7.1. Основні принципи комп'ютерного проектування гірничих робіт

Програмне забезпечення для гірничого моделювання і проектування сьогодні перетворилося на системи, які відрізняються інтерактивною графікою, високої якості візуалізацією поверхонь і моделей об'єктів, а також дружними інтерфейсами користувача. Недорогі ЕОМ тепер можуть забезпечити складне графічне і інтерактивне автоматизоване проектування. Найсучасніші комп'ютери і програмні засоби допомагають інженерам і геологам виконувати гірські розрахунки швидко і ефективно.

Проектування копальні вимагає декількох кроків при будь-якому (ручному або автоматизованому) способі виконання роботи. Ці кроки відомі кожному гірничому інженерові. Проектування з олівцем, папером і калькулятором вимагає інтенсивної багатомісячної роботи з результатами складних розрахунків, кресленням, доведенням і "шліфовкою" частин проекту. В кінці цього процесу Ви отримуєте тільки одне з можливих рішень для розвитку гірничих робіт. При отриманні додаткової інформації знову потрібний тривалий період для інтенсивної роботи із створення нового варіанту проекту.

Якщо в такій роботі використовується комп'ютер, то перший варіант моделі родовища і проекту кар'єру (або підземної копальні) також вимагатиме багатомісячної напруженої роботи. Проте, в кінці цього етапу Ви зможете мати багато варіантів розвитку гірничих робіт. Оскільки вся інформація стає легко доступною, то отримати новий кар'єр або необхідні його перерізи можна протягом декількох годин.

Коли гірниче підприємство невелике і слабо механізоване, то ручне проектування буде прийнятне, оскільки воно може бути виконане в розумні і достатні терміни для невисокого темпу виробництва. При вищому рівні механізації і продуктивності гірничих робіт проектні рішення повинні бути ухвалені в коротші терміни, щоб відповідати збільшеним швидкостям інформаційних потоків. Комп'ютер використовується для полегшення і підвищення ефективності передачі інформації від геологів і фахівців з планування до лінійного виробничого персоналу.

При комп'ютерному проектуванні використовуються багато таких же процедур, як і при ручному. Перші комп'ютерні програми були написані, щоб лише автоматизувати ручні операції з тією метою, щоб геологи і гірничі інженери могли ними користуватися без перепідготовки або з її мінімумом. Сьогоднішні програми істотно відрізняються від своїх попередників і є технологіями, про які можна було лише мріяти 10 років тому.

Сьогодні користувачам доступне велике число програм, які автоматизують майже всі розрахунки і завдання по плануванню, необхідні в сучасному гірському виробництві. Проте, кожна гірнича компанія повинна вирішити, яке програмне забезпечення найбільш підходить до типів родовищ, що розробляються нею, а також до особливостей виробництва, що дозволить здійснювати планування і управління гірничими роботами ефективніше і швидше.

Наступні кроки повинні передувати такому плануванню:

• Повинна бути сформована геологічна база даних. Для її створення використовується вся отримана до даного часу первинна геологічна інформація.

• Необхідно створити блокову модель родовища. Вона може включати вміст компонентів в руді, геологічні структури, економічні показники або будь-які інші дані, які повинні допомогти фахівцеві з максимальною точністю визначати характеристики руди і вміщуючих порід в будь-якому місці родовища. Після створення такої моделі можна приступати до проектування (планування).

Спробуємо сформулювати основні вимоги до комп'ютерних програм для проектування (планування) розвитку кар'єрів і підземних виробок:

• Графічне зображення (3-х вимірна візуалізація) характеристик рудного тіла. Це повинні бути 2-х вимірні плани і перерізи, а також 3-х вимірне зображення об'ємних просторових моделей.

• Інтерактивна графічна робота з геологічною моделлю. При проектуванні кар'єру або шахти інженер завжди хоче отримати максимальні переваги, тобто - мінімум коефіцієнта розкриття, максимальне вилучення руди, кращі економічні параметри в перший період роботи і т.п. Графічні зображення автоматично виводяться на плоттер, а інженер, користуючись можливостями гірничих систем може інтерактивно вносити на екрані в проект необхідні коректування.

• Забезпечення автоматичного виконання деяких завдань, але з можливістю інтерактивного втручання і коректування на кожному кроці процесу. Наприклад, коли створюється проект кар'єру, інженер може задати дно кар'єру, кути укосу бортів для різних його частин, розташування дороги й ширину берм, а також інші параметри. У міру автоматичного проектування інженер може оцінювати кожен отриманий уступ для того, щоб вирішити, продовжувати процес в автоматичному режимі або внести до вже зробленої частини необхідні коректування.

• Пропозиція вибору різних технологій проектування. Багато сучасних кар'єрів і копалень спроектовано за допомогою комбінації методів. Методи оптимізації створять Вам кращий за економічним критерієм кар'єр, виберуть найбільш вигідні очисні блоки, але вони можуть бути нереальні в дійсному житті. Наприклад, оптимальний кар'єр не включає дороги, тому інженер повинен добудувати їх і перерахувати результати проектування.

Автоматизовані методи проектування вимагають попереднього задання характеристик руди і вміщуючих порід в моделі родовища. Копальня може бути спроектована або "вручну" на комп'ютерному екрані, або повністю автоматично. "Ручне" проектування може йти 2-ма шляхами навіть при використанні комп'ютерів:

• Контури кожного уступу кар'єру, траси і контури підземних виробок вводяться дигитайзером або мишкою (на екрані монітора) в комп'ютер. Повний набір всіх контурів і трас складає у результаті остаточну форму поверхні кар'єру або схему передбачуваних виробок. Проект кар'єру може також включати дороги. Після каркасного моделювання кар'єру (копальні) обчислюються об'єми вилучених руд і порід, а також якість всіх видів руд, що видобуваються.

• Початковий контур дна кар'єру оцифровується (дигитайзером або мишкою) і вводиться в комп'ютер. Програма проектування починає побудову кар'єру з введеного контура дна і відбудовує контур наступного вище розміщеного горизонту. Користувач повинен ввести обмеження, задавши кут укосу борта кар'єру для кожної частини родовища. Більшість програм дозволяють користувачеві виконувати проект кожного нового уступу з різними параметрами (кут укосу, ширина берми). При проектуванні користувач може спостерігати на екрані геологічну модель для того, щоб мати можливість вносити корективи до проекту. Дороги можна додавати в процесі такого проектування або вставляти пізніше. Аналогічний процес використовується і при проектуванні кар'єру зверху вниз.

Обидва "ручні" методи дозволяють спроектувати кар'єр, який в принципі не є оптимальним. Цей процес може бути повторений будь-яку кількість разів до тих пір, поки не буде отриманий об'єкт з максимально можливими економічними параметрами.

Кар'єрні дороги можуть бути спроектовані автоматично або вручну. Відомі програми пропонують для цієї роботи різні методи. Найчастіше використовується технологія, при якій користувач задає початкову і кінцеву точки, ухил і ширину дороги, а програма сама вставляє контур дороги в кожен уступ у міру проектування кар'єру. Кар'єр також може бути спочатку спроектований без доріг, які «вставляються» в нього пізніше.

"Автоматичні" методи зазвичай використовують результати одного з методів оптимізації для визначення кінцевих меж кар'єру або контурів найбільш вигідних очисних блоків. При оптимізації застосовуються різні економічні і фізичні критерії, наприклад, оптимальні кар'єри або очисні блоки можуть бути отримані для різних рівнів цін на метал, вугілля або інші корисні копалини. Зрозуміло, що результати оптимізації не можуть бути безпосередньо використані для управління гірничими роботами, оскільки вони, як правило, не враховують розмірів устаткування, інших гірських обмежень і т.п. Це - перш за все основа для подальшого детального проектування гірничих робіт.

Пройшли часи проектування копалень з олівцем і калькулятором. Комп'ютерні технології в корені змінили цей процес. Рівень інформаційних технологій безперервно зростає, і вони стають доступнішими для користувачів. Графічні можливості комп'ютерів стають все більші і істотно спрощують роботу проектувальників. Графіка даремна і вводить в оману, якщо дані неправильні або не були коректно оброблені. Красиві кольорові картинки хороші лише на завершальному етапі, а реальна потужність систем виявляється в створенні моделей і проектних обчисленнях, що виконуються грамотними користувачами.