Технология горно-геометрических расчетов при проектировании открытой разработки месторождений с использованием универсальных программных средств

Мусихина, Ольга Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Технология горно-геометрических расчетов при проектировании открытой разработки месторождений с использованием универсальных программных средств
ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Технология горно-геометрических расчетов при проектировании открытой разработки месторождений с использованием универсальных программных средств"

УДК 622.271

На правах рукописи

Мусихина Ольга Владимировна

□0305208в

Технология горно-геометрических расчетов при проектировании открытой разработки месторождений с использованием универсальных программных средств

Специальность 25.00.35 - Геоипформатика

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2007 г.

003052088

Работа выполнена в Уральском государственном горном университете

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Стариков Андрей Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шек Валерий Михайлович

кандидат технических наук, Поль Валерий Густавович

Ведущая организация - ОАО «Уралгипрошахт»

Защита состоится 5 апреля 2007 г. в 14.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 004.010.01 при ИГД УрО РАН по адресу: г. Екатеринбург, ГСП-936, ул. Мамина-Сибиряка, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД УрО РАН

Автореферат разослан 5 марта 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

В.М.Аленичев

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Качество проектирования в значительной степени влияет на темпы технического прогресса. Именно на стадии проектирования в решающей степени предопределяется эффективность горного производства.

Одним из наиболее трудоемких процессов проектирования карьеров являются горно-геометрические расчеты (ГГР), которые выполняются при оценке и подсчете всех видов запасов, обосновании границ и порядка отработки, горно-геометрическом анализе карьерного поля, определении объемов горно-капитальных работ, составлении календарного плана горных работ и пр. Формально доля ГГР в общем горно-технологическом проекте составляет около 45%, на практике же в случае проектирования разработки месторождений со сложными горно-геологическими и горнотехнологическими условиями отработки, по трудозатратам и затраченному времени горно-геометрические расчеты могут достигать 70% от всего процесса проектирования. Особенно четко тенденция повышения трудозатрат и времени на выполнение горно-геометрических расчетов проявляется при необходимости исследования нескольких вариантов ведения горных работ.

В современных условиях, на фоне увеличения количества проектируемых карьеров малой и средней производственной мощности, четко прослеживается тенденция сокращения сроков выполнения ГГР при неизменном требовании к высокой достоверности результатов.

Существующая теоретическая база автоматизированных ГГР была разработана преимущественно в 1980-х годах и за последние 20-25 лет не претерпела значительных изменений. Однако широкое распространение компьютерной техники и постоянно модернизируемое программное обеспечение, предоставляющие пользователям новые возможности, предопределило необходимость совершенствования теоретического и методического подходов к решению горно-геометрических задач. В связи с этим разработка компьютерной технологии горно-геометрических расчетов является актуальной исследовательской задачей.

Методология автоматизированных горно-геометрических расчетов основывается на обширной теоретической базе и широком круге исследований таких ученых, как акад. В.В. Ржевский, член-корр. В.Л. Яковлев, доктора наук: B.C. Хохряков, Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев, В.М. Аленичев, Д.Г. Букейханов, С.В. Корнилков, С.Д. Коробов, Б.А. Симкин, И.Б. Табакман, кандидаты наук: A.JT. Билин, О.В. Наговицин, М.Н. Сивков, A.C. Танайно, Ю.К. Шкута, О.Ю. Яковенко, А.З. Яшкин и др.

Объект исследования. Технология автоматизированного проектирования открытой разработки месторождений.

Предмет исследования. Геоинформационные модели объектов открытых горных работ и алгоритмы горно-геометрических расчетов в составе горно-технологического проекта разработки месторождения.

Цель работы. Разработка компьютерной технологии горногеометрических расчетов, реализуемой на базе универсальных стандартных и специализированных программных средств.

Задачи исследований:

■ проанализировать опыт проектирования и программное обеспечение для компьютерного решения горно-геометрических задач применительно к условиям современной российской практики проектирования объектов горного производства;

■ разработать методику и алгоритмы автоматизированных горногеометрических расчетов применительно к различным условиям залегания месторождений полезных ископаемых;

■ установить связи между допустимой погрешностью горно-геометрических расчетов и необходимым количеством точек для описания криволинейных контуров, аппроксимирующих горные и геологические объекты;

■ обосновать условия применения разработанной компьютерной технологии;

■ внедрить компьютерную технологию ГТР в процесс проектирования реальных объектов открытых горных работ и оценить результаты внедрения.

Защищаемые научные положения:

1 Технология моделирования геологических объектов, выбор программных средств и способ подготовки исходных данных определяются условиями залегания месторождения и технологией последующей отработки: для пологопадающих и горизонтальных месторождений целесообразно использовать полигональную систему моделирования, для наклонных и крутопадающих - сплайновую.

2 Контроль и гибкое управление адекватностью геоинформационных моделей геологическим объектам обеспечивается использованием специальных инструментов универсальных программных средств, формирующих модели горно-геометрических объектов.

3 Компьютерная технология горно-геометрических расчетов, основанная на модульном использовании общедоступных программных средств, позволяет осуществлять горно-геометрические расчеты в пределах допустимой погрешности и снизить их трудоемкость на 20 - 30% по сравнению с традиционными методиками.

Достоверность .научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается привлечением обширного теоретического и практического проектного материала, а также внедрением результатов исследований в процесс проектирования объектов открытых горных работ Российской Федерации. Погрешность результатов ГТР, выполненных по разработанной компьютерной технологии составила до 1,5 % по сравнению с погрешностью результатов расчетов, выполненных по традиционным методикам.

Научная новизна исследований:

■ разработана компьютерная технология горно-геометрических расчетов, основанная на модульном синтезе стандартных процедур, выполняемых универсальными программными средствами;

■ предложена методика управления погрешностью конечных результатов ГТР посредством регулирования адекватности геоинформационных моделей и выбором программного обеспечения, используемого в модульной компьютерной технологии;

■ впервые предложена экспресс-методика определения необходимой и достаточной геоинформационной плотности исходных данных для создания

трехмерных моделей при выполнении автоматизированных горногеометрических расчетов, обеспечивающая получение результатов ГГР с заданной погрешностью.

Практическая ценность работы. Разработанная компьютерная технология рекомендуется для использования в проектных организациях горного профиля при проектировании карьеров малой и средней производственной мощности.

Разработанная методика ввиду своей гибкости может быть использована в таких разделах горных проектов, как генеральный план, водоотведение, охрана окружающей среды и др. Кроме того, данная методика позволяет осуществлять управление и контроль за выполнением горно-геометрических расчетов и вносить необходимые изменения на любом этапе проектирования.

Предлагаемая методика позволяет сократить: сроки проектирования объектов открытых горных работ малой и средней мощности, трудозатраты на выполнение горно-геометрических расчетов, а также расходы на приобретение и обслуживание программных средств. Разработанная компьютерная технология позволяет повысить гибкость решения горнотехнических задач.

Личный вклад автора состоит в:

■ разработке модульной компьютерной технологии горно-геометрических расчетов, основанной на использовании общедоступных программных средств;

■ установлении зависимостей геоинформационной плотности исходных данных от заданной погрешности выполнения процедуры горногеометрических расчетов для разных групп месторождений по сложности геологического строения;

■ разработке экспресс-методики определения необходимого объема исходных данных для ведения автоматизированных горно-геометрических расчетов;

■ обосновании области и условий применения разработанной технологии.

Реализация результатов работы:

■ результаты исследований реализованы в 16 проектах открытых горных работ, выполненных Проектно-методическом институтом Научно-производственного объединения Уральского государственного горного университета;

■ основные положения разработанной методики внедрены в лабораторные практикумы и курсовое проектирование студентов специальности «Открытые горные работы» по дисциплинам «Информационные технологии», «Планирование открытых горных работ», а также выполнение дипломных проектов.

Апробация работы:

Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждены и одобрены на семинарах кафедры РМОС Уральского государственного горного университета, докладывались на Международной научно-технической конференции по итогам и проблемам производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом (г. Екатеринбург, 2002), научно-практических конференциях «Уральской горно-промышленной декады» (г. Екатеринбург, Уральский государственный горный университет, 2004-2006 гг).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 9 работ.

Объем и структура работы:

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок, 19 таблиц, библиографию из 104 наименований, 3 приложения.

Автор выражает глубокую благодарность за оказанную методическую помощь при работе над диссертацией д.т.н., проф. C.B. Корнилкову, д.т.п., проф. Ю.И. Лелю, д.т.н., проф. В.М.Аленичеву, а также считает своим долгом выразить искреннюю признательность к.т.н., доц. С.В .Исакову за многолетнее творческое сотрудничество и практическую помощь в проведении исследований.

