторических» землетрясений (время, координаты и мощности) с 1734 по 1943 г.
• Землетрясений современных с 1943 по 2000 гг. и 2001 г.
• Промышленных взрывов, горно-
тектонических горных ударов и внезапных выбросов угля и газа.
Кузбасс является современным сейсмоактивным регионом, где за последние 200 лет произошло около 20 крупных землетрясений с магнитудой 3,6 - 6,5, а с меньшей магнитудой ежегодно фиксируются сотни землетрясений, большая часть из которых представляет собой техногенные сейсмические события, связанные с активной эксплуатацией недр Кузбасса. Значительный рост количества техногенных явлений отмечается в последние десятилетия.
Крупные геодинамические явления определены временем события, координатой и мощностью явления. На основе баз данных строятся электронные карты геодинамических явлений, и производится оценка явлений. Построение электронных карт проводится с возможностями рассортировки событий, как по времени, так и по мощностям явлений.
С учетом крупных исторических землетрясений, наибольшая часть территории Кузбасса относилась до 2000 года к шестибальной зоне сотрясаемости согласно карты сейсмического районирования. В районе окрестностей г. Новокузнецка, регистрируются сильные землетрясения, начиная с 1898 г. Здесь произошли наиболее крупные в Кузбассе естественные Кузнецкие землетрясения (в 1898, 1903, 1966 гг.), а также недавние в Прокопьевске, Между-реченске и Кемерове землетрясения (1995, 1998 и 2003 гг.), однозначного ответа, на природу которых пока не получено.
Раздел 3. «Горные удары на шахтах Кузнецкого бассейна» содержит базу данных горных ударов происходивших на шахтах Кузбасса. По каждому горному удару даются сведения об объединении, шахте, времени и месте, где произошел удар, глубине, данные о пласте, характеристика боковых пород, положение горных работ на момент удара, явления, предшествовавшие удару, горные работы на момент удара, характеристика проявления удара, выполнение мер по предупреждению горных ударов. Форма графического представления информации о горном ударе из базы данных могут являться схемы горных работ и зарисовки фактического вида проявлений ударов в выработках.
В блоке содержится также база данных шахт и угольных пластов на них, склонных к горным ударам, составленной на основании «Каталога пластов угля, склонных к горным
ударам Кузнецкого бассейна » (Санкт-
Петербург,1996). База содержит информацию о названии шахты, наименовании или индексе пласта, достигнутой глубины горных работ, минимальная глубина, с которой пласт отнесен к угрожаемым или опасным по горным ударам. Всего по шахтам Кузбасса определено 266 пластов и участков пластов, склонных к горным ударам.
В блоке содержится также база данных шахт и угольных пластов на них, склонных к горным ударам, составленной на основании «Каталога пластов угля, склонных к горным ударам Кузнецкого бассейна » (Санкт-
Петербург,1996). База содержит информацию о названии шахты, наименовании или индексе пласта, достигнутой глубины горных работ, минимальная глубина, с которой пласт отнесен к угрожаемым или опасным по горным ударам. Всего по шахтам Кузбасса определено 266 пластов и участков пластов, склонных к горным ударам.
В блок включена база данных геодинамических состояний угольного массива на шахтах Кузнецкого бассейна, составленная по шахтным геофизическим измерениям состояний массива в различных горно-геологических условиях и горнотехнической обстановке выемочных участков шахт Кузбасса, проведенным Кемеровским Представительством ВНИ-МИ. Геофизические измерения характеризуют степень удароопасности и позволяют определить опасные по горным ударам зоны угольного пласта. Зондированием массива горных пород в окрестности подготовительных выработок определяется степень нарушенное™ массива в результате проведения и эксплуатации выработки.
Раздел 4. «Геомеханические состояния горного массива в шахтах Кузбасса» представляет собой автоматизированную систему баз данных современных определений и знаний, теоретических и экспериментальных данных о геомеханическом состоянии на территории и в шахтах Кузнецкого бассейна.
Справочными базами данных являются сведения о геомеханике и геомеханическом мониторинге, геоинформационных системах и применяемых информационных технологиях в геомеханике.
В основу ИСС заложены сведения из литературных источников: энциклопедические определения «Горной энциклопедии» (М.: Изд-во: «Советская энциклопедия», Т 1(1984) -
5(1991)), материалы специализированных монографий, трудов научных конференций и научноисследовательских отчетов.
Информационная система является завершающей частью мониторинговой системы гео-динамических явлений на территории и в шах-
1. Потапов В.П. Математическое и информационное моделирование геосистем угольных предприятий. Кемерово: ИУУ СО РАН, 1999. - 180 с.
2. Lazarevich T.A., Representation VNIMI, B.V. Vlasenko, Institute of Coal and Coal Chemistry SB RAS, Russia. Information system of geodynamic phenomena on the area and in the mines of Ruznetsk basin. 2003 International Coalbed Methane Symposium, Technical Sessions, May 7-8, 2003. Bryant Conference Center, The University of Alabama, Tuscaloosa, Alabama USA. Paper 0324.
3.Lazarevich T.I., Vlasenko B.V. Information Monitoring System of Geodynamic Phenomena on the Area and in the Mines of Kuznetsk Basin // II International Conference Modern Management of Mine Producing, Geology and Environmental protection. SGEM 2002. 9-15.06.2002. Bulgaria.
тах Кузнецкого угольного бассейна. Разрабатываемая мониторинговая система - это комплексная система регламентированных наблюдений, оценки и прогноза геодинамических явлений.
----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- PP.233-244.
4. Лазаревич Т.И. Исследование особенностей природы геодинамических явлений в условиях Кузбасса. Геофизические методы поисков и разведки. Технология и техника геологоразведочных работ, горное дело. Материалы международной научно-технической конференции "Горно-геологическое образование в Сибири”. Издательство ТПУ, - Томск, 2001, - С. 259-264.
5. Vlasenko B.V., Potapov V.P., Lazarevich T.I. Mining Physico-Technical Monitoring at Collieries (Горный физико-технический мониторинг на шахтах) / Mine Planning and Equipment Selection, 10, 2001. (The Tenth Inter-netional Symposium on Mine Planning and Equiment Selection (MPES 2001), 19.-21.11.2001. New Delhi, India. p.8).
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Потапов Вадим Петрович — доктор технических наук, профессор,
Власенко Борис Васильевич — доктор технических наук, профессор,
Институт угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
--------------------------------------------------------------------- НОВИНКИ
ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Гидромеханизация-2003: По материалам Третьего съезда гидромеханизаторов России. Вып. 3 / Под общ. ред. И.М. Ялтанца. — 417 с.: ил.
КБЫ 5-7418-0262-1 (в пер.)
В сборнике приведены материалы Третьего съезда гидромеханизаторов России, проходившего в Московском государственном горном университете в феврале 2003 г. Освещены состояние и перспектива развития техники и технологии гидромеханизации горных и строительных работ. Затронуты вопросы подготовки инженерных кадров в области гидромеханизации и расширения научных работ и их значимости.
Для инженерно-технических работников, занимающихся гидромеханизацией горных и строительных работ. Может быть полезна преподавателям и студентам горных, строительных вузов и факультетов.
--------------------------------------------------------- © А. А. Ботвинник, 2004
УДК 622.271:658.511 А.А. Ботвинник
