4.2. Особливості сучасного розвитку гірничих інформаційних технологій і комп'ютерного забезпечення

Всі вищеперераховані і деякі інші комп'ютерні системи працюють в різних службах підприємства, як правило, з одними і тими ж даними. Кількість інформації, що переробляється, звичайно дуже велика і часто перевищує сотні мегабайт. Проте, ці програми зазвичай працюють незалежно, хоча повинне в принципі виникати запитання, чому вони не взаємодіють тісніше. Інформаційні потоки на підприємствах достатньо безладні і хаотичні і обслуговують тільки безпосередні потреби кожного індивідуального пакету програм. Інформація, яка може виявитися критичною для копальні, виявляється прихованою в цій безлічі зв'язків і різних форматів, що представляють часто власність фірм, що поставляють програми. Такий тип обміну інформацією неефективний, оскільки він не дає доступу до дійсно важливих для життя виробництва даних. Це одна з головних причин низької продуктивності і необгрунтованого прийняття рішень.

Головними проблемами є:

Відособлені технології. Існуюча практика створення комп'ютерних програм і систем веде до появи безлічі незалежних і неефективних «острівців технології», коли різні продукти від різних продавців використовуються для вирішення різноманітних, але, часто, взаємозв'язаних проблем. Всі ці продукти мають несумісний формат даних і методологію їх обробки.

Безліч форматів даних. Оскільки дані послідовно проходять через кожну використовувану на підприємстві систему, вони доповнюються, модифікуються і розвиваються. Кожне застосування зберігає дані в різній формі, зазвичай - в особливому форматі, який безпосередньо може бути використаний тільки цією ж програмою. Коли ця інформація повинна використовуватися іншою програмою, вона вимагає операцій експорту/імпорту. В деяких випадках ці переходи настількиважкі, що легше буває ввести дані заново.

Дублювання і надмірність даних. Дані, що передаються з програми в програму, зазвичай переформатовуються і модифікуються, щоб краще відповідати кожній операції. У більшості випадків ці процеси створюють безліч копій аналогічних даних на багатьох комп'ютерах копальні. Навіть, якщо немає проблем з дисковим простором, зберігання тих же даних на декількох комп'ютерах приводить до ситуації, коли неможливо визначити, яка інформація свіжіша. У деяких випадках це може привести до серйозних порушень роботи підприємства. Відсутність взаємодії даних часто - шлях до втрати цільової критичної інформації на багатьох стадіях гірського виробництва.

Недоліки централізованої звітності і доступу до інформації. Наявність безлічі копій даних в різних форматах і на різних комп'ютерах робить неможливим вільний доступ до них і централізовану звітність.

Взаємодії між службами підприємства є дуже важливим аспектом будь-якого виробництва. Ефективна взаємодія має на увазі, що служби отримують і передають вірну інформацію в потрібний час. Проте, багато гірських процесів мають затримку у взаємодіях, оскільки ділові відносини не побудовані так, щоб забезпечити ефективні потоки інформації. Оператори однієї служби можуть необгрунтовано чекати інформацію від іншої служби, навіть коли вона доступна у іншому місці. Це втрачений час вимірюється в одиницях продуктивності, і якщо устаткування вартістю у мільйони доларів простоює, то проблема стає критичною в сенсі зростання собівартості руди.

Найважливіші рішення ухвалюються на основі неповної або некоректної інформації. Щоденне ухвалення рішень керівниками важке тим, що інженери і техніка витрачають значний час на пошук, витягання і переформатування потрібних даних, проведених різними програмами, замість того, щоб аналізувати ці дані і ефективно їх використовувати. Реакція на зміни в процесах буває дуже повільною, оскільки керівники не мають своєчасної відповідної інформації. Кінцевим результатом цих проблем є надлишок даних, але разом з тим - втрата потрібної інформації.

Трудність виконання технічного аудиту. Різні процеси, використовувані для створення моделей родовищ, проектування і планування гірських робіт, є достатньо складними і вимагають завдання безлічі початкових параметрів і методик розрахунків. Часто вони запускаються багато разів з різним набором даних. Відновлення інформації про параметри кожного процесу є важким, а використання багатьох систем і несумісних стандартів, заважає відновити інформацію про деталі, супроводжуючі будь-які автоматизовані процеси.

Навчання і підтримка кваліфікації персоналу. Гірничі підприємства часто розміщуються у віддалених районах, де створення постійного штату часто є проблемою. Вахтовий метод роботи ускладнює проблему, тому часто робиться лише поверхневе навчання, і недосвідчені працівники виконують часом важливі операції, з якими вони майже не знайомі.

Недостатнє розуміння значення інформаційних технологій (ІТ). Гірнича промисловість відома своїм нерозумінням значення ІТ. Ця галузь традиційно витрачає набагато менше засобів на ІТ, чим інші галузі важкої промисловості (частка річного бюджету на ці цілі складає менше 1%). Левова частка цих грошей йде на купівлю комерційних програм, а не на технічні програми, які можуть принести більший прибуток. Крім того, рішення про вибір і придбання ІТ робляться користувачами технології, внаслідок чого інтереси корпорації і вищих структур часто ігноруються.

Результатом цих проблем дуже часто є втрата продуктивності, ефективності і неповне використання можливостей гірничого виробництва.

Щоб ухвалити правильне концептуальне рішення проблеми ІТ, необхідно зробити крок назад від детальних вимог кожної служби гірничого підприємства, розглянути роботу виробництва вцілому, зрозуміти систему інформаційних потоків і як вони впливають на найважливіші характеристики процесів. Аналіз процесу виробництва в цілому дозволяє ухвалити правильне рішення за допомогою сучасної методології ІТ. Цей підхід дозволяє зрозуміти, що ключовим аспектом діяльності будь-якої гірської компанії є родовище (ресурси) і, що правильне планування і управління запасами руди є ключем до досягнення високої прибутковості виробництва. Також слід розуміти, яка інформація є найважливішою, і які результати показуватимуть наскільки добре в компанії налагоджений процес планування і управління.

Сучасний підхід до гірського планування - «стратегічний» підхід. Він припускає значно більшу роль планування, чим було раніше, і бере до уваги високий ступінь ризику, властивий всім гірським процесам. Деякі ключові елементи стратегічного планування перераховані нижче:

• Управління бізнесом і технічним ризиком за рахунок поліпшення якості мінеральної продукції

• Збільшення технічної достовірності інформації

• Використання досконалішої системи планування, яка будується не тільки на календарному плані гірських робіт і виробничій програмі, але і на бізнес-плані підприємства.

Процес планування повинен бути налаштований на значно більше число аргументів, чим тільки гірські обмеження і програму вилучення запасів руди. Він повинен враховувати величезну кількість непередбачуваних і невизначених чинників, пов'язаних з цінами на ринку, не підтвердженням геологічних запасів, зміною продуктивності окремих процесів, обліком інтересів акціонерів і т.д. Все це необхідно погоджувати з інтересами широкого кола зацікавлених осіб, які беруть участь на кожному етапі гірничого виробництва починаючи від операторів устаткування, технічного і управлінського персоналу і закінчуючи радою директорів компанії.

Ефективне доведення (доступність) цієї важливої інформації (не тільки даних) до всіх зацікавлених осіб є ключовим моментом успішної роботи підприємства.

ЛЕКЦІЯ 5. РОЗРОБКИ ГІРНИЧИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ В СНД

GeoTech-3D.

 Система GeoTech-3D, що розробляється Гірничим Інститутом Кольського НЦ РАН входить до складу системи автоматизованого планування, проектування і супроводу гірничих робіт (гірничого інтегрованого пакету) MinFrame і є модулем моделювання об'єктів гірничої технології, призначеним для вирішення широкого кола геологічних, маркшейдерських і технологічних завдань, що зустрічаються в практиці роботи гірничодобувних підприємств, наукових і проектних організацій. Для вирішення цих завдань GeoTech-3D містить широкий набір інструментів, що дозволяють працювати з тривимірними моделями (векторними, каркасними, блоковими), -

- геологічних проб;

- рудних тіл і пластів;

- маркшейдерських точок;

- гірських виробок;

- виймальних одиниць;

- конструктивних елементів і вузлів систем розробки;

- природних і технологічних поверхонь, включаючи кар'єри і відвали;

- складів (штабелів) і розвалів гірської маси.

При роботі з моделями об'єктів гірничої технології GeoTech-3D використовує три основні бази даних (БД): геологічну, технологічну, конструктивних елементів. Сервер БД забезпечує  можливість легкого переходу на сервери БД інших виробників. БД можуть працювати як в монорежимі, так і розрахованому на багато користувачів. Для адміністрування роботи віддаленої БД (режим розрахований на багато користувачів) використовується програма GeoUsers, що входить до складу MinFrame і дозволяє для кожного користувача встановлювати свій рівень доступу, понизивши тим самим ймовірність випадкової або несанкціонованої модифікації об'єктів.

У Геологічній БД зберігаються дані по випробуванню свердловин і виробок. Для її формування використовується редактор - GeoTools, що входить до складу MineFrame. Дані по випробуванню у вигляді зв'язаних списків свердловин, проб, компонентів корисної копалини та інклінометрії використовуються для формування моделей геологічних проб і рішення на їх основі завдань зі створення моделей рудних тіл (пластів), геостатистичного дослідження родовищ, підрахунку об'ємних і якісних показників виймальних одиниць.

У Технологічній БД зберігаються моделі об'єктів гірничої технології, створені як безпосередньо інструментальними засобами GeoTech-3D, так і імпортовані з інших систем. Кожна модель об'єкту містить інформацію про своє місцеположення у межах родовища, форму відображення для кожного з 100 можливих користувачів, а також стан - редагується в даний момент чи ні. Це дозволяє, з одного боку, накладаючи на БД просторовий фільтр, робити вибірку моделей об'єктів, спираючись на технологічну структуру родовища, а з іншого боку, забезпечити одночасну роботу з одними і тими ж об'єктами різних фахівців.

Всі об'єкти технологічної БД об'єднані в групи (геологія, вироблення, виймальні одиниці, конструктивні елементи, маркшейдерські точки, поверхні), які відносяться до того або іншого проекту. Група може одночасно належати декільком проектам, а об'єкти копіюватися з інших технологічних БД.

У БД конструктивних елементів зберігаються моделі типових конструктивних елементів і вузлів систем розробки, що істотно полегшує і прискорює процес проектування гірничих робіт. По своїй структурі БД конструктивних елементів практично не відрізняється від технологічної БД. Для створення БД конструктивних елементів використовується середовище GeoTech-3D, але при цьому робоча область системи трансформується в 4-х віконну (об'ємного зображення і трьох основних проекцій), таку, що забезпечує максимальні зручності для виконання конструкторської роботи. Використовуючи тривимірні моделі об'єктів, GeoTech-3D забезпечує автоматизацію рішення основних геологічних, маркшейдерських і технологічних завдань, що зустрічаються в практиці гірничої справи. Серед них:

1. Візуалізація даних випробування в тривимірному просторі, на вертикальних розрізах і планах.

2. Формування рудних інтервалів з урахуванням заданих кондицій.

3. Побудова векторних, каркасних і блокових моделей рудних тіл (пластів), окислених зон.

4. Геостатистичний аналіз родовища, формування просторової моделі розподілу компонентів корисної копалини у межах рудного тіла (пласта).

5. Підрахунок об'ємних і якісних показників виймальних одиниць.

6. Побудова геологічних розрізів довільної орієнтації з відображенням на них контактів рудних тіл (пластів), розвідувальних свердловин і картини розподілу вмісту корисного компоненту.

7. Поповнення і редагування каталогу маркшейдерських точок.

8. Візуалізація маркшейдерських точок в тривимірному просторі, на вертикальних розрізах і планах.

9. Розрахунок і зрівнювання теодолітних ходів, рішення прямої і зворотної геодезичної задачі.

10. Побудова векторних і каркасних моделей природних і технологічних поверхонь, включаючи: кар'єр, межі фронту підземних гірських робіт, відвали і штабелі (склади) гірської маси.

11. Побудова розрізів довільної орієнтації з відображенням на них геологічних, маркшейдерських і технологічних об'єктів в стандарті гірської графіки.

12. Побудова векторних і каркасних моделей елементів відкритої і підземної систем розробки.

13. Візуалізація елементів систем розробки в тривимірному просторі, на вертикальних розрізах і планах.

14. Планування видобутку (секції, блоки, ділянки) з урахуванням об'ємних і якісних показників виймальних одиниць.

15. Оптимізація меж кар'єру за економічними показниками.

16. Проектування масових вибухів для відкритих і підземних гірничих робіт.

Для створення робочих креслень до складу GeoTech-3D включений конструкторський редактор VECAD (Copyright (c) KolbaSoft), який також використовується при створенні конструктивних елементів і вузлів системи розробки.

Інтегра.

Ця система була розроблена і серйозно експлуатується на єдиному крупному підприємстві - Навоїйському ГМК (Узбекистан), а точніше - на кар'єрі Мурунтау, розробляючому одне з найбільших в світі родовищ золота. Вона здатна створювати блокову модель родовища, оптимізувати кар'єри і планувати відкриті гірничі роботи.

Geoblock.

 Geoblock (http://getos.chat.ru) -  система, розроблена під керівництвом Павла Васильева в інституті ВІОГЕМ (Бєлгород). Ця програма для гірничо-геологічного моделювання, підрахунку запасів, прогнозування збагачення руди на основі розкриття мінералів і застосування нанотехнологій, управління базами даних і візуалізації просторових змін. Вона призначена так само для використання на стадії детальної і експлуатаційної розвідки родовищ корисних копалини, при проектуванні і плануванні гірських робіт, а також для моделювання технологічних процесів, пов'язаних із видобутком і переробкою мінеральної сировини.

Geoblock поставляється з відкритим початковим кодом як інтегрована система рішення завдань в області наук про Землю, головним чином, для геологів, маркшейдерів, гірників і фахівців із збагачення корисних копалин.

Програма підтримує декілька типів просторових даних: свердловини і борозни, розсіяні крапки, полігони, сітки трикутників (TINs), оболонки тіл, регулярні гратки (Grids) і сітки кінцевих елементів (Meshes). Комбіновані набори даних можуть бути організовані в колекції проекту і відображатися у вікні карти одночасно у вигляді поєднання контурів, каркасних і блокових моделей.

У програмі є набір процедур для створення 2D і 3D граток і сіток, процедури і модулі для розвідки і обробки даних свердловин:

- аналіз даних свердловин і їх перетворення;

- компоновка проб свердловин по шарах і горизонтах;

- розрахунок XYZ координат проб по вимірах траєкторій свердловин і борозен;

- оцінка ступеня розкриття мінералів і прогноз збагачуваності руди;

Основними методами інтерполяції в програмі є наступні методи: зворотні відстані; лінійна інтерполяція по сітці; найближча точка.

Декілька просторових цифрових моделей можуть бути показані одночасно у вікні карти з використанням сервісу управління проектом. Використання бібліотеки GLScene дозволяє забезпечувати реалістичніше переміщення по віртуальних моделях після їх завантаження у вікно Геосцена. Створені блокові моделі родовищ можуть бути експортовані для подальшої обробки за допомогою програм оптимізації контурів гірничих робіт компаній Gemcom  Whittle або Earthworks Inc. Для підрахунку запасів і визначення об'ємів корисних компонентів, типів і сортів руди в контурних, каркасних і блокових моделях можуть використовуватися різні способи розрахунків: від способу вертикальних розрізів до підсумовування об'ємів тетраедрів, що описують складну мінералізацію покладу.

K-MINE.

 ГС "K-MINE", розроблена компанією "КривбассАкадемІнвест", дозволяє засобами ГІС створювати різні моделі поверхонь, планувати і проектувати відкриті і підземні гірські роботи і т.д.

ЛЕКЦІЯ 6. ПІДГОТОВКА ГЕОЛОГІЧНОЇ ІНФОРМАЦІЇ І ВВЕДЕННЯ ЇЇ В КОМП'ЮТЕР

Необхідна інформація.

Для створення повної моделі родовища і оцінки його запасів зазвичай необхідний наступний набір інформації, введеної в комп'ютер:

ЧИСЛОВІ І ТЕКСТОВІ ДАНІ:

1.По свердловинах:

• Координати устя свердловин

• Дані інклінометрії

• Дані випробування

• Інші характеристики свердловин (каротаж, вихід керна, гідрогеологія, літологія, стратиграфія)

2.По поверхневих виробках (канавам, траншеям)

Каталог маркшейдерських точок по трасах виробок

• Дані випробування

• Інші характеристики виробок (літологія, стратиграфия, тектоніка )

3.Випробуваних підземних виробок

• Каталог маркшейдерських точок по трасах виробок

• Дані випробування

• Інші характеристики виробок (літологія, стратиграфия, тектоніка).

ГРАФІКА:

1.Топографія поверхні родовища

2.Геологічні плани і розрізи з нанесенням контурів рудних тіл, зон підрахункових блоків, літологічних і стратиграфічних меж, тектонічних порушень.

3.Плани підземних горизонтів з нанесенням контурів стінок виробок

4.План випробування поверхні з трасами траншей (канав).

Вся ця інформація вводиться з максимально достовірних джерел, зазвичай безпосередньо на підприємстві, де завжди легко отримати додаткові дані або роз'яснення по незрозумілих питаннях. Бажано, щоб в цій роботі брали участь геологи, які добре знають родовище. Це значно скорочує час роботи, полегшує пошук необхідних даних і їх сортування.

Необхідний персонал і обладнання.

Для введення текстової інформації необхідні працівники, що уміють швидко і акуратно друкувати на комп'ютері. Добре, якщо вони уміють працювати з програмою Microsoft Excel. Кількість необхідних працівників залежить від відведеного на введення інформації часу і наявності комп'ютерів.

Введення графіки здійснюється або за допомогою дигитайзера, або сканером. По трудомісткості і витратам часу ці технології приблизно однакові, кожна має свої переваги і недоліки. Вибір залежить від переваг користувача, наявності необхідного устаткування, програм і досвіду роботи.

Отже, для введення початкової інформації в комп'ютер необхідно мати:

• Персональні комп'ютери зі встановленим пакетом Microsoft Office

• Сканер формату А0 або близького до нього

• Систему Датамайн або Автокад для обробки і редагування графічних файлів.

Введення числової/текстовой інформації.

Введення числової/текстовой інформації зазвичай проводиться за допомогою програми Microsoft Excel у вигляді таблиць, формат яких відповідає формату файлів Датамайн. Необхідна інформація витягується з первинних геологічних матеріалів, достовірність яких не викликає сумніву. Існують 2 підходи:

-Інформація вводиться в тому вигляді, в якому вона міститься в первинній документації. Цей підхід дещо прискорює роботу особливо, якщо нею займається не дуже кваліфікований персонал.

-Таблиці вводяться у форматі, відповідному файлам системи Датамайн.

Найчастіше використовують перший підхід. Після введення і перевірки інформації вона перетвориться в необхідний формат безпосередньо в програмі Excel, а потім вводиться в Датамайн. Як правило для кожного виду випробування створюються декілька окремих таблиць :

1.Свердловини:

• Файл координат гирл

• Файл інклінометрії

• Файли випробування, літології, каротажу, гідрогеології

2.Поверхневі виробки (канави, траншеї ):

• Каталог маркшейдерських точок по трасах виробок

•Дані випробування і інші характеристики виробок (літологія, стратиграфія, тектоніка )

3. Випробувані підземні виробки:

• Дані випробування.

• Дані випробування і інші характеристики виробок (літологія, стратиграфія, тектоніка )

• Каталог маркшейдерських точок по трасах виробок.

Введення графічної інформації.

Система Датамайн може працювати тільки з векторною графікою. У ній передбачено 2 способи введення такої інформації:

- Безпосереднє введення Дигитайзером

- За допомогою імпорту векторних зображень з інших програм (наприклад, з Автокада)

У свою чергу, інші спеціалізовані графічні редактори (Автокад, Корел Дро) дозволяють вводити і обробляти растрові зображення за допомогою сканера, які потім перетворюються у векторни за допомогою спеціальних застосувань.

За допомогою дигитайзера можна безпосередньо вводити у вікно проектування графічну векторну інформацію з планшетів і карт в 3-х вимірному вигляді. Дигитайзер - це спеціальний стіл (або лист гнучкого рулонного матеріалу), в який вмонтована система електричних контактів для точного визначення місця знаходження курсора, що нагадує комп'ютерну мишу. Зазвичай дигитайзер працює тільки з графікою на діалектичній підкладці.

Робота зі сканером.

Останнім часом все більшого поширення набуває введення складної гірської і геологічної графіки в растровому вигляді за допомогою сканера.

Послідовність дій з введення в Датамайн растрової графіки приблизно наступна:

• Необхідне зображення знімається сканером і зберігається в пам'яті комп'ютера.

• Спеціальні програми використовуються для поліпшення якості растрового зображення: очищається сірий фон, "рихла" графіка, знаходяться втрачені і злиплі лінії

• Потім цей файл завантажується в одну з програм векторизації графіки, наприклад - в додаток Автокада «Растр Деск Про».

• Потрібні лінії зображення векторизуются в інтерактивному або автоматичному режимі. Точкам отриманих ліній привласнюються відомі 3-х вимірні координати і атрибути.

• Отриманий таким чином файл ліній зберігається у форматі "DXF" і потім імпортується в Дата майн.

Помилки первинних геологічних матеріалів.

Вони зустрічаються дуже часто і у великій кількості. Це можуть бути елементарні (грубі) помилки координат, які легко виявити після зіставлення, наприклад, табличних даних з графікою і із зображеннями, отриманими в Датамайн. Гірше, коли такі помилки незначні і розповсюджуються, наприклад, на вміст металів в руді. Такі помилки практично неможливо усунути. Найчастіше помилки пов'язані з неякісним передруком багатотомних геологічних звітів, неакуратним заповненням первинних журналів, паспортів свердловин.

Помилки введення даних.

Після введення в комп'ютер інформація обов'язково повинна бути ретельно перевірена. Існує декілька методик перевірки.

А) Після введення якоїсь частини інформації сторонній персонал звіряє 10% введених даних з першоджерелами. Якщо помилки зустрічаються більш ніж в 10% записів, то знову перевіряється вже 50% введенної інформації. Якщо і в цьому випадку рівень помилок перевищує допустимий, то перевіряється ще раз вже вся введена інформація, а виявлені помилки ретельно виправляються. Потім процес перевірки повторюється до тих пір, поки рівень помилок на першому етапі не виходитиме за межі допустимого рівня. У кожної компанії існують свої технології перевірки даних і нормативи допустимих помилок.

Б) Одні і ті ж дані вводяться одночасно двома операторами, незалежно один від одного. Після цього, 2 отриманих таблиці сортуються і порівнюються в Excel.

С) Введені дигитайзером графічні матеріали виводяться на плоттер в масштабі оригіналу і друкуються на прозорому папері. Після цього вони накладаються на оригінали, і всі виявлені помилки і відхилення усуваються або новим введенням даних дигитайзером, або коректуванням інформації безпосередньо в Датамайн. Таким же чином поступають при перевірці введеної і обробленої інформації по свердловинах. З первинними матеріалами порівнюють інформацію, отриману в системі Датамайн і виведену на кальці в тому ж масштабі:

• Горизонтальні проекції похилих свердловин

• Плани розміщення свердловин і топографія поверхні

• Плани випробування підземних виробок і поверхні

• Основні геологічні розрізи по родовищу

Перевірка, коректування і первинна обробка введеної інформації.

Оскільки текстова інформація вводиться в комп'ютер за допомогою програми Excel, то наступним кроком є імпорт її в систему Датамайн, перевірка і перетворення даних випробування. Тут кожен вид проб має свою специфічну технологію і, іноді, декілька способів реалізації.

Після перегляду на екрані отриманих 3-х вимірних файлів проб і усунення грубих помилок, що випадково залишилися, в координатах, проводиться звірка всіх отриманих планів і розрізів з первинними графічними матеріалами.

ЛЕКЦІЯ 7. ОПТИМІЗАЦІЯ І ПРОЕКТУВАННЯ КАР'ЄРІВ І ПІДЗЕМНИХ ВИРОБОК