Основное содержание работы

Горно-геометрические расчеты являются одним из наиболее трудоемких процессов проектирования объектов открытой разработки, требующих высокой достоверности результатов.

Снизить трудоемкость ГГР можно использованием в процессе проектирования современных компьютерных технологий, реализованных в профессиональных интегрированных системах горного профиля. Наряду с неоспоримыми достоинствами дапное программное обеспечение, разработанное преимущественно зарубежными компаниями, имеет и ряд недостатков, среди которых: высокая стоимость как самого программного продукта, так и его эксплуатации, повышенные требования к качеству технической базы и уровню подготовки пользователей. Кроме того, интегрированные системы не в состоянии охватить весь спектр горнотехнических задач проекта. Как следствие, разработчики программного обеспечения вынуждены закрывать пробелы в системах отдельными разработками в виде так называемых «планировщиков». Примерами подобного программного обеспечения являются NPV Sheduler и Whittle. Указанные программные средства, являются, по сути, модификацией программ экономического обоснования границ разработки методом Лерча-Гроссмана. С их помощью можно определять экономически рациональные границы отработки, по без учета нормативных требований в области безопасности, правил охраны недр и т.п.

Альтернативным решением проблемы автоматизации ГГР, учитывающим нормативные требования, может стать компьютерная технология, основанная на модульном синтезе общедоступных программных пакетов, ориентированных на определенный класс задач. Такие программные средства, по сути, являются локальными автоматизированными системами, которые могут работать самостоятельно либо входить в интегрированные системы более высокого уровня.

Компьютерная технология ГГР должна основываться на существующих методиках, отвечающих условиям отечественной практики

проектирования отработки месторождений. При этом результаты горногеометрических расчетов должны иметь погрешность, сопоставимую с погрешностью исходных данных, а программное обеспечение должно быть доступным как по цене, так и по уровню подготовки большинства пользователей. Кроме того, должны быть сокращены время и трудозатраты на выполнение ГГР.

Наибольшую долю по трудоемкости и временным затратам в процесс автоматизированных ГГР вносит этап создания моделей месторождений и горных выработок, на основе которых выполняются ГТР.

В профессиональных интегрированных системах горного профиля преимущественно используется только один способ моделирования месторождений - полигональный, при котором трехмерные объекты рассматриваются как группы замкнутых многоугольников. В общедоступных программных средствах при описании нерегулярных объектов, к которым относятся геологические объекты, часто используется еще один способ моделирования — сплайновый. Тем не менее, установлено, что наиболее точно с помощью полигонального моделирования создаются не трехмерные объекты, а модели поверхностей. Поэтому данный способ моделирования является оптимальным для создания моделей месторождений, которые можно представить в виде набора 3£>-поверхностей, то есть для горизонтальных и пологопадающих месторождений полезных ископаемых. Частным случаем полигонального моделирования является моделирование поверхностей регулярными ОДЯ)-сетями (рисунок 1). ОШУ- сеть формируется генерацией регулярной сетки (координат узлов сети) из массива точек, случайным образом описывающих гипсометрическую поверхность.

1 этап: обработка

3 этап: формирование полигональных областей в смоделированных сетях

I „свть ] Сеть ГС] I

4 этап: формирование результирующих сетей по ПИ и вскрыше

[£]-[А1+1С)

Сеть(И

_____ „„ Сеть [О]

[0]-[А]+[В]

5 этап: подсчет объемов между 2 сетями

Ук = [йно1 объем карьера Ье^И в конечном контуре

ув = [ЯНЕ] объем вскрыши в конечном контуре

6 этап: ПЛАНИРОВАНИЕ ЭТАПОВ ОТРАБОТКИ КАРЬЕРНОГО ПОЛЯ

Рисунок 1 — Формирование полигональной модели месторождения и карьера, а также ГГР на их основе

исходных данных

2 этап: 30-моделирование рельефа МПИ и карьерной выемки (сеть (Р])

При моделировании месторождения поверхностями исходные данные о залежи полезного ископаемого должны быть представлены в виде базы данных, в которую входят координаты устьев геологических скважин (X, У, Т), данные о мощности покрывающих пород и полезной толщи, различные характеристики объекта. Такой вид данных, как правило, и предоставляется проектировщикам в случае проектирования горизонтальных и пологопадающих залежей (рисунок 1, этап 1).

На основе базы исходных данных формируется набор трехмерных поверхностей рельефа месторождения, кровли и почвы пласта полезного ископаемого (рисунок 1, этапы 2,3,4), на которые наносятся контуры будущей горной выработки. Суммирование и вычитание объемов, заключенных между поверхностями в контурах отработки, приводит к получению численных значений объемов полезного ископаемого и вскрыши (мощности покрывающей толщи) в границах отработки (рисупок 1, этапы 5,6).

При проектировании наклонных и крутопадающих залежей, исходные данные преимущественно содержатся в виде набора геологических сечений и планов выходов руд на отдельные горизонты. В связи с этим моделирование месторождения трехмерными поверхностями затруднено. В этом случае рационально использовать сплайновую систему моделирования.

Сплайновая система моделирования поддерживает такой тип моделей, как твердотельные модели, или ДО^Ю-объекты. БОЬЮ-объвкт содержит информацию об объеме моделируемого объекта, его пространствешгом положении и форме, что идентично подходу к блочным моделям в профессиональных интегрированных системах (рисунок 2).

Для создания трехмерной твердотельной модели рудного тела и вмещающего его участка недр необходимо сформировать базу данных в виде набора плоских замкнутых контуров, дискретно описывающих моделируемые объекты. Твердотельная модель формируется посредством сплайн-переходов (методом «лофтинга») между контурами, размещенными в пространстве в соответствии с системой координат месторождения.

Пространственно-совмещенная каркасная модель месторождения и рельефа

РЛ-111 рг ^1 Дополните для модели •И РП-1 льные профили рования рельефа

Пространственное совмещение ЗОШнюдепей (среда ЫоСАС)

Прямой подсчет объем» по гор.

Создание плоской модели карьера методом подобия от контура дна

Рисунок 2 - Последовательность формирования твердотельных моделей рельефа, рудного тела и карьера

На основе анализа рынка программного обеспечения, позволяющего оперативно решать задачи горно-геометрической оценки месторождения, в диссертационной работе предложено использование нескольких общедоступных по стоимости, требованиям к технической базе и уровню подготовки пользователей программных пакетов. В этих программах

рационально организована работа с графической и табличной документацией. Полигональное моделирование поддерживается в программном пакете Surfer, сплайновое твердотельное - в Mechanical DeskTop. Комбинацию полигонального и твердотельного моделирования рекомендуется производить в Mechanical DeskTop и AutoCADD Survey.

Таким образом, на автоматизированное создание моделей месторождений уделяется 10...20% трудоемкости проекта. При этом для моделирования разных типов месторождений по условиям залегания требуется разное количество времени и трудозатрат. Наибольшим процент трудозатрат приходится на моделирование наклонных и крутопадающих месторождений, особенно если рудные тела различаются показателями

качества и сортности.

Для построения моделей предельных границ карьера и горных работ, учитывающих максимальное извлечение полезного ископаемого, необходимо

иметь набор погоризонтных геологических планов выходов руд, сформированных в единой системе координат (рисунок 3). При этом для формирования модели карьерной выемки не имеет значения то, в какой системе моделирования были разработаны модели месторождения, так как геологические планы представляются в виде плоских многоугольников, дискретно описывающих границы залежи на горизонте, а не в виде трехмерных моделей.

Рисунок 3 - Послойная модель месторождения Отличительной особенностью ГТР является необходимость учета динамики развития карьерного пространства и фронтов горных работ. Учесть динамику горных работ возможно с помощью постоянного обновления модели карьерного пространства на основе принципа подобия и

параллельного переноса контуров разработки (рисунок 4). Неравномерность отработки карьерного поля по этапам ведения работ достигается за счет выделения опорных горизонтов, для которых задаются разные значения скорости подвигания горных работ.

