CC BY
758
© А.Н. Оганесян, В.В. Агафонов, 2011
А.Н. Оганесян, В.В. Агафонов
ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ГОРНОМ ДЕЛЕ
Приводится анализ использования интегрированных систем и комплексов гео-информационной направленности в горном деле.
Ключевые слова: горнодобывающая промышленность, геоинформационные системы, интегрированные системы, интегрированные комплексы.
м программное обеспечение для горного моделирования и -Я. Л. проектирования сегодня превратилось в системы, которые отличаются интерактивной графикой, высокого качества визуализацией поверхностей и моделей объектов, а также дружественными интерфейсами пользователя [1]. В горном деле обычно используются пакеты программ для геологии, горного планирования, маркшейдерии и различных производственных нужд. Эти программы обычно или покупаются у специализированных компаний, или разрабатываются на самом предприятии. В любом случае эти программы автоматизируют решение отдельных задач и оцениваются в соответствии с тем, насколько они подходят для нужд конкретного производства. Все эти продукты могут быть классифицированы следующим образом [2]:
Г орные системы общего назначения. Эти системы стандартно включают в себя такие разделы, как: геологическое моделирование, оценка запасов, проектирование и планирование горных работ, календарное планирование и маркшейдерия. Имеется 5 лидирующих в мире компаний (Gemcom, Maptek, Mintec, Surpac and Datamine), которые предлагают на рынке такие системы.
Специализированные горные программы. Сюда относятся специализированные программы для областей технологии, которые пока (полностью или частично) не обеспечиваются универсальными горными системами. Обычная тематика таких пакетов: оптимизация карьеров, календарное планирование, буровзрывные работы, вентиляция, геомеханика, экология и т.д. Существует большое количество таких пакетов, которые создаются специализированными ком-
паниями, самими горными предприятиями или исследовательскими учреждениями.
Системы управления производством. Эта категория объединяет программы и оборудование, используемое для управления производством в реальном времени. Обычные направления использования: управление горным транспортом, экскаваторами, буровыми станками, и т.п. Эти системы предлагаются небольшим количеством компаний, среди которых (в области открытых работ) имеется 4 лидера: Modular Mining Systems, Wenco, Tritronics и Aquila. Все большее значение приобретает связь этих компаний с производителями горного оборудования, такими как Komatsu и Caterpillar.
Системы регистрации производства. Существует большое разнообразие таких систем, которые ведут производственный учет в реальном времени и формируют разнообразные отчеты. Сегодня на мировом рынке коммерческих компьютерных программ для горных предприятий работают десятки фирм, предлагающих более 1000 программных продуктов различного класса, предназначенных для автоматизации самых различных функций управления горным производством. Кроме недорогих программ на компьютерном рынке в настоящее время предлагается свыше 10 интегрированных систем. Обычный набор функций интегрированной системы включает в себя:
управление базами данных; интерактивная 3-х мерная графика и картирование; статистическая и геостатистическая обработка информации; трехмерное моделирование геологических объектов и поверхностей; проектирование открытых и подземных горных работ; планирование развития рудников и календарное планирование; маркшейдерские расчеты.
В системах разных компаний обычно предлагаются дополнения к стандартному набору, которые заметно расширяют возможности программного продукта. Большинство ИС работают с различными операционными системами (Windows, Unix и т.д.), на любых платформах, а также имеют интерфейсы для работы с практически любой периферией (плоттерами, дигитайзерами, сканерами, стримерами и т.д. и т.п.). Ниже приведена краткая характеристика наиболее распространенных в мире интегрированных горных систем.
Австралийская компания KJRA Systems, являющаяся членом известной группы компаний МАРТЕК, разработала и продает
мощную и достаточно дорогую интегрированную систему “Vulkan”, имеющую большой набор модулей для решения самых разных задач в области геологии, горного дела, маркшейдерии, экологии:
• Набор программ для детальной обработки геологоразведочной информации.
• Инструменты для моделирования геологических объектов, в т.ч. - месторождений нефти и газа.
• Геостатистическое исследование месторождений и различные виды кригинга.
• Моделирование и расчет гидрогеологических характеристик объектов.
• Проектирование карьеров и подземных рудников на рудных и пластовых месторождениях.
• Моделирование устойчивых бортов карьеров геомеханиче-ские расчеты.
• Контроль качества добываемой руды.
• Проектирование массовых взрывов на подземных рудниках.
• Оптимизация календарного плана горного предприятия.
• Проектирование генпланов предприятий.
• Моделирование экологических ситуаций.
