CC BY
35
СЕМИНАР 15
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99" МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
К.В. Морозов, к.т.н., А.Л. Панфилов, к.г-м.н.
Лаборатория геодинамики недр и горнопромышленной геологии ВНИМИ
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕПСТВ И БАЗЫ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОСТРОЕНИЕ ТЕКТОНОСТРУКТУРНОЙ МОПЕЛИ ШАХТНОГО ПОЛЯ, КАК СРЕПСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПЛАНИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНЫХ И БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИИ ПОБЫЧИ УГЛЯ НА ШАХТАХ
Обеспечение интенсивной и безопасной отработки угольных месторождений возможно на основе качественной и оперативной горно-геологической информации. Объем геологической информации на горнодобывающем предприятии на порядок превосходит совокупный объем данных других инженерных служб [1]. Одним из вариантов структурирования и организации доступа к этой информации является построение компьютерной горногеометрической модели пластового месторождения.
Принципиально существуют два пути построения такой модели. Первый, наиболее распространенный на сегодняшний день, связан с автоматизацией существующих алгоритмов решения поставленных задач. Формирование массивов исходных данных строится на основе требований применяемых методов. Алгоритмы, обычно, жестко связаны с исходными текстами программ. К достоинствам данного пути следует отнести его конкретность и оперативность достижения цели. Однако изменение методик, правил или концепций взаимодействия элементов объектов в подобных моделях приводит к необходимости повторения всех путей ее формирования.
Второй путь связан с построением модели объектов геологических данных. Под геологическим объектом понимается совокупность свойств прототипа и методов их обработки. Уже на стадии проектирования разработчики должны учесть максимально полное отражение свойств и особенностей объекта, что увеличивает период разработки, но позволяет максимально возможно сохранить
базовую геологическую информацию. Специфика пути подразумевает выбор в качестве инструмента разработки базы данных средств наиболее распространенных и доступных потенциальным пользователям приложения. При этом, пользователю должна быть предоставлена возможность использовать уже существующие разработки в удобной форме. Применение сетевых технологий обеспечит возможность аккумулирования базовой горно-
геологической информации на предприятии в естественной (не насильственной, как бы само собой разумеющейся), наиболее удобной для конечного пользователя форме.
Учитывая достоинства и недостатки различных путей, разработчики предлагают использовать базу данных геологических объектов (в дальнейшем база данных) как основу для построения геоло-го-геометричес-кой модели месторождения полезного ископаемого. Хранимая в базе информация может и должна использоваться для построения геодинами-ческих, геофизических и геоме-ханических моделей месторождения, проведения инженерных и прогнозных оценок по комплексу параметров, необходимых для обоснованного принятия решений в сложных горно-геологических условиях разведки и отработки месторождения.
Предлагаемая технология предусматривает формирование любого геологического объекта (бассейн, месторождение, шахта,
пласт, скважина, точка геологических наблюдений, нарушение и др.) на основе базовых таблиц-
справочников. Каждый объект привязан к конкретному бассейну, месторождению и т. д.
Построение тектоноструктур-
ной модели шахтного поля базируется на алгоритмах представления объемных моделей пликативных и дизъюнктивных нарушений месторождения. Следует отметить, что геолого-геометрические модели
складчатых структур представляет собой условно непрерывные поверхности напластований горных пород. Исходными данными для моделирования поверхностей служат точки геологических наблюдений расположенные по нерегулярной сети. В общем случае точки регистрации не совпадают с характерными точками рельефа скрытых геологических поверхностей
Универсального расчетного алгоритма, описывающего морфологию залежи не существует. Задача построения объемных моделей складчатых структур шахтного поля является инвариантной. Построение достоверной модели возможно только путем привлечения дополнительной (априорной) информации. Поэтому оптимальным представляется следующий путь геометризации складчатых нарушений:
1. Формируется информационная модель складки (точки под-сечения, принадлежащих базовому классу объектов: точка геологических наблюдений).
2. Используя стандартные математические методы аппроксимации и интерполяции получают упрощенную модель складки.
3. Исходная модель подвергается
компьютерной трансформации исходя из не формализуемых представлений специалиста. В ходе решения этой задачи информация о пликативном нарушении не обособляется в геологической базе данных (к примеру в геологических колонках буровых скважин).
