CC BY
31
УДК 622.831
А.Ф. Смалюк, С.И. Славашевич, В.А. Мисников, А.С. Кравчук
РАЗРАБОТКА ГИС, ПОЗВОЛЯЮЩЕЙ ПРОВОДИТЬ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Аннотация. Предлагаемая ГИС позволяет создавать полноценные твердотельные геомеханические объекты на основе как ранее созданных и пополняемых баз данных о геометрической структуре уже существующих подземных выработок, так и проводить проектные работы на новых горизонтах. Разработанное веб-приложение привлекает к построению конечно-элементного разбиения фрагмента шахтного поля программные продукты с открытой лицензией, хорошо зарекомендовавшие себя, в том числе при расчетах атомных станций. При решении данной комплексной задачи выполнены следующие работы: формирование структуры таблиц базы данных, связей между ними; наполнение базы данных информацией по шахтному полю 4 РУОАО «Беларуськалий», необходимой для тестирования работы опытной версии ГИС; развертывание базы данных с подключением к опытнойверсии ГИС; тестирование работоспособности базы данных при создании 3-D геомеханических моделей с помощью опытной версии ГИС. В результате разработана и развернута опытная версия ГИС для одного из перспективных участков шахтных полей калийных месторождений Республики Беларусь, опасных по динамическим проявлениям горного давления со стороны кровли.
Ключевые слова: геоинформационная система, конечно-элементное разбиение, геомеханические расчеты, напряженное состояние горного массива, база данных, шахтное поле, веб-приложение.
Введение
Разработкам различных вариантов ГИС в последнее время уделяется большое внимание. Это объясняется очевидными технологическими выгодами при планировании как изыскательских, так и подготовительных работ перед выработкой полезных ископаемых [1—3].
Необходимо отметить, что, несмотря на существующее многообразие программных продуктов, нацеленных на решение данной задачи, до настоящего времени ни кому не удавалось интегрировать геомеханические расчеты в ГИС. Это связано, прежде всего, со сложностью сопряжения модели выработок и средств решения краевых задач механики твердого тела. Предлагаемая ГИС позволяет создавать полноценные твердотельные геомеханические объекты на
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-184-191
основе как ранее созданных и пополняемых баз данных о геометрической структуре уже существующих подземных выработок, так и проводить проектные работы на новых горизонтах.
Разработанное веб-приложение привлекает к построению конечно-элементного разбиения фрагмента шахтного поля программные продукты с открытой лицензией, хорошо зарекомендовавшие себя, в том числе при расчетах атомных станций [4, 5].
При решении данной комплексной задачи выполнены следующие работы:
• формирование структуры таблиц базы данных, связей между ними;
• наполнение базы данных информацией по шахтному полю 4 РУОАО «Беларуськалий», необходимой для тестирования работы опытной версии ГИС;
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 8. С. 184-191. © А.Ф. Смалюк, С.И. Славашевич, В.А. Мисников, А.С. Кравчук. 2018.
• развертывание базы данных с подключением к опытной версии ГИС;
• тестирование работоспособности базы данных при создании 3-D геомеханических моделей с помощью опытной версии ГИС.
Подготовка данных для геомеханического моделирования условий выемочных столбов, отрабатываемых нижними слоевыми лавами и опасных по динамическим проявлениям горного давления со стороны кровли, осуществлялась для нижних слоевых лав гор. -670 м рудника 4 РУ и Березовского участка шахтного поля этого рудника: лавы 14а-2; лавы Б-2-2. Забои этих лав оснащены системами мониторинга пригрузок крепи с большим (80—140) количеством датчиков.
Состав ГИС
Разработанная ^C представляет собой веб-приложение, хранящее данные о лавах, выработках, маркшейдерскую информацию, данные разведки. Использование веб-технологий позволяет наглядно предоставлять пользователям хранимую информацию в любой точке, где имеется подключение к сети Интернет.
Разработанная ГИС использует следующие технологии:
1. Данные хранятся с использованием СУБД MySQL, что обеспечивает высокую надежность хранения и обработки данных, высокую скорость получения данных. Данная CУБД является проектом с открытым исходным текстом, распространяемым бесплатно [6].
2. Для формирования WEB страниц получаемых пользователем используются технологии JavaServlets и JSP, являющиеся составными частями платформы JavaEE [7] и одними из самых популярных технологий разработки высокопроизводительных веб-приложений на сегодняшний день.
