Опыт использования ГИС K-MINE на карьере «Северный» ГОК «Укрмеханобр»

Скачков А.А, главный инженер, ОАО «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича», ГОК «Укрмеханобр»

Карьером «Северный» ГОК «Укрмеханобр» производится отработка ранее потерянных при первичной подземной отработке богатых руд железа месторождения Саксаганское (бывший рудник имени Дзержинского). Работы по добыче руды ведутся в границах зоны сдвижения и обрушения от подземных горных работ. Наличие многочисленных деформаций породного массива обуславливает исключительную сложность геологического строения отрабатываемой части месторождения. Государственной геологической службой месторождение отнесено к 4-й группе по сложности геологического строения.

Сложность геологического строения отрабатываемого участка недр, необходимость быстрого реагирования инженерных служб на резкие изменения строения породного массива в пределах эксплуатационных единиц требуют постоянного контроля и многовариантного поиска решений по повышению качества продукции, снижению ее себестоимости и поддержания стабильной работы комплекса. Это вызывает необходимость поиска новых подходов в обработке инженерной информации, применения современных компьютеризированных систем сбора и обработки полевых данных, значительного ускорения камеральной обработки информации.

В 2007 году руководством предприятия было принято решение о внедрении геоинформационной системы (ГИС) K-MINE в геологической, маркшейдерской и проектно-технической службах предприятия. Специалистами предприятия были подготовлены перечни требований к работе системы, что позволило на этапе выбора программного обеспечения согласовать наличие необходимых модулей и соответствие их реальным практическим потребностям.

Процесс внедрения ГИС K-MINE выполнялся в несколько этапов:

• приобретение лицензий на компьютерные модули геоинформационной системы K-MINE для дальнейшей работы специалистов;
• обработка первичной картографической информации и создание трехмерных моделей геологической среды приповерхностной части Саксаганского месторождения богатых руд железа;
• создание трехмерных моделей поверхностей карьера и отвалов, прилежащих территорий, коммуникаций, дорог и пр.;
• обучение пользователей работе с ГИС;
• создание баз данных маркшейдерской и геологической информации для работы специалистов в системе;
• адаптация программного обеспечения под требования предприятия.

Объем картографического материала в виде планшетов, карт, сводных планов, подлежащего обработке для создания цифровых моделей составил более 250 м2. Работа по оцифровке графической документации заняла порядка 2-х месяцев.

Для внедрения модуля маркшейдерского обеспечения открытых горных работ использовались материалы текущего маркшейдерского сопровождения горных работ и проект отработки месторождения (рис. 1).

Для создания базы данных тахеометрической съемки были использованы данные текущего периода. Кроме этого, в базу данных импортированы данные предыдущих этапов работы предприятия, которые содержались в виде электронных таблиц. Это дало возможность сопоставления расчетов за истекшие периоды работы, проведенных в системе и расчетов, выполненных «вручную». Таким образом, была проведена проверка правильности расчетов, выполняемых в расчётных задачах модуля маркшейдерского обеспечения.

В процессе выполнения работ по маркшейдерскому сопровождению горных работ специалистами маркшейдерской службы выполняются следующие операции:

• тахеометрическая съемка элементов горных работ;
• внесение данных съемки в базу данных маркшейдерской информации;
• пополнение цифровой модели горных работ;
• подсчет количественных показателей эксплуатационных единиц;
• тахеометрическая съемка и подсчёт количественных показателей складов готовой продукции и отвальных комплексов;
• проведение специализированных работ по наблюдению за устойчивостью бортов карьера.

Рис. 1 - Цифровая модель текущего состояния поверхности карьера, совмещенная с проектным контуром карьера

Наличие широких возможностей импорта-экспорта данных в ГИС позволяют наладить стабильное взаимодействие со многими программными продуктами, включая и специализированное программное обеспечение, разработанное научно-исследовательскими организациями для собственного использования. Так, в частности, эти возможности широко применяются при работах по изучению параметров устойчивости бортов карьера, проводимых совместно со специализированными организациями.

Для построения моделей геологической среды использованы материалы, полученные в результате первичной подземной отработки месторождения. Были построены трёхмерные модели отдельных стратиграфических горизонтов и очистного пространства подземной отработки. Это дало возможность анализировать современное состояние породного массива с выделением зон сплошной дезинтеграции, которые сопровождаются сильным разубоживанием руд вышележащими породами кристаллического фундамента и осадочного чехла (рис.2,3).

