Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка методологии проектирования геоинформационных систем для прогнозирования динамики состояния углепородного массива при ведении очистных работ

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Разработка методологии проектирования геоинформационных систем для прогнозирования динамики состояния углепородного массива при ведении очистных работ"

На правах рукописи

Степанов Юрий Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДОШ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ СОСТОЯНИЯ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА ПРИ ВЕДЕНИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ

Специальность 25.00.35 яГеоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 ,, ГГР ?гм!

II/;.;.. I т

005546865

Москва - 2014

005546865

Работа ¡выполнена в Новокузнецком институте (филиале) ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет», г. Новокузнецк.

Научный консультант

Официальные оппоненты

Каледин Валерий Олегович,

доктор технических наук, профессор; Новокузнецкий институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

Черемисина Евгения Наумовна,

доктор технических наук, профессор, академик Российской академии естественных наук; зам. директора ВНИИгеосистем, заведующая лабораторией геоинформатикй;

Кубрин Сергей Сергеевич,

доктор технических наук, профессор; Институт комплексйого освоения недр РАН, ведущий научный сотрудник;

Сучеико Владимир Николаевич,

доктор технических наук, профессор; Российский университет дружбы народов, зав. Кафедрой геодезии и маркшейдерского дела

В едущая организация

ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.Горбачева» (г.Кемёрово)

Защита состоится « 27 » мая 2014 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.08 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Автореферат разослан « 2014 года

Ученый секретарь диссертационного >

совета, доктор технических наук,

профессор _Шек Валерий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рыночные условия, складывающиеся в России, требуют перехода угольной промышленности на высокоинтенсивные технологии выемки угля, которые могут быть достигнуты за счет автоматизации производственных процессов угледобычи и увеличения производительности добычных участков. При этом одной из основных задач была и остается безаварийность и безопасность технологических процессов.

Использование высокоинтенсивных технологий выемки угля и существенное увеличение нагрузок на очистной забой требуют гибкого управления силовыми характеристиками механизированных крепей в соответствии с изменяющимися в пределах выемочных полей и блоков горно-геологическими и горнотехническими условиями, а также характером изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) углепородного массива в окрестности очистного забоя при его циклическом движении. Это позволяет, в свою очередь, оптимизировать энергетические затраты, снижать, во многих случаях, себестоимость добытого угля, продлевать срок службы механизированных крепей, предотвращать возможность возникновения чрезвычайных ситуаций. Уместно отметить, что анализ литературных и фактических данных свидетельствует о том, что в 36% забоев работающие механизированные комплексы не соответствуют горно-геологическим условиям, что не может не оказывать влияния на производительность и безопасность ведения очистных работ.

Одной из проблем, снижающих эффективность внедрения перечисленных мероприятий, является отсутствие предварительного прогноза динамики обрушения горных пород на основе использования современных информационных систем и технологий.

Анализ существующих информационных систем горной отрасли показал, что их проблемная ориентация определяется номенклатурой решаемых задач, таких как: анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений и т.п. Предлагаемые системы программного обеспечения для добывающих отраслей промышленности ориентированы в основном на оценку запасов и решение задач отдельных этапов проектирования и планирования горных работ, задачи же такого рода, как геомеханика недр, проектирование систем вентиляции, крепления, электроснабжения и водоотлива для подземного рудника (шахты), практически не обеспечены эффективным программным обеспечением. Что же касается прогнозирования динамики обрушения горных пород при ведении очистных работ и выбора оптимальных вариантов выемки угля, то эти задачи остаются еще нерешенными.

Таким образом, задача обеспечения стабильной и безопасной высокопроизводительной работы комплексно-механизированных забоев (КМЗ) может быть решена на основе разработки методологии компьютерного моделирования и прогнозирования геомеханического взаимодействия массива горных пород с угледобывающим комплексом для последующего качественного управления технологическими процессами и предотвращения чрезвычайных ситуаций.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой РЕОИС - Развитие единой образовательной информационной сре-

ды (2001-2005), ГК-1351 "Создание ресурсного центра регионального уровня в Кемеровской области"; планом НИР НФИ КемГУ 2008г., проект №12-05/62 "Аналитический обзор современных методов и программных средств математического моделирования в управлении организационно-техническими системами" по заказу ООО «Опт-Трейд»; программой Кузбасского НОК-1, в рамках программы "Недра Кузбасса", проект № 27-6 "Разработка системы прогноза параметров высокоинтенсивных технологий угледобычи угольных шахт Кузбасса", ГР №01970004330.

Целью работы является развитие теоретических основ и разработка методологии проектирования геоинформационных систем прогнозирования динамики состояния углепородного массива для предупреждения чрезвычайных ситуаций при ведении очистных работ.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:

• на основе анализа существующих прототипов разработать методологические основы построения геоинформационных систем поддержки процессов ведения безаварийных очистных работ в высокопроизводительных комплексно-механизированных забоях горных предприятий;

• разработать методы адаптивного проектирования и реализации специализированных программных средств электронного картографирования горно-геологического строения массивов горных пород угольных регионов.

• предложить методологию компьютерного моделирования процесса выемки угля в движущемся комплексно-механизированном забое;

• разработать метод расчета параметров нестационарного состояния углепородного массива в окрестности очистного забоя для различных режимов нагружения и разгрузки секций механизированной крепи при ведении очистных работ;

• разработать метод формирования компьютерных геоизображений новых видов, отображающих результаты имитационного моделирования динамики изменения параметров НДС углепородного массива при циклическом воздействии на него секций механизированной крепи;

• разработать алгоритмическое и программное обеспечение системы мониторинга нестационарного состояния углепородных массивов при отработке угольных пластов на базе ГИС-технологий;

• обосновать применимость разработанной методологии проектирования геоинформационных систем для мониторинга состояния углепородных массивов при отработке угольных пластов Кузбасса.

Идея работы состоит в использовании пространственных данных электронного картографирования и компьютерного моделирования прогрессирующего снижения устойчивости пород кровли вынимаемого угольного пласта при циклическом воздействии секций механизированной крепи на углепородный массив для выбора безопасных вариантов ведения горных работ.

Методы исследований. В процессе выполнения работы использовались как общенаучные, так и специальные методы исследований различных областей знаний, такие как:

• методы геоинформационного картографирования;

• методы и технологии хранения и использования reo пространственных данных на основе распределенных баз данных и знаний;

• численные методы и поисковое моделирование;

• теория объектов и объектно-ориентированный подход;

• методы проектирования программного обеспечения ГИС;

• идентификация и кодирование. На защиту выносятся:

• новый подход к решению задач обеспечения безопасности очистных работ и предотвращения чрезвычайных ситуаций, основанный на упреждающем прогнозировании динамики изменения параметров напряженно-деформированного состояния углепородного массива для различных вариантов ведения горных работ;

• методологические основы построения геоинформационных систем поддержки процессов безаварийных очистных работ в высокопроизводительных комплексно-механизированных забоях горных предприятий;

• методология проектирования и реализации специализированных программных средств компьютерного моделирования породных слоев на основе электронного картографирования горно-геологического строения массивов горных пород с использованием теории нечетких множеств;

• методология компьютерного моделирования процесса взаимодействия секции механизированной крепи с вмещающими породами с учетом динамики процесса разрушения углепородного массива на основе ретроспективных данных о свойствах горных пород;

• метод расчета параметров напряженно-деформированного состояния углепородного массива, включающий процедуру настройки алгоритма на основе ретроспективных данных, для минимизации отклонений вычисленных значений конвергенции основания и перекрытия секций крепи от измеренных;

• метод формирования компьютерных геоизображений для определения положения опасных зон с высоким горным давлением и выработки рекомендаций по предотвращению аварийных ситуаций при ведении очистных работ по выбранной технологии;

• методология проектирования программного обеспечения информационной поддержки и мониторинга нестационарного состояния углепородных массивов при отработке угольных пластов с использованием ГИС-технологий. Научная новизна работы состоит в:

* разработке и апробации нового научного подхода к решению задач обеспечения безопасности очистных работ и предотвращения чрезвычайных ситуаций, основанного на упреждающем пространственном прогнозировании результатов техногенного воздействия на углепородный массив;

■ обосновании методологии построения современных геоинформационных систем угольных предприятий;

■ использовании теории нечетких множеств для расширении функциональности специализированных программных средств компьютерного моделирования породных слоев на основе электронного картографирования;

" разработке методология компьютерного моделирования процесса взаимодействия секции механизированной крепи с вмещающими породами;

■ разработке методики расчета параметров напряженно-деформированного состояния углепородного массива при циклическом движения очистного забоя;

ш разработке методологии формирования геоизображений, отображающих результаты пространственного прогнозирования опасных зон с высоким горным давлением для выбора безопасных режимов работы и предотвращения чрезвычайных ситуаций;

■ обосновании методологии информационной поддержки и мониторинга нестационарного состояния углепородных массивов при отработке угольных пластов с использованием ГИС- технологий.

Практическая значимость работы заключается в:

• разработке теоретических основ и методов построения специализированных геоинформационных систем, позволяющих проводить мониторинг нестационарного состояния углепородных массивов в пределах выемочного столба при ведении очистных работ для различных угольных регионов;

• разработке инструментария (модели, методы, алгоритмы, компьютерные программы) для построения специализированных программных средств электронного картографирования горно-геологического строения массивов горных пород при маркшейдерской подготовке горных работ;

• применимости методологии компьютерного геоинформационного моделирования процесса взаимодействия механизированной крепи с углепородным массивом для прогноза напряженно-деформированного состояния горного массива при ведении очистных работ;

• разработке комплекса компьютерных программ, защищенных свидетельствами об официальной регистрации, для расчета параметров НДС углепородного массива в окрестности длинного очистного забоя;

• разработке метода визуализации результатов имитационного моделирования геомеханического взаимодействия механизированной крепи с углепородным массивом, позволяющего подобрать очистной механизированный комплекс с необходимыми силовыми характеристиками крепи, соответствующими наиболее сложной горно-геологической ситуации по длине выемочного столба на этапе разработки паспорта выемочного участка;

• применимости разработанной специализированной геоинформационной системы мониторинга состояния углепородных массивов для обеспечения интенсивной, стабильной и безопасной выемки пологих угольных пластов в изменяющихся горно-геологических условиях;

• адаптации разработанной методологии мониторинга состояния углепород-ных массивов к выбору технологических схем отработки пологих угольных пластов Кузбасса и раскройке шахтных полей.

Личный вклад автора состоит: в разработке методов адаптивного проектирования и реализации специализированных программных средств электронного картографирования горно-геологического строения массивов горных пород угольных регионов, в методологии компьютерного моделирования процесса выемки угля в движущемся очистном забое, в разработке комплекса компьютерных программ для расчета параметров НДС углепородного массива, в разработке метода визуализации результатов моделирования геомеханического взаимодействия механизированной крепи с углепородным массивом.

Реализация работы. Основные научные положения и результаты исследований были использованы при разработке паспортов выемочных участков шахт ЗАО "Южкузбассуголь", ОАО "Шахта Абашевская - Н", ООО УК "Кор-чаколь". Результаты работы использованы при разработке специализированного программного обеспечения в рамках НИР Новокузнецкого института (филиала) ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет». На разработанное программное обеспечение получены 8 свидетельств о разработке программ для ЭВМ. Разработанное программное обеспечение используется на предприятиях ООО «Объединение «Прокопьевскуголь» и в учебном процессе НФИ КемГУ.

Издано учебное пособие 'Теоинформационные системы и основы электронного картографирования". Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе при изучении дисциплин "Пространственно-атрибутивные модели и ГИС-технологии", "Введение в ГИС-технологии", "Математические модели в геоинформатике" в ряде вузов Кемеровской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно практических конференциях: III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты» (г.Новокузнецк, 2009 г.; экспертном совещании «Гуманитарные и социальные проблемы обеспечения безопасности горнодобывающих регионов» в рамках XVII Международной специализированной выставки технологий горных разработок «Уголь России. Майнинг - 2010» (г. Новокузнецк, 2010 г.); XI, XII, XII, XIII международных научно-практических конференциях «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург,2011-2012 гг.); X, XI Всероссийских научных конференциях с международным участием «Краевые задачи и математическое моделирование» (г. Новокузнецк, 2010-2012 гг.); Международной научно-методической конференции (Воронеж, 2011-2012 г.), Международном симпозиуме «Неделя горняка» (2013 г.); на заседаниях научных семинаров факультета информационных технологий НФИ КемГУ (Новокузнецк, 2011-2013 г.).

Предложенная методология проектирования специализированных горных информационных систем использовалась при разработке реальных проектов,

представленных на XVIII и XIX Сибирских промышленных форумах. Разработанные проекты получили положительную оценку и были удостоены диплома и бронзовой медали. Комплекс программных продуктов, вошедших в состав ГИС, представленный на международной выставке-ярмарке «Кузбасский образовательный форум» и отмеченный золотой медалью, используется для проведения исследовательских и лабораторно-практических работ студентов и аспирантов в учебном процессе НФИ КемГУ.

Публикации. Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в 37 печатных работах, в том числе 11 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России; 1 монография, 8 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников из 216 наименований, включает 84 рисунка и 7 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В первом разделе содержится обзор и анализ научных исследований, связанных с созданием геоинформационных систем угольных предприятий. Мощные интегрированные системы (ИС) горного профиля Vulkan, MineScape, Linx, MineSight, Genicom, Surpac известны уже более 30 лет. Для месторождений с несложными геологическими условиями они хорошо работают и предоставляют горным инженерам набор полезных инструментов для моделирования запасов месторождений и горного планирования. Системы способны обеспечивать управление базами данных, предобработку исходной информации, моделирование массивов горных пород и выработок, проектирование и календарное

планирование горных работ.

Было установлено, что их проблемная ориентация определяется номенклатурой решаемых задач, таких как: анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений и т.п. Предлагаемые системы ориентированы в основном на оценку запасов и решение задач отдельных этапов проектирования и планирования горных работ. Задачи же таких областей знаний, как геомеханика недр, проектирование систем вентиляции, крепления, электроснабжения и водоотлива для подземного рудника (шахты), прогнозирования динамики развития горно-пространственных ситуаций, практически не обеспечены соответствующими методами, алгоритмами и программами. Необходимо отметить, что одним из способов прогнозирования штатных и аварийных ситуаций являются упреждающие расчеты основных параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород, характеризующих будущую геомеханическую ситуацию в области техногенного воздействия.