3. Клиентская часть приложения, работающая в браузере реализована на
языке программирования JavaScript [8], который является в настоящее время основой для всех популярных веб-приложений.
4. Для предоставления графической информации в 3D виде используется технология WebGL [9], поддерживаемая большинством современных браузеров.
5. Для создания элементов интерфейса используется фреймворк W3.CSS [10].
Структура разработанного
приложения
Основные компоненты приложения:
• index.jsp — документ, формирующий главную страницу приложения;
• well.jsp — документ формирующий страницу с информацией о скважинах (геоколонках);
• ExcDao — класс Java, обеспечивающий работу с базой данных, получение данных из нее, занесение данных в нее и т.д.
• DataServ — сервлет, отвечающий за подготовку данных полученных из базы и передачу их клиентской части приложения с помощью технологии AJAX [11].
• CalcServ — сервлет, отвечающий за подготовку файлов скриптов и заданий, позволяющих автоматически построить 3D геометрию рассчитываемой области шахтного поля, получить конечно-элементную сетку и выполнить процесс рассчета.
• GeometryScriptBuilder — класс непосредственно отвечающий за формирование скрипта для пакета Salome, с помощью которого будет формироваться трехмерная модель и конечно-элементная сетка.
Каталог css содержит файлы стилей страниц, обеспечивающих настройки внешнего вида приложения:
• w3.css — главный файл фреймворка W3.CSS, обеспечивающего единый стиль всех элементов приложения.
• w3-theme-teal.css — файл с цветовыми настройками фреймворка.
• custom.css — файл со стилями составных частей ГИС.
Каталог js содержит файлы клиентских скриптов на языке JavaScript. Script. js — файл, содержащий основные функции, обеспечивающие работу графического интерфейса ГИС, обработку информации, взаимодействие с компонентом WebGL, для отображения информации в трехмерном виде. Вместе с серверным скриптом index.php [12] они и представляют собой основу разворачиваемой ГИС.
После размещения данных файлов на сервере и загрузки базы данных в СУБД на этом же сервере, опытная версия ГИС стала доступна к использованию.
Серверная составляющая
Страница index.jsp является основой всего приложения. Она включает в себя шаблон главной страницы приложения, обращение к системе аутентификации, получение исходных данных для клиентского скрипта.
Для работы с базой данных используется стандартный механизм jdbc, встроенный в стандартную библиотеку Java.
При загрузке страницы клиентские скрипты с помощью AJAX обращаются к сервлетуDataServ,который через DAO получает следующую информацию:
• маркшейдерскую информацию (координаты точек и линии между ними);
• информацию о лавах;
• информацию о прочих выработках;
• информацию о геоколонках.
В каждом случае на основе информации, полученной из базы данных, формируются данные в формате JSON с помощью которого создаются массивы объектов для дальнейшей обработки и визуализации на стороне клиента.
Документ well.jsp формирует страницу описывающую геоколонку. Его рабо-
та начинается с получения идентификатора геоколонки, который передается ему из основного окна приложения.
Затем выполняется подключение к базе данных и получение данных о составе данной геоклонки.
Клиентская составляющая
приложения
Приложение активно использует клиентские скрипты, написанные на Java Script для организации взаимодействия с пользователем и представления информации в графическом виде.
Скрипты главной страницы собраны в файл scriptjs, который содержит:
• конструкторы для объектов хранящих информацию о:
- маркшейдерских точках;
- маркшейдерских линиях;
- лавах и их маршрутах;
- выработках и их маршрутах;
- геоколонках;
• функции для работы с матрицами преобразования координат.
Также здесь содержится функция redraw, которая используя компонент WebGL на основе информации из созданных серверными скриптами массивов объектов, строит трехмерное изображения шахтного поля.
В этом же файле находятся функции, обеспечивающие изменение масштаба изображения, его поворот вокруг осей, перемещение изображения. Некоторые из этих функций подключены к событиям нажатия на кнопки интерфейса, некоторые обрабатывают события мыши.
Кроме этого имеется полный набор функций, обрабатывающих события бокового меню и таблиц с ним связанных. При выборе пункта меню они обеспечивают заполнения находящейся ниже таблицы информацией о выбранном типе объектов: маркшейдерских точках, линиях, лавах, геоколонках. Там же обеспечивается обработка щелчков на
строке таблицы. Так при щелчке в списке геоколонок открывается новое окно, которое отображает информацию о выбранной геоколонке.