• Детальные маркшейдерские расчеты, графика. Использование возможностей систем точного географического позицирования (GPS).
• Возможности высокоточного лазерного моделирования объектов (I-Site).
• Интерфейсы для импорта/экспорта информации для большинства горных систем и общераспространенных пакетов программ.
• Мощные средства для получения изображений и вывода графики.
Австралийская компания Mincom Pty Ltd разработала и предлагает на рынке систему Minescape (а также программмы Ellipse, MineStar, MineMarket), которая изначально была предназначена для угольных предприятий. Компания предлагает не только компьютерные программы, но и готовые технические решения, разработанные на их основе.
Пакет MineScape включает в себя:
• Возможности моделирования и оценки месторождений.
• Инструменты для планирования работы карьеров и шахт.
• Возможность управлять этими процессами с учетом разных критериев и ограничений.
Пакет MineStar включает в себя:
• Оптимизацию рудопотоков предприятия в реальном времени.
• Контроль и управление работой рудничного оборудования. Пакет Ellipse включает в себя:
• Управление и учет работы рудничного транспорта, ведение базы данных по всем потокам - от капитальной вскрыши до получения металлов на заводе.
• Ведение учета тоннажа и работы оборудования в одной системе, формирование отчетов о процессах в реальном времени с указанием производственных затрат.
• Контроль за работой, простоями и ремонтами горного оборудования.
Пакет Mine Market позволяет:
• Получать информацию о содержании, местонахождении и качестве всех видов продукции предприятия в течение прохождения ими производственного цикла.
• Следить за продажей выпущенной продукции в соответствии с заключенными контрактами, уровнем цен и получаемой выручкой.
Южноафриканская (бывшая канадская) компания Lynx Geosystems S.A. (Pty) Ltd предлагает на рынке свою систему, которая включает в себя стандартный набор функций с развитым гео-статистическим модулем и ориентацией на решение экологических проблем. Она включает в себя следующие основные модули:
o 3-х мерное геологическое моделирование объектов и поверхностей
o Геостатистика и оценка запасов месторождений o Проектирование и планирование подземных горных работ o Проектирование и планирование карьеров с их оптимизацией
o Инженерно-геологические расчеты, проектирование рудных складов и отвалов
o Программа “Геолог” для сбора и обработки полевой геологической информации
o Планирование горных работ, управление работой оборудования и рабочей силой
o Создание рабочих чертежей для горного производства
o Маркшейдерские расчеты
Американская компания Мiпtec Ina сравнительно давно одна из первых вышла на рынок со своей интегрированной системой Medsystem. Система особенно широко распространена на горных предприятиях США и Канады. Она имеет кроме Ядра пять основных модулей:
• Геологический модуль:
• Обработка данных по скважинам, статистика и композицио-нирование
• Блочное моделирование
• Геостатистика
• Оценка запасов руды
• Горно-инженерный модуль (карьеры):
• Оптимизация карьеров (Лерч-Гроссман, плавающий конус)
• Оценка извлекаемых запасов
• Проектирование карьеров
• Календарное планирование
• Планирование горных работ:
• Система контроля качества руды
• Краткосрочное паланирование горных работ
• Блочное моделирование на основе скважин БВР
• Проектирование размещения скважин в блоке
• Маркшейдерские расчеты
• Проектирование подземных рудников:
• Системы горных выработок
• Потери и разубоживание
• Оценка извлекаемых запасов
• Моделирование пластовых месторождений:
• Трехмерные модели пластов
• Проектирование отработки пластовых месторождений.
Система GEMCOM разработана канадской компанией Gemcom
Software International Inc. и включает в себя все требуемые функции, начиная от ввода первичных данных и заканчивая блочным моделированием месторождений, проектированием и планированием открытых и подземных горных работ. Система включает в себя следующие основные модули:
o Управление данными геологоразведки o Геологическое опробование o Моделирование месторождений o Геомеханические расчеты o Проектирование карьеров и шахт o Планирование горных работ
o Календарное планирование и производственная программа o Контроль производства o Управление работой горного оборудования o Экологическое моделирование o Управление документооборотом предприятия o Маркшейдерские расчеты
В последнее время Джемком разработал на основе своей системы специальный продукт, который они назвали IRAMS (The Integrated Resource Asset Management System). Это интегрированная компьютерная система управления минеральными ресурсами, которая может использоваться на большинстве горных производств и выполнять различные операции, характерные для горных предприятий. Она способна управлять запасами руды и оптимизировать оценку минерального сырья, планировать горные работы и погашение запасов, что является стержнем любого горного производства.