существующее положение погоризонтные горных работ календарные планы

горно-геом. расчеты

проектирование карьера к концу отработки

Ш1

Площадь прирезки, м2 8(220,230,240) IS

Объем прирезки, м1 V=SxHy IV

Объем товарной продукции, м1 Т1*=V х К1* IT1' ТГ=ГхКГ IT1"

Объем и к-нт вскрыши Vb=V-V-V Kb=Vb/V+V"

Рисунок 4 - ГГР в процессе календарного планирования

Адекватность модели (adequacy of a model) - качественная характеристика степени подобия модели ее реальному прототипу, но не в целом, а по тем свойствам модели, которые для исследования считаются существенными. Визуализация модели является первым источником информации об адекватности модели, так как проектировщик в первую очередь оценивает и анализирует пространственное представление моделью моделируемого объекта, пиковые выпадения модели рудного тела, а количественную оценку погрешности осуществляет позже, если модель и объект визуально подобны друг другу. В случае неполного совпадения

модели и объекта, модель можно довести до большего соответствия посредством добавления в базовый вариант модели уточняющих дополнений или же посредством использования иных методов интерполяции поверхностей модели.

Все компьютерные модели, используемые при горно-геометрических расчетах в разработанной компьютерной технологии, характеризуются управляемой адекватностью, то есть возможностью калибровки модели.

При использовании б7Е/£>-сегей управление адекватностью моделей связано с возможностью подбора оптимальных параметров структурных единиц - ячеек СЛЯ>-сетей и возможностью выбора метода интерполяции геологической информации между реальными распределенными по месторождению исходными геологическими данными.

Для определения рациональных размеров ячеек СЛ7£)-сетей было проведено исследование для участка естестве иного рельефа размерами в плане 1500x1500 м и с перепадом отметок по (X) 225,3 - 212,5 м, то есть ¿12=12,8 м. Для исследуемого участка была смоделирована серия трехмерных поверхностей с разными параметрами ячеек сети (рисунок 5). Далее по каждой созданной сети были определены отклонения от исходных пикетов (<#).

По значению относительной погрешности {Е=сША£) И установленным пороговым значениям (10% - для нредпроектпых расчетов, 3-5% - для долгосрочного планирования и проектирования, менее 3% - для годового и текущего планирования) были определены соответствующие рациональные размеры ячеек сети (рисунок 6).

ячейка ячейка ячейка

150*150 м 50x50 м 30*30 м

Рисунок 5 - Изменение модели поверхности в зависимости от размеров ячеек сети

N Е,% 20,0

х*и

£¿15,0

£ § 10,0 5 X

8 3 5,0

10%

размер ячеики, м

Рисунок 6 - Дна]рамма распределения рациональных размеров ячеек сети по допустимым значениям погрешностей

Так для достижения требуемой погрешности не более 3% относительный размер ячеек сети должен быть 0,67-0,77% (абсолютный размер ячеек для участка 1500 х 1500 м - 10. ..12 м). Для достижения требуемой погрешности в пределах 3-5% относительный размер ячеек сети 0,83-1,25% (абсолютный размер для участка ¡500 * 1500 м - 12...20 м). Пороговое значение 1Ю]решности 5-10% редко удовлетворяет требуемой точности ГГР, хотя для него абсолютный размер ячеек будет составлять 20... 40 м. Ячейки сети более 40 м для данного участка не обеспечивают порог погрешности 10%.

При формировании модели месторождения на основе сплайвовых твердотельных объектов установлено, что управление адекватностью характеризуется типом сплайн-перехода между базовыми профилями (геологическими сечениями месторождения) и изменением параметров начальной и конечной нормалей сплайн-переходов (рисунок 7). Изменение формы блока, а следовательно и его объема, происходит между поперечными сечениями (геологическими разрезами) залежи без искажения реальных геологических условий.

В результате исследований, выполненных для геологического блока с объемом 251171,3 м3, расстоянием 100 м между смежными сечениями и площадью одного сечения 4313,4 м3, а второго - 1071,7 м2 были установлены зависимости между соотношением параметров начальной (X1) и конечной (Х2) нормалей сплайн-переходов и погрешностью горно-геометрических расчетов.

_ + + V^i^i

Регулирование объема блока при создании его методом "лофтнн1я"

Начальное сечение

Коночное сечение

Х1 - начальная нормаль Х2 - конечная нормаль

работы ко манд ь

Х1 + Х2 < 5

NURBS - тип сплайн-перехода между поперечными сечениями

Примеры изменения формы блока посредством управления параметрами начальной и конечной нормали

Изменение погрешности ГТР от параметров •ой и 1

XI = 0,5 Х2 = 4,0

XI=25 )К2=2,0

XI = 1,0

XI =3,0 Х2=15

XI=15 Х2=з,е

XI =35 XI = 1,0

X! =2,0 Х2=25

XI =4,0 Х2 = 15

конечной и начальной нормален

1,0

2ft

3ft

3fi

4ft

1,9

5й1д

2,0

3ft

---

4ft

4JS

-погрешность ГГРдо 1 У» -погрешность ГГРдо 5% -погрешность ГГР свыше 5%

Рисунок 7 - Управление адекватностью твердотельных моделей

Доказано, что изменением параметров начальной и конечной пормалей сплайн-переходов возможно добиться такой формы трехмерного блока, при котором погрешность ГТР не будет превышать допустимых значений.

Погрешность модели является количественным показателем степени расхождения результатов моделирования с реальным объектом. В диссертационной работе оценка погрешности моделей, созданных с использованием разработанных компьютерных технологий, осуществлялась посредством сравнения результатов моделирования с результатами подсчета запасов месторождений, утвержденных ГКЗ. Средняя погрешность моделей разных месторождений не превысила 1,0%, что позволяет использовать данные модели в дальнейших горно-геометрических расчетах.

3 Компьютерная технология горно-геометрических расчетов, основанная на модульном использовании общедоступных программных средств, позволяет осуществлять горно-геометрические расчеты в пределах допустимой погрешности и снизить их трудоемкость на 20 — 30% по сравнению с традиционными методиками.

На основе проведенных исследований была разработана компьютерная технология горно-геометрических расчетов, основанная на модульном использовании общедоступных программных средств (рисунок 8). Компьютерная технология в общем виде состоит из шести основных стадий: 1 -анализ исходных данных, выбор программного обеспечения; 2 - формализация исходных данных под выбранное ПО; 3 — создание геоинформационных моделей месторождения и горных выработок; 4 - оценка погрешности моделей; 5 - выполнение горно-геометрических расчетов; 6 - оценка результатов П Р.

Погрешность результатов горно-геометрических расчетов, выполняемых по разработанной компьютерной технологии, напрямую зависит от геоинформационной плотности исходных данных.

Проблема количественной оценки необходимой и достаточной геоинформационной плотности исходных данных возникает на втором этапе разработанной компьютерной технологии - «формализации исходных данных под выбранное программное обеспечение». Низкая геоинформационная плотность отрицательно сказывается на точности шрно-геометрических расчетов, а высокая — па скорости и трудоемкости процессов подготовки исходных данных и выполнения ГТР.

1 Анализ исходных данных, выбор программного обеспечения

12. л. ______-1

Пологопадающие и горизонтальные месторождения

СМ: полигональная ПО:

АшОЮВЭипяу

Комбинированные

месторождения

СМ: ими ипгнщя

ПО: йф: $Зигщ>иМОТ

Наклонные и круто! гадающие месторождения

СМсгшайновая ПО: Мескзпка! ГкякТор

Формализация исходных данных под выбранное прогр. обеспечение 11

Электронные

таблицы с координатами

Электронные

таблицы с координатами, оцифрованные

карты и геологические разрезы

Оцифрованные

карты и геологические разрезы

Создание комплексных моделей МНИ и горных выработок

4 .1 Оценка погреш! :--1 гости моделей Г

п :: I | 1 1

5 Горно-гсометрические расчеты

Установление глубины и граничных контуров карьера, оценка объемов полезных ископаемых и вскрыши в смоделированных контурах, выбор места заложения траншей и порядка разрабо тки месторождения, горно-1 еомефический анализ, календарное планирование, определение объемов горно-капитальных работ

Оценка результатов горно-геометрических расчетов

Рисунок 8 - Общая схема компьютерной технологии выполнения ГГР

Ранее вопросами оценки геоинформационной плотности занимались такие ученые, как В.М. Аленичев, В.И. Суханов, B.C. Хохряков, Е.В. Ригин и др. В их исследованиях рациональное значение геоинформационной плотности определялось для двумерных криволинейных контуров. При объемном моделировании появляется необходимость определения необходимой и достаточной величины геоинформационной плотности для трехмерного моделирования и горно-геометрических расчетов на их основе.

Оценка рационального значения геоинформационной плотности производилась для четырех групп месторождений по условиям залегания, соответствующих «Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых» (утв. приказом МПР РФ от 07.03.97 №40 в соответствии с постановлением Правительства РФ №210 от 28.02.96). Для каждой группы сложности геологического строения МПИ были выделены по 4 реальных месторождения, соответствующих классификационным признакам группы. Далее замкнутые контуры, описывающие рудные тела или пласты полезных ископаемых, были векторизованы таким образом, чтобы новый векторный контур максимально близко повторил исходную конфигурацию. Затем фиксировались длина, площадь контура и количество точек, потребовавшихся для его описания.

