Создание объектно-ориентированных моделей месторождений полезных ископаемых Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Т.А. Кувашкина,О.Г. Харахан,

Е.А. Конкин, А.Г. Литвинов,

С.В. Велесевич, М.Ю. Соболева,

2005

УДК 553:681.3.001.57

В.М. Шек, П. С. Дранишников, Т.А. Кувашкина,О.Г. Харахан,

Е.А. Конкин, А.Г. Литвинов, С.В. Велесевич, М.Ю. Соболева

СОЗДАНИЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ МОДЕЛЕЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Семинар № 10

Яаходящиеся в земной коре минеральные ресурсы, на пер-вый взгляд, кажутся массивными, незыблемыми и неизменными. Это связано с тем, что формирование месторождений полезных ископаемых, протекающее наряду с другими процессами в земной коре, с позиций человечества происходит крайне медленно и «отсчитывается» поэтому по геологической шкале времени. Моделирование этих процессов производится во временных периодах, масштабируемых с этой шкалой.

Однако, попав в сферу инженерной деятельности человека, минеральные ресурсы (месторождения полезных ископаемых) «начинают жить в нашем времени», стремительно проходя этапы открытия, изучения, подготовки к эксплуатации, добычи и переработки. Особенно подвижны при этом информационные процессы. Количество объектов, их характеристик и параметров, информационных процессов и документов и, особенно, общий объем обрабатываемой информации растут в геометрической прогрессии. При этом видоизменяются и усложняются информационные связи, растет число и сложность используемых моделей.

Каждое месторождение полезных ископаемых, даже самое простое с точки зрения геологического строения, является уникальным по полной совокупности его характеристик и показателей. Это под-

тверждается наличием большого количества и сложностью классификаций месторождений.

Отсюда вытекает разнообразие способов и методов изучения месторождений полезных ископаемых, используемых при этом моделей и методов их реализации, усложняются комплекс используемых технологий и управление совокупностью горнопромышленных систем отработки месторождения. Это приводит к многократному усложнению стадиального проектирования указанных систем и повышению объемов обрабатываемой информации.

Системообразующим фактором [1, 2] для объединения рассматриваемых горнопромышленных систем в одну большую систему является само месторождение полезных ископаемых (например, углегазовое). Поэтому для описания иерархической совокупности систем (их отдельных частей) и процессов, протекающих в них, используется очень большое количество взаимосвязанной информации и создается множество моделей. Основу последнего составляет композитная динамическая модель месторождения. Системы проектирования горнодобывающих предприятий используют банки горно-геологической информации, которые имеют свою специфику: в их состав входят объемные массивы данных, характеризующие пространствен-

Рис. 1

ное распределение горных пород различных типов. При этом важна задача их компактного размещения в базах данных без нарушения целостности и обеспечения эффективной обработки.

В разрабатываемой ЦСИ МГГУ информационно-интеллектуальной системе [1, 2] база данных и база знаний являются объектно-ориентированными. Они оперируют пространственными объектами, которые требуют создания возможности инкапсулировать объемные данные в множество однородных объектов (блоков) со стандартным информационным интерфейсом между ними.

Каждый способ представления объемных данных имеет свои недостатки в части занимаемых объемов памяти и обеспечения различных расчетов в объемах произвольной формы, особенно при подсчетах ресурсов (запасов) полезных ископаемых. Многолетняя практика [3] показала,

что наибольшее распространение получили два метода подсчета запасов рудных месторождений: метод геологических блоков и метод параллельных сечений. Основное неудобство при использовании блочных моделей связано с тем, что при актуализации геологических данных по мере повышения степени изученности месторождения приходится многократно проводить пе-реблокировку горно-

геологической среды.

Метод дискретизации сплошных сред

Для устранения этих недостатков был разработан способ представления объемных данных, значительно упрощающий процесс переблокировки и пересчет запасов [4].

В качестве основы пространственной модели предлагается регулярная блочная структура. В качестве блока (базисного объекта модели) используется призма, в основании которой находится шестиугольник (рис. 1). Верхние и нижние грани блоков одного слоя (пласта) моделируют двумя непрерывными и сглаженными поверхностями, проходящими соответственно через верхние и нижние граничные точки описываемого слоя с соседними (верхним и нижним) слоями, с последующей линеаризацией внешних (для слоя) граней в каждом блоке. Это позволяет аппроксимировать рельеф кровли и почвы слоя (рис. 2).

Из базисных объектов (групп сопряженных блоков, слоев) строятся более сложные объекты, представляющие интерес для дальнейшего анализа. К таким объектам можно отнести геологические пласты, пачки и свиты пластов, сложное рудное тело и т.д. На рис. 2 представлена модель пластов п<5 и п7 Воркутинского месторождения с находящимися между ни-

Рис.3. Подложка произвольной формы

ми пластами породы.