Файл well.js содержит скрипты для обеспечения работы интерфейса окна с описанием геоколонки. Здесь содержится функция — конструктор для объектов, описывающих слои геоколонки.
Функция redrawST обеспечивает рисование структуры геоколонки на основе массива слоев. В отличие от главного окна здесь нет необходимости в трехмерном рисовании, поэтому используется компонент canvas, обеспечивающий рисование двухмерных изображений средствами JavaScript.
Также в этом же файле находятся функции, обеспечивающие изменение масштаба отображения геоколонки.
Функционирование основных
элементов опытной версии ГИС
При загрузке главной страницы открывается основной интерфейс системы (рис. 1). Слева находится меню с основными видами информации, доступной для отображения. Справа находится компонент WebGL, обеспечивающий графическое отображение этой информации.
Первоначально отображается вся доступная информация: пространства лав, выработок, маркшейдерские точки и линии, расположение геоколонок.
При нажатии на название пункта меню, под меню открывается таблица с соответствующей этому пункту информацией.
Любой из данных элементов можно выключить/включить, нажав на значок «глаза» в пунктах меню. Например, можно включить отображение только маркшейдерской информации, как показано на (рис. 2). Либо отключить маркшейдерскую информацию и оставить только отображение лав и выработок, как показано на рис. 3.
В правом верхнем углу страницы, на ее заголовке, отображаются значки операций, меняющих отображение шахтного поля. Знаки плюс и минус позволяют менять масштаб, знаки ОхО позволяют вращать модель, чтобы добиться нужного угла зрения.
На рис. 4 показан фрагмент лав Б-2 и Б-2—2 вместе с их монтажными и транспортными штреками в результате изменения масштаба модели и вращения.
На рис. 5 отображены те же лавы, но с отключенной маркшейдерской информацией.
Рис. 1. Главное окно приложения ГИС Fig. 1. Main window of the GIS application
Рис. 2. Отображение только маркшейдерской информации и геоколонок Fig. 2. Showing only surveying information and geocells
Рис. 3. Отображение лав Б-2 и Б-2-2, а также связанных с ними выработок при отключенной маркшейдерской информации
Fig. 3. Display of lavas B-2 and B-2-2, as well as associated excavations with the turned off survey information
w Опытная версия ГИС для ООО "Беларуськалмй* v19.1 - Mozilla Firefa* о S
Ble Edit View Н&ску Bootemariis loots IWp
Опытная версия ГУ * +
■€--><?•£1 1 © b^emmr inöex-pi-.p — Où A Search И Э □ 2
№рсиэдефэсэ сеть, тми л Нфсшемдерсвз сеть, мних -* Паш *
•1
Гехахисмки
id
1 ВемтАПяроо-ъм втрое лавы Б-2
2 Вемт*п»1»см-ый игрек 6-2-2
3 Трмспфткьаг атрес лам Б-2
4 Трэхсгорпныи атрет .тазы Б-2-2
5 Монтаюмв х~эе« лт Б-2
6
7 ¿«мс- -¿ж-ьм алрех люы Б-2
в Момшо»й игре« ямы Б-2-2
9 Momaraji огрет лат Hi 1 Б-2-2
Рис. 4. Фрагмент лав Б-2 и Б-2-2, их монтажные и транспортные штреки Fig. 4. Fragment of lavas B-2 and B-2-2, their assembly and transport drifts
Рис. 5. Фрагмент лав Б-2 и Б-2-2, без маркшей, Fig. 5. Fragment of lavas B-2 and B-2—2, without mi
Кроме маркшейдерской информации, лав, штреков, в модели также отображаются скважины разведки — геоколонки (рис. 6). Они изображены в виде вертикальных желтых линий.
Слева отображается список геоколонок, при щелчке в котором открывается новое окно с информацией о данной геоколонке. В данном окне показывается информация о геоколонке: ее название и список слоев, для каждого из которых дано описание его содержания и толщина.
Справа показано расположение этих слоев в графическом виде. Слои из различных материалов изображаются разными цветами.