Для автоматизированного построения пликативных структур разработаны и программно реализованные следующие алгоритмы:
1. Формирования массива исходных данных по скважинам/точкам геологических наблюдений.
2. Разбиения массива исходных данных на маркирующие слои.
3. Выделения как отдельного слоя так и любой произвольной пачки слоев.
4. Выбора метода интерполяции/экстраполяции исходных данных.
5. Построения моделей поверхностей маркированных слоев методами:
• наименьших квадратов;
• сплайн функции;
• ближайшего района;
• триангуляции;
• крайгинга;
• поверхностей Шепарда;
• полиномиальной регрессии;
• сглаживания по радиусам влияния исходных точек. Вопросы построения моделей
разрывных нарушений не входят в рамки данной статьи.
Первым шагом реализации геолого-геометрической модели месторождения являлось проектирование таблиц, необходимых для наиболее общего описания базовых геологических объектов. Примерный список таблиц (табл. 1) приведен ниже.
Каждая из сформированных таблиц представляет комбинацию полей (запись). Для ускорения доступа к наиболее значимым полям организовано индексирования таблиц. Ссылочная целостность обеспечивается использованием уникальных индексов. Пример описания приведен для таблицы точек геологических
наблюдений (таблица 2). Доступ к данным разработанной базы может быть осуществлен из любых программных продуктов, предусматривающих генерацию структурированных запросов SQL. Однако, вследствие малой вероятности знакомства конечного пользователя со средствами SQL нами предложен интерфейс доступа к данным. Средством разработки выбрана среда Delphi Client/Server компании Borland. Некоторое представление о предложенном программном продукте может дать описание отдельных его ком-
понент (форм, справочников). Единый стиль управления при работе с программой реализуется через главное меню (рис. 1)
Блок управления курсором включает следующие опции:
• на первую позицию таблицы,
• предыдущую позицию таблицы,
• последующую позицию таблицы,
• к последней позиции таблицы,
• создать новую строку таблицы,
• удалить строку таблицы,
• редактировать данные таблицы,
• отменить редактирование,
• обновить данные,
• вызов поиска,
• повторный поиск,
• установка фильтра. Типичный вид окон
поиска и установки фильтров представлен на рис. 2 и рис. 3.
Конфигурирование программы обеспечивается следующими строками в файле GEO.INI, находящемся в рабочем каталоге (как правило C:\GEOBASE) [Parameters]
■ CodeBasin=15 - код бассейна
■ KodDeposit=1 - код
месторождения
■ ExtEditorPath=C:\WI
NDOWS- путь для
внешнего редактора документов
■ ExtEditorName=wor dpad.exe - внешний редактор документов
■ [LAST CONNECT]
■ LoginName=Geolog - логин пользователя
■ DatabaseName=geodb - имя
базы данных
■ ServerName=VN_SERVER
- имя сервера
Все остальные строки файла конфигурации меняются для каждого сеанса работы и определяют местоположение и размеры всех окон программы. Специального обслуживания не требуют.
При загрузке программы необходимо ввести имя пользователя и пароль для соединения с базой данных (рис. 4). Пароль регистрации входа в систему назначается администратором базы данных и определяет принадлежность пользователя к группе с заранее определенными правами. Перемещение между полями ввода формы (как и во всех формах программы) осуществляется клавишами Tab или Shift+Tab (в обратном порядке). Завершение ввода - Enter.
При каждом новом входе в программу в строках формы отобра-
жаются данные предыдущего сеанса
(кроме пароля), что упрощает работу
пользователя. Данные хранятся в файле конфигурации GEO.INI, находящемся в рабочем каталоге C:\GEO-BASE.
В случае успешной регистрации, пользователь получает доступ к
главной форме программы. Возможный вариант фрагмента главной формы программы представлен на рис. 5. В строке заголовков (верхняя часть формы) отражено название программы, имя рабочего сервера и наименование базы данных. Следующие строки занимает главное меню и панель (блок) управления
курсором.
В статус строке (нижняя часть формы на рис. 5 не отражена) показано имя пользователя, работающего
с программой, и принадлежность его к определенной администратором группе.
Программой предусмотрено разделение на объекты, характеризующиеся набором свойств и правил работы с ними (поиски по ключевым параметрам, выборки, фильтрация). Геологические объекты предполагают наличие свойств инкапсуляции и наследования. Например, месторождение привязано к конкретному бассейну и все свойства бассейна автоматически включены в свойства принадлежащего ему месторождения.
