Тема магистерской работы: "Розробка об'ємної моделі системи гірничих

виробшахти ім. А.Ф.Засядько"

1.  Загальні відомості за темою

1.1 Актуальність теми
    Традиційно геолого-маркшейдерська інформація вугільних шахт накопичується в планах гірничих виробок по шахтопластам, що розробляються. План гірничих виробок – це графічний документ масштабу 1:5000, на якому зображена мережа гірничих виробок, проведених по конкретному шахтопласту і його вміщуючим породам, яка використовується (використовувалася) при його відробітку з періоду початку ведення гірничих робіт. На пластах гірничих робіт також відображаються:

    1.Гірничо-геологічні умови у вигляді ізоліній глибини розробки (ізогипс), фактичні кути падіння пласта, структурні колонки пласта, місцерозташування зон зміни літологічного складу порід, які містять пласт, показники якості вугілля, фігури підрахунку запасів, положення прогнозованих і розкритих гірничими виробками розривних порушень і т.д.

    2.Гірничо-технічні умови у вигляді місячних і річних просувань очисних і підготовчих забоїв, потужності пласта, найменування технічних засобів виїмки і проходки пласта, що виймається, спосіб управління кровлею, витрати повітря у виробках, перетин, зони незадовільного стану, зони з відміченими газодинамічними явищами, які відбулися при веденні гірничих виробок, вибухів, суфлярних виділень з масиву і т.д.

    3.Результати маркшейдерських вимірів при веденні гірничих робіт у вигляді кутів нахилу підготовчих виробок, розташування пунктів маркшейдерських мереж, відмітки підошви виробок, кліважі пласта і вміщуючих порід, зони локальних змін потужності і залягання пласта

    З поглибленням гірничих робіт в шахтопластах, які відроблялися раніше, особливо при відробітку шахтою групи вугільних пластів, плоскі графічні карти і моделі стають недостатньо інформативними і функціональними. Це обумовлено тим, що для забезпечення безпеки і ефективності проведення гірничих робіт необхідно оперативно і достовірно вирішувати багато задач геометрізації, мережі гірничих виробок, яка може досягати 200 км і більше, визначати відстані між елементами технологічної схеми шахти і елементами масиву в гірничому відводі, оцінювати кривизну залягання пластів, будувати проекції вугільних целіків на суміжних пластах, визначати параметри складчастості масиву і т.д. Все це призводить до необхідності розробки об'ємних моделей систем гірничих виробок глибоких шахт, і на їх основі розробляти оптимальні рішення по плануванню і проведенню гірничих робіт.

    Метою даної роботи є розробка об'ємної моделі найскладнішої і проблемної в Донбасі шахти ім. О.Ф. Засядько, яка в даний час проводить відробіток 4-ьох вугільних пластів, небезпечних за викидами, на глибинах від 1100 м до 1350 м і відрізняється найбільш довгою і складною системою розкриваючих і підготовчих виробок

    Для досягнення поставленої в роботі мети необхідно вирішити наступні основні задачі:

    - зібрати дані про місцерозташування всіх елементів системи гірничих виробок шахти по шахтопластам, які розробляються;

    - розробити базу даних для будови і візуалізації системи гірничих виробок шахти;

    - зібрати дані про геологію масиву в межах гірничого відводу шахти, залягання пластів, що розробляються і резервних, основних пісковиках і інших породних шарах осадкової товщі, що підробляється;

    - розробити базу даних для побудови і візуалізації геологічної будови гірського масиву в межах відведення шахти.

    Наукова новизна роботи полягає в розробці підходу і методики моделювання, які дозволяють здійснювати геометрізацію системи гірничих виробок на основі даних планів гірничих робіт по шахтопластам, що розробляються (плоским моделям).

    Практичні результати роботи полягають в наступному:

    1.Буде розроблена база даних, що відображає місцерозташування в просторі всіх проведених за період існування шахти ім. О.Ф. Засядько гірничих виробок.

    2.Буде створена база даних, що відображає геологічну будову гірничого відводу шахти ім. О.Ф. Засядько (в об'ємному вигляді).

    3.Буде розроблена об'ємна модель найбільшої на Україні вугільної шахти, яка послужить основою для планування і ведення гірничих робіт.

2.  Оглядова інформація

    На сьогоднішній день на кафедрі гірничої геомеханіки створена лабораторія «Геопрогнозування», одним з напрямів наукової роботи якої є впровадження нових технологій в області інформатизації геолого-маркшейдерської документації. Юридичною базою для цього впровадження є накази № 621 від 21.12.1999 р. і № 378 від 07.07.2004 р. Міністерства палива і енергетики України про обов'язковий перехід вугільних шахт на використання ЕПГР.

    У Донецькій і Луганській областях, укладаються відповідні господарські договори і впроваджується на комерційній основі технологія виробництва електронних планів в маркшейдерських і технічних службах вугільних шахт. Замовником в них виступають шахти (об'єднання), а Виконавцем — кафедра гірничої геомеханіки при ДонНТУ. [1] У таблиці 2.1 приведений перелік ЕПГР, які були розроблені науковим колективом кафедри. Приклади реалізації планів гірничих виробок приведені на рис. 2.1 і рис. 2.2.

Таблиця 2.1 - Перелік шахтопластів і характеристики ЕПГР, розроблених з використанням нової технології

Рис.2.1 - Викопіровка з плану гірничих робіт пласта С₁₁ шахти «Південнодонбаська № 1»

Рис. 2.2 - Викопіровка з плану гірничих робіт пласта m₃ шахтиім. О.Ф.Засядько

    Загальне число шахт склало 19, кількість шахтопластів — 37, сумарна площа ЕПГР в надрукованому вигляді — 82,68 м2, що відповідає їх площі в натурі — 2067 км2, і площі шахтних полів — близько 1550 км2. При розробці цих планів було оцифровано і векторизовано 873 планшета М 1:2000.

    Перехід вугільних шахт галузі на ЕПГР і заміна ними традиційних офсетних планів гірничих робіт є не просто прогресивним, але й економічно вигідним заходом. Створення такої гнучкої і сучасної графічної бази геолого-маркшейдерської технологічної інформації призводить до істотного зниження трудомісткості маркшейдерської служби. Практично повністю відпадає необхідність в роботі картографа і секретчика, спрощується процес поповнення і роздруку як самих планів, так і численних викопіровок окремих його частин. Досвід показує, що це призводить до вивільнення як мінімум однієї робочої ставки у відділі. Економія засобів по заробітній платні в межах шахти складає з нарахуваннями від 15 до 20 тисяч гривень на рік.

    Серед розробок, проведених в ДонНТУ, можна відзначити програму кафедри геоїнформатики і геодезії «АСМО» (Автоматизована система маркшейдерського забезпечення відкритих гірничих розробок). [2]

    АСМО - це програмний комплекс, який дозволяє автоматизувати збір і обробку маркшейдерської інформації, побудову цифрових моделей відкритих гірничих робіт і вирішувати з їх допомогою різні задачі гірничого підприємства. Цифрова модель відкритих розробок є впорядкованою сукупністю крапок і топологічних лінійних, структур посилання, які дозволяють будувати поверхні і об'ємні тіла. Особливістю системи є можливість перегляду, вимірювання і рішення проектних задач за моделлю в стереоскопічному режимі. В даний час в системі окрім побудови і редагування цифрової моделі, реалізована обробка тахеометричної зйомки і функції експорту – імпорту в програмний комплекс «АРМ Маркшейдера» і AutoCAD.

    На сьогодні в Україні широке застосування одержала Система Автоматизації камеральних маркшейдерсько-геологічних робіт - «САМАРА» [3, 4], розробка лабораторії комплексних технологій «ЛКТ» і маркшейдерського відділу шахти "Павлоградська". [3]

    Система "Самара" розроблена як програмний додаток до графічного комплексу AutoCAD 14 і 2000. Інструментальний засіб розробки - об'єктно-орієнтоване середовище ObjectARX і Delphi.

    За основу роботи системи покладений принцип формування і поточного розвитку інформаційно-геометричної моделі шахти (гірничовидобувного підприємства). Модель використовується при вирішенні основних задач геолого-маркшейдерської служби, пов'язаних з проектуванням нових гірничих виробок і відображенням їх поточного стану (по мірі проходки), виконанням вимірювальних і розмічувальних операцій, обробкою геологічних даних, а також оформленням картографічної і звітної документації. Основними елементами моделі є планові проекції виробок, тривимірні моделі виробок, векторна топографічна карта поверхні гірничого відводу, тривимірні моделі геологічних пластів і маски різних картографічних документів.

    Всього до теперішнього часу система САМАРА містить більше 100 різних функцій, що забезпечують розробку і поповнення моделі гірничих робіт гірничовидобувного підприємства, а також використання моделі для вирішення камеральних задач маркшейдерсько-геологічної служби.

    Варто відзначити також розробку науково-виробничого підприємства «Кривбасакадемінвест» - геоінформаційну систему K-MINE. [5]. Геоінформаційна система (ГІС) - багатофункціональний програмний інструментарій для аналізу зведених воєдино картографічних, табличних, текстових даних, статистичної, земельної, муніципальної, демографічної і іншої інформації. Це програмний комплекс для вирішення технологічних задач підприємств гірничої промисловості (планування, проектування гірничих і буровибухових робіт, виконання геодезичних і геолого-маркшейдерських робіт; створення і ведення генпланів і земельних кадастрів; проектування систем комунікацій) на основі створення тривимірних цифрових моделей, взаємодії з техніко-економічною, виробничою, статистичною і іншою інформацією.