Австралийская компания Surpac Software International “ является автором широко распространенной в мире (около 1000 пользователей), достаточно развитой и мощной системы Surpac Vision:
Система Surpac Vision состоит из следующих модулей:
• Моделирование и оценка запасов месторождений, включая геостатистику
• Проектирование картеров
• Проектирование подземных рудников
• Маркшейдерские расчеты
• Контроль качества рудопотоков
• Календарное планирование
• Обработка геологоразведочной информации
• Обработка данных по скважинам, включая каротаж
Анализ сведений о развитии интегрированных систем и комплексов геоинформационных систем показывает, что список крупных поставщиков коммерческого программного обеспечения для геологии и горного дела в настоящее время насчитывает несколько сот компаний, среди которых разработчиков систем не более 20-30. Постоянно обнов-
ляемый перечень программных продуктов по категории «Науки о земле, геология и горное дело» в Internet состоит из более 2000 программ, среди которых можно выделить все лишь порядка десяти высокоработоспособных (мощных) систем горно-геологического профиля. Это обстоятельство является следствием сложного и ресурсозатратного создания комплексной горно-геологической системы и необходимостью привлечения специализированных коллективов разработчиков, оперирующих передовыми инструментальными средствами программирования для решения весьма сложных задач обработки пространственной геолого-маркшейдерской информации и построения объемных цифровых моделей месторождений полезных ископаемых.
В последнее время наметилась тенденция к переходу на универсальные СУБД Oracle, MS Access и др., а также установление тесного взаимодействия с другими базами данных через механизм ODBC, хотя по-прежнему практически все ведущие ГГИС имеют ядро в виде собственных СУБД с оригинальным форматом хранения данных. Альтернативные варианты связей пространственной и атрибутивной информации для разных типов данных представляются в геореляци-онной или интегрированной форме. Обычный набор пространственных типов данных состоит из траектории апробирования, точек, полигонов и полилиний, сети трангуляции, регулярных решеток и блоков, нерегулярных сеточных моделей данных и сети конечных элементов, сплошных объемных тел. Если рассеянные точки рельефа поверхности, контакты раздела сред или точки с суммарными значениями геологических характеристик (подсчитанные мощностью рудных тел вдоль стволов или скважин и др.) рассматриваются как точки 2D, тогда как точки (наблюдения) геологического (геофизического, геохимического, гидрогеологического и т.д.) опробывания массива горных пород считается точками 3D. В первом случае в итоге формируется интерполяционные 2D-модели топографического типа, а во втором -3D-модели геологических тел, которые принято в горном деле называть блочными регулярными и нерегулярными моделями.
Практика использования ГГИС показывает, что для подсчета запасов определенных типов осадочных и россыпных месторождений полезных ископаемых достаточным бывает построение по 2D-точкам сети триангуляции Делоне и двойственную ей диаграмму Вороного, чтобы с допустимой точность оценить запасы полезных компонентов. В целом же, в контексте с вышеизложенным необходимо осуществлять построение трехмерных блочно-каркасных моделей, учитываю-
щих тектонические нарушения, структурно-текстурные особенности горного массива, размытость границ геологических тел с вмещающими породами.
Отсканированные и оцифрованные карты и разрезы довольно часто служат для сопоставления автоматизированных и экспертных методов построений. Однако до сего времени трудно решаемым является вопрос о соответствии действительности результатов оконтурива-ния геологических тел (прежде всего рудных). Ранее оконтуривание их на планах и разрезах выполнялось геологическими службами вручную и архивные материалы, будучи утвержденными в Государственной комиссии по запасам, не отвечали требованиям оптимального проектирования горнодобывающих предприятий. В этой связи устаревание этих геологических материалов при доразведке и при эксплуатации месторождений требует их постоянной актуализации. К тому же, при падении рыночных цен на добываемое минеральное сырье (при увеличении обязательных отчислений, налогов и платежей) расчетное бортовое содержание полезного компонента в целях обеспечения рентабельного функционирования горнодобывающего предприятия должно неизбежно повыситься.
--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Васильев П.В. Развитие горно-геологических информационных систем. Инф. бюллетень. - М.: ГИС ассоциация. - 1999. - №2(19). - С. 32-33.
2. Капутин Ю.Е. Краткая характеристика наиболее распространенных в мире интегрированных горно-геологических систем для проектирования и планирования горных работ.
Оригинал http://www.geocad-it.ni/305/305r.html. шгд=1
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------
Оганесян Армине Сейрановна - кандидат технических наук, доцент,
Агафонов Виталий Валерьевич - аспирант,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