Горные информационные системы общего назначения могут быть использованы для решения узкого спектра задач угольной отрасли, однако являются, с

одной стороны, необоснованно перегруженными ненужными функциями и сложными в адаптации к условиям функционирования конкретного горного предприятия, с другой стороны, не реализуют большинства функций, необходимых для конкретных угольных предприятий. Отсутствие открытых интерфейсов разработчика и закрытый исходный код делают невозможным добавления требуемых функций без обращения к компании-разработчику.

На основе проведенного анализа был сделан вывод о необходимости разработки методологии и техники создания специализированных программных комплексов с открытой архитектурой, базирующихся на принципах объектно-ориентированного подхода, сформулирована цель и определены задачи, решение которых в рамках диссертационной работы обеспечило бы ее достижение.

Крупный вклад в развитие компьютерных методов геомеханического обоснования технологических решений добычи угля внесли А.Я. Александров, Б.З. Амусин, Б.В. Власенко, В.Н. Вылегжанин, П.В. Егоров, С.Т. Кузнецов, М.В. Курленя, А.Ш. Флейшман, В.Н.Фрянов, C.B. Сластунов, В.М. Шек, В.М. Аленичев, A.C. Вознесенский, И.В. Баклашов, А.Д Багриновский, Д.К. Потре-сов, Н.В. Короновский, Т.А. Трифонова, И.В. Алешин, Д.В. Учаев, П. Е. Марченко, С.Н. Ивакин и другие.

Во втором разделе сформулирована концептуальная основа разрабатываемой методологии проектирования геоинформационных систем для прогнозирования динамики состояния углепородного массива при ведении очистных работ. Проведена декомпозиция разрабатываемой методологии на ряд подзадач, связанных с разработкой архитектуры ГИС угледобывающего предприятия с разработкой методов моделирования горных работ, технологией проведения конечно-элементного анализа при моделировании движения очистного забоя и визуализацией результатов имитационного моделирования геомеханических процессов. Разработана концептуальная модель архитектуры специализированного программного обеспечения (СПО) геоинформационной системы (ГИС) для угледобывающих предприятий, представленная на рисунке 1, которая включает в себя три слоя: представление, бизнес-логика и доступ к данным.

Слой представлений отвечает за формирование графической картины структуры породных слоев и степени влияния механизированных крепей на техногенную ситуацию в зоне выемочных работ. Предоставляемый пользователю инструментарий зависит от внутренней структуры модели данных. Контроллер приложения и контроллер служб образуют тонкую прослойку, необходимую для согласования работы бизнес-логики и логики предметной области.

Логика предметной области выделена в отдельный слой, реализующий специальные функции, такие как: расчёт напряженно-деформированного состояния углепородного массива, автоматизация выбора сценариев отработки угольного пласта, прогнозирование изменения геометрии выработанного пространства и т.п. Предусмотрена возможность использования нескольких моделей данных, используемых службами на основе приоритетов или асинхронно, с учетом дополнительных сущностей при реализации логики взаимодействия с контроллерами и службами.

Функции расчёта показателей напряженно-деформированного состояния углепородного массива тесно связанны с моделью предметной области и подразумевают использование внешних источников данных, таких как классификаторы и базы данных.

Необходимость контроллера моделей продиктована частым применением в ПО рассматриваемого класса адаптивных моделей, которые могут вести себя различным образом в зависимости от текущих параметров системы. Предусматривается возможность применения DSL для их настройки.

В случае, когда модель предметной области является активной, она содержит не только состояния и методы доступа к данным, но и логику предметной области. Это позволяет создавать более наглядные модели, объектно-ориентированную парадигму. На рисунке 1 представлена концептуальная модель архитектуры специализированного программного обеспечения ГИС.

Слой источников данных инкапсулирует средства, необходимые для работы с электронными классификаторами, векторными и растровыми картами, пространственными СУБД и другими источниками данных. Чаще всего данный слой взаимодействует только с моделью предметной области. Однако в зависимости от решаемых задач может возникнуть необходимость обращения функций общего назначения к источникам данных.

Рис. 1. Концептуальная модель архитектуры СПО ГИС

Добыча полезного ископаемого сопровождается различного рода геомеханическими процессами, в том числе горными ударами и внезапными выбро-

сами угля и газа. Надлежащее качество управления таким сложным объектом может быть достигнуто только путем изучения пространства различных технологических и организационно-управленческих решений на основе имитационного моделирования. Это позволяет на базе единой теоретической платформы имитировать процессы функционирования и взаимодействия технологических подсистем и горной среды с учетом пространственно-временной динамики ведения горных работ. В имитационной модели поведение компонентов сложных систем описывается набором алгоритмов, реализующих ситуации, возникающие в реальной системе "механизированная крепь-углепородный массив". Моделирующие алгоритмы позволяют по исходным данным, содержащим сведения о начальном состоянии сложных систем и фактических значениях параметров, отображать реальные явления в системе и получать данные о возможном поведении сложной системы в каждой конкретной ситуации. При прогнозировании учитывается предшествующее состояние и динамика, прогрессирующая дезинтеграция горных пород в зоне техногенного воздействия, что позволяет получать более достоверные результаты.

Рис. 2. Концептуальная модель специализированной ГИС для моделирования геомеханических процессов в очистном забое

На рисунке 2 представлена концептуальная модель специализированной ГИС для моделирования напряженно-деформированного состояния углепород-ного массива с учетом циклического движения очистного забоя.

При исследовании геомеханических процессов, происходящих в сложной системе «углепородный массив с накоплением деструктивных изменений - механизированная крепь с периодически изменяемым распором гидростоек» моделирование представляет собой многошаговый процесс постепенной формализации начиная с вербального способа описания. Имитация движения забоя осуществляется шагами, состоящими из трех тактов.

В первом такте подается давление в гидросистему и происходит распор верхнего перекрытия крепи и пород кровли. Породы кровли за счет сжатия деформируются, и, если в них возникают напряжения выше предельного состояния, происходит их разрушение на отдельные куски с образованием трещин, т.е. наблюдается переход сплошной среды к дискретной.

Во втором такте происходит снятие угольной стружки. Крепь находится в пережнем состоянии, но увеличивается расстояние от поверхности забоя до механизированной крепи. Над козырьком и впереди секции крепи возможно высыпание дискретного породного массива, что приводит к образованию куполов.

В третьем такте выполняется разгрузка крепи и вмещающих пород. Происходит передвижка разгруженной секции крепи к поверхности забоя, при этом объем незакрепленных пород увеличивается и за передвинутой частью секции они вообще могут разрушиться.

Изучение характера изменений НДС углепородного массива в зоне влияния движущегося очистного забоя производится на математической модели, представляющей собой объединение семейств конечных множеств, первое из которых является множеством функций, связывающих значения перемещений физических точек углепородного массива и варьируемых горно-геологичеких и (или) горнотехнических факторов, а второе - множеством функций, связывающих значения напряжений и варьируемых факторов:

М=Р(щФ) и в^иФд , 1 = 1,2, 3...к, (1)

Каждое из семейств (1) распадается на к подмножеств, каждое из которых характеризует влияние 1-го фактора на изменение характера НДС углепородного массива в зоне влияния очистного забоя:

Р (и, Ф) с= Г (и, Фд, (2)

О,- (а, Ф) с= С(а, Фс).