    На сьогодні значного поширення набув комплекс програм GEOL_DH, орієнтований на обробку геологічної і маркшейдерської інформації. [6]

    Вказаний комплекс призначений для графічного відображення геологічної, маркшейдерської і розрахункової інформації в 3D для дрібних і середніх родовищ (орієнтовно 40-60 і більше тисяч інтервалів випробування в одному кресленні) в середовищі AutoCAD 2000 - 2007.

    Програмою підтримується 2 мови. За замовченням для команд встановлюється англійська мова, а для повідомлень, попереджень і діалогових вікон завдання параметрів – російська мова. Довідка до програми складена тільки на російській мові. Програма GEOL_DH використовує той же інтерфейс і угоди по виконанню команд, що і AutoCAD.

    Робота з програмою GEOL_DH більш ефективна при використанні деяких прикладних програм комплексу KAI-2001 (комплекс програм різного призначення) [6]

    Іншим напрямом розвитку інформаційних систем в гірничій промисловості є системи проектування ведення гірничих робіт. Прикладом такої системи є програмний комплекс Mine2-4D. [7]

    Mine2-4D – це система планування, яка забезпечує багато переваг за допомогою ефективного управління даними і їх змінами. Це повністю інтегрована система для інженерів, яка дозволяє управляти всією безліччю даних, починаючи від геологічної моделі, проектування гірничих робіт і завершуючи створенням повного і детального гірничого плану. Крім того, програма здатна швидко оцінити фінансові наслідки змін деталей плану. Вона може служити складовою частиною складної гірничо-геологічної системи управління або бути доповненням до вже існуючого програмного забезпечення. Mine2-4D призначена для гірничих інженерів, які повинні використовувати наявну геологічну базу даних. Дуже довго гірники відставали від геологів в концепції створення центральних баз даних. З появою цієї програми ситуація повинна змінитися. Ця програма вирішує проблему складності за допомогою інженерного підходу до проблеми.

3.  Завершальна інформація

    Розробка 3-вимірної моделі мережі гірничих виробок є складною інженерною задачею. Для її вирішення був розроблений програмний комплекс V-3d.

    У основу розробки системи був покладений найпоширеніший в світі на сьогодні пакет САПР AutoCAD. Використовуючи цей продукт і зовнішню базу даних можна максимально наочно представити модель існуючих гірничих виробок.

    Для упрощения ввода первичной информации в модель использовались электронные планы горных выработок, пример которых представлен на рис. 3.1.

    Для спрощення вводу первинної інформації в модель використовують електронні плани гірничих виробок, приклад яких представлений на рис. 3.1.

Рис. 3.1 – Викопіровка з плану гірничих робіт шахти ім. О.Ф. Засядько

    Введення інформації і її редагування здійснюється за допомогою модуля програмного комплексу, інтерфейс якого представлений на рис. 3.2.

Рис. 3.2 – Інтерфейс програми введення даних з плану гірничих виробок

    Структура «зовнішньої» бази даних, одержаних при введенні інформації показана на на рис.3.3

Рис. 3.3 - Ієрархічна структура бази даних побудови об'ємної моделі сітки гірничих виробок

У таблиці 1. «Шахта» міститься список блоків шахтного поля, що використовуються, в яких розташовується мережа гірничих виробок.

У таблиці 2. «Пласт» міститься список всіх пластів, що розробляються, і навколоствольних дворів.

У таблиці 3. «Виробки» міститься перелік всіх виробок, проведених на шахті, також міститься інформацію про тип виробок (пластова або не пластова)

У таблиці 4. «Координати» в таблиці містяться координати всіх виробок з прив'язкою їх до мережі маркшейдерської зйомки.

1.  Зборщик М.П., Син А.Ф., Пилюгин В.И. Геомеханические основы ведения горных работ в условиях пликативно нарушенных пологих угольных пластов. – Донецк: ДонНТУ, 2005. -282с.

2.  Сайт кафедри геоінформатики і геодезії Донецького національного технічного університету: http://gis.donntu.ru/

3.  Сайт лабораторії комплексних технологій: http://lct.com.ua/

4.  Сайт підтримки користувачів САПР: http://www.cad.dp.ua/

5.  Офіційний сайт НПП «Кривбасакадемінвест»: http://kai.com.ua/

6.  Авторська сторіночка Косова Олександра http://geol-dh.ru/

7.  Cайт “Горные информационные технологии”: http://www.geocad-it.ru/

8.  Полещук Н.Н.: AutoCAD:Разработка приложений, настройка и адаптация. – СПб.: БХВ – Петербург, 2006. – 992.: ил.

9.  Основные принципы графического построения функции геотектонического формоизменения углевмещающего массива в пределах площади шахтных полей /Пилюгин В.И., Кочин А.Е., Романов А.Н., Волошенко В.В. // Вісті Донецького гірничого інституту. – Донецк: ДонНТУ, 2006. - №1. – С. 74-80.