ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Номер

30-002-06

Наименование проекта

Методика создания цифровой модели массива горных пород

Назначение

Для анализа свойств массива горных пород.

Рекомендуемая область применения

Шахты по добыче угля.

Описание

Описание к ИЛ № 30-002-06

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Технология создания цифровой модели массива горных пород (ЦММГП) за рубежом активно разрабатывается для геологии, горного планирования, маркшейдерского дела и других производственных нужд. Эти пакеты программ очень дорогие, приспособлены решать задачи для узкого перечня исходных геологических условий, и вычисления выполняются в закрытых от пользователя блоках. Поэтому необходимо разрабатывать ЦММГП с последующим вводом данных в базу ГИС-оболочки для последующего использования на угольных шахтах.

Первым вопросом при создании ЦММГП является выбор факторов, которые следует использовать в модели.

Вторым вопросом является определение типа модели, в которую организуются исходные данные.

Из перечня важнейших природных факторов  составлена номенклатура факторов, влияющих на работоспособность подготовительных забоев. К ним относят: мощность пласта, мощность непосредственной кровли, гипсометрия пласта, нарушенность массива, трещиноватость пород, прочность, конфигурация горно-геологических аномалий и др. Причем из множества природных факторов выбраны основные, которые отражают геометрию пласта, минеральный состав и строение толщи горных пород.

При разработке ЦММГП, для последующего использования ее в базе данных ГИС, нами принимается структура регулярно-ячеистой модели данных. Значение показателя в каждой точке замера с помощью интерполирования передают в узлы сетки. Такая сетка представлена матрицей ячеек, а модель называется регулярно-ячеистой. В простейшем случае ЦММГП это набор координат ячеек массива горных пород с перечнем характеристик по каждому фактору, с информацией о связях между ячейками, и способах интерполирования поверхностей по таким данным.

Таким образом, ЦММГП состоит из баз данных в виде наборов матриц ячеек, расположенных на сетке. Такие базы называют данными, заданными на сетке, или просто сетками (grids) и хранят их в grid-файлах. Каждая ячейка такой сетки характеризует некоторое свойство одним значением, приписанным к её узлу. Узлы при этом расположены в регулярной форме и задан способ вычисления значений в узлах сетки. Если сеть равномерная, то ее называют сетью регулярной. Переход от поверхности, заданной произвольно расположенными точками, к поверхности, заданной высотами в узлах прямоугольной сети, выполняется различными методами интерполяции. ЦММГП дает возможность определять координаты и значения показателей в любой ячейке.

Точки для ячеек в ЦММПГ могут вычисляться по горизонталям, по профилям и по заданной регулярной или нерегулярной сетке. Поэтому, исходной информацией для составления моделей служат гипсометрические планы, планы горных работ, вертикальные разрезы, данные опробования по скважинам, зарисовки и т.п. По скважинам уточняют распределение прочностных характеристик внутри контуров отдельных участков. Нами разработана цифровая модель, которая содержит значения показателя в узлах квадратной координатной сети.

Затем матрицы включаются в реляционную систему управления баз данных (СУБД). Эта система имеет табличную структуру, в которой строки соответствуют одной ячейке, а столбцы содержат сведения о характеристиках отдельных факторов.

При создании СУБД в базе данных выделяются три компоненты:

Региональная компонента базы. На ее основе функционируют отдельные модели. Такая составляющая строится по материалам геологоразведки и равна площади всего шахтного поля, а размер ячейки равен 100 метров.

Локальная компонента базы. Такая компонента посредством интеграции данных оперативных и региональных прогнозов позволяет уточнять предварительные оценки параметров свойств массива и формирует прогнозы обстановки по площади. Создается на стадии вскрытия пласта по материалам прилегающих горных работ с размером ячейки 40 метров.

Оперативная компонента. Объединяет систему оперативных данных и программное обеспечение ввода и первичной обработки поступающей информации. Создается при подготовке участка к эксплуатации с размером ячейки 10 метров.

Устанавливаются размеры ячейки для региональной компоненты базы одинаковыми для всех показателей с целью их последующего объединения в единой базе данных. Размеры сетки уменьшаются в кратное количество раз для локальной и оперативной компонент базы. Следует отметить, что матрицы могут содержать как результаты обработки информации, так и исходные данные. Комплекс приложений для работы с матрицами включает в себя программную среду для генерации, редактирования и визуализации сеточных данных, а также средства интерполяции информации в матрицы, используемые при создании геологических моделей. Работа с матрицами состоит из нескольких этапов:

1. Ввод исходной информации в матрицу. Выполняется путем преобразования информации по каждому показателю в дискретное представление матриц с интерполяцией разными методами. Используются не только исходные координаты, но и связанные с ними атрибутивные данные. Значение каждого блока матриц вычисляется по выбранным пользователем интерполяционным алгоритмам.

2. Обмен между отдельными матрицами. Перенос из базы данных одного компонента в базу матриц другого. Обмен из grid-файла в матрицу с аппроксимацией.

3. Визуализация информации, хранящейся в матрицах. Построение изолиний зон и блоков равных значений в аксонометрических проекциях. Построение по матрице заданных горизонталей.

4. Операции над матрицами. Уменьшение и увеличение разрешения. Сглаживание деталей. Вырезание из матрицы прямоугольного участка с заданными координатами. Склеивание двух смежных частей в одну матрицу.

Элементы содержания ЦММГП, встроеные в слои ГИС, представляют собой набор избранных элементов цифрового плана. Применяемые графические изображения объектов воспроизводятся условными знаками, принятыми на бумажных источниках, и соответствуют нормативно закрепленным условным знакам в принятой системе. Классификация и кодирование производятся на основе ряда разработанных классификаторов или их версий. Перечень показателей принимается согласно индетификатора из номенклатуры важнейших природных факторов влияющих на работоспособность подготовительных забоев.

На рисунке приведена матрица ячеек, встроенная в ГИС по пласту 27 по шахте Первомайская. Из рисунка видна связь каждой ячейки со строкой атрибутивной таблицы.

Рис. Атрибутивные таблицы и ячейки из цифровой модели
по шахте Первомайская

Преимущества перед известными аналогами

Возможность разрабатывать ЦММГП с последующим вводом в базу ГИС-оболочки для дальнейшего использования на угольных шахтах. Возможность разрабатывать ЦММГП с последующим вводом в базу ГИС-оболочки для дальнейшего использования на угольн

Стадия освоения

Внедрено в производство

Результаты испытаний

Технология обеспечивает получение стабильных результатов

Технико-экономический эффект

Годовой экономический эффект - от 20 тыс. руб.

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

13.02.2006