Для выбранного горно-геологического или горнотехнического фактора множества Р^ (и, Ф) и С, (а, Ф) представляют собой совокупности подмножеств мощности п, где п - количество значений варьируемого фактора. В свою очередь, каждое из подмножеств этой совокупности представляет совокупность подмножеств - кадров для различных фиксированных положений очистного забоя и секции механизированной крепи, имитирующих движение в пространстве выемочного столба. Каждый из кадров представляет собой конечное множество мощности I значений перемещений в узлах (напряжений в конечных элементах), где I - количество узлов или конечных элементов.

Перемещения в выбранных узлах являются включением множества, представляющего собой поле перемещений в узлах области исследований. Поле перемещений получаем путем решения системы уравнений, которые в матричной форме имеют вид

|К| * {И} = {Б}, (3)

где |К| - глобальная матрица жесткости;

{и} - вектор перемещений;

{Р} - глобальный вектор-столбец нагрузок (внешних сил).

Такая система может быть получена путем минимизации полной потенциальной энергии системы, которая состоит из двух частей, одна из которых соответствует энергии деформаций в теле, а другая определяется потенциальной энергией приложенных нагрузок:

П = Д-Р\у (4)

Д - энергия деформаций; Р\у - работа внешних сил.

Связь между деформациями и перемещениями определяются как

где

£ уу

<1и ¿х

¿V

¿у

(1и

Ту

—+ — или с учетом формулы (10):

йх

£ XX 1

£уу ~ 2А

,£ХГ .

0

Ь,

0 Ь

2/-1 иг

"2,-1

«и

"2А-1 «2*

(5)

Из формулы (11) можно получить матрицу |В| на основании того, что {8}= |В| * {и}. Элементы матрицы вычисляют как

Ь;=У;-Ук, Ь^ = Ук-У|, Ьк=У;-У;

С,= Хк-У;, С,= Х,-Хк, Ск=Х^-Х| (6)

где 1, ] , к - номера сторон треугольника;

Х1У|,Х;У;,ХкУк - координаты вершин; А - площадь треугольного симплекс-элемента.

Для разномодульной механики сплошной среды матрица жесткости определяется согласно исследованиям С.А.Амбарцумяна. Он предлагает в этом случае рассчитывать напряжения по формулам плоской деформации:

ст. =

В. А

В.

к А

.2 Л

* а,

ч /

т.

* сг.

2,

(7)

У

2 А, £ху

В,

т|т2СГ2

где

tx

■ нормальные напряжения и смещения по осям координат;

ЕХу — касательные напряжения и деформации;

^ху)

Ст2 - главное минимальное напряжение в плоскости ХУ; с ех ^ Ву<

Согласно представленным формулам (7) и принятым обозначениям остальных параметров матрица деформационных свойств разномодульного материала вместо (5) примет вид

l^b-

Ci-л) (г ft) (-р) 0-/0

Я.

U-

-5-U-

о

о

0,5 -Am,

(8)

После решения системы уравнений, определения смещений вершин треугольников и вычисления деформаций ех мента главные напряжения и Стг :

2 ак

- + 0+

ст, =-

2 соь Ь»+Ь,

2 а>.

(9)

"ь ^ь

На заключительном этапе вычисляются напряжения по осям координат согласно приведенным формулам (7). Разработанный алгоритм был положен в основу компьютерной программы расчета параметров НДС углепородного массива в окрестности КМЗ, учитывающей знакопеременное воздействие секции механизированной крепи на боковые породы при ее циклическом движении.

Одним из методов визуализации данных является картографирование. Объекты техногенного взаимодействия отображаются в виде графических изображений и, если существует географическая привязка, проецируются на реальные территории. Инструменты OLAP или Data Mining превращают процесс визуализации в один из этапов итерационного анализа данных. Результаты математического моделирования размещаются в различных базах данных. Использование описанных выше технологий предоставляет пользователям возможность проведения детального анализа процессов выемки полезного ископаемого путем получения "срезов" по результатам математического моделирования в любых местах географического размещения объекта.

Задача визуализации изменения состояния углепородного массива во времени решается путем выдачи на экран последовательности статичных изображений (кадров), представляющих собой набор анимационных поверхностей. Структура модели построения геопространственных изображений представлена на рисунке 3. Следует отметить, что речь о проекции для анимированных анаморфоз можно вести лишь условно, так как в ходе анимации контуров происходит динамическое изменение пространства, которое может быть описано семейством проекций покадрового изменения отображаемого пространства.

Результаты моделирования

различных параметров

(

С 4 --

Электронная карта

Три состояния в каждом цикле

Горный массив

Циклическое движение очистного забоя

Рис. 3. Модель построения пространственных геоизображений

В третьем разделе осуществлена разработка новых и адаптация типовых компонентов региональной геоинформационной системы для имитационного моделирования динамики проведения горных работ. Обосновано и приведено решение таких задач, как:

о разработка структуры горных информационных систем на базе ГИС-технологий;

о разработка баз геофизических данных и горношахтного оборудования для

создания специализированных ГИС; о адаптация методов моделирования напряженно-деформированного состояния углепородного массива в окрестности очистного забоя; о разработка методов визуализации результатов моделирования.

При создании региональной геоинформационной системы были выработаны концептуальные требования и разработана структура геоинформационной системы для оценки целесообразности и мониторинга ведения горных работ, а также выработки комплекса мероприятий по обеспечению стабильной и безопасной высокопроизводительной работы комплексно-механизированных забоев. Такая геоинформационная система должна включать в себя следующий набор подсистем, представленных в виде программных модулей:

1. Электронный атлас ведения горных работ;

2. Подсистема формирования базы геологоразведочных данных;

3. Графический редактор объектов электронных карт;

4. База данных горношахтного оборудования;

5. Подсистема моделирования напряженно-деформированного состояния уг-лепородного массива в окрестности очистного забоя;

6. Инструментальные средства визуализации.

Для обеспечения интеграции с существующими ИС предприятий компонентная модель разрабатываемой программной системы учитывает реализацию соответствующих внешних интерфейсов сторонних приложений. Набор электронных карт служит только для визуализации полученных результатов. Программный каркас подключается к общей модели ГИС как библиотека. В зависимости от типа приложения, платформы и применяемых технологий некоторые элементы программной системы и интерфейсы могут быть иными, однако концепция останется прежней.

Цифровые модели пространственных данных объектов включают три составные части: топологическую, геометрическую и атрибутивную. Управление атрибутивной частью данных обычно возлагается на системы управления базами данных (СУБД), встроенные в программные средства ГИС или внешние по отношению к ним. Выбор или проектирование СУБД осуществляется на основе интегрированного подхода, предполагающего хранение и управление атрибутивной и тополого-геометрической частями данных в среде единой СУБД.

Разработка концепции единой базы геофизических данных, используемых для моделирования динамики состояния углепородного массива при ведении выемочных работ, может быть представлена в виде последовательного перехода от общих понятий предметной области к более точным и конкретным, образующим информационное представление реальных объектов.

Каждый объект «Выемочный блок» содержит данные множества стратиграфических колонок, в которые кроме атрибутивных параметров ( множества слоев горных пород) включены и пространственные параметры. Схема информационных связей между блоками представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Схема информационных связей между блоками

Рис. 5. Схема обобщенных геофизических данных «среза»

Расчетные данные каждой модели могут быть сгруппированы по «срезам» области исследования, в границах которых производится моделирование. Обобщенные геофизические данные по каждому «срезу», подлежащие хранению в единой базе данных, представлены на рисунке 5.