На основе группы замкнутых контуров, дискретно описывающих месторождение, осуществлялось трехмерное моделирование, после чего с использованием трехмерных моделей осуществлялись ГГР в целом по всему месторождению, а результаты сравнивались с объемами полезных ископаемых, утвержденных ГКЗ (ТКЗ). При неудовлетворительном значении погрешности результатов ГГР, количество точек на исходных контурах увеличивалось, трехмерная модель на их основе обновлялась, в следствие чего погрешность результатов снижалась.

Результаты оценки рациональных значений геоинформационной плотности исходных данных в зависимости от заданного значения допустимой погрешности горно-геометрических расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Оценка геоинформационной плотности криволинейных контуров для разных групп МПИ по сложности геологического строения

Группа порог геоинформационная необходимое

сложности допустимой плотность для описания

геологического погрешности криволинейного количество

строения мпи ведения ГГР- д, % контура — РК) 1/м точек, Nk, ед.

<1% 0,082 50-60

1-ая группа 1-3% 0,054 30-50

>3% 0,025 15-30

<1% 0,107 120-140

2-ая группа 1-3% 0,079 80-120

>3% 0,052 40-80

<1% 0,391 150-170

3-я группа 1-3% 0,294 100-150

>3% 0,196 60-100

<1% 1,463 250-300

4-ая группа 1-3% 1,084 180-250

>3% 0,650 120-180

Как видно таблицы 1, количество точек, описывающих криволинейный контур, возрастает при усложнении геологического строения, а также при повышении требований к допустимой погрешности горно-геометрических расчетов. С данными из таблицы 1 была проведена статистическая обработка и получены корреляционные зависимости необходимого количества точек для описания криволинейного контура и геоинформационной плотности от допустимой погрешности результатов ГГР в диапазоне от 0,5 до 4%, представленные в таблице 2.

На основе полученных зависимостей в диссертации разработана экспресс-методика оценки необходимого количества исходных данных для автоматизированных ГГР с заданной погрешностью для различных по геологической сложности типов месторождений. Экспресс-методика позволяет определить необходимое количество точек для описания криволинейных контуров подстановкой значения допустимой погрешности в зависимости, представленные в таблице 1, или по номограмме, приведенной на рисунке 9.

Таблица 2 - Корреляционные зависимости геоинформационной плотности от допустимой погрешности результатов ГГР

Группа сложности геологического строения МПИ Зависимости Коэффициент корреляции

1-ая группа N,= 61,3- 10,32-А 0,986

Рк= 0,087-0,017-А 0,990

2-ая группа Н< = 147,143-22,7-А 0,966

Рк= 0,115-0,016-А 0,972

3-я группа N„= 178,9-25,8-А 0,971

Рк= 0,42-0,06-А 0,972

4-ая группа N„=304,1 -40,8-А 0,976

Рк= 1,59-0,24-А 0,970

описания контура от допустимой погрешности ГГР

Внедрение разработанной компьютерной технологии горногеометрических расчетов в процесс проектирования объектов открытых горных работ (рисунок 10) привело к снижению среднего показателя трудоемкости ГГР с 45-70% по сравнению с традиционными методиками до 18-31% (для пологопадающих и горизонтальных месторождений) и 37-51% (для наклонных и крутопадающих).

Пологоп акающие и горизонтальные МНИ

Наклонные н крутопадающие МПИ

Рисунок 10 - Доля автоматизированных ГГР в составе горнотехнологического проекта

Сокращение времени и трудозатрат на выполнение горногеометрических расчетов было осуществлено в данной компьютерной технологии за счет следующих процедур и мероприятий:

1 Разделение на 1-м этапе всех месторождений на три группы по условиям залегания (рисунок 8), Использование разных систем моделирования и возможность выбора программного обеспечения под

конкретные геологические и горнотехнические условия позволили применять для моделирования тот вид исходных данных, который предоставляется проектировщикам. При выполнении ГТР по традиционным методикам или с использованием интегрированных программных средств горного профиля любые исходные данные первоначально должны быть преобразованы в формат, единственно возможный для всех типов месторождения, что составляет 5 - 25% от трудоемкости исполнения всего горнотехнологического проекта.

2 Формирование комплексных пространственно совмещенных моделей геологических объектов и горных выработок в единой системе координат позволяет выполнять любое количество горно-геометрических расчетов, используя одну базу данных, а не множество, как это принято в традиционных методиках ГТР. Кроме того, единая база данных в виде комплексной модели исключает необходимость создания сложной структуры исходных данных, так как вся информация для ГТР содержится в одном файле.

Заключение

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-практической задачи - разработке компьютерной технологии горногеометрических расчетов при проектировании открытой разработки месторождений.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1 На основе анализа опыта проектирования и программного обеспечения для моделирования горно-геологических объектов и последующего компьютерного решения горно-геометрических задач установлено, что технология моделирования геологических объектов, выбор программных средств и способ подготовки исходных данных определяются условиями залегания месторождения и технологией последующей отработки: для горизонтальных и пологопадающих месторождений рекомендуется полигональная система моделирования, реализованная в программном пакете Surfer, для крутопадающих месторождений - сплайновая система, реализованная в среде Autodesk Mechanical DeskTop.

2 Разработаны компьютерные технологии горно-геометрических расчетов, основанные на модульном синтезе универсальных программных

средств, которые позволяют осуществлять ГГР в пределах допустимой погрешности и снизить их трудоемкость на 20-30% по сравнению с традиционными методиками.

3 В рамках предложенной технологии разработана методика гибкого управления адекватностью геоинформационных моделей геологическам объектам, основанная на специальных инструментах универсальных программных средств, формирующих модели горно-геометрических объектов.

4 Разработана экспресс-методика определения необходимой и достаточной геоинформационной плотности исходных данных для создания трехмерных моделей при выполнении автоматизированных горногеометрических расчетов, обеспечивающая получение результатов ГТР с заданной погрешностью.

5 Результаты исследований реализованы в 16 проектах открытых горных работ, выполненных Проектно-методическом институтом Научно-производственного объединения Уральского государственного горного университета.

Фрагменты разработанной методики внедрены в лабораторные практикумы и курсовое проектирование студентов специальности «Открытые горные работы» по дисциплинам «Информационные технологии», «Планирование открытых горных работ», а также выполнение дипломных проектов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Статья, опубликованная в ведущем рецензируемом научном журнале, входящем в перечень ВАК:

1 Стариков А.Д. Компьютерная генерация погоризоптных геологических планов из геолого-литологических разрезов при проектировании открытых горных работ [Текст] / А.Д. Стариков, О.В. Мусихина // Известия ВУЗов. Горный журнал.- 2002. - №4. - С. 15-18.

Статьи, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах конференций:

ископаемых открытым способом: материалы международной научно-технической конференции / УПТА. - Екатеринбург, 2002. - С. 240 - 245.

3 Мусихина О.В. Оценка доли автоматизированных ГТР в процессе проектирования объектов ОГР [Текст] / О.В. Мусихина // Материалы уральской горнопромышленной декады, Екатеринбург, 5 — 15 апреля 2004 г. / УПТА. - Екатеринбург, 2004. - С. 231 - 235.

4 Мусихина О.В. Оценка точности горно-геометрических расчетов при использовании компьютерных технологий [Текст] / О.В. Мусихина // Материалы Уральской горнопромышленной декады, Екатеринбург, 4-14 апреля 2005 г. / УГГУ. - Екатеринбург, 2005. - С. 141-142.

5 Мусихина О.В. Рациональное значение геоинформационной плотности исходных данных для ведения горно-геометрических расчетов при проектировании объектов ОГР [Текст] / О.В. Мусихина, Л.Л. Царегородцев // Материалы Уральской горнопромышленной декады, Екатеринбург, 3-13 апреля 2006 г. / УГГУ. - Екатеринбург, 2006. - С. 48 - 49.

6 Стариков А.Д. GRID-технологии в горно-геометрических расчетах [Текст] / А.Д. Стариков, О.В. Мусихина, C.B. Исаков // Введение в геоинформатику горного производства: учебное пособие / под ред. B.C. Хохрякова. - 2-е изд., перераб. и доп. - Екатеринбург: Изд-во У111 А, 2001. С. 151-155.

7 Стариков А.Д. Проведение горно-геометрических расчетов с использованием гипсометрической модели и GRID-технологий [Текст] / А.Д. Стариков, О.В. Мусихина // Известия УГГГА. Сер.: Горное дело. - 2002. -№3. - с. 151-155.