В текущей версии программы предусмотрено выделение следующих геологических объектов:
• бассейны
• месторождения (площади)
• шахты (рудники)
• пласты (залежи)
• профиля (трассы)
• скважины
• геологические точки Условно в блок геологических объектов помещены:
• нарушенность
• трещиноватость
Базовым является список объектов угольных месторождений. Как варианты рассматриваются название аналогичных объектов,
принятых для рудных или нефтяных месторождений.
Перечни объектов общие для различных приложений образуют таблицы, названные в программе
ГИАБ
таблицы (списки):
бассейны, месторождения, шахты, свойства пород, геохронология и пр.
Рассмотрим работу со справочниками на примере справочника Скважины
Одним из главнейших горногеологических объектов являются Скважины. Как и большинство других объектов скважины привязаны к конкретному месторождению и, естественно, бассейну.
Форма Скважина вызывается из главного меню Геол-объекты /Скважины. Характерный вид формы представлен на рис. 6.
Выбор конкретного месторождения в боксе Месторождение позволяет просмотреть принадлежащие ему скважины. Базовый вариант программы предусматривает обязательное запол-
справочниками. Характерными примерами справочников являются
нение полей Наименование и Номер скважины. Код генерируется
автоматически и является уникальным для конкретного бассейна и месторождения. Координаты X, Y и Z устья и забоя скважины могут быть введены в любое, удобное пользователю, время. Тоже относится и к полям Назначение скважины, Тоже относится и к полям Назначение скважины, Состояние скважины и Примечание.
Программой предусмотрена возможность построения по координатам точек подсечения слоеобразующей поверхности объемной модели и топоповерхности (рис. 7).
Для построения топоповерхно-сти необходимо выбрать опцию Построить изолинии всплывающего меню, связанного с таблицей Скважины. Пункты меню Построить поверхность и Построить изолинии и поверхность
обеспечивают, соответственно,
построение объемной модели и топоповерхности на одном рисунке. Все эти построения осуществляются программой Surfer, которая подгружается к основной программе через механизмы среды Windows. Для пользователя переключение от одной программы к другой происходит незаметно.
По исходным данным строится регулярная сеть и выполняется интерполяция восемью стандартными методами (рис. 8).
Двойной клик левой клавиши мыши на записи «Наименование» справочника Скважина, приведет к активизации данных по литотипам в выбранной скважине, содержащихся в таблице Литология (рис. 9). Те же действия происходит при использовании кнопки Литология, расположенной в нижнем левом углу формы Скважины.
Идеологически таблица Литология разделена на две части. Левая содержит табличное представление данных литотипам в выбранной скважине, правая - их графическую интерпретацию. Ввод и редактирование данных проводится только в табличной части формы по следующему алгоритму.
10
• Введите верхнюю отметку
первого слоя. На запрос программы Границы совпадают. Удалить
строку? ответьте ^. Данный вопрос появляется только для первого слоя скважины или при совпадении отметок кровли и почвы слоя.
• Перейдите в поле Нижняя отметка (клавиша ^) и введите ее значение. Нажмите клавишу •!>. При
этом Вы перейдете в поле Нижняя отметка следующего слоя. Значение поля Верхняя отметка формируется автоматически и совпадает со значением Нижней отметки предыдущего слоя.
• Повторяйте последнюю операцию до формирования отметок всех подлежащих вводу литологических разностей.
В поле Порода содержится информация, отражающая разновид-
ность породы редактируемого слоя. Код породы можно ввести непосредственно или выбрать породу из справочника пород, отображаемых на геологической колонке. Данный справочник станет доступен при инициализации раскрывающегося списка в поле Порода редактируемого литологического слоя.
Правая часть формы служит графической иллюстрацией данных. В верхней части отображаются наименование бассейна и месторождения, номер, наименование и назначение скважины. Бокс Increase определяет направление развития скважины (вверх/вниз). Бокс Масштаб позволяет рассматривать колонку с увеличением от
1 до 10 раз.
На колонке с левой стороны показаны отметки кровли и почвы слоев, с правой - мощность слоя и наименование породы.
Кнопка Разрезы формы Скважины активизирует форму Данные по скважинам (рис. 10, 11).
Поле формы разделено на четыре зоны: верхняя левая часть - план скважин, верхняя правая часть - поле построения разреза, нижняя левая часть - проекции устья скважин, нижняя правая часть -табличная форма представления данных по устью скважин.