При расчете нагрузок, действующих на механизированную крепь, имеем сложную систему, в которой принимают участие анизотропный углепородный массив, выработанное пространство и секция механизированной крепи. Отличительной особенностью этой системы является изменение ее геометрических и механических параметров во времени и пространстве. Это требует адаптации численных методов моделирования, поскольку имитация движения механизированной крепи относительно окружающей среды требует постоянного изменения данных о форме, размерах области техногенного взаимодействия и об измененных свойствах деформированного материала конечных элементов.

На основе разработанных алгоритмов был спроектирован комплекс компьютерных процедур, включающий в себя следующие модули (рисунок 6):

Препроцессор - производит дискретизацию области исследований на конечные элементы. Область исследований разбивается воображаемыми линиями или поверхностями на достаточно большое количество конечных элементов, связанных между собой в конечном числе узловых точек. Узловые точки при этом располагаются на линиях раздела породных слоев, на контуре выработанного пространства, на контурах деталей секции механизированной крепи и внутри указанных участков.

Расчетная часть — производит расчет смещений в узлах триангуляционной сети и напряжений в конечных элементах.

Препроцессинг

Определение параметров НДС

Постпроцессинг

Рис. 6. Этапы и модули решения задачи методом конечных элементов

Постпроцессор - преобразует формат полученных данных для их дальнейшего использования в специализированных пакетах, таких как Excel, MatCad, Surfer и т.п.

Элементы алгебраической теории автоматных моделей, синтеза типовых конструктивных моделей упростили процесс получения сложных графических изображений. Основным технологическим процессом на этом этапе является графическое моделирование, .методы которого инвариантны к структурам баз данных и техническим средствам. При построении многообразия изображений может быть использован классический метод главных компонент, при использовании которого плоскости над данными строятся по двум главным компонентам, получающимся в результате дальнейшей обработки данных. Предложенная технология моделирует данные многообразиями малой размерности.

Для временного анализа растровых изображений в ГИС используются массивы данных, представляющие собой результаты расчета параметров геомеханического взаимодействия механизированного забоя с вмещающими породами. Ценность такого рода данных заключается в их актуальности и достоверности, поэтому часто использующийся вид анализа в этой группе - временной. Сравнением оцениваются результаты расчетов различной давности и таким образом, прослеживается динамика произошедших изменений. Довольно часто анализируются пространственные взаимосвязи двух или нескольких явлений. Экстраполяция и интерполяция получаемых зависимостей производится линейно и с помощью формул Карлемана.

В четвертой главе на основе предложенных ранее методов и технологий разработано алгоритмическое и программное обеспечение для электронного картографирования результатов исследований на примере Кузбасского угленосного бассейна. Рассмотрены вопросы расширения функциональности электронного картографирования к поставленным задачам, разработан специализированный графический редактор объектов электронных карт, приведено программное обеспечение для построения компьютерных геоизображений.

Контроль процесса добычи полезных ископаемых осуществляется с использованием тематических электронных карт. Это позволяет учитывать пространственно-атрибутивную привязку значимых объектов при обработке оперативной информации и проведение мониторинга состояния экологической ситуации в зоне ответственности угледобывающих предприятий, что, в свою очередь, позволяет получать более точные результаты расчётов и тем самым осуществлять информационную поддержку при ведении горных работ. Объектная декомпозиция задач позволила выявить следующие сущности (рисунок 7):

1. Электронная карта;

2. Объект электронной карты;

3. Прецедент взаимодействия объектов.

Электронная карта состоит из следующих частей:

1. Классификатор (файл ресурсов). Содержит общее описание слоев, объектов, условных знаков и правил отображения объектов. Объекты группируются в слои по определенному признаку.

Рис. 7. Иерархическая структура объектов электронной карты

2. Район работ (атлас). Атлас содержит данные о количестве листов, из которых состоит карта, и некоторые правила отображения. Листы должны быть с одинаковым масштабом и системой координат. Это позволяет отображать атлас как единое целое и динамически масштабировать его, но при этом каждый лист можно перерисовывать, не затрагивая остальную карту.

3. Лист карты. Содержит данные о масштабе, системе координат и объектах. Метрические, семантические характеристики объектов и типы локализации (площадный, точечный, векторный и так далее). Нумерация листов начинается с нуля, лист под номером нуль является подложкой.

4. Объект. Относится к определенному слою, имеет уникальные характеристики. Объекты подразделяются на специализированные и общего назначения. К объектам общего назначения относятся леса, реки, дороги и т.д. К объектам специализированного назначения относятся шахты, карьеры и т.п.

5. Характеристики. Уникальные характеристики объектов, базирующиеся на типах, разрешенных для данного листа электронной карты.

Данные в ГИС представляются в виде сетки или матрицы. Узлы сети соответствуют географическим координатам и содержат количественные и качественные значения процессов, что позволяет строить пространственно-цифровые модели, проводить статистические расчеты, проводить анализ рассматриваемых явлений и процессов, сравнивать результаты вычислительных экспериментов. Технология получения данных из ГИС в приемлемой для обработки форме распадается на ряд подзадач:

- создание сеточного слоя для растрирования векторного изображения;

- получение матричной модели слоя по векторным данным в узлах регулярной сетки цифровой поверхности;

- фильтрация (сглаживание, выделение контуров, контраст).

- визуализация матричных моделей, ввод и доводка слоя в ГИС.

В качестве основных элементов интерфейса используются две тематические карты. Каждая из них служит для решения определённых задач. Первая -

включает элементы геологоразведочных данных, данные о режимах геологических срезов, элементы интеграции со сторонними приложениями. Вторая -представляет собой интерактивный геологический срез, полученный в результате обработки механических свойств породного массива и служит для визуализации слоев, изменения их характеристик

Результаты имитационного моделирования представляются в виде полей напряжений или смещений в исследуемом объеме углепородного массива или в виде графиков с помощью специализированного редактора - как в специализированных редакторах, так и в коммерческих приложениях. На рисунке 8 представлено рабочее окно с отображением результатов расчета полных горизонтальных напряжений в конечных элементах.

Рис. 8. Рабочее окно графического редактора

Пятый раздел посвящен вопросам разработки инструментария для моделирования НДС углепородного массива при ведении очистных работ. Рассмотрены такие проблемы, как: о построение расчетной модели; о совокупность факторов, учитываемых моделью; о инструментальные средства построения геометрической модели; о расчетно-экспериментальное моделирование НДС углепородного массива с

учетом циклически движущегося очистного забоя; о инструментально-программные средства моделирования геомеханических процессов в окрестности очистного забоя.

Для проведения вычислительных экспериментов разработана компьютер-_ ная модель имитации процесса выемки угля на основе экспериментально-аналитического метода, позволяющего получать решение системы дифференциальных уравнений механики горных пород методом конечных элементов. Настройку модели производили с помощью симплексного метода оптимизации на основе результатов натурных измерений конвергенции основания и перекрытия секций механизированных крепей. Для повышения достоверности результаты натурных измерений подвергали предварительной обработке: осуществляли визуальный анализ данных, отфильтровывали выбросы, производили расчет необходимых статистик. Достоверность получаемых результатов проверялась путем сравнения с реальными данными ^ выемочных участков пологих пластов, отрабатываемых длинными комплексными механизированными забоями в условиях шахт южного Кузбасса.

Исследованы алгоритмы автоматического формирования триангуляционной сети, интерактивного трансформирования и совмещения узлов с проекциями элементов секции крепи в выработанном пространстве и стратиграфией уг-лепородного массива с учетом гипсометрии. Использование динамических структур размещения данных позволило ослабить ограничения на количество узлов, что дало возможность поддерживать достаточную точность вычислений при проведении вычислительных экспериментов.

Адаптация метода конечных элементов обеспечивалась за счет:

- настройки параметров модели по экспериментальным данным;

- неравномерной дискретизации области исследований на конечные элементы;

- интерактивной корректировки положения узлов и параметров конечных элементов;

- включения модели накопления деструктивных изменений в горных породах.

Прогнозирование НДС осуществлялось с помощью пошаговой процедуры имитационного моделирования процесса взаимодействия углепородного массива с угледобывающим комплексом. Алгоритм прогноза параметров геомеханического взаимодействия реализован в виде программно-технического комплекса, состоящего из пяти относительно автономных модулей, представленных на рисунке 9. В качестве интегрального показателя механических свойств пород принимался коэффициент крепости по Протодьяконову. Кроме него при проведении расчетов использовали: модуль упругости, коэффициент Пуассона, отношение остаточной прочности к исходной.

В шестом разделе рассмотрены вопросы практической реализации горной информационной системы прогноза напряженно-деформированного состояния углепородного массива с использованием ГИС-технологий. Освещены такие вопросы, как:

о геоинформационное моделирование углепородного массива для планирования ведения подготовительных работ; о геоинформационное моделирование шахтных полей для информационной поддержки горнодобывающего производства;

_УПРАВЛЯЮЩИЙ МОДУЛЬ

- изменение формы выработанного пространства;

- имитация различных положений крепи;

- управление давлением в гидростойках крепи;

- запуск подчиненных модулей (синхронизация)

интерфейс с графическими пакетами

Рис. 9. Алгоритм прогноза параметров геомеханического взаимодействия механизированных крепей с углепородным массивом

о геоинформационное моделирование напряженно-деформированного состояния углепородного массива в движущемся очистном забое; о размещение результатов моделирования на электронных картах.

Дан пример использования геоинформационного анализа для управления горным давлением при отработке угольных пластов.

Основой функционирования ГИС является тематическая карта района добычи полезных ископаемых, которая включает: буровые скважины с координатной привязкой, характеристики рельефа местности, дополнительные факторы (например, водные источники) и значимые объекты инфраструктуры. Возможность включения интеллектуальных подсистем в структуру региональной

ГИС придает ей новое качество - способность конвертировать пространственные данные, осуществлять переход из одной системы понятий в другую, выражаемых в терминах целевого свойства (литолого-петрографического состава пород, координат перспективных участков, ожидаемых ресурсов полезных ископаемых и т.п.). По данным геологоразведки производятся расчеты профилей залегания углепородных пластов и по оптимизационным признакам выбирается шахтное поле для разработки полезного ископаемого. На следующем этапе осуществляется выбор горношахтного оборудования и его размещение с помощью специализированной СУБД силовых и технических характеристик механизированных крепей, выпускаемых различными заводами-изготовителями России. На рисунке 10 представлены окна рабочих программ, реализующих описанный этап.

| МЬБоп Программа подготовки геологически» данных

На этом шаге вводятся данные для породных слоев, являющихся почвой плвста.

Наименование

пороаы Мощность слоя |26.0

Коэффициент крепости породы '

Для перехода к следующему шагу нажмите кнопку "Далее ->", Чтобы вернуться к предыдущему шагу воспользуйтесь кнопкой "<•- Назад"

0 **ил

<2)4/1 ОСыа^р— < сммс I) и »---- 1"

~2Ы-Ш/г СЮШ.1С «.««.с »— --

■ш, ¡П^-Г™ ■V,..«« лл 8ЯГ.Н/н"2

XI" 0»и»и«" »4 с«и>««с К —- 'ЕЕЕГ еооо кн

ПН

АЛ

"нивч оиьвм»™« се.и.» с В Ок\ Ц п л

М138/22 Оаммклш ссш«с Л Р\ !

1 Р? Й------- -и ч ^ср

Рис. 10. Окна работающих программ

Учет нарушения сплошности породного массива производится с использованием элементов нечеткой логики и математической графики. В простейшем случае для пологих пластов Кузбасса несплошность породного слоя определялась несоответствием соединяющих линий между стратиграфическими замерами ретроспективных данных.

Поскольку исследователю необходимо видеть общую картину размещения горного предприятия, на его схеме размещается стратиграфия пластов в зоне выемочного участка (рисунок 11).

После построения геометрической модели углепородных слоев запускается процесс моделирования движения очистного забоя. Управляющий модуль осуществляет имитацию циклического движения угольного комбайна, изменяя размеры и форму выработанного пространства, положение секции крепи, управляя давлением в гидростойках и т.п. В результате моделирования получают количественные оценки параметров геомеханического взаимодействия механизированных крепей с угольным пластом и вмещающими породами. Изолинии напряжений могут быть визуализированы как на поверхности электронной карты в области ведения горных работ, так и на отдельных срезах в пределах шахтного поля.

Рис. 11. Модель выемочного участка

Результаты моделирования движения очистного забоя с определённым шагом хранятся в реляционной базе данных по принципу «ключ-значение». Это позволяет получать интересующие данные за линейное время вне зависимости от количества крепей и размеров базы данных.

Результаты уже проведенных вычислительных экспериментов позволили установить зависимости силовых и геометрических параметров механизированных крепей при фиксированных положениях очистного забоя от основных горно-геологических и горнотехнических факторов, таких как: глубина разработки, мощность угольного пласта, коэффициент крепости угля, длина консоли зависания кровли, рабочее давление в гидростойках крепи и других. При реализации дробной реплики полного ортогонального плана проведения вычислительных экспериментов в качестве базового варианта приняты условия выемочного участка 3-9 восток шахты "Аларда".

Установлены закономерности геомеханического взаимодействия механизированных крепей с углепородным массивом при первичных и вторичных периодических осадках кровли с учетом прогрессирующего снижения устойчивости пород кровли при циклическом воздействии на них секций механизированной крепи и изменения параметров опорного давления. На рисунке 12 представлено изменение зоны разрушенных пород при движении очистного забоя.

Произведен анализ динамики изменения вертикальных смещений в породах кровли в зоне влияния секции механизированной крепи очистного забоя при установившемся режиме осадок пород кровли. Установлено, что с увеличением количества заходок величины вертикальных смещений в породах кровли увеличиваются в направлении выработанного пространства. После выемки

а) б) в)

Рис. 12. Накопление деструктивных изменений пород кровли

угольной полосы при прежнем положении секции крепи точка с максимальной величиной вертикальных смещений перемещается внутрь угольного пласта, что может приводить к вывалу пород кровли в призабойное пространство.

Передвижка секции крепи к поверхности забоя без подпора сопровождается разрушением пород кровли над верхним перекрытием крепи и просыпанием мелких фракций за механизированной крепью.

Серия проведенных вычислительных экспериментов позволяет выбрать оптимальную (с точки зрения выбранного критерия) и безопасную технологию выемки угля.

Таким образом, стабильность и безопасность высокопроизводительной работы КМЗ при разработке пластов с изменяющимися горно-геологическими условиями на этапе разработки проектной документации обеспечиваются имитацией динамики состояния углепородного массива при движении очистного забоя, прогнозом опасных зон и разработкой профилактических мероприятий по предотвращению аварийных ситуаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена крупная, имеющая важное народнохозяйственное значение проблема, заключающаяся в развитии теоретических основ и разработке методологии проектирования геоинформационных систем прогнозирования динамики состояния углепородного массива для предупреждения чрезвычайных ситуаций при ведении очистных работ.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Разработана методология проектирования специализированных геоинформационных систем поддержки технологических процессов ведения горных работ для обеспечения высокопроизводительных технологий выемки угля и предупреждения чрезвычайных ситуаций.

2. Разработана методология проектирования специализированных программных средств электронного картографирования горно-геологического строения массивов горных пород для оптимального нарезания шахтных полей и составления паспортов выемочных участков.

3. Разработан метод визуализации результатов имитационного моделирования геомеханического взаимодействия механизированной крепи с углепород-ным массивом, предоставляющий возможность выбора очистного механизированного комплекса с требуемыми силовыми характеристиками крепи, полученными на основе наиболее сложной горно-геологической ситуации по длине выемочного столба.

4. Разработана концептуальная модель мониторинга и прогноза напряженно-деформированного состояния углепородного массива с учетом циклического воздействия на него движущегося очистного забоя.

5. Обоснована область применения алгоритма метода конечных элементов для расчета НДС углепородного массива в окрестности очистного забоя. Для настройки параметров алгоритма использованы выборки шахтных измерений в доверительном интервале не ниже 95%, при условии нахождения вмещающих пород в допредельном состоянии в каждом конечном элементе.

6. Разработана концептуальная модель построения пространственных геоизображений, позволяющая изучать динамику появления и развития зон повышенного давления для выбора и обоснования технологии выемки угля и разработки комплекса мероприятий для обеспечения безаварийной работы комплексно-механизированного забоя.

7. Разработан перечень алгоритмического и программного обеспечения электронного картографирования применительно к Кузбасскому угленосному бассейну для получения компьютерных геоизображений пространственных данных углепородного массива.

8. Установлены закономерности геомеханического взаимодействия механизированной крепи с углепородным массивом. Конвергенции верхнего перекрытия и основания секций механизированной крепи при увеличении расстояния между монтажной камерой и очистным забоем изменяются по экспоненциальному закону, а в зоне периодически-установившегося геомеханического взаимодействия эта зависимость близка к линейной. Коэффициент концентрации вертикальных напряжений перед первичной осадкой основной кровли в 1,5-2,0 раза больше соответствующего параметра перед обрушением основной кровли, что подтверждается удовлетворительным совпадением расчетных размеров зон разрушенных пород кровли и фактических вывалов при движении очистного забоя в угольных шахтах концерна "Кузнецкуголь".

9. Установлено, что периодический характер нагрузок на непосредственную кровлю со стороны секции крепи является причиной прогрессирующего уменьшения прочности пород кровли. В зоне неустановившегося геомеханического взаимодействия механизированной крепи с углепородным массивом площадь разрушенных пород на вертикальной проекции увеличивается более чем в 2 раза, в то время как в зоне периодически-установившегося

геомеханического взаимодействия площадь разрушенных пород практически не изменяется. Выявлена закономерность прогрессирующего уменьшения прочности пород непосредственной кровли в течение первых двух - трех циклов удаления от фиксированной точки в кровле. Стабилизация процесса разрушения возможна за счет использования оптимальных режимов управления начальным распором крепи.

10. Научные результаты и практические рекомендации, разработанные автором, использовались при разработке 5 паспортов выемочных участков шахт ЗАО "Южкузбассуголь", а также в учебном процессе НФИ КемГУ. Методология проектирования специализированных программных средств моделирования горно-геологического строения массивов горных пород используется для создания специализированных геоинформационных систем студентами НФИ КемГУ. Для определения положения опасных зон с высоким горным давлением и выработки рекомендаций по предотвращению аварийных ситуаций по длине выемочного столба при ведении очистных работ используются разработанные методы визуализации результатов имитационного моделирования геомеханического взаимодействия механизированной крепи с углепородным массивом.

ПУБЛИКАЦИИ

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАКМинобрнауки

России

1. Степанов Ю.А. О способе визуализации результатов моделирования работы очистного забоя с использованием электронных карт / Ю.А. Степанов // Научно-технический вестник Поволжья. - Казань, 2013. -№2. -С. 216-220.

2. Степанов Ю.А. К вопросу о разработке специализированного программного обеспечения на базе ГИС-технологий для угледобывающих предприятий / Ю.А. Степанов, В.С.Фанасков// Горный информационно-аналитический бюллетень (Mining informational and analytical bulletin). Москва, 2013. - №5. - С. 129-134.

3. Степанов Ю.А. Разработка архитектуры специализированного обеспечения на базе ГИС-технологий / Ю.А. Степанов, B.C. Фанасков // Научно-технический вестник Поволжья. - Казань, 2012. - №4. - С. 207-210.

4. Степанов Ю.А. Структура региональной геоинформационной системы при ведении выемочных работ угледобывающих предприятий / Ю.А. Степанов //Геоинформатика. - Москва, 2012. -№1,- С. 36-41.

5. Степанов Ю.А. Определение шагов обрушений горных пород при их подработке подземными горными работами / Ю.А. Степанов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, 2011. - №4,- С. 44 -45.

6. Степанов Ю.А. Адаптация и развитие метода конечных элементов для расчета параметров напряженно-деформированного состояния углепородного массива / Ю.А. Степанов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, 2011. - № 4. - С. 31 - 34.

7. Степанов Ю.А. Модель идентификации геомеханического взаимодействия механизированных крепей с углепородным массивом / Ю.А. Степанов // Горный информационно-аналитический бюллетень (Mining informational and analytical bulletin). - Москва, 2011. - №7. - С. 39 - 44.

8. Степанов Ю.А. Способы автоматизации процесса дискретизации области исследования на конечные элементы / Ю.А. Степанов, А.В. Степанов // Горный информационно-аналитический бюллетень (Mining informational and analytical bulletin).-Москва, 2011,-№6.- C.316-320.

9. Степанов Ю.А. Модель управления состоянием экосистемы при воздействии техногенеза / Степанов Ю.А., Корчагина Т.В. Дмитриев Ю.В.// Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, 2007,-№6.-С. 87-88.

10. Степанов Ю.А. Влияние секции механизированной крепи на геомеханические процессы в окрестности очистного забоя / Ю.А. Степанов, А.В. Степанов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, 2006. - №6. - С. 35-36.

11. Степанов Ю.А. Воздействие техногенных массивов угледобывающих предприятий на визуальный ландшафт/ Степанов Ю.А., Гридин В.Г., Корчагина Т.В.// Экологические проблемы Кузбасса: Горный информационно-аналитический бюллетень (Mining informational and analytical bulletin). -Москва, 2006 - №10. - С. 31-34.

Монографии

12. Степанов Ю.А. Компьютерное моделирование напряжнно-дефор-мированного состояния углепородного массива в окрестности очистного забоя / Ю.А.Степанов. - Новокузнецк, 2013. - 162 с.

Материалы научно-практических конференций, статьи в сборниках

13. Степанов, Ю.А. Применение облачных технологий в ГИС / Ю.А.Степанов, B.C. Фанасков // Мат. II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по естественно-научному, экономическому, юридическому и социогуманитарному направлениям». -Новокузнецк, 2012. - С. 186-190

14. Степанов, Ю.А. К вопросу о проектировании архитектуры специализированного программного обеспечения на базе ГИС-технологий / Ю.А. Степанов, B.C. Фанасков // Информационные системы и технологии: материалы международной научно-технической конференции. - Красноярск, 2012. -С. 127-131.

15. Степанов, Ю.А. К вопросу о применении адаптивных моделей при разработке программного обеспечения специализированных ГИС / Ю.А. Степанов, B.C. Фанасков // Высокие технологии, экономика, промышленность. Т.1 : сборник статей Тринадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике". -Санкт-Петербург, 2012.-С. 135-136.

16. Степанов, Ю.А. Использование предметно-ориентированных языков в процессе электронного картографирования / Ю.А. Степанов, B.C. Фана-сков, A.A. Боярчук // Интеллект и наука: труды XII Междунар. науч. конф./ отв. ред. А.В.Хныкин; Межинститут, базовая кафедра «Прикладная физика и космические технологии» СФУ; Железногор. филиал. - Красноярск, 2012.-С. 101-102.

17. Степанов, Ю.А. Разработка программного обеспечения специализированных геоинформационных систем / Ю.А. Степанов, B.C. Фанасков // Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика. Т.2: сборник статей двенадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - Санкт-Петербург, 2011. - С. 115-116.

18. Степанов, Ю.А. Моделирование процессов выемки угля в очистных забоях / Ю.А. Степанов // Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика. Т.2: сборник статей двенадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». -Санкт-Петербург, 2011.-С. 107-108.

19. Степанов, Ю.А. Математическое моделирование разработки угольных пластов/ Ю.А. Степанов // Гуманитарные и социальные проблемы обеспечения безопасности горнодобывающих регионов: сб. ст. участников экспертного совещания в рамках XVII Международной специализированной выставки технологий горных разработок «Уголь России. Майнинг - 2010» и I Специализированной выставки «Охрана, безопасность труда и жизнедеятельности». - Новокузнецк, 2011. - С. 26-33.

20. Степанов, Ю.А. О постановке задачи имитационного моделирования геомеханических процессов / Ю.А.Степанов // Высокие технологии, образование, промышленность. Т.1: сборник статей Одиннадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологии в промышленности". - Санкт-Петербург, 2011. - С. 129-132.

21. Степанов, Ю.А. Разработка специализированного графического редактора объектов электронных карт для учета физико-механических свойств горных пород / Ю.А. Степанов, B.C. Фанасков // Краевые задачи и математическое моделирование : тематический сборник научных статей: в 3 томах. Т.З. под общ. Ред. В.О. Каледина. -Новокузнецк,2010. - С. 92-97.

22. Степанов, Ю.А. Создание редактора карт / Ю.А. Степанов, B.C. Фанасков // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты: сборник трудов III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием под общ. Ред. Ф.И.Иванова, С.А.Шипилова. - Новокузнецк, 2009.-С. 296-300.

23. Степанов, Ю.А. Геоинформационная система в экологии / Ю.А. Степанов, E.JI. Счастливцев // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири

(СИБРЕСУРС-13-2007): Доклады 13-й Международ, научно-практической конферен. — Томск, 2007. - С. 73-76.

24. Степанов, Ю.А. Сеточный генератор / Ю.А.Степанов // Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах: Материалы XI Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы. -Санкт-Петербург, 2007. - С. 308-309.

25. Степанов, Ю.А. Компьютерная имитация движения очистного забоя / Ю.А. Степанов, A.B. Степанов, В.Н. Фрянов // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды IV всероссийской научн.-практ. конференции. - Новокузнецк, 2003. — С. 4-5

26. Степанов, Ю.А. Прогнозирование параметров геомеханического взаимодействия механизированных крепей с углепородным массивом. / Ю.А. Степанов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Труды VI Международной научно-практической конференции. — Новокузнецк, 2001. - С. 34-36.

27. Степанов, Ю.А. Исследование влияния режима передвижки секции механизированных крепей на несущую способность непосредственной кровли. / Ю.А.Степанов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Труды VI Международной научно-практической конференции. - Новокузнецк, 2001. - С. 20-21.

28. Степанов, Ю.А. Компьютерное моделирование динамики изменения геомеханических параметров движущегося очистного забоя / Ю.А. Степанов, A.B. Степанов // Перспективные технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Труды YIII Международной научно-практической конференции. - Новокузнецк, 2001. - С. 113-115.

29. Степанов, Ю.А. Подготовка данных при изучении взаимодействия секции механизированной крепи с углепородным массивом методом конечных элементов / Ю.А.Степанов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Труды V Международной конференции. - Новокузнецк, 2000. - С. 167-168.

30. Степанов, Ю.А. Анализ условий работы секции механизированной крепи с использованием численных методов механики горных пород / Ю.А. Степанов, A.B. Степанов, В.Н. Фрянов // Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Материалы VII Международной научно-практической конференции. - Новокузнецк, 2000. - С. 92-94.

31. Степанов, Ю.А. Анализ работы механизированного комплекса 4КМ130 в условиях шахты "Алардинская" / Ю.А. Степанов, М.С. Паянок // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Труды V Международной конференции. - Новокузнецк, 2000. -С. 76-78.

Свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ

32. Свидетельство № 2000610940, Российская Федерация. Имитационное моделирование работы механизированной крепи КМ138И в очистном забое угольной шахты: свидетельство об официальной регистрации программы

для ЭВМ / Ю.А. Степанов, В.В. Дмитриев; заявитель и правообладатель СибГИУ, 2000 г.

33. Свидетельство № 2001610645, Российская Федерация. Программа расчета геомеханических параметров для исследования взаимодействия секции механизированной крепи с углепородным массивом: свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / Ю.А.Степанов, А.В.Степанов, В.Н.Фрянов; заявитель и правообладатель СибГИУ, 2001 г.

34. Свидетельство № 2011614648, Российская Федерация. Специализированный графический редактор объектов электронных карт для учета физико-механических свойств горных пород: свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / Ю.А.Степанов, В.С.Фанасков; заявитель и правообладатель НФИ КемГУ, 2011 г.

35. Свидетельство № 2011614645, Российская Федерация. Механизированные крепи (Б/Д): свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / Ю.А.Степанов, А.В.Степанов, Ю.В.Дмитриев; заявитель и правообладатель НФИ КемГУ, 2011 г.

36. Свидетельство № 2012617895, Российская Федерация. Лексический анализатор предметно-ориентированного языка обработки электронных карт для специализированных ГИС: свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / Ю.А.Степанов, В.С.Фанасков, А.А.Боярчук; заявитель и правообладатель НФИ КемГУ. 2012 г.

37. Свидетельство № 2012618773. Российская федерация. Компьютерная программа для работы с электронными классификаторами полезных ископаемых применяемых в специализированных ГИС: свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / Ю.А.Степанов, В.С.Фанасков; заявитель и правообладатель НФИ КемГУ, 2012 г.

Подписано в печать . Об .2014 г. Формат 60x90/16

Объем 2 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № У О

ОИУП Московского государственного Москва, Ленинский пр-т, 6 горного университета.