Рис. 2 - Каркасная модель первичного геологического строения отрабатываемой части месторождения

Учитывая ситуацию, при которой геологическое изучение качества сырья эксплуатационных единиц на этапе подготовки к взрывным работам до 2006 г. не велось, а в 2006-07 гг. исследованию подвергалась лишь незначительная часть скважин шарошечного бурения в виде отбора проб бурового шлама, база данных геологического изучения скважин разрабатывалась после внедрения основных модулей системы и начала систематического изучения качества сырья методом гамма-гамма каротажа.

Принимая во внимание исключительную сложность геологического строения месторождения, а также отсутствие достоверных данных о современном состоянии породного массива, подлежащего отработке, особое внимание уделялось возможности «многовариантного» расчета качественно-количественных показателей сырья и обоснованию плотности разведочной сети (плотности опробования).

Рис. 3 - Каркасная модель очистного пространства первичной подземной отработки месторождения

Для обоснования плотности разведочной сети специалистами предприятия были использованы методы геостатистического анализа, представленные в модуле блочного моделирования месторождений (рис. 4).

При моделировании активно использовались методы статистической обработки данных, содержащихся в базе данных геологических скважин. Данное положение обеспечивалось путем экспортирования данных в популярные форматы и последующего изучения статистических закономерностей с использованием специализированного программного обеспечения (рис. 5). Это дало возможность обосновать практическую плотность разведочной сети, которая в текущее время применяется на предприятии при определении качественно-количественных показателей сырья в эксплуатационных единицах.

Рис. 4 - Применение геостатистического анализа для определения характеристик пространственного распределения содержаний железа общего

В процессе геологического сопровождения горных работ специалистами геологической службы выполняются следующие операции:

• определение качественных показателей сырья в пределах эксплуатационных единиц путем шламового опробования и гамма-гамма каротажа;
• занесение данных опробования и гамма-гамма каротажа в базу данных геологических скважин с применением маркшейдерской информации о пространственном положении скважин;
• построение каркасных моделей эксплуатационных единиц на основе данных маркшейдерской съемки;
• построение блочных моделей эксплуатационных единиц;
• подсчет качественно-количественных характеристик сырья в пределах эксплуатационных единиц;

Рис. 5 - Результаты вычисления закона распределения содержаний железа общего в породах восточной части месторождения

• построение погоризонтных планов (планов кровли и подошвы) эксплуатационных единиц с отображением качественных характеристик сырья в заданных диапазонах содержания железа общего;
• уточнение современного состояния (строения) породного массива с внесением корректировок в каркасные и блочные модели месторождения.

Весь комплекс работ проводится с интенсивным привлечением сотрудников маркшейдерской службы, что позволяет обеспечить высокую точность и однозначность при обработке информации (рис. 6).

Особо следует отметить отсутствие в ГИС K-MINE ограничений на размер элементарного блока при построении блочных моделей, что делает возможным проведение весьма точных расчётов (при наличии соответствующих геологических данных) качественно-количественных показателей сырья. На практике специалистами предприятия используются блочные модели эксплуатационных единиц с размерами элементарного блока 1*1*1, 2*2*2 или 5*5*5 м, что соответствует технологии ведения горных работ и сложности геологического строения месторождения (рис. 6).

Кроме работ по инженерному сопровождению горных работ, специалистами предприятия ведутся работы по моделированию влияния зоны сдвижения и обрушения на современное состояние породного массива, что позволит в значительной степени уточнить текущее представление о геологическом строении глубоких горизонтов карьера, которые планируются к отработке (рис. 7).

Рис. 6 - Блочная модель эксплуатационного блока с разбивкой на диапазоны содержания железа общего, построенная в границах контура взрывания, выданного маркшейдерской службой. Размер элементарного блока 1*1*1

Применение модуля планирования и проектирования горных работ опирается на данные, полученные от геологической и маркшейдерской служб предприятия. С помощью ГИС K-MINE проектно-технической службой предприятия выполняются следующие работы:

• проектирование горных работ;
• планирование и проектирование буровзрывных работ;
• контроль за качеством выполнения проектов горных и буровзрывных работ.

 

Проектирование горных работ производится непосредственно с пространственной привязкой к текущему состоянию. При этом широко применяются алгоритмы оптимизации параметров горных работ и многовариантное планирование, что обусловлено чрезвычайной сложностью геологического строения и резкой изменчивостью качественно-количественных показателей сырья.

 



Рис. 7 - Установление параметров залегания воронки обрушения в пределах проектного контура карьера

 

Пример пространственного совмещения текущего и проектного состояния горных работ приведен на рис. 8.

 



Рис. 8 - Совмещение текущего и проектного контуров карьера при проектировании горных работ

 

На рис. 9 показан вариант проектирования автомобильного съезда.

 



Рис. 9 - Проектирование съезда

 

При проектировании и планировании буровзрывных работ применяется интегрированный модуль. Автоматизация процесса проектирования БВР позволила достичь высокой скорости разработки и внедрения проектов БВР, всестороннего учёта факторов, влияющих на качество работ (учёт геологического строения массива, применение короткозамедленного взрывания и т.д.). Высокая скорость расчётов показателей БВР достигается за счёт применения комплексной задачи ГИС «Паспорт бурового блока», являющейся полноценным аналитическим приложением. Пример проектирования бурового блока приведён на рис. 10, пример заполнения паспорта на проведение взрывных работ и расчёта показателей взрывания — на рис. 11.

Помимо выполнения стандартных задач инженерного сопровождения горных работ, возможности ГИС K-MINE активно используются при научно-практических исследованиях ведения горных работ, проводимых с привлечением научно-исследовательских организаций. Это обусловлено следующими факторами:

• быстрые многовариантные расчеты параметров карьера и его основных элементов;
• проведение расчетов с заданным уровнем точности;
• построение трехмерных проекций объектов цифровой модели в произвольной ориентировке, что позволяет получать всестороннее (избыточное) описание изучаемого явления.

 



Рис. 10 - Проектирование бурового блока

 



Рис. 11 - Заполнение паспорта на проведение взрывных работ

 

В 2008 г. был проведен комплекс научно-исследовательских работ, результатами которых было обоснование параметров устойчивости восточного борта карьера «Северный» при постановке его в проектное положение и составление методических указаний по безопасному ведению горных работ при постановке уступов карьера в проектные параметры. Часть аналитических и весь объем графических работ в процессе исследований были выполнены в среде ГИС K-MINE (рис. 12).

В 2008-2009 годах выполнены работы по оптимизации конечного контура карьера с использованием уточненной геологической модели, ограничивающих целиков и расчетных параметров устойчивости бортов карьера.

Применение ГИС K-MINE в работе ГОК «Укрмеханобр» позволило:

• оперативно решать вопросы многовариантного планирования и проектирования горных работ;
• оптимизировать процессы информационного обмена между службами предприятия и сторонними организациями;
• в кратчайшие сроки выполнить изучение статистических характеристик распределения полезного ископаемого и обосновать необходимые методы исследования и плотность разведочной сети;
• перевести операции документооборота горно-геологической и горнотехнической документацией на новый качественный уровень.

 



Рис.12 - Построение геологического разреза, совмещенного с проектным контуром карьера

 

Литература:

1. Богацкий В.В. Математический анализ разведочной сети. - М.: Госгеолтехиздат. -1963. - 212 с.
2. Василенко Є.С. Визначення закону розподілу корисного компонента при вторинному відпрацювання родовища багатих залізних руд// Науковий вісник Національного гірничого університету. - 2009. -№ 2. -С. 45 — 48.
3. Капутин Ю.Е. Горные компьютерные технологии и геостатистика. - СПб.: Недра. -2002. - 424 с.
4. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. Серия "Науки о Земле" т. 12. - М.: Мир. -1968. - 408 с.
5. Скачков А.А., Василенко Є.С., Несмашний Є.О., Ткаченко Г.І., Шпанко І.В. Обґрунтування стійких параметрів проектного контуру східного борта кар'єру "Північний" при повторній розробці залізних руд// Вісник Криворізького технічного університету. - 2008. вип. 22. -С. 211 — 216.

---

Предыдущий доклад: Опыт использования ГИС K-MINE на ОАО "Южный ГОК"

Следующий доклад: Опыт использования ГИС K-MINE при моделировании и подсчете запасов для Новокриворожского и Валявкинского месторождений железистых кварцитов