Поняття про цифрову модель родовища та цифрову модель кар’єру та особливості їх формування.
У якості прикладу розглянемо перспективне, річне, квартальне й місячне планування гірничих робіт у кар'єрі Михайлівського ГЗКа (Росія), що здійснюється за даними розвідницького буріння. У міру просування фронту робіт у кар'єрі геологічна служба комбінату з певним випередженням фронту здійснює буріння свердловин експлуатаційної розвідки.
Розвідницьке буріння здійснюється верстатами колонкового буріння як по багатих рудах, так і по залізистих кварцитах. Проби, супроводжувані відомістю, відправляються в хімлабораторію для визначення в них вмісту компонентів: Fе, Si02, Аl2Оз, Feзаг, Feмагн.
На підставі цих даних у геологічному відділі рудоуправління здійснюють розрахунок середньозваженого вмісту компонентів на висоту уступу кар'єру й по всій свердловині. Трудомісткість розрахунків у значній мірі залежить від числа проб по свердловині, яке, у свою чергу, залежить від ступеня перемежування сортів руд і типів гірничих порід по родовищу Проведені спостереження показали, що для розрахунків вмісту компонентів ручним способом по одній свердловині необхідно витратити близько 60-90 хв, тоді як на ЕОМ – не більш 3 с.
Вищевикладене можна повною мірою віднести до підготовки даних до розрахунків вмісту компонентів у річних, квартальних і місячних обсягах гірничих робіт у кар'єрі. Так, для розрахунків вмісту компонентів до програми кар'єру Михайлівського ГЗКа на рік по одному горизонту необхідно було знайти й вибрати з журналів, а потім занести у відповідні таблиці близько 5700 символів по багатих рудах і 3800 — по залізистих кварцитах. Усього на розрахунки й підготовку даних - по річній програмі геологічним відділом було витрачено 90 люд.-год. Зрозуміло, що нарощування виробничої потужності й введення в експлуатацію нових горизонтів збільшують обсяги інформації для розрахунків вмісту заліза, що збільшує трудомісткість розрахунків.
З введенням оцінки якості залізистих кварцитів по показниках їх збагачуваності збільшилися обсяги інформації й трудомісткість розрахунків для геологічної служби. Усе це привело до збільшення завантаження геологічного відділу так званими «рутинними розрахунками» і значно вплинуло на вірогідність і своєчасність забезпечення геологічною інформацією інших підрозділів рудоуправління.
Значні обсяги геологічної інформації, більша трудомісткість обчислювальних робіт, виконуваних малоефективними засобами рахункової техніки, а також необхідність створення цифрової моделі родовища з метою забезпечення інформацією й комплексного вв'язування завдань перспективного, річного, квартального й місячного планування гірничих робіт у кар'єрі зажадали розробку математичного забезпечення системи обробки даних і формування цифрової моделі родовища по свердловинах експлуатаційної розвідки.
Стосовно до гірничо-геологічних умов родовища Михайлівського ГЗКа цифрова модель у пам'яті ЕОМ відображає потужність м'якого розкриву й абсолютні оцінки контактів видів порід по потужності розкриву, типи руд та вміщуючих порід, що підлягають вилученню по горизонтах кар'єру, просторове розташування і якісну характеристику руд та пустих порід. У зв'язку із цим комплекс завдань, що формують цифрову модель родовища Михайлівського ГЗКа, включає завдання, що відбивають специфічні умови залягання руд. Наявність по родовищу значної товщі м'якого розкриву визначає необхідність розробки завдання, основною метою якої є формування цифрової моделі товщі м'якого розкриву. Відмінність умов залягання і якісних характеристик багатої руди й залізистих кварцитів, що вимагають збагачення, обумовлює розробку завдань, що формують масиви цифрової моделі окремо по багатій руді й залізистим кварцитам.
Таким чином, комплекс завдань формування цифрової моделі родовища Михайлівського ГЗКа по свердловинах експлуатаційної розвідки включає набір завдань, що забезпечує автоматизовану обробку, даних експлуатаційних свердловин по м'якому розкриву, багатій руді та кварцитам, що підлягають збагаченню.