8 Стариков А.Д. Компьютерные технологии в проектировании и планировании открытых горных работ [Текст] / А.Д. Стариков, О.В. Мусихина // Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом: материалы международной научно-технической конференции / УГГТА. - Екатеринбург, 2002.-С. 222 - 224.

9 Стариков А.Д. Использование сеточных технологий при проведении горно-геометрических расчетов для горизонтальных и пологопадающих месторождений со сложной гипсометрией пласта [Текст] / Стариков А.Д., C.B. Исаков, О.В. Мусихина // Известия УГГУ. Сер.: Горное дело. - 2005. -№21.-С. 115-121.

Мусихина Ольга Владимировна

Автореферат

Подписано в печать 28.02.07. Бумага писчая Формат 60х84'/16. Печ. л. 1. Тираж 100 Заказ № М

Издательство УГТУ 620144 г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Мусихина, Ольга Владимировна

Введение

1 Горно-геометрические расчеты в составе горно-технологического проекта открытой разработки месторождений полезных ископаемых

1.1 Доля горно-геометрических расчетов в процессе проектирования ОР МПИ

1.2 Существующие методы и способы выполнения горно-геометрических расчетов

1.3 Анализ профессиональных интегрированных систем для проектирования открытой разработки месторождений

1.4 Стандартные и специализированные программные пакеты как аналог профессиональных интегрированных систем

1.5 Выводы по главе

2 Разработка компьютерных технологий выполнения горно-геометрических расчетов

2.1 Основные положения формирования компьютерной технологии выполнения горно-геометрических расчетов

2.2 Анализ существующих систем объемного моделирования горногеометрических объектов

2.3 Ведение горно-геометрических расчетов на основе Solid-объектов для наклонных и крутопадающих залежей

2.3.1 Твердотельные модели (Solid-объекты). Создание моделей горногеометрических объектов методом «лофтинга». Сплайн-интерполяция моделируемых объектов

2.3.2 Операции с твердотельными моделями, применяемые при автоматизированном ведении ГГР

2.3.3 Методика ведения ГГР на основе твердотельных моделей с использованием программного пакета AutoCAD

2.3.4 Оценка погрешности ведения ГГР на основе SOLID-моделей

2.4 Grid-технология ведения горно-геометрических расчетов для пологопадающих и горизонтальных месторождений со сложной гипсометрией пласта

2.4.1 Основные положения Grid-технологии. Область применения

2.4.2. Методика формирования модели месторождения для ведения автоматизированных ГГР с использованием программного пакета Surfer

2.4.3 Ведение ГГР в полигональных контурах с использованием программного пакета Surfer

2.4.4 Оценка погрешности результатов ГГР с использованием Grid-технологии. Определение рациональных параметров элементарной единицы Grid-модели (ячейки сетки)

2.5 Календарное планирование горных работ для сложноструктурных крутопадающих месторождений с использованием разработанных компьютерных технологий

2.6 Выводы по главе

3 Информационная база для проведения горно-геометрических расчетов

3.1 Специфика формирования пакета исходных данных применительно к разработанным компьютерным технологиям

3.2 Структура взаимодействия моделей исходных данных. Управляемая адекватность геоинформационных моделей

3.3 Определение рационального значения геоинформационной плотности исходных данных

3.4 Выводы по главе

4 Практическая реализация разработанных компьютерных технологий

4.1 Ведение ГГР на основе SOLID-объектов

4.2 Использование GRID-моделей при выполнении горно-геометрических расчетов

4.3 Область применения разработанных компьютерных технологий и рекомендуемое программное обеспечение

4.4 Выводы по главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Технология горно-геометрических расчетов при проектировании открытой разработки месторождений с использованием универсальных программных средств"

Одним из наиболее трудоемких процессов проектирования карьеров являются горно-геометрические расчеты (ГТР), которые выполняются при оценке и подсчете всех видов запасов, обосновании границ и порядка отработки, горно-геометрическом анализе карьерного поля, определении объемов горнокапитальных работ, составлении календарного плана горных работ и пр. Формально доля ГТР в общем горно-технологическом проекте составляет около 45%, на практике же в случае проектирования разработки месторождений со сложными горно-геологическими и горно-технологическими условиями отработки, по трудозатратам и затраченному времени горно-геометрические расчеты могут достигать 70% от всего процесса проектирования. Особенно четко тенденция повышения трудозатрат и времени на выполнение горногеометрических расчетов проявляется при необходимости исследования нескольких вариантов ведения горных работ.

В современных условиях, на фоне увеличения количества проектируемых карьеров малой и средней производственной мощности, четко прослеживается тенденция сокращения сроков выполнения ГТР при неизменном требовании к высокой достоверности результатов.

Существующая теоретическая база автоматизированных ГТР была разработана преимущественно в 1980-х годах и за последние 20-25 лет не претерпела значительных изменений. Однако широкое распространение компьютерной техники и постоянно модернизируемое программное обеспечение, предоставляющие пользователям новые возможности, предопределило необходимость совершенствования теоретического и методического подходов к решению горно-геометрических задач. В связи с этим разработка компьютерной технологии горно-геометрических расчетов является актуальной исследовательской задачей.

Методология автоматизированных горно-геометрических расчетов основывается на обширной теоретической базе и широком круге исследований таких ученых, как акад. В.В. Ржевский, член-корр. B.JI. Яковлев, доктора наук: B.C. Хохряков, Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев, В.М. Аленичев, Д.Г. Букейханов, С.В. Корнилков, С.Д. Коробов, Б.А. Симкин, И.Б. Табакман, кандидаты наук: A.JL Билин, О.В. Наговицин, М.Н. Сивков, А.С. Танайно, Ю.К. Шкута, О.Ю. Яковенко, А.З. Яшкин и др.

Объект исследования. Технология автоматизированного проектирования открытой разработки месторождений.

Предмет исследования. Геоинформационные модели объектов открытых горных работ и алгоритмы горно-геометрических расчетов в составе горнотехнологического проекта разработки месторождения.

Идея работы. Идея работы заключается в использовании универсальных программных средств для унификации процесса формализации, хранения и совместного использования пространственно-атрибутивных данных в рамках единой методики автоматизированных горно-геометрических расчетов. Задачи исследований: проанализировать опыт проектирования и программное обеспечение для компьютерного решения горно-геометрических задач применительно к условиям современной российской практики проектирования объектов горного производства; разработать методику и алгоритмы автоматизированных горно-геометрических расчетов применительно к различным условиям залегания месторождений полезных ископаемых; установить связи между допустимой погрешностью горно-геометрических расчетов и необходимым количеством точек для описания криволинейных контуров, аппроксимирующих горные и геологические объекты; обосновать условия применения разработанной компьютерной технологии; внедрить компьютерную технологию ГГР в процесс проектирования реальных объектов открытых горных работ и оценить результаты внедрения.

Защищаемые научные положения:

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается привлечением обширного теоретического и практического проектного материала, а также внедрением результатов исследований в процесс проектирования объектов открытых горных работ Российской Федерации. Погрешность результатов ГГР, выполненных по разработанной компьютерной технологии составила до 1,5 % по сравнению с погрешностью результатов расчетов, выполненных по традиционным методикам.

Научная новизна исследований: разработана компьютерная технология горно-геометрических расчетов, основанная на модульном синтезе стандартных процедур, выполняемых универсальными программными средствами; предложена методика управления погрешностью конечных результатов I IP посредством регулирования адекватности геоинформационных моделей и выбором программного обеспечения, используемого в модульной компьютерной технологии; впервые предложена экспресс-методика определения необходимой и достаточной геоинформационной плотности исходных данных для создания трехмерных моделей при выполнении автоматизированных горногеометрических расчетов, обеспечивающая получение результатов I IP с заданной погрешностью.

Личный вклад автора состоит в: * разработке модульной компьютерной технологии горно-геометрических расчетов, основанной на использовании общедоступных программных средств; установлении зависимостей геоинформационной плотности исходных данных от заданной погрешности выполнения процедуры горно-геометрических расчетов для разных групп месторождений по сложности геологического строения; разработке экспресс-методики определения необходимого объема исходных данных для ведения автоматизированных горно-геометрических расчетов; обосновании области и условий применения разработанной технологии.

Реализация результатов работы: результаты исследований реализованы в 16 проектах открытых горных работ, выполненных Проектно-методическом институтом Научно-производственного объединения Уральского государственного горного университета; основные положения разработанной методики внедрены в лабораторные практикумы и курсовое проектирование студентов специальности «Открытые горные работы» по дисциплинам «Информационные технологии»,

Планирование открытых горных работ», а также выполнение дипломных проектов.