рской информации )-surveying information
Результаты опытного
использования ГИС
Разворачивание опытной версии ГИС и проверка ее работоспособности показали, что как это программное средство, так и база данных, подключаемая к ней работоспособны и могут быть использованы в дальнейшей работе по проекту «Скиф-Недра».
Заключение
Разработана и развернута опытная версия ГИС для одного из перспективных участков шахтных полей калийных месторождений Республики Беларусь, опасных по динамическим проявлениям горного давления со стороны кровли.
Опытная версия ГИС для ООО "Беларуськалий" V19.1 - Mozilla Ffrefox
Eile Edrt yiew Hijiory Bookmarks lools Uetp
Опытная вереи* ГИ X +
Рис. 6. Штреки лав Б-2 и Б-2-2, и расположенные рядом геоколонки Fig. 6. The drifts of lavas B-2 and B-2—2, and the adjacent geocells
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Косков В. Н., Косков Б. В. Геофизические исследования скважин и интерпретация данных ГИС. — Пермь: ПГТУ, 2007. — 317 с.
2. Цыдапова М.В. Геоинформационные системы и технологии. — Улан-Удэ: Изд-во Бурятского госуниверситета, 2016. — 52 с.
3. Кузнецов О.Л., Никитин А.А., Черемисина Е.Н. Геоинформатика и геоинформационные системы. — М.: ВНИИгеосистем, 2005. — 453 с.
4. Code_Aster. URL: https://www.code-aster.org (Дата доступа: 24.04.2018).
5. Salome. URL: http://www.salome-platform.org/ (Дата доступа: 24.04.2018).
6. MySQL. URL: http://dev.mysql.org/ (Дата доступа: 24.04.2018).
7. JavaEE. URL:http://www.oracle.com/technetwork/java/javaee/overview/index.html (Дата доступа: 24.04.2018).
8. JavaScript. URL: https://www.w3schools.com/js/default.asp (Дата доступа: 24.04.2018).
9. WebGL. URL: https://www.khronos.org/webgl/ (Дата доступа: 24.04.2018).
10. W3.CSS. URL: https://www.w3schools.com/W3CSs/ (Дата доступа: 24.04.2018).
11. Sandeep Kumar Patel. Developing Responsive Web Applications with AJAX and jQuery. — Packt, 2014. 248 p.
12. Котеров Д., Симдянов И. PHP 7. — СПб.: БХВ-Петербург, 2017. — 1088 с. íítttr
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Смалюк Антон Федорович — кандидат физико-математических наук,
ведущий научный сотрудник, Белорусский национальный технический университет,
Славашевич Сергей Иванович — ведущий инженер, ОАО «Беларуськалий»,
Мисников Владимир Аркадьевич — кандидат технических наук,
ведущий научный сотрудник, НПУП «Институт горного дела»,
Кравчук Александр Степанович — доктор физико-математических наук,
профессор, доцент, e-mail: ask_belarus@inbox.ru,
Белорусский государственный университет.
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 8, pp. 184-191. GIS for geomechanical modeling
SmalukA.F., Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher, Belarusian National Technical University, 220013, Minsk, Belarus, Slavashevich S.I., Leading Engineer, JSC «Belaruskaliy», 223710, Soligorsk, Belarus, Misnikov V.A., Candidate of Technical Sciences, Leading Researcher, Institute of Mining, 223710, Soligorsk, Belarus,
Kravchuk A.S., Doctor of Physical and Mathematical Sciences,Professor, Assistant Professor, e-mail: ask_belarus@inbox.ru, Belarusian State University, 220030, Minsk, Belarus.
Abstract. The proposed GIS allows creating true solid geomechanical models based on the existing and replenished data bases on geometry of current underground excavations as well as enables planning and design of operations on new horizons. The developed web application generates finite element grid of a mine field fragment using open license programs well-reputed in atomic power station design, among other things. Solution of this complex program involved structuring and communication of data sheets; filling of data bases with information about Belaruskali Mine 4 field with a view to testing the GIS pilot version; activation of data bases and connection with the pilot GIS; test check of data base operability in 3D geomechanical modeling using the pilot GIS. As a result, the pilot GIS has been developed and deployed in one of the promising mine areas of potash deposits in the Republic of Belarus, exposed to dynamic phenomena due to roof rock pressure.