Использование объектно-ориентированного моделирования

Указанный способ представления объемных данных имеет ряд преимуществ:

• разбиение рудного тела или пласта на блоки такой формы позволяет наиболее точно представить геометрическую форму тела при минимальных затратах времени на «блокировку» и «переблоки-ровку»;

• становится намного компактнее модель внутреннего представления информации о блоках в базе данных, упрощаются расчеты их характеристик. Данные строго инкапсулируются

в объекте, возможна разработка стандартного интерфейса для этих объектов;

• сохраняется «база»

блокировки при повторной актуализации геологических данных об объектах угольного или рудного месторождения;

• все блоки проецируются на специальную «подложку», которая представляет собой плоскость с упорядоченным множеством правильных шестиугольников, плотно прилегающих друг к другу (рис. 3);

• форма подложки задается контуром-полигоном специального формата. Подложку во время работы можно модифицировать любым способом: ее можно расширить, сузить, удалить или добавить отдельные элементы;

• все шестиугольники подложки определенной зоны (полигона) имеют одинаковые радиусы описанной окружности. Призмы разных зон могут иметь отличающиеся радиусы окружностей при необходи-

мости описания некоторых объемных областей с различной точностью геометрических и других характеристик;

• исследуемые геологические объекты состоят из множества элементарных призм. Для задания положения каждой призмы достаточно указать номер в подложке, который определят ее горизонтальное положение, и координаты верхней и нижней граней призмы для определения вертикального местоположения (в слое, рудном теле и пр.);

• геологический массив каждой призмы, наряду с пространственными данными, описывается атрибутивными дан-

Рис. 6

Рис. 2

Рис. 4

Рис. 5

ными. Совокупность используемых атрибутов определяется поставленными при моделировании задачами. Например, для угольного пласта они могут быть такими: «мощность» призмы: высота, объем; качество полезного ископаемого: содержание ряда полезных и «вредных» компонентов, физико-механи-ческие свойства; тектонические параметры: нарушения, включения и др.; параметры газоносности и газоотдачи и т.д.;

• распределение количественных характеристик объемов горных пород в множестве блоков можно найти с помощью различных математических методов. Наиболее эффективными среди них для решения указанных выше видов задач моделирования являются геостатистические (крайгинг) и рандомизации (корреляционных полей).

Такая объемная модель позволяет рассматривать взаимное расположение отдельных частей (пластов угля и пород) месторождения, проводить геометрические измерения и подсчет объемов горной массы в выделенных частях месторождения, запасов угля и метана.

Так, на рис. 2, 4-7 показано последовательное изменение вида объемной модели части месторождения при последовательном удалении (сверху

вниз) пласта (темносерый, черный) и подлегающих породных пластов (градации серого).

В рассматриваемой модели верхние и нижние грани шестигранных призм расположены горизонтально (для упрощения операций выборки данных из соответствующей информационной базы и увеличения скорости расчетов объемов и

запасов без существенной потери точности последних). При необходимости точного воспроизведения поверхностей пластов (верхних и нижних граней призм) при решении задач геометризации (построение планов, разрезов и т.п.) используются модели, создаваемые с использованием ГИС-технологий.

С использованием объектно-ориентированной методологии, ГИС- и СА8Б-технологий, динамических масштабированных банков пространственно-

атрибутивной информации возможно эффективно решать большинство задач разведки, проектирования, обустройства и

Рис. 7

эксплуатации месторождений разнообразных полезных ископаемых в различных, самых сложных горно-геологических условиях.

1. Пучков Л.А., Шек В.М. Методология

объектно-ориентированного пространственно-

временного моделирования горнопромышленных систем./ В сб. «20 лет кафедры Автоматизированные системы управления». - М.: МГГУ, 2000. - С. 8 - 14.

2. Шек В. М. Объектно-ориентирован-ное моделирование горнопромышленных систем. - М.: Изд-во МГГУ, 2000. - 304 с.

3. Коган И.Д. Подсчет запасов и геологопромышленная оценка рудных месторождений. -М.: Недра, 1974.

4. Пучков Л. А. Шек В. М. Патент № 2130548 от 26 сентября 1997 г. Способ определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород.

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

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

Дранишников П. С. - аспирант,

Кувашкина Т.А. - аспирантка,

Харахан О.Г. - доцент,

Конкин Е.А. - аспирант,

Литвинов А.Г. - магистр,

Велесевич С.В. - студент,

Соболева М.Ю. - магистр,

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