Апробация работы:

Публикации: по теме диссертации опубликовано 9 работ.

Статья, опубликованная в ведущем рецензируемом научном журнале, входящем в перечень ВАК:

1 Стариков А.Д. Компьютерная генерация погоризонтных геологических планов из геолого-литологических разрезов при проектировании открытых горных работ [Текст] / А.Д. Стариков, О.В. Мусихина // Известия ВУЗов. Горный журнал.- 2002. - №4. - С. 15 - 18.

Статьи, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах конференций:

2 Мусихина О.В. Сеточные технологии компьютерного моделирования месторождений и проектирования карьеров [Текст] / О.В. Мусихина // Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом: материалы международной научно-технической конференции / УГГТА. - Екатеринбург, 2002. - С. 240 - 245.

3 Мусихина О.В. Оценка доли автоматизированных ГГР в процессе проектирования объектов ОГР [Текст] / О.В. Мусихина // Материалы уральской горнопромышленной декады, Екатеринбург, 5-15 апреля 2004 г. / УТТТА. -Екатеринбург, 2004. - С. 231 - 235.

5 Мусихина О.В. Рациональное значение геоинформационной плотности исходных данных для ведения горно-геометрических расчетов при проектировании объектов ОГР [Текст] / О.В. Мусихина, JT.JT. Царегородцев // Материалы Уральской горнопромышленной декады, Екатеринбург, 3-13 апреля 2006 г. / УГГУ. - Екатеринбург, 2006. - С. 48 - 49.

6 Стариков А.Д. GRID-технологии в горно-геометрических расчетах [Текст] / А.Д. Стариков, О.В. Мусихина, С.В. Исаков // Введение в геоинформатику горного производства: учебное пособие / под ред. B.C. Хохрякова. - 2-е изд., перераб. и доп. - Екатеринбург: Изд-во УПТА, 2001. С. 151-155.

7 Стариков А.Д. Проведение горно-геометрических расчетов с использованием гипсометрической модели и GRID-технологий [Текст] / А.Д. Стариков, О.В. Мусихина // Известия УГТГА. Сер.: Горное дело. - 2002. - №3. -с. 151-155.

8 Стариков А.Д. Компьютерные технологии в проектировании и планировании открытых горных работ [Текст] / А.Д. Стариков, О.В. Мусихина // Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом: материалы международной научно-технической конференции / УГТТА. - Екатеринбург, 2002. - С. 222 - 224.

9 Стариков А.Д. Использование сеточных технологий при проведении горно-геометрических расчетов для горизонтальных и пологопадающих месторождений со сложной гипсометрией пласта [Текст] / Стариков А.Д., С.В. Исаков, О.В. Мусихина // Известия УГГУ. Сер.: Горное дело. - 2005. - №21. - С. 115-121.

Объем и структура работы:

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Мусихина, Ольга Владимировна

4.4 Выводы по главе

1 Внедрение разработанной компьютерной технологии в процесс проектирования реальных объектов открытой разработки в Проектно-методическом институте Научно-производственного объединения Уральского государственного горного университета позволило установить следующее: сроки проектирования сократились в 1,5-2,0 раза, трудоемкость выполнения горно-геометрических расчетов снизилась на 25-30% по сравнению с традиционными методиками выполнения ГГР и составила 18-31% (для пологопадающих и горизонтальных месторождений) и 37-51% (для наклонных и крутопадающих).

2 Результаты ГГР по реальным объектам проектирования, полученные с использованием разработанной компьютерной технологии, показали высокую сходимость с эталонными расчетами, принятыми на стадии согласования и утверждения запасов в ГКЗ (ТКЗ). Отклонения результатов горногеометрических расчетов от эталонных значений составили не более 1,5%, что не превышает допустимого порога погрешности при проектировании открытой разработки месторождений полезных ископаемых.

3 В ходе реализации разработанных компьютерных технологий выполнения горно-геометрических расчетов была определена область их эффективного использования и рекомендации по выбору соответствующего программного обеспечения:

- Grid-технологию ведения горно-геометрических расчетов рекомендуется применять при проектировании горизонтальных и пологопадающих пластообразных месторождений со сложной гипсометрией пластов, площадного типа залегающих на небольшой глубине (до 15,0 м). Карьеры для отработки данных месторождений должны иметь отношение площади карьера (S, га) к его глубине (Я, м) в пределах 15.20 и более (площадь карьера S - 100.200 га при его глубине 7.10 м, отработка ведется обычно одним уступом). Рекомендуемое программное обеспечение для реализации Grid-технологии - Surfer;

- для условий наклонных и крутопадающих месторождений в настоящей работе обосновано использование твердотельных моделей, на основе которых разработана Solid-технология проектирования горных работ и обработки исходных данных для ведения автоматизированных ГТР. Для реализации SOLID-технологии предложено совместное использование специализированных программных пакетов AutoCAD и Mechanical Desktop.

Заключение

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1 На основе анализа опыта проектирования и программного обеспечения для моделирования горно-геологических объектов и последующего компьютерного решения горно-геометрических задач установлено, что технология моделирования геологических объектов, выбор программных средств и способ подготовки исходных данных определяется условиями залегания месторождения: для горизонтальных и пологопадающих месторождений рекомендуется полигональная система моделирования, реализованная в рамках разработанной компьютерной технологии в программном пакете Surfer, для крутопадающих месторождений - сплайновая система, реализованная в среде Autodesk Mechanical DeskTop.

2 Разработаны компьютерные технологии горно-геометрических расчетов, основанные на модульном синтезе универсальных программных средств, которые позволяют осуществлять 11Р в пределах допустимой погрешности и снизить их трудоемкость на 20-30% по сравнению с традиционными методиками.

3 В рамках предложенной технологии разработана методика гибкого управления адекватностью геоинформационных моделей, основанная на специальных инструментах универсальных программных средств, генерирующих модели горно-геометрических объектов.

4 Установлены зависимости рационального значения геоинформационной плотности исходных данных от допустимой погрешности результатов горногеометрических расчетов для четырех групп месторождений по сложности геологических условий согласно «Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых» (утв. приказом МПР РФ от

07.03.97 №40 в соответствии с постановлением Правительства РФ от 28.02.96 №210).

5 Разработана экспресс-методика определения необходимой и достаточной геоинформационной плотности исходных данных для создания трехмерных моделей при выполнении автоматизированных горно-геометрических расчетов, обеспечивающая получение результатов ГГР с заданной погрешностью.

6 Результаты научно-практических разработок (в составе предложенных методик и компьютерных технологий) были внедрены в процесс проектирования горных предприятий с открытым способом добычи полезных ископаемых: хромитовых карьеров ЗАО «Уралхром», карьеров сырьевой базы строительной индустрии предприятий ООО «УГМК-Холдинг», ОАО «Сухоложскцемент», ОАО «Ямалнефтегазжелезобетон», группы карьеров песчано-гравийных смесей в Ханты-Мансийском АО, отработки техногенных месторождений (шлакоотвалов ОАО «Уралмаш», ГУЛ ПО «Уралвагонзавод», РММЗ, НСМЗ, ЧЭМК), сырьевой базы стекольной промышленности (карьеры Буткинского ГОКа), карьеров по добыче сырья для металлургической промышленности (ОАО «Билимбаевский рудник», Черемшанского участка флюсовых мраморов ОАО «Уфалейникель») и других предприятий Уральского региона и Российской Федерации.

Фрагменты разработанной методики внедрены в лабораторные практикумы и курсовое проектирование студентов специальности «Открытые горные работы» по дисциплинам «Информационные технологии», «Планирование открытых горных работ», а также при выполнении дипломных проектов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Мусихина, Ольга Владимировна, Екатеринбург

1. Введение в геоинформатику горного производства Текст.: Учебное пособие для вузов / Под ред. В.С.Хохрякова. 2-е изд., перераб. и доп. -Екатеринбург: Изд-во УГТГА, 2001. С. 151 - 155.

2. Бешенков, С.А. Моделирование и формализация Текст.: методическое пособие / С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина; М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002.-336 е.: ил.

3. Хохряков, B.C. Экономико-математическое моделирование и проектирование карьеров Текст. / B.C. Хохряков, Г.Г. Саканцев, А.З. Яшкин и др.; М.: Недра, 1977. - 200 с.

4. Трубецкой, К.Н. Проектирование карьеров Текст.: Учеб. для вузов, в 2 т. / К.Н. Трубецкой, К.Л. Краснянский, В.В. Хронин- 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Издательство академии горных наук, 2001. Т. I. 519 е.: ил.