Докладний виклад складу, структури, цілей і призначення комплексу завдань цифрової моделі родовища Михайлівського ГЗКа викладене нижче. Так, завдання «Формування цифрової моделі родовища по свердловинах детальної й експлуатаційної розвідки» складається із трьох блоків: «Розкрив», «Скважина-1», «Скважина-2. Блок «Розкрив» призначений для формування цифрової моделі товщі м'якого розкриву. Вихідні дані заповнюють у геологічному й маркшейдерському відділах рудоуправління. Геологічна служба кар'єру заповнює номер свердловини, код породи м'якого розкриву, абсолютні оцінки підошви шару й категорії порід по буримості. У маркшейдерському відділі рудоуправління заносять координати устя свердловини (X, Y, Z).
Програма блоку «Розкрив» записує на жорсткий диск (накопичувач) перераховану інформацію. Записана в певній послідовності ця інформація представляє цифрову модель товщі м'якого розкриву й використовується при вирішенні завдань планування розкривних робіт у кар'єрі.
При річному, квартальному й місячному плануванні видобувних робіт з багатих руд розрахунки показників якості в обсягах видобутку роблять за даними розвідницького буріння. Дослідження показали, що процес підготовки даних та розрахунки якісних показників у планованих обсягах займають значну частку ручної праці. Вирішення подібних завдань із використанням ЕОМ значно зменшує працезатрати на підготовку даних і розрахунки показників якості. У зв'язку із цим розроблений блок «Свердловина-1», програма якого по даним хіманалізу рядових проб свердловин експлуатаційної розвідки визначає по горизонтах кар'єру потужність балансової руди і якісні показники по ній (Fe, SiО2, Аl2О3), а потім за цими даними ЕОМ формує цифрову характеристику родовища багатих руд Михайлівського ГЗКа.
Вихідні дані заповнюють у геологічному відділі рудоуправління й хімлабораторії комбінату. Геологічна служба рудника заносить: номер свердловини, координати свердловини (X, Y, Z), номера проб N, інтервали випробування, категорії порід по буримості f. Показники f заповнюються по 12-ти бальній системі оцінки категорії порід відповідно до Єдиних норм виробітку геологорозвідувальних робіт.
У хімлабораторії комбінату після визначення вмісту компонентів у кожній пробі заповнюють результати хіманалізу: Fe, Al2O3, Si02, CaО. Результати рішення блоку «Свердловина-1» видаються на ЕОМ за розробленою результуючою формою, яка надходить у геологічний відділ рудоуправління і являє собою повну якісну характеристику рудної товщі родовища багатих руд (табл. 2.1). Записані в певному порядку d пам'яті ЕОМ результати рішення являють собою цифрову модель родовища, що відображає в просторі якісну характеристику руд та вміщуючих видів порід: потужність балансової руди на кожному горизонту, вміст корисних і контрольованих компонентів по товщі уступу, потужність кварцитів і їх якість у товщі горизонту, потужність порожніх порід.
Крім того, геологи, знаючи вміст компонентів по інтервалах, відбудовують геологічні розрізи й погоризонтні плани гірничих робіт.
Річні, квартальні й місячні обсяги видобутку залізистих кварцитів розраховують за даними розвідницького буріння. До впровадження автоматизованого планування геологічна служба рудоуправління готовила дані по двом компонентам: Fезаг і Feмагн- Спостереження показали, що для підготовки даних по одній сверддовині затрачалося близько 70—90 хв.
Ще з 1976 р. на Михайлівському ГЗК в практику оцінки залізистих кварцитів введені технологічні показники збагачуваності руд: вміст заліза в концентраті, вихід концентрату, втрати заліза у хвостах, питома робота на дроблення. При цьому витрати праці на підготовку даних значно зросли. Вирішення подібних завдань із використанням ЕОМ дозволило не тільки знизити витрати на підготовку даних, але й сформувати цифрову модель родовища залізистих кварцитів з метою автоматизованого пошуку необхідної для планування інформації. Для цього була розроблена програма «Свердловина-2», яка по даним хімічного й рудовипробувального аналізу рядових і комплексних проб експлуатаційної розвідки визначає вміст компонентів Feзаг, Feмагн і мінералогічний состав товщі робочого уступу кар'єру: потужність мінералогічних різновидів і їх технологічні показники по уступу; потім ЕОМ за допомогою перерахованих даних формує цифрову модель, що відображає просторову і якісну характеристику залізистих кварцитів Михайлівського ГЗКа.
Вихідні дані для розв'язку завдання «Свердловина-2» заповнюють у геологічному відділі рудоуправління, хімічній й рудовипробувальній лабораторіях комбінату. Геологічна служба рудоуправління визначає номер і координати свердловини X, В, Z, номера проб, інтервали випробування, категорії порід по буримості. У хімлабораторії після визначення в кожній пробі вмісту компонентів доповнюють результати хіманалізу: Fезаг, Feмагн, FeО, SiО2, Na2О + K20. У рудовипробувальній лабораторії комбінату форму вихідних даних доповнюють вищевказаними технологічними показниками кожної комплексної проби.
У якості умовно-постійної інформації завдання використовує дані геолого-технологічної класифікації неокислених залізистих кварцитів Михайлівського ГЗКа, розробленої Б.І. Пироговим. Результати вирішення завдання надходять у геологічний відділ рудоуправління і являють собою повну якісну характеристику товщі залізистих кварцитів Михайлівського ГЗКа. Ці дані інформують геологічну службу рудника про якість залізистих кварцитів по їх збагачуваності. Записані в певній послідовності на ЕОМ результати рішення завдання «Свердловина -2» являють собою цифрову модель, що відбиває в просторі якісну характеристику залізистих кварцитів та вміщуючих порід: збагачуваність кварцитів і їх мінералогічний склад.
При впровадженні завдань формування цифрової моделі родовища по свердловинах експлуатаційної розвідки в умовах Михайлівського ГЗКа не передбачалася корінна зміна вироблених практикою роботи рудоуправління методів відбору, передачі, обробки й реєстрації геологічних даних. Такий підхід дозволив зберегти накопичений працівниками рудника досвід і значно прискорити впровадження сучасних актуальних завдань у гірниче виробництво.
На рудних родовищах розрахунки рудної маси, що видобувається й металів у ній виконують по погоризотним планам на основі даних випробування свердловин. Групи однорідних свердловин поєднуються в самостійні блоки. За допомогою планіметра визначають площі окремих блоків. На основі досвіду встановлюють щільності кожного сорту руди.
Середній вміст металу в руді окремого блоку визначається як середньоарифметичне вмістів по включених у блок свердловин з урахуванням втрат і засмічення. Середній вміст металу в руді по горизонту й у цілому по кар'єру визначається методом середньозваженого по блоках, сортах і горизонтам.
Розрахунки за допомогою ЕОМ суттєво полегшують визначення обсягів гірничих робіт з окремих блоків, уступів і в цілому по кар'єру, але висувають специфічні вимоги до форми представлення гірничо-геологічної документації.
Гіпсометричні плани ізоліній денної поверхні, покрівлі й ґрунту покладів, геологічні розрізи й профілі складають графічну модель родовища, на яку наносять фактичне й заплановані положення гірничих робіт, виконують обчислення обсягів розкривних і видобувних робіт, а також показників якості корисної копалини. При проведенні гірничо-геометричних розрахунків на ЕОМ у пам'яті машини повинна бути записана модель родовища, що відображає геометричні і якісні властивості покладів і товщі розкривних порід. На відміну від графічної така модель називається математичною або числовою моделлю родовища.
При підготовці числової моделі пластових родовищ звичайно використовується геометричний принцип моделювання, що полягає в описі топографічних поверхонь розмежування гірничих порід різних видів. Якщо кожному виду гірничої маси привласнити свій числовий код, то будь-яка топографічна поверхня ідентифікується парою чисел: код порід вище поверхні й код порід нижче її. Наприклад, якщо позначити кодом 99 простір над денною поверхнею (повітря), 01 — корисна копалина, 02 — породи, що підстилають, 03 — напівскельні покриваючі породи, а 04 — третинні й четвертинні відкладання, те денна поверхня позначається парою чисел 99-04, покрівля напівскельних порід — 04-03, покрівля корисної копалини — 03-01, ґрунт корисної копалини — 01-02.
Топографічні поверхні являють собою однозначні функції, які можна задати в табличній формі. Обчислення оцінки якої-небудь крапки поверхні здійснюється за допомогою інтерполяції. Для гірничо-геометричних розрахунків при плануванні гірничих робіт цілком достатньо найпростішої лінійної інтерполяції по трьом найближчим вузлам таблиці.
Корисні копалини різних типо-сортів виділяються в геологічні або експлуатаційні блоки, оконтурені на плані замкненими лініями. Кожному сорту корисної копалини привласнюється в цьому випадку свій числовий код. вміст корисних і шкідливих компонентів, отриманий за даними випробування, може бути задане як середнє по блоку. Тоді підготовляється окремий список з кодами корисної копалини й вмістом компонентів. У процесі експлуатації родовища систематично проводиться уточнення якісного состава корисної копалини. Дані випробування заносяться в ЕОМ у вигляді списку координат точки випробування й процентного вмісту компонентів. У цьому випадку визначення вмісту компонентів у будь-якій крапці кар'єрного поля здійснюється шляхом пошуку найближчих точок мережі свердловин випробування й інтерполяції.
При плануванні гірничих робіт на пластових пологопадаючих і похилих родовищах у якості основної гірничо-геологічної документації часто використовуються вертикальні геологічні розрізи й профілі, на які наносяться положення гірничих робіт. Обчислення обсягів гірничих робіт здійснюється шляхом виміру площ на розрізах і множення їх на величину зони впливу розрізу.
Підготовка числової моделі родовища при використанні геологічних розрізів зводиться до наступного. Кожному виду гірничої маси на родовищі привласнюється свій числовий код. Контакти порід різних видів на розрізі зображуються лініями, для опису яких досить задати координати характерних точок і вказати, які типи порід розмежовує кожна лінія.
На рис. 19.5 показаний вертикальний геологічний розріз, на якому кодом 16 зображений простір над денною поверхнею, 04 — породи, що покривають 03 — породи, що вміщають, 01 — вугілля верхнього шару; 02 — вугілля нижнього шару, 05 — породи пропластка. Покриваючі породи обмежені ламаними лініями 1—2—3—4—5—6, 6—13, 1—7, 7—8—9—10—11—12—13, а породи пропластка — лінією 27—28—29—30—27. На бланк для кожної лінії записуються коди порід ліворуч і праворуч від лінії й координати вершин ламаної лінії. Інформація з кожної лінії відділяється друг від друга спеціальною ознакою. Така система запису забезпечує мінімальна кількість числової інформації й легко автоматизує за допомогою спеціальних пристроїв перетворення графічних даних у числову форму.
Рис. 19.4. Гіпсометричний
план ґрунту поклади
Рис. 19.5. Підготовка моделі родовища на геологічному розрізі
При підготовці числових моделей похилих і крутопадаючих багатоструктурних родовищ використовуються геологічні розрізи, погоризонтні плани, дані випробування свердловин детальної й експлуатаційної розвідки й підривних свердловин.
Якщо рудні тіла мають тектонічні порушення, мінливий склад мінералізації й часто чергуються рудні тіла з безрудними прошарками, збір даних з геологічних розрізів і погоризонтних планів здійснюється за допомогою палетки. У цьому випадку на розріз або план горизонту з нанесеними на них контурами геологічних блоків накладається палетка із прямокутним або квадратним вікном (рис. 19.6). Сторона вікна рівна 15-25 м. У бланки спеціальної форми (табл. 19.3) заносяться характеристики гірничої маси, що попадає в кожну клітку палетки. По всіх геологічних блоках створюється довідник (табл. 19.4), у якому приводяться відомості про сорт руди, категорії запасів, вмісті металів у руді, коефіцієнті рудоносності. У якості додаткової інформації приводяться також найменування типів гірських порід і їх шифри по стратиграфічним, мінералогічним й іншим ознакам, відстані між геологічними розрізами, висота уступів.
Модель родовища може описувати безпосереднє розміщення геологічних блоків на плані горизонту або на розрізі. Координати вершин контурів блоків записуються за формою, наведеної в табл. 19.5. У процесі експлуатації родовища геологічні дані систематично поповнюються завдяки проведенню експлуатаційної розвідки й випробуванню підривних свердловин. За результатами випробування проводиться оконтурювання рудних тіл, складаються сортові погоризонтні плани, що використовуються при поточному плануванні й оперативному управлінні. Для поповнення моделі родовища інформація зі свердловин готується за формою, показаної в табл. 19.6.
При плануванні гірничих робіт визначаються обсяги розкривних порід і корисної копалини в блоках, обмежених існуючими й планованими положеннями бровок уступів. Розрахунки здійснюються для декількох варіантів розвитку гірничих робіт з метою вибору найкращого з них. При використанні математичних методів оптимального планування кількість варіантів розвитку гірничих робіт може вимірятися сотнями й тисячами.
Положення фронту гірничих робіт на уступі найбільше просто описується в числовій формі як сукупність координат характерних крапок лінії бровки уступу.
