Автоматизована система моніторингу стану
запасів та втрат вугілля в надрах
Микола Грищенков, доц., к.т.н., Ірина Філатова, інж.
Донецький державний технічний університет, кафедра геодезії
Резюме.
Для підвищення ефективності використання запасів корисної ис-копав і
поліпшення календарного планування розроблено автоматизовані системи
моніторингу стану запасів та втрат вугілля в надрах. Система включає бази
даних по пластах, програмне забезпечення для їх ведення та вирішення ряду
геолого-маркшейдерських завдань і забезпечує оперативну підготовку широкого
спектру звітної документації.
Жорсткі
економічні умови сучасного гірничого виробництва поряд з ускладнилися
гірничо-геологічними умовами видобутку вугілля вимагають застосування нової стратегії
календарного планування, заснованої на повному обліку всіх факторів, що впливають,
оперативному розрахунку, аналізі та оцінці кількох альтернативних варіантів
розвитку гірничих робіт. У той же час домінуюча на виробництві технологія
обліку запасів, видобутку та втрат вугілля відрізняється високою трудомісткістю і вимагає
значних витрат часу. Зокрема, тільки підготовка за традиційною
методикою щорічного звіту про стан запасів вугілля в надрах займає кілька
днів. Необхідність виконання розрахунків альтернативних варіантів ведення гірських
робіт тільки підкреслює гостроту проблеми.
Ефективне
вирішення цієї актуальної проблеми полягає у створенні автоматизованої системи
моніторингу стану запасів та втрат вугілля в надрах на гірничому підприємстві.
Наявний досвід створення автоматизованих систем маркшейдерського забезпечення
гірничих робіт та сучасні технічні засоби дозволяють створити таку
систему. Для цього потрібно розробити інформаційну основу
автоматизованої системи у вигляді геолого-маркшейдерських баз даних, створити
програмні засоби для ведення цих баз, виконання необхідних розрахунків і
підготовки звітної документації, виконати тестування системи на
виробничому матеріалі, підготувати маркшейдерський персонал роботі з
системою.
Структура
автоматизованої системи моніторингу (АСМ) стану запасів та втрат вугілля в
надрах включає технічне, інформаційне та програмне забезпечення. Технічні
засоби системи включають IBM-сумісні комп'ютери з процесорами 80486 або
Pentium, жорсткими дисками об'ємом 1.2Мб, стриммерів або пристроями
накопичення інформації типу ZIP, моніторами з відеоадаптерами VGA або SVGA.
Інформаційної
основою АСМ є інтегрована база даних, що включає цифрові моделі
пластів, гірських виробок, бази даних (БД) гірничо-технічної і
геолого-маркшейдерської інформації. Зокрема, в інтегровану базу даних
входять наступні геолого-маркшейдерські БД: БД фігур (блоків) підрахунку запасів
по пластів; БД руху запасів по фігурам підрахунку; БД промислових запасів;
БД видобутку по вимірах гірських виробок; БД експлуатаційних і загальношахтне втрат
вугілля; БД пластів; БД марок вугілля; БД типів горизонтів; БД видів запасів.
В
даний час на ряді шахт Донбасу експлуатується першу чергу АСМ,
що включає підсистему обліку балансових і промислових запасів вугілля в надрах. БД
підсистеми представлені DBF-файлами.
Основним
інформаційним компонентом підсистеми обліку запасів є фігура (блок)
підрахунку запасів, оконтуренная при геометризації запасів і занесена в
геологічний звіт. Назва фігури, ім'я пласта, на якому вона розташована, і вигляд
запасів по фігурі (балансові, позабалансові, некондиційні) служать основою для
формування унікального коду фігури, за яким вона відшукується
(ідентіфіці-рілої) у всіх БД.
БД
фігур підрахунку запасів є головною базою і містить наступні дані: код
шахти, ім'я пласта, ім'я фігури, вид запасів, горизонт, тип горизонту, категорія
запасів, марка вугілля, здатність до коксування, кут падіння і потужність пласта,
щільність (об'ємна вага) вугілля, вихідні площу і запаси фігури (з
геологічного звіту). Число записів в базі залежить від площі шахтного поля,
складності його геологічної будови, кількості робочих пластів і коливається
в діапазоні від 80 до 550 записів на шахту.
БД
руху запасів по фігурам підрахунку містить відомості про рух запасів за
звітний період: площа і величина видобутку, площа і величина загальних втрат,
розміру списання балансових запасів та їх переведення в позабалансові, величини
зміни запасів внаслідок зміни технічних меж шахти та ін Число
записів у базі порівняно невелике (5-10% від кількості записів перший БД), тому що
гірничі роботи ведуть в обмеженому числі подсчетних блоків.
БД
промислових запасів по фігурам підрахунку містить наступні дані: проектні
загальношахтне втрати (під гірничими виробками, об'єктами на поверхні, в
бар'єрних цілком), запаси, недоцільні до відпрацювання (у сильно порушених
ділянках, у цілком у великих геологічних порушень, на відпрацьованих
горизонтах, відокремлені запаси, запаси з малою потужністю у віддалених ділянках,
не підтверджені гірничими роботами та ін), відсоток проектних експлуатаційних
втрат, відсоток розкриття запасів, величини підготовлених і готових до виїмки
запасів. Число записів у цій базі становить 15-20% від кількості записів першим
БД.