5. Ригин, Е.В. Визуализация геоинформационных математических моделей объектов открытых горных работ Текст.: автореф. дис. канд. техн. наук. -Екатеринбург, 1996. с. 21.

6. Хохряков, B.C. Проектирование карьеров Текст.: Учеб. для вузов / В.С.Хохряков.: 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1992. - 383 е.: ил.

7. Аленичев, В.М. Экономико-математическое моделирование горнотехнических задач на рудных карьерах Текст. / В.М.Аленичев. М.: Недра, 1983.-135 с.

8. Бекжанов, Г.Р. Геологические модели при прогнозировании ресурсов полезных ископаемых Текст. / Г.Р. Бекжанов, А.Н. Бугаец, В.Л. Лось -М.: Недра, 1987.-140 е.: ил.

9. Симкин, Б.А. Теория горно-геометрического проектирования карьеров Текст. / Б.А. Симкин, Ю.К. Шкута М.: Наука, 1986. - 93 с.

10. Гизатуллин, Х.Н. Математическое моделирование развития горнообогатительных комбинатов Текст. / Х.Н. Гизатуллин, В.В. Добродей, Е.М. Козаков Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983.-124 с.

11. Васильков, Ю.В. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании Текст.: Учеб. пособие / Ю.В. Васильков, Н.Н. Василькова М.: Финансы и статистика, 2004. - 256 е.: ил.

12. Капутин, Ю.Е. Краткий обзор современного состояния программного обеспечения для горных предприятий Электронный ресурс. Режим доступа http://www.geocad-it.ru/302/302r.html, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус.

13. Фомин, С.И. Обоснование методов оценки эффективности проектных решений при строительстве рудных карьеров Текст.: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 2003. - 44 с.

14. Масюк, И.В. Введение в САПР. Обзор систем автоматизированного проектирования. Подборка статей по теме САПР Электронный ресурс. Режим доступа : http://masters.donntu.edu.ua/2001 /fvti/masyuk/bibl/#H 1, свободный. -Загл. с экрана. Яз. рус.

15. Корнилков, С.В. Разработка метода расчета оптимальных годовых контуров карьера при эксплуатации сложноструктурных многокомпонентных рудных месторождений Текст.: дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1980. -171 с.

16. Советов, Б.Я. Моделирование систем Текст.: Учеб. для вузов по спец. Автоматизированные системы управления. Б.Я. Советов, С.А. Яковлев М.: Высшая школа, 1985.-271 с.

17. Васильев, П.В. Развитие горно-геологических информационных систем Текст. / П.В. Васильев // Информационный бюллетень. ГИС ассоциация, № 2 (19), 1999 г., стр. 32-33.

18. Шалагинов, А.В. Моделирование Электронный ресурс. Режим доступа: http://ermak.cs.nstu.ru~shalag/enter.html, свободный. Загл. с экрана. -Яз. рус.

19. Хохряков, B.C. Автоматизированное проектирование карьеров Текст. / B.C. Хохряков, С.В. Корнилков, Г.А. Неволин, В.М. Каплан / под ред. B.C. Хохрякова-М.: Недра, 1985.

20. Арсентьев, А.И. Вскрытие и систем разработки карьерных полей Текст. / А.И. Арсентьев. М.: Недра, 1981.

21. Глушаков, С.В. Компьютерная графика Текст.: Учебный курс / Глушаков С.В., Кнабе Г.А. -Харьков: Фолио; М.: OCX) «Издательство ACT», 2001.-500 е.: ил.

22. Символоков, JIB. Microsoft Excel 2002 Текст.: Самоучитель / JI.B. Символоков. М.: ООО «Бином-Пресс», 2003. - 400 е.: ил.

23. Шаммс, Мортье. 3ds шах 5 для «чайников» Текст.: Пер. с англ. / Шаммс Мортье М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 336 е.: ил.

24. Кудрявцев, Е.М. AutoLISP. Основы программирования в AutoCAD Текст. / Е.М. Кудрявцев. М.: ДМК Пресс, 2000. - 416 е.: ил.

25. Гарнаев, А.Ю. Самоучитель VBA. Технология создания пользовательских приложений Текст. / А.Ю. Гарнаев- Спб.: БХВ-Петербург, 2001.-512 е.: ил.

26. Красулин, B.C. Справочник техника-геолога Текст.: 3-е изд., перераб. и доп. / B.C. Красулин М.: Недра, 1986 324 е.: ил.

27. Ракишев, Б. Р. Моделирование рудных залежей для автоматизации горно-геометрического анализа карьерных полей Текст. / Б. Р. Ракишев, Ю. П. Ашаев, Ж. Р. Имашев // Горный журнал. 1998. -№ 11-12. С. 33-35.

28. Танайно, А.С. Автоматизация проектирования карьеров. Горногеометрические расчеты Текст. / А.С. Танайно. Новосибирск: Наука, 1986. -190 с.

29. Васильев П.В., Буянов Е.В. О методике совместной работы программ Maplnfo и Geoblock по оконтуриванию и подсчету запасов рудных месторождений Электронный ресурс. Режим доступаhttp://www.gisa.ru/623.htm 1, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус.

30. Интерполяция и регрессия Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.keldysh.ru/cornrna/html/data/index.htrnl, свободный. Загл. с экрана. -Яз. рус.

31. Кудря, В.Н. Исследование и разработка алгоритмов синтеза моделей геометрических объектов Текст.: магистерская диссертация. Донецк, 2004. -89 с.

32. NURBS-сплайны Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.niac.natm.ru/graphinfo.nsf/46ac7a55a800c94d4325677e003a4871/80abb8 5fd133а11 f432566f90Q3F1 d2f?OpenDocument. свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус.

33. Поляков Л. Г. Процесс создания трехмерной графики. Электронный ресурс. Режим доступа: http://design.tvernet.ru/articl.php7nurbs, свободный. -Загл. с экрана. Яз. рус.

34. Л.И.Лопатников. Адекватность модели Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.iet.ru/slovar/adequacy model.htm, свободный. Загл. с экрана. — Яз. рус.

35. Букейханов, Д.Г. Разработка методов принятия оптимальных решений при автоматизированном проектировании карьеров Текст.: Дис. д-ра техн. наук в виде науч. Доклада / Д.Г. Букейханов М., 1992. - 70 с.

36. Аленичев, В. М. Компьютерная система планирования открытых горных разработок Текст.: Автореферат дис. докт. техн. наук. / В.М. Аленичев Екатеринбург, 1995.

37. Ржевский, В.В. Открытые горные работы Текст.: 4.2. Технология и комплексная механизация / В.В. Ржевский М.: Недра, 1985. -549 с.

38. Табакман, И.Б. Метод использования геологических разрезов при исследовании режима открытых горных работ с применением ЭВМ Текст.: Изв. вузов. Горн, журн., 1965, № 2, с. 48-53.

39. Табакман, И.Б. Календарное планирование горных работ на электронных вычислительных машинах Текст.: Горн, журн., 1964, №11.

40. Табакман, И.Б. Исследование режима открытых горных работ на электронных вычислительных машинах Текст.: Горн, журн., № 10, с. 9-12.

41. Коробов, С.Д. Исследование динамики открытых горных работ на горизонтальных и пологих месторождениях посредством ЭЦВМ Текст.: Автореф. канд. техн. наук. М.: Моск. ин-т радиоэлектроники и горной электромеханики, 1965. - 18 с.

42. Коробов, С.Д. Цифровая модель месторождения Текст. / С.Д. Коробов Тр. Моск. ин-та радиоэлектроники и горной электромеханики, 1964, № 5, с. 3342.

43. Коробов, С.Д. Способ подсчета объемов открытых горных работ с помощью ЭЦВМ при использовании матричной модели месторождения Текст. : Изв. вузов. Горн, журн., 1964, № 4, с. 43-50.

44. Шухов, А.Н., Рагозин С.Л. Построение модели для расчета объемов горных работ по углю и вскрыше на карьерах Текст.: В реф. сб.: Добыча угля открытым способом / А.Н. Шухов, C.JI. Рагозин М.: ЦНИЭИуголь, 1969, № 6, с. 34-38.

45. Васильев, Е.И. Методика анализа режима горных работ с использованием ЭВМ на мульдообразных месторождениях Текст.: Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых / Е.И. Васильев, А.С. Танайно // 1971, № 5, с. 76-83.

46. Васильев, Е.И. Моделирование наклонных и пологих пластовых месторождений Текст.: В реф. сб.: Добыча угля открытым способом / Е.И. Васильев, А.С. Танайно -М.: ЦНИЭИуголь, 1976, № 1,с. 14-16.

