Опыт использования ГИС K-MINE на ОАО «Полтавский ГОК»

Винивитин Д.В., заместитель главного инженера, ОАО «Полтавский ГОК», г. Комсомольск, Украина

Увеличение объемов производства горно-обогатительного комбината (ГОКа), добыча руды с больших глубин, усиление конкуренции на рынке железорудного сырья требует постоянного поиска решений по снижению себестоимости конечной продукции и повышению ее качества. Это сопряжено с поиском новых подходов, способных вывести предприятие на новые технические уровни. Одним из них является внедрение автоматизированных систем, позволяющих оптимизировать технологический процесс, поднять производительность труда, снизить себестоимость продукции и соответственно увеличить рентабельность производства.

Основываясь на этом, в 2006 году Полтавский ГОК приступил к внедрению автоматизированной системы управления (АСУ) горными работами (ГР). Сотрудничество со многими иностранными компаниями комбината требовало выбора аппаратной и программной основы, которая бы отвечала наилучшим мировым стандартам и имела возможность дальнейшего развития. До этого момента Полтавский ГОК уже имел опыт работы с некоторыми зарубежными компьютерными системами, однако они не могли удовлетворить всем запросы производства.

Поэтому, специалистами комбината был изучен опыт работы существующих отечественных и иностранных разработок, проанализированы их технические возможности и стоимостные показатели. Учитывались также следующие показатели: наличие полного перечня необходимых комбинату компьютерных модулей; адаптация системы к международным и отечественным стандартам ведения горных работ; возможность построения в едином информационном пространстве цифровых моделей месторождений, карьеров, генерального плана предприятия, систем энергокоммуникаций, а также решение задач планирования, проектирования горных работ, автоматизации геолого-маркшейдерских работ, задач диспетчеризации.

В результате выбор был сделан в пользу геоинформационной системы (ГИС) K-MINE, которая к этому моменту уже завоевала авторитет на рынке и как нельзя лучше подходила по своим технологическим параметрам для условий Полтавского ГОКа.

Это позволило комбинату в короткие сроки внедрить и освоить АСУ ГР, которая уже прошла испытание временем, признана и одобрена коллективом.

Процесс создания системы начался с анализа информационных потоков, связанных с планированием и ведением горных работ в карьере, определения круга решаемых задач. В результате была сформирована структура автоматизированной системы, проанализирована пропускная способность каналов передачи информации, определено необходимое количество рабочих мест и пункты их установки.

Структурная схема АСУ горными работами, эксплуатируемая на ОАО Полтавский ГОК, приведена на рис. 1.

Рис. 1 - Структурная схема АСУ горными работами ОАО «Полтавский ГОК»

Работы по ее созданию выполнялись в несколько этапов:

приобретение лицензий на компьютерные модули геоинформационной системы K-MINE для дальнейшей работы специалистов;

обработка первичной картографической информации и создание трехмерных моделей Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений железистых кварцитов;

создание трехмерных моделей поверхностей карьера и отвалов, прилежащих территорий, коммуникаций, дорог и пр.;

создание единой базы данных маркшейдерской и геологической информации для совместной работы специалистов в системе;

адаптация программного обеспечения под требования заказчика;

обучение пользователей работе с ГИС.

Объем картографического материала, подлежащего обработке для создания цифровых моделей месторождений и поверхностей карьера, отвалов и прилежащих территорий, составил более 400 м2 в виде планшетов, карт, сводных планов, работа по оцифровке которого заняла порядка 3 месяцев.

Одновременно с созданием цифровой модели месторождения (геометризацией рудных тел и пород вскрыши) было выполнено моделирование структуры и наполнение данными базы разведочных скважин (детальной и пр.). Структура базы была разработана таким образом, что позволила использовать ее для внесения данных эксплуатационной разведки и уточнения модели. В результате была получена полная модель Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений в виде набора погоризонтных планов, вертикальных разрезов, каркасных и блочных структур, описывающих все минеральные разновидности руд, а также все вмещающие породы вскрыши. При этом, был дополнительно выполнен геостатистический расчет месторождений (рис. 2 а, б).

Для проверки адекватности и точности полученных моделей проведен подсчет остатков балансовых запасов в контурах их подсчета (традиционным методом и с использованием цифровой модели), выполнен анализ соответствия полученной модели утвержденным ранее запасам, что отражено в новом протоколе Государственной комиссии Украины по запасам полезных ископаемых.

Параллельно выполнено моделирование поверхности карьера, отвалов, контуров буровзрывных работ, коммуникаций, прилежащих территорий (рис. 3).

Адекватность маркшейдерских моделей была проверена и подтверждена результатами аэрофотосъемки.

Рис. 2 - Геологическая модель Горишне-Плавнинского и Лавриковского месторождений: а) - каркасная модель разновидностей, б) блочная модель

Рис. 3 - Цифровая модель текущего состояния поверхности карьера, совмещенная с контурами буро-взрывных работ, автомобильными и железными дорогами

Принцип хранения и доступа к информации в автоматизированной системе реализован следующим образом. Цифровые модели хранятся на центральном сервере и классифицируются по уровню доступа к ним. Это позволяет реализовать многопользовательский режим работы с информацией с учетом разграничений прав доступа. K-MINE имеет средства протоколирования действий, что позволяет отслеживать кто и когда сделал те или иные изменения в данных.

К дополнительным функциям системы относятся резервное копирование данных, создание и управление архивами, что позволяет получать оперативный доступ к любой, даже устаревшей информации. Кроме того, предусмотрена возможность полного резервирования всей информации на жестких или оптических носителях. Эти мероприятия полностью исключают возможность преднамеренной или непреднамеренной порчи данных. Прямой доступ к данным маркшейдерской информации и геологической модели имеют специалисты комбината с разграничением прав доступа.

Основой бесперебойной работы объекта управления (карьера) является эффективная система планирования горных работ. Оптимальность функционирования обуславливается наличием актуальной модели поверхности карьера и отвалов (на момент текущего состояния горных работ), а также модели месторождения.

Для обеспечения актуальности состояния этих моделей маркшейдерской и геологической службами рудоуправления и комбината используется специальный модуль оперативного геолого-маркшейдерского обеспечения K-GeoMark ГИС K-MINE.

В состав модуля оперативного маркшейдерского обеспечения входит несколько групп задач:

• камеральная обработка данных полевых съемок (в том числе возможность использования данных съемки с оптико-механических, оптико-электронных приборов, а также оборудования с использованием GPS);
• решение прямых и обратных геодезических задач;
• решение позиционных геометрических задач;
• подсчет объемов разными методами;
• комплекс задач для бурового комплекса и ряд служебных задач.

В состав модуля оперативного геологического обеспечения входят следующие задачи:

• обработка данных геологического опробования и геологического контроля с вынесением информации на планы и разрезы;
• ведение и пополнение базы данных эксплуатационной разведки;
• моделирование контуров простирания рудных тел и геологических разновидностей;
• быстрое построение погоризонтных планов и разрезов;
• расчет качества в блоке и произвольном контуре;
• расчет потерей и разубоживания;
• комплекс задач работы гидрогеолога и др.

Пополнение оперативных данных единой цифровой модели выполняется специалистами карьера ежедневно после выполнения съемки. Таким образом, в любой момент времени существует «живая» модель данных для задач планирования и проектирования горных работ.

Для решения задач календарного планирования используются актуальные модели на заданный период времени. Вопросами календарного планирования в настоящее время на комбинате занимается бюро горных работ в составе технического отдела рудоуправления. С помощью соответствующих компьютерных модулей K-Project и K-Plan решаются задачи текущего и перспективного планирования, а также задачи оперативного проектирования, в том числе буро-взрывных работ.

С использованием функций K-MINE в данное время решаются задачи календарного планирования на месяц, квартал, год и проработка вариантов развития горных работ на перспективу (пять, десять и более лет). При формировании календаря отработки используются методы прямого счета. То есть проектировщик указывает одно из положений уступа (дно карьера, верх, или произвольный уступ) и от него в полуавтоматическом режиме согласно геометрическим параметрам (углы откоса, рабочие площадки, высота уступа) выполняется построение участка борта карьера. Расчет выполняется пошагово, после каждой итерации пользователь получает информацию об объемах пород, попадающих в контур подсчета с разделением на выемку и засыпку, и при необходимости может скорректировать параметры расчета. Таким образом, за короткое время можно выполнить формирование нескольких вариантов программы горных работ. Автоматически по графическим данным формируется набор статистических данных (разбивка объемов по участкам, по горизонтам, по единицам техники и др. (рис. 4 а, б)).

Рис. 4 - Программа горных работ на месяц: а) графическое представление программы горных работ в карьере, б) формирование отчетной документации по программе горных работ

Аналогичным образом выполняется формирование годовой, а также долгосрочной программы горных работ (рис. 5, 6).

Рис. 5 - Вариант годовой программы горных работ в карьере с разбивкой объемов по кварталам

Рис. 6 - Вариант конечного контура горных работ в карьере

Для разработки проектных решений при отработке карьера используется модуль K-Project. В его состав включены средства геометрического проектирования элементов горных работ: проходка съездов различного типа, формирование систем временных и постоянных отвалов, формирование транспортных коммуникаций (автомобильные и железнодорожные пути) с возможностью вписывания их в существующую ситуацию и многое другое (рис.7).

Рис. 7 - Разработка проекта транспортной перегрузки по горизонту +77/+66.

Для проектирования буро-взрывных работ в лаборатории буровзрывных работ (БВР) рудоуправления используется модуль K-BVR в составе указанной системы.

С применением модуля проектирования выполняется полный спектр задач, связанных с разработкой проектов при выполнении буро-взрывных работ в карьере (проектирование блока на бурение, проектирование коммутации, расчет зарядов скважин, расчет зон безопасности и формирование отчетной документации на выполнение работ) (рис.8).

Рис. 8 - Проект на бурение блока гор -198/-210.

Для контроля качества выполнения БВР в карьере используется модуль распознавания гранулометрического состава взорванной горной массы K-Granules в составе ГИС. Маркшейдерской службой карьера выполняется фотографирование забоев после проведения взрывов. С помощью модуля выполняется определение гранулометрического состава в развале фотопланиметрическим методом (рис. 9). Информация систематизируется в базе данных и используется для контроля выхода негабаритов, корректировки паспортов взрыва и составления карты буримости для локальных зон карьера.

Использование АСУ горными работами для ОАО «Полтавский ГОК» на основе ГИС K-MINE позволило:

• в кратчайшие сроки выполнить пересчет запасов в контурах и защитить их в ГКЗ Украины;
• оперативно решать вопросы многовариантного планирования отработки карьера для разных временных интервалов;
• оптимизировать процессы информационного обмена между службами рудоуправления;
• существенно сократить сроки и повысить качество выполнения проектных работ генпроектировщиком - ОАО «ЮЖГИПРОРУДА», который также использует указанную ГИС.

Рис. 9 - Пример работы модуля определения крупности грансостава

Все это, в конечном счете, качественно улучшило работу предприятия, в условиях интенсификации производства в 2006-2008 гг. позволило, не увеличивая штат сотрудников, стабильно добиваться поставленных плановых заданий, снизить себестоимость ведения горных работ, увеличить рентабельность производства.