БД
видобутку по вимірах гірських виробок містить відомості про найменування забою,
обрії, пласті, виймаємо потужності (загальної, наведеної, по вугільних пачках,
по породних прошаркам), встановленої норми зольності, об'ємній вазі (по
вугільним пачках, по породних прошарків, за встановленою зольності),
подвіганіі і середній довжині забою, зольності вугільних пачок і породних прошарком,
коефіцієнтах засміченості і вологості вугілля, видобутку (по вугільних пачках,
встановленої зольності, за даними статистичного обліку) та ін
БД
експлуатаційних та загальношахтне втрат вугілля містить відомості про
експлуатаційних втрати у цілком (у підготовчих виробок, всередині
виймальних контуру, між виймальних ділянками, у геологічних порушень, у
місцях завалів, пожеж і затоплених гірничих виробок) і по потужності (у
межслоевих пачках, в покрівлі та грунті пластів), а також про загальношахтне втрати у
цілком (під гірничими виробками, об'єктами на поверхні, у бар'єрних
цілком).
Для
роботи з базами і підготовки звітної геолого-маркшейдерської документації
розроблено програмне забезпечення системи, що налічує понад 70 програмних
файлів загальним обсягом близько 400 Кбайт). З його допомогою можна вести заповнення баз
інформацією в зручних екранних формах, здійснювати коригування введеної
інформації, пошук, редагування або видалення будь-якому записі БД, виконувати
необхідні розрахунки, готувати всю необхідну звітну
геолого-маркшейдерської документацію.
Найбільш
складними документами, що готуються підсистемою обліку запасів, є
річний звіт про стан запасів вугілля в надрах (форма М-1-ПЗ (вугілля)) і
звітний баланс запасів корисних копалин (форма 5-гр). Приміром обсяги цих
документів складають для шахти, що має близько 40 млн. т запасів вугілля в 270
фігурах, відповідно 26 і 63 Кбайт. У формі М-1-ПЗ (вугілля) виводяться відомості
про запаси по горизонтах, пластах, типами горизонтів, марками вугілля, в т.ч.
окремо по коксівним вугіллям. При цьому дані включають залишок балансових
запасів, загальну суму проектних втрат та запасів, недоцільних до відпрацювання,
промислові запаси (в т.ч. розкриті, підготовлені і готові до виїмки). У
формі 5-гр виводяться дані по пластах і марок вугілля і включають як балансові,
так і позабалансові запаси і величини їхнього руху внаслідок видобутку, втрат,
дорозвідки, переоцінки, списання та зміни.
Програмне
забезпечення функціонує в середовищах MS DOS і Windows і передбачає
візуалізацію графічної інформації (контуру фігур підрахунку запасів, очисних і
пластових підготовчих виробок та ін.) Тестування підсистеми обліку
запасів було проведено на великому виробничому матеріалі декількох шахт
за три останні календарні роки. При цьому результати розрахунків і підготовки
звітних документів звірялися з даними відповідних річних геологічних і
маркшейдерських звітів.
Експлуатація
першої черги АСМ на ряді шахт Донбасу показала достатньо високу ефективність.
Інформаційні компоненти системи є основою для цифрового моделювання
вугільних пластів і всього родовища в цілому. Є досвід інтеграції даної
системи до складу автоматизованої інформаційної системи маркшейдерського
забезпечення гірничих робіт вугільної шахти.
Досвід
формування БД у виробничому об'єднанні показав недоцільність
створення однієї "супербази" для декількох шахт, тому що при цьому різко
зростають витрати часу на пошук необхідної інформації. Більш ефективним є
створення на магнітному диску окремій директорії для кожної шахти, в яку
містяться всі відповідні БД. Для виробничого об'єднання
додатково створюється директорія із загальною для всіх шахт інформацією і
відомостями про місцезнаходження БД шахт на диск. Така розподілена структура БД
виробничого об'єднання забезпечує високу швидкість пошуку та обробки
даних.
Розробляється
експертна система (ЕС) моніторингу запасів та втрат вугілля в надрах. База фактів
ЕС створюється на основі існуючих геолого-маркшейдерських БД. Формування
бази правил ЕС вимагає спеціального інтерфейсу, що забезпечує
трансформування алгоритмів обробки інформації в БД в сукупність правил,
їх ранжування та перевірку взаємної несуперечності. Програмна реалізація
машини виведення розроблена на мові Турбо-Паскаль 7.0.
Одним
з головних аргументів на користь створення ЕС для багатокритеріальної оцінки
запасів та втрат вугілля в надрах є той факт, що програмне забезпечення
машини логічного висновку висновків в ЕС є найбільш стабільною частиною
ЕС. Цим програмне забезпечення ЕС принципово відрізняється від пакетів
прикладних програм автоматизованих систем. Так, при зміні структури баз
даних в автоматизованих системах традиційного типу потрібна
відповідна переробка програмного забезпечення, а в ЕС буде потрібно тільки
внести необхідні зміни у базу правил.
Отримані
результати показують, що використання автоматизованої системи моніторингу
стану запасів та втрат вугілля в надрах істотно підвищує точність,
обгрунтованість і оперативність оцінки запасів і втрат, а також своєчасну
підготовку необхідної звітної документації.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua
