Использование ГИС-моделирования для повышения эффективности освоения углегазовых месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.М. Шек, Е.А. Конкин, А.Г. Литвинов, 2006

УДК 622.001.57:681.3

В.М. Шек, Е.А. Конкин, А.Г. Литвинов

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС-МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВОЕНИЯ УГЛЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Семинар № 14

сновные угленосные регионы страны рассматривают в настоящее время не только как совокупности угольных месторождений, но и как крупные газовые месторождения со специфическими условиями распределения газов в угленосной толще. Проблема угольного метана является важной с точки зрения безопасности ведения горных работ и перспективной с точки зрения добычи дополнительного энергоресурса.

Проектирование предприятий для отработки углегазовых месторождений является сложным и ответственным процессом, проводимым, как правило, после этапа детальной разведки месторождения. Для создания и управления такими сложными горнопромышленными системами рационально использовать цифровые геоинформационные модели месторождения, которые призваны показывать состояние и взаимодействие его элементов в пространстве и во времени. Первичная геологическая ГИС-модель создается на начальной стадии разведки месторождения, с внесением в неё основных свойств горных пород, тектонических нарушений, водоносных горизонтов и т.д. Затем, по мере ведения геологоразведочных работ, она уточняется и насыщается дополнительными данными, служит для определения ресурсов и запасов полезных ископаемых,

подсчета кондиций. При проектировании горного предприятия на геологическую модель накладывается модель сети горных выработок. В процессе строительства и эксплуатации горного предприятия модель служит для управления процессами добычи, одновременно участвуя в планировании и учете движения запасов полезных ископаемых.

Углегазовое месторождение - это единая и неразрывная структура. Хотя большинство месторождений с высокой газоносностью угольных пластов можно, в принципе, рассматривать как газоугольное, но до сих пор горнопромышленные системы по отработке этих месторождений проектируются лишь для добычи угля. В основе таких горных предприятий главенствующим в добыче всегда останется уголь. А метан (и его гомологи) до настоящего времени считали лишь вредным фактором, тормозящим процессы высокопроизводительной добычи угля, и не рассматривали как объект добычи. При однобоком отношении к сопутствующему углеводородному сырью (СН4) можно навсегда потерять в недрах или рассеять в атмосфере это богатство.

Для комплексного освоения таких месторождений необходимо разрабатывать новые подходы в проектировании соответствующих горнопромышленных систем. Применение геоинформацион-

Блочная модель угленосной толщи

ных технологий на ранних стадиях проектирования позволяет более эффективно и комплексно оценить возможности и перспективы освоения данного месторождения, сформировать комплекс сбалансированных в пространстве и во времени технологий рационального извлечения, как угля, так и газа с обеспечением требований безопасности и экологии. Все ГИС строятся на основе формальных моделей, описывающих размещение объектов и процессов в пространстве. Их основная задача состоит в предоставлении визуально осязаемой модели месторождения для поддержки принятия решений в задачах использования ресурсов Земли и управления созданной человеком производственной средой. Модель подземного пространства (рис.1), позволяет «мгновенно» увидеть, где находятся объекты с определенными параметрами и свойствами, узнать, как до них можно добраться, какие объекты граничат с ними или находятся поблизости, как протекают те или иные процессы с участием определенных объектов.

Для адекватного моделирования необходимо корректно формировать гео-информационную БД и своевременно вносить в нее изменения и дополнения. Объекты в БД хранятся в связанных реляционных таблицах. Одни таблицы представляют собой собрания пространственных характеристик горных объектов. Другие задают отношения между пространственными горными и технологическими объектами, правила проверки кор-ректности их размещения. В третьих таблицах хранится атрибутивная информация, характеризующая эти объекты количественно и качественно.

ГИС должна иметь механизмы управления целостностью этой системы таблиц, обеспечивать корректность и адекватность сохраняемых в них данных и осуществлять моделирование геологических, горнотехнических и организа-ционно-технологи-ческих процессов в горнопромышленных системах с использованием объектно-

ориентированных моделей-объектов и моделей-процессов. Для предприятий угольной промышленности имеет смысл

развертывать многопользовательские БД, с различными уровнями доступа пользователей к ним и ранжированием по иерархической структуре. При освоении месторождения необходимо с соответственной степенью точности описывать каждый из элементов технологических цепочек, вносить его описание в БД и актуализировать существенные изменения их характеристик и свойств на протяжении всего срока эксплуатации предприятия.

При рассмотрении углегазовых месторождений следует выделять три основных типа минеральных ресурсов:

1. главные;

2. попутно извлекаемые;

3. сопутствующие.

Главным (основным) минеральным ресурсом угледобывающего предприятия является уголь. Поэтому все технологические процессы производства должны быть направлены в первую очередь на высокорентабельную и безопасную его добычу.

К сопутствующим относятся минеральные ресурсы, связанные с основным минеральным сырьем. Угольным месторождениям свойственна высокая газона-сыщенность, поэтому метан является сопутствующим минеральным ресурсом. Природные газы в угленосных толщах находятся в трех основных формах: свободного газа, в сорбированном состоянии и в виде твердого раствора. Преобладающая часть газа в угольных пластах находится в сорбированном состоянии. Соответственно, при обнажении поверхностей и дроблении частей угольного массива газ десорбируется, и, в силу своих свойств, становится одной из главных причин небезопасного (взрывы, выбросы, пожары) ведения горных работ.

К попутным относятся минеральные ресурсы, извлечение которых из недр

осуществляется вынужденно при выполнении определенных технологических операций. В эту категорию сырья можно отнести вмещающие породы от проходки выработок. При открытой добыче угля это большая часть пород вскрыши. Аргиллит, алевролит и песчаники - основные вмещающие породы угольных месторождений, причислены к

общераспространенным полезным иско-

1

паемым .

Создаваемые ГИС горного производства должны обеспечивать информационную поддержку принятия решений при добыче и переработке (утилизации) всех перечисленных видов минеральных ресурсов. Имеющиеся на сегодняшний день ГИС и другие компьютерные системы уп-равления горным производством обеспечивают таковую лишь в части добычи основного (главного) минерального ресурса. АСУ или ГИС, обеспечивающих решение задач по добыче метана и, тем более, попутно извлекаемых ресурсов в настоящее время нет.

В соответствии с этим геоинформа-ционная система поддержки принятия решений при комплексном освоении углегазового месторождения должна решать основные задачи:

- создание БД, накопление и обработка данных в целях обеспечения комплексной эффективности извлечения всех типов минеральных ресурсов;

- моделирование угленосной толщи (с рассмотрением угольных и породных пластов, размещения и миграции газов и жидкостей в этой толще и горных выработках);

- моделирование горных выработок и технологических процессов, включая процессы образования разгруженных пространств, сопровождающихся десорбцией газов, и извлечение метана

1 Федеральный закон «О недрах», ст. 15.

скважинами с поверхности и подземными дегазационными системами;

- прогнозирование (путем активного моделирования) возможных результатов при реализации тех или иных вариантов принятых решений;

- обмен информацией с другими информационными системами;

- представление геологических планов, разрезов и другой выходной документации ЛПР для реализации принято-

го эффективного решения в соответствии с техническими требованиями и государственными стандартами.

В МГГУ активно ведутся работы по созданию такой ГИС на базе объектноориентированной методологии. Первые ее модули, созданные для решения названных задач, проходят тестовую проверку в условиях Воркутинского углегазового месторождения.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------

Шек В.М. - профессор, доктор технических наук,

Конкин Е.А. - аспирант,

Литвинов А.Г. - аспирант,

кафедра «Автоматизированные системы управления», Московский государственный горный университет.

------------------------------------------------------- РУКОПИСИ,

ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ

МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

1. Куленков А.В., Шульгин В.А. Моделирование динамики развития производства в пространстве функциональных свойств (475/07-06 — 18.04.06) 5 с.

2. Кармановская Н.В. Задачи организацииуправления экосредой (476/07-06 — 18.04.06) 3 с.

3. Колесников В.Н., Шульгин В.А. Организация ремонтных работ с многократной проверкой качества (477/07-06 — 18.04.06) 4 с.

4. Каминский Д.С. Системные принципы адаптивности при организации эксперимента (478/0706 — 18.04.06) 3 с.

5. Михайлов Ю.В. Структурный анализ влияния затрат на обеспечение эффективности производства (479/07-06 — 18.04.06) 3 с.

6. Куленков А.В. Механизмы согласования ресурсов при создании сложных производств (480/0706 — 18.04.06) 3 с.