47. Шкута, Ю.К. Построение аналитических моделей месторождений Текст.: Изв. АН КиргССР, 1969, № 3, с. 27-31.

48. Лепилкин, Т.М. Аналитическая модель пластовых месторождений Текст. / Т.М. Лепилкин, С.М. Медовая Уголь Украины, 1969, № 1, с. 13-16.

49. Симкин, Б.А. Аналитическое моделирование месторождений и их открытой разработки Текст. / Б.А. Симкин, Ю.К. Шкута М .: Наука, 1976. -143 с.

50. Букейханов, Д.Г. Структура пакета прикладных программ Текст.: В кн.: Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере / Д.Г. Букейханов, P.M. Султанкулов JL: Наука, 1981, с. 56-61.

51. Съедин, В.Ф. Подготовка исходной информации для блочной модели месторождения Текст. : в кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых / В.Ф. Съедин Тр. Казах, политех, ин-та. Вып. 7. Алма-Ата, 1978, с. 107-111.

52. Васильев, М.В. К вопросу представления горно-геометрической информации в ЭВМ Текст.: Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых / М.В. Васильев, В.М. Аленичев, М.Н. Сивков 1974, № 4, с. 81-87.

53. Аленичев, В.М. Подготовка информационной базы для моделирования Текст.: В кн.: Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере / В.М. Аленичев, М.Н. Сивков, А.А. Старков JL: Наука, 1981, с. 40-42.

54. Арсентьев, А.И. Проектирование открытой разработки месторождений Текст.: Сб. науч. тр. // Ленингр. горн. ин-т. / А.И. Арсентьев Л.: ЛГИ, 1984. -116 е., ил.

55. Ржевский, В.В. Научные основы проектирования карьеров Текст. / В.В. Ржевский М.: Недра, 1977. - 598 с.

56. Новожилов, М.Г. Экономико-математическое моделирование параметров карьеров Текст. / М.Г. Новожилов -М.: Недра, 1971. 200 с.

57. Федгелов, Д.С. Принципы системного подхода к решению горнотехнологических задач Текст.: Изв. вузов, Горный журнал / Федгелов Д.С., Филиппов С.А. 1988. - № 5. - С.15-21.

58. Информационные технологии в горном деле: Труды VI республ. науч.-технич. конфер. Текст. Екатеринбург: Уральская гос. горно-геологическая академия, 1999. - 123 с.

59. Будаков, В.Д. Некоторые вопросы математического моделирования месторождений при проектировании и планировании открытых горных работ Текст.: Дис. на соиск степ. канд. техн. наук. Свердловск, 1973. - 185 с.

60. Цветков, В.Я. Геоинформационные системы и технологии Текст. / В.Я. Цветков М.: Финансы и статистика, 1998. - 228 е., ил.

61. Хохряков, B.C. Развитие систем автоматизированного проектирования карьеров Текст.: Горный журнал. 1989. - № 2. - С.25.

62. Астафьев Ю.П. Компьютеры и системы управления в горном деле за рубежом Текст. / Ю.П. Астафьев, А.С. Зеленский, Н.И. Горлов и др. М.: Недра, 1989.-264 с.

63. Капутин, Ю.Е. Геостатистика в горно-геологической практике Текст.: Российская Академия Наук / Ю.Е. Капутин, А.И. Ежев, С. Хенли Апатиты: Кольский научный центр РАН, 1995. - 188 с.

64. Герлиз, И.В. Геоинформационные технологии, принципы, международный опыт, перспективы развития Текст. / И.В. Герлиз М.: ВНИЭМС. - 1988. - 78 с.

65. Казанский, Д. Обзор российского рынка геоинформационных систем Текст.: Компьютерный журнал для пользователей. 1994. - № 6. - с.42-45.

66. Капутин, Ю.Е. Горные компьютерные технологии и геостатистика Текст. / Ю.Е. Капутин С-Пб.: НЕДРА. - 2002. - 400 с.

67. Ашаев, Ю. П. Объемное моделирование месторождений на основе использования уравнений в частных производных Текст.: Сб.: Разработка месторождений полезных ископаемых / Ю. П. Ашаев, Г. Н. Андреева Алма-Ата: КазПТИ, 1982.

68. Малинин, В.В. Математическое моделирование процессов и систем на ЭВМ. Электронный ресурс. Режим доступа : http://www.ssga.ru/metodich/matmod/authors.html, свободный. Загл. с экрана. — Яз. рус.

69. Шоломицкий, А.А. Построение моделей виртуальной реальности по цифровым моделям открытых горных работ Текст.: Сборник научных трудов / А.А. Шоломицкий, А.О. Дзеканюк ДонГТУ. №23. Раздел: "Горное дело".

70. Алтунин, А.Е. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях Текст.: Монография / А.Е. Алтунин, М.В. Семухин Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2000. - 352 с.

71. Дергачев, A.JI. Оценка эффективности инвестиций в добычу полезных ископаемых Текст. / A.JI. Дергачев, С.М. Швец М.: ООО "Геоинформмарк", 2004.-232 с.

72. Временные методические рекомендации по геолого-экономической оценке промышленного значения месторождений твердых полезных ископаемых (кроме угля и горючих сланцев) МПР РФ Текст.: утв. 13.01.98 г. №3-р.

73. Кудря, В.Н. Аппроксимация произвольных функций с помощью В-сплайнов Текст.: Сборник трудов магистрантов Донецкого национального технического университета. Выпуск 1 / В.Н. Кудря Донецк, ДонНТУ Министерства образования и науки Украины, 2003.

74. Правила охраны недр Текст.: ПБ 07-601-03: утв. постановлением Госгортехнадзора России 06.06.03. М. :ДЕАН, 2005. - 63, 1. с.; 20 см. - 5000 экз. - ISBN: 5-93630-517-1.

75. Хохряков, B.C. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых Текст.: Учеб. для техникумов. 5-е изд., перераб. и доп. / B.C. Хохряков - М.: Недра, 1991. - 336 е.: ил.

76. Теория и практика открытых разработок Текст. / Под. ред. Н.В. Мельникова. М.: Недра, 1979.

77. Арсентьев, А.И. Проектирование горных работ Текст. / А.И. Арсентьев, Г.А. Холодняков М.: Недра, 1995.

78. Милютин, А.Г. Геология и разведка месторождений полезных ископаемых Текст. / А.Г. Милютин. М.: Недра, 1989.

79. Ржевский, В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ Текст. / В.В. Ржевский. М.: Недра, 1980.

80. Хронин, В.В. Проектирование карьеров Текст. / В.В.Хронин. М.: Недра, 1993.

81. Горная энциклопедия Текст.: в 5 т. М.: Изд. Советская энциклопедия, 1991.

82. Резниченко, С.С. Экономико-математические методы и моделирование в планировании и управлении горным производством Текст. / С.С. Резниченко. -М.: Недра, 1991.

83. Справочник. Открытые горные работы Текст. / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Винницкий, Н.Н. Мельников и др. М.: Горное бюро, 1994.

84. Сборник руководящих материалов по геолого-экономической оценке месторождений полезных ископаемых Текст. / Под ред. A.M. Быбочкина. Т. 1. -М.: Недра, 1992.

85. Вяткин, В.Б. Математические модели информационной оценки признаков рудных объектов Текст.: Авт. дис. к-т техн. наук. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004.

86. Хохряков, B.C. Проблемы создания систем автоматизированного проектирования горных предприятий Текст.: В кн.: Совершенствование методов проектирования горных работ в карьере / B.C. Хохряков JI.: Наука, 1971.-С. 30-35.

87. Грицай, JI.A. Основы классификации моделей месторождений Текст.: В кн.: Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере / JI.A. Грицай. JI.: Наука, 1981. - С. 35-40.

88. Корячко, В.П. Теоретические основы САПР Текст.: Учеб. для вузов / В.П.Корячко,В.М.Курейчик,И.П.Норенков.-М.:Энергоатомиздат, 1987400 е.: ил.

89. Nader В., Fonseca М.В., de Abreu М. P. Computer application at Sabara mining project //Mining Magazine. 1995. - № 2. - C. 107-110.

90. S. Krishnan, M. Gopi, D. Manocha, M. Mine, "Interactive Boundary Computation of Sculptured Solids", Department of Computer Science University of North California Chapel Hill, NC 27599-3175,1997.

Информация о работе

Мусихина, Ольга Владимировна
кандидата технических наук
Екатеринбург, 2007
ВАК 25.00.35

Диссертация

Технология горно-геометрических расчетов при проектировании открытой разработки месторождений с использованием универсальных программных средств - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы