Программные продукты и системы

Геоинформационные технологии (ГИС-тех­нологии) используются во всех отраслях народного хозяйства. Уровень применения геоинформационных программ в горном деле за последние тридцать лет серьезно повысился. Это привело к изменению самого характера деятельности горных компаний, а также к закономерному росту их производительности. Сегодня на мировом рынке коммерческих компьютерных программ для горных предприятий работают десятки фирм, предлагающих более 1000 программных продуктов, предназначенных для автоматизации различных функций управления горным производством.

Первая волна новых ГИС-технологий была связана с созданием простых моделей месторождений для оценки тоннажа и содержаний. Автоматизация ручных операций по пространственному описанию месторождений позволила компаниям быстрее оценивать требуемые инвестиции. Эти технологии появились в начале 1960-х годов и привели к значительному скачку производительности горных предприятий.

В начале 1970-х годов горная промышленность получила трехмерное цифровое блочное моделирование и геостатистический анализ минеральных ресурсов. Геологи научились использовать эти модели для прогнозирования запасов месторождений. Результатом стало улучшение качества их работы и достоверности оценки минеральных ресурсов. Эта волна нововведений была довольно продолжительной, ее действие закончилось в конце 1980-х годов.

Тогда же появились полностью компьютеризованные модели процессов: горное проектирование, оптимизация, календарное планирование. Программное обеспечение для горного моделирования и проектирования сегодня превратилось в системы, которые отличаются интерактивной графикой, визуализацией высокого качества поверхностей и моделей объектов, а также дружественными интерфейсами пользователя. Недорогие ПК теперь могут обеспечить сложное графическое и интерактивное автоматизированное проектирование.

Однако в настоящее время прирост производительности в горной промышленности за счет применения усложняющихся компьютерных систем существенно замедлился, так как горные предприятия в основном применяют информационные технологии (ИТ) для улучшения отдельных процессов, а не производства в целом.

Следующая волна ГИС-технологий, которая сейчас формируется, должна обеспечить динамическое улучшение производительности предприятий. Разработка локальных средств автоматизации должна осуществляться по модульному принципу с заведомым учетом интеграции их в более крупные системы. Создаваемые для горной отрасли программные комплексы должны быть адаптированы для каждого предприятия в отдельности с учетом имеющейся специфики горно-геологи­ческих и горно-технических условий.

На горных предприятиях обычно используются пакеты программ для геологии, горного планирования, маркшейдерии и различных производственных нужд.

Горные программные системы общего назначения. Системы стандартно включают в себя такие разделы, как геологическое моделирование, оценка запасов, проектирование и планирование горных работ, календарное планирование и маркшейдерия. Подобные системы на мировом рынке предлагают 5 лидирующих компаний: Gemcom, Maptek, Mintec, Surpac и Datamine.

Специализированные горные программы. Сюда относятся специализированные программы для областей технологии, которые пока (полностью или частично) не обеспечиваются универсальными горными системами. Обычная тематика таких пакетов: оптимизация карьеров, календарное планирование, буровзрывные работы, вентиляция, геомеханика, экология и т.д. Существует большое количество таких пакетов, которые создаются специализированными компаниями, самими горными предприятиями или исследовательскими учреждениями.

Системы управления производством. Эта категория объединяет программы и оборудование, используемое для управления производством в реальном времени: управление горным транспортом, экскаваторами, буровыми станками и т.п. Эти системы предлагаются небольшим количеством компаний, среди которых (в области открытых работ) 4 лидера: Modular Mining Systems, Wenco, Tritronics и Aquila. Все большее значение приобретает связь этих компаний с производителями горного оборудования, такими как Komatsu и Caterpillar.

Системы регистрации (учета) результатов производства. Существует большое разнообразие систем, которые ведут производственный учет в реальном времени и формируют всевозможные отчеты. За редким исключением горные компании сами разрабатывают (и иногда продают) такие системы. В них очень мало общего, и часто они представляют собой смесь электронных таблиц и баз данных, разработанных местными программистами для нужд предприятия.

По результатам анализа имеющихся программных комплексов горной направленности можно сделать вывод, что горные программные системы общего назначения являются базовыми в моделировании, но очень громоздки при адаптации к условиям функционирования конкретного горного предприятия и не реализуют большинства функций, которые выполняются программными системами других классов. Поэтому системы этого класса должны быть открытыми, то есть иметь возможность увеличения числа реализуемых функций за счет безболезненного присоединения к ним соответствующих модулей из программ других классов либо реализации подобных алгоритмов в собственной среде.

Поэтому, по мнению авторов, первоначальным этапом создания универсальной программной системы должно быть формирование ядра для работы с адекватной геолого-маркшейдерской моделью месторождения полезных ископаемых и эксплуатирующего его горнодобывающего предприятия. Далее с использованием этой динамически развивающейся модели следует решать основные инженерно-технические задачи горного производства.

Геологоразведка и горная промышленность активно используют ГИС-технологии, чтобы объединять и эффективно использовать пространственные и атрибутивные данные, получаемые из большого количества источников. Диапазон применения компьютеров в этих отраслях быстро расширяется, поскольку сейчас традиционные области применения компьютеров покрывают лишь малую часть реальных потребностей производства. Разработчики комплексных систем программного обеспечения для добывающих отраслей промышленности сегодня предлагают инструменты в основном для оценки запасов, отдельных операций проектирования и планирования горных работ. А такие области, как геомеханика недр или проектирование систем вентиляции, крепления, электроснабжения и водоотлива для подземного рудника (шахты) пока редко обеспечиваются эффективными компьютерными программами.

Мощные горные интегрированные системы (ИС) Vulkan, MineScape, Linx, MineSight, Gemcom, Surpac уже известны более 30 лет. Для месторождений с несложными геологическими условиями они хорошо работают и предоставляют горным инженерам большой набор полезных инструментов для моделирования месторождений и горного планирования. Системы способны обеспечить управление базой данных, предобработку исходной информации, моделирование массивов горных пород и горных выработок, проектирование горных работ и их календарное планирование.

Однако есть ряд весомых причин, по которым пользователи стараются найти программное обеспечение, альтернативное существующему:

-    имеющиеся ИС не способны решать всех проблем горняков;

-    кроме платы за саму систему, необходимо потратить средства на начальное обучение персонала и освоение всех возможностей данных систем;

-    с некоторыми задачами в данных системах способны работать только эксперты-разработ­чики;

-    простые задачи (построение изолиний) могут быть легко и быстро выполнены с помощью альтернативных программ; в ИС выполнение этих задач часто требуют больших затрат времени и труда;

-    стоимость ИС обычно слишком велика для небольших компаний и отдельных рудников (шахт);

-    ИС часто используют собственный формат данных, следовательно, импорт/экспорт информации затруднен и связан с потерей времени. Если даже существуют необходимые интерфейсы, то обычно требуется дополнительное редактирование введенных данных.

Практика показала, что известно лишь несколько примеров использования ГИС-пакетов на угольных разрезах, цель которых заключается в основном в обеспечении подсчета запасов полезного ископаемого, календарном планировании горных работ и в оптимизации объемов вскрыши разреза. В отечественной практике известны единичные случаи применения западных ГИС-пакетов, используются лишь CAD-системы (AutoCAD, Microstation, CAMARA, Digitals) для создания и ведения планов горных работ. Система Digitals наиболее приближена к формату ГИС, так как здесь уже имеется возможность ввода атрибутивной информации для объектов, но нет объектной ориентированности модулей, все данные по-прежнему хранятся в одном метафайле.

В Московском государственном горном университете ведется разработка ГИС для моделирования угольных месторождений. Первоначальной задачей было построение и описание угле-породного массива в заданном контуре (горный отвод) и на всю предполагаемую глубину ведения горных работ.

В основу дискретной модели сплошной среды было положено блочное моделирование с регулярной структурой из шестигранных призм. Угольные пласты, подлежащие разработке, могут быть подвержены более тщательному анализу и смоделированы с учетом имеющихся породных пропластков. Это даст возможность решения основных технологических задач предприятия с учетом кондиций добываемого полезного ископаемого. Породный массив моделируется на всю глубину заложения выработок предприятия с целью учета выемки горных пород при строительстве шахты, а также для обоснования последующих технологических решений при подземной добыче (задачи подработки вышележащих угольных пластов, образования выработанных пространств и их влияния на работу вентиляционных систем, миграцию шахтного метана и прогноза сдвижения земной поверхности и др.). Геологический модуль разрабатываемого комплекса позволяет полностью автоматизировать рабочее место геолога-угольщика и предназначен для использования в геологоразведочных, проектных организациях, на горнодобывающих предприятиях по открытой и подземной добыче полезных ископаемых. Основным его назначением является создание и использование компьютерной модели месторождения полезных ископаемых (и системы горных выработок предприятия по его разработке) в рамках автоматизированной системы геолого-маркшейдер­ского обеспечения ведения горных (геолого-разве­дочных) работ. Программный комплекс обладает свойствами технологичности, безопасности и экономичности.

Основные функции системы:

-    обработка геологоразведочных данных, вывод графических документов по разведочным скважинам;

-    формирование банка геологических и маркшейдерских данных;

-    построение объемной модели месторождения полезных ископаемых или отдельных ее частей;

-    геологическое обеспечение горных работ;

-    маркшейдерское обеспечение горных работ;

-    работа с нормативно-справочными и технологическими документами предприятия по добыче полезных ископаемых.

Следующим этапом работ является создание маркшейдерского модуля, который, в свою очередь, позволит автоматизировать рабочее место маркшейдера и обеспечить большую функциональность геологической модели. Основной функцией модуля является создание трехмерной топологической модели горных выработок с их описанием и привязкой к геологической среде и ведение планов горно-графической документации.

Так как комплекс создания и использования геолого-маркшейдерской модели является открытой системой, планируется его расширение путем соединения с уже существующими программными комплексами для расчета вентиляции и водоснабжения угольных шахт и разрабатываемыми геомеханическими и организационно-экономическими модулями.