К плану скважин привязано всплывающее меню (активизируется нажатием правой кнопки мыши в поле «План скважин»). Выделение опции Показать точку вызывает появление на плане курсора, указывающего на скважину, координаты которой выделены в таблице.
Определение масштаба осей производится автоматически при прорисовке формы.
Для построения разреза по произвольному профилю необходимо выполнить следующую последовательность действий:
1. Построение в таблице Скважина модель маркиро-ных слоев. Для этого выбирается опция всплывающего меню строить модель слоев. Данные в ходе построения модели при-дятся к регулярной сетке одним из
восьми методов, определяемых в форме Настройки Surfer (Inverse Distance, Kriging,
Minimum Curvature, Polynomial
Regression, Radial Basic Function, Shepard, Triangulation, Nearest Neighbor). Таблица
зывается через опцию Выбор метода всплывающего меню. При построении модели
магически определяется
мальный шаг сетки модели, торый отражается в боксе Шаг в левом верхнем углу
формы. Шаг модели может быть произвольно изменен.
2. Задание линии разреза. Начало линии профиля определяется через опцию Начало линии разреза, последующие точки, указанные курсором -фиксируются двойным кликом левой кнопки мыши в поле «План».
3. Построение разреза - опция Построить разрез.
4. Для построения разреза по другому направлению очищают линию разреза (опция Сброс линии) и повторяют шаги 2 и 3.
Параметры отображения
гического разреза могут быть отредактированы. К
руемым параметрам относятся прорисовка, масштабирование и маркировка осей, выбор бражаемых данных, данных, трехмерное представление фиков, подписи по осям,
чие легенды, цвета панелей и фона и многое другое.
Представленные на следующих рисунках данные ражают возможность контроля процесса построения разрезов. Файл point.dat содержит
ные точки разреза, введенные пользователем. На рис. 12
зана форма просмотра,
лизированная по опции Просмотр сохраненных точек профиля всплывающего меню. Опция меню Просмотр сохраненных расчетных точек профиля активизирует форму (рис. 13), в которой показано содержание файла line.dat. Каждая
©
строка этого файла содержит координаты X,Y и Z точек линий разреза, рассчитанных с шагом равным шагу модели (см. бокс Шаг в верхнем левом углу формы). Значение координаты Z равно 0.
Файл cross.dat (рис. 14) помимо координат X,Y,Z содержит еще два параметра. Это номер слоя и цифра соответствует кровле(1) или поч-ве(2) рассматриваемого слоя. Значения файла cross.dat формируется на основе line.dat, для каждой точки которого находится пересечение со всеми маркируемыми слоями.
В заключение статьи еще раз подчеркнем, что в качестве основы горно-геометрической модели месторождения авторами предлагается использование базы данных геологических объектов.
Предложенная технология предусматривает формирование любого геологического объекта (бассейн, месторождение, шахта, пласт,
скважина, точка геологических наблюдений, нарушение и др.) на основе базовых таблиц-справочников.
Программная реализация базы данных геологических объектов предусматривает использование Windows NT 4.0 как базовой операционной системы, Microsoft SQL Server в качестве сервера баз данных, Windows'95/98 - как операционные системы пользовательских машин. Использование выбранных программных средств позволили организовать многопользовательскую работу с организацией необходимого уровня разделения прав доступа пользователей.
На основе хранящейся в базе информации разработан ряд прикладных алгоритмов решения горно-геологических задач. К ним относятся задачи построения диаграмм трещиноватости, расчет параметров разрывного нарушения, выделение однородных участков, построения геологических разрезов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Горная информатика/Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА. Под ред. К.Н. Трубецкого. М.: Изд-во АГН, 1997. -С. 256-282
К.В. Морозов, А.Л. Панфилов
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
МОРОЗОВ
в:\С диска по работе в универе\01ЛВ_99\01ЛВ4_99\Все С:\и8еге\Таня\АррБа1а\Коат1^\М1сго80й\ШаблоныШогта1Ло1т Семинар: Автоматизация, информация и управление
Гитис Л.Х.
08.06.1999 15:53:00
3
11.06.1999 10:43:00 Гитис Л.Х.
4 мин.
14.12.2008 20:29:00 7
2 644 (прибл.)
15 072 (прибл.)