Key words: geoinformation system, finite element grid, geomechanical calculations, rock mass stress state, data base, mine field, web application.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-184-191
REFERENCES
1. Koskov V. N., Koskov B. V. Geofizicheskie issledovaniya skvazhin i interpretatsiya dannykh GIS [Geophysical logging and GIS data interpretation], Perm, PGTU, 2007, 317 p.
2. Tsydapova M. V. Geoinformatsionnye sistemy i tekhnologii [Geoinformation systems and technologies], Ulan-Ude, Izd-vo Buryatskogo gosuniversiteta, 2016, 52 p.
3. Kuznetsov O. L., Nikitin A. A., Cheremisina E. N. Geoinformatika i geoinformatsionnye sistemy [Geoinformation science and geoinformation systems], Moscow, VNIIgeosistem, 2005, 453 p.
4. Code_Aster. URL: https://www.code-aster.org (accessed: 24.04.2018).
5. Salome. URL: http://www.salome-platform.org/ (accessed: 24.04.2018).
6. MySQL. URL: http://dev.mysql.org/ (accessed: 24.04.2018).
7. JavaEE. URL: http://www.oracle.com/technetwork/java/javaee/overview/index.html (accessed: 24.04.2018).
8. JavaScript. URL: https://www.w3schools.com/js/default.asp (accessed: 24.04.2018).
9. WebGL. URL: https://www.khronos.org/webgl/ (accessed: 24.04.2018).
10. W3.CSS. URL: https://www.w3schools.com/W3CSS/ (accessed: 24.04.2018).
11. Sandeep Kumar Patel. Developing Responsive Web Applications with AJAX and jQuery.Packt, 2014. 248 p.
12. Котеров Д., Симдянов И. PHP 7. СПб.: БХВ-Петербург 2017, 1088 p.
_
РУКОПИСИ, ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
АНАЛИЗ НАИБОЛЕЕ ХАРАКТЕРНЫХ СХЕМ ПОДСТАНЦИЙ ДЛЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, РЕКОМЕНДУЕМЫХ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ LMSCANVAS (№ 1149/08-18 от 05.06.2018 г.; 5 с.) Дурсенева Анна Алексеевна — магистр, e-mail: Netta.dimart@gmail.com, НИТУ «МИСиС».
Одним из принципов построения сети, обеспечивающих требования надежности и экономичности, является унификация конструктивных решений по подстанциям. Необходимым условием для этого является типизация главных схем электрических соединений, определяющих технические решения при проектировании и сооружении подстанций. Главная схема -это схема электрических соединений основного электрооборудования, к которому относятся трансформаторы силовые и измерительные, реакторы, коммутационные аппараты и соединяющие их проводники. Для главных схем подстанций определяющими факторами являются местоположение подстанции в энергосистеме и ее назначение, мощность, перерабатываемая на подстанции и проходящая через нее транзитом, количество и мощность трансформаторов и отходящих линий, уровни их напряжений, категории потребителей, которые питаются по этим линиям. Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части подстанции, так как он определяет полный состав элементов и связей между ними.
Ключевые слова: трансформаторная подстанция, распределительные устройства,схемы распределительных устройств подстанции, главная схема, уровень напряжения.
ANALYSIS OF THE MOST TYPICAL SCHEMES OF SUBSTATIONS FOR MINING COMPANIES, RECOMMENDED FOR TRAINING ON THE BASIS OF THE ELECTRONIC EDUCATIONAL
ENVIRONMENT LMSCANVAS
Durseneva A.A., Magister, e-mail: Netta.dimart@gmail.com,
National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.
One of the principles of the network construction, providing the requirements of reliability and efficiency, is the unification of design solutions for substations. A necessary condition for this is the typifica-tion of the main circuits of electrical connections, which determine the technical solutions for the design and construction of substations. The main scheme is a scheme of electrical connections of the main electrical equipment, which includes power transformers and measuring, reactors, switching devices and connecting their conductors. For the main schemes of substations, the determining factors are the location of the substation in the power system and its purpose, the power processed at the substation and passing through it in transit, the number and power of transformers and outgoing lines, the levels of their voltages, the categories of consumers who are fed on these lines. The choice of the main scheme is decisive in the design of the electrical part of the substation, as it determines the full composition of the elements and the connections between them.
Key words: transformer substation, switchgear, circuit switchgear substation, main circuit, voltage level.
