Автоматизация работы маркшейдерских служб предприятий с использованием геоинформационных систем

Компьютерный комплекс для выполнения маркшейдерских задач в геоинформационной системе K-MINE длительное время активно используется на многих горнодобывающих предприятиях, в научно-изыскательских организациях, учреждениях государственного контроля и горного надзора, учебных заведениях. За это время он активно развивался, дополнялся и расширялся новыми возможностями, превратившись в передовой, шагающий в ногу со временем и отвечающий самым различным требованиям пользователей продукт.

Модуль маркшейдерского обеспечения содержит набор функций, которые позволяют автоматизировать весь цикл производства маркшейдерских работ.

Все функции модуля можно разбить на несколько групп задач:

формирование и пополнение опорного обоснования (засечки);

камеральная обработка данных маркшейдерских съемок (тахеометрическая съемка, теодолитные хода, нивелирование);

решение обратных маркшейдерских задач, при выносе в натуру;

автоматизация измерений (угловые и линейные), расчет объемов и площадей;

решение позиционных геометрических задач (комплекс построения профилей и разрезов);

специальные задачи маркшейдерской службы;

формирование и ведение специальной регламентированной и дополнительной отчетной документации (комплекс АРМ маркшейдера);

взаимодействие с другими службами горнодобывающего предприятия.

Качественный уровень производства маркшейдерских работ значительно отличается на каждом предприятии. Так, крупные предприятия приобретают современные измерительные приборы (электронные тахеометры, светодальномеры, нивелиры, измерительные GPS-инструменты и др.), выполняют обучение пользователей, покупают и устанавливают программное обеспечение. На небольших предприятиях с ограниченными финансовыми возможностями до сих пор еще нередки случаи использования традиционных оптико-механических инструментов и рулетки. Поэтому, разработчиками системы учитывались особенности работы с любыми видами измерительных приборов.

Работа с модулем маркшейдерского обеспечения возможна как в локальном, так и в многопользовательском режимах. Последний характеризуется использованием единой базы съемок для всех исполнителей с возможностью удаленного доступа к базе. Съемки (тахеометрия, теодолитные хода, нивелировка), точки, опорные пункты, исполнители, инструменты заносятся в единую базу данных, и могут быть использованы всеми пользователями системы. Это позволяет исключить дублирование информации, обеспечить взаимозаменяемость исполнителей при работе на разных участках карьера, отвалов, прилежащих территорий, упрощения процедуры поиска съемок, администрирования системы. Кроме того, использование единой информации повышает контроль исполнительской дисциплины при производстве маркшейдерских работ на предприятии.

Повседневная работа маркшейдера выглядит следующим образом. Участковые маркшейдера выполняют съемочные работы в карьере. В качестве объектов съемки могут выступать различные объекты: бровки уступов, ярусы отвалов, отметки площадок или берм, устья буровых скважин, места расстановки технологического оборудования, опоры ЛЭП, геологические контакты пород и т.д. Для удобства пользователя можно сразу же определить видимые пункты опорного обоснования в заданной зоне карьера, которые могут быть использованы для съемки и расчетные погрешности не превышает допустимых.

С помощью процедуры засечки (прямой, обратной, боковой) по сети опорных пунктов определяются координаты точки стояния. Если пунктов обоснования недостаточно, то к точке стояния от известного тригопункта прокладывается теодолитный ход (замкнутый, разомкнутый или висячий). Далее с этой точки выполняется тахеометрическая съемка объектов. Ежедневно маркшейдер выполняет множество подобных измерений. Все данные съемок записываются в память прибора, а в случае работы со оптико-механическими измерительными приборами в полевой журнал. Описываемый компьютерный модуль поддерживает большинство популярных форматов измерительных инструментов, список которых постоянно дополняется разработчиками.

В настоящее время все большую популярность получает использование для маркшейдерских съемок измерительных приборов с GPS. Установка GSM станций на борту карьера позволяет практически в режиме реального времени передавать данные съемок на центральный сервер системы (рис. 1) [1]. Для того чтобы выполнить съемку, произвести ее камеральную обработку и вынести данные в цифровую модель карьера, участковый маркшейдер тратит 7-12 минут. Использование RТK-режима (без постобработки, с возможностью получения координат планово-высотного положения непосредственно в момент съемки в реальном времени) еще более ускоряет этот процесс. Кроме того, использование подобного оборудования позволяет отказаться от использования традиционного маркшейдерского обоснования, выполнять все измерения без горнорабочего, свести к минимуму вероятность возникновения ошибок, вызванных погодными условиями и субъективными факторами.

Для ввода данных из измерительных приборов в систему могут использоваться различные способы: дистанционные беспроводные – радиоканалы УКВ, GSM, GPRS, Bluetooth; проводные – через порт компьютера RS-232; ручной ввод.

Постобработка данных съемки традиционным способом начинается с определения координат точки стояния. Для этого в системе используются всевозможные засечки (прямая, боковая, обратная). Система автоматически отбраковывает варианты с недопустимыми погрешностями или грубыми ошибками. Координаты точки заносятся в базу опорного обоснования. По результатам расчета оформляется отчет, который можно экспортировать в форматы популярного ПО (MS Word, Excel, PDF, XML) и автоматически подключить к базе съемок (рис.2)[1].

Следующим шагом работы является обработка данных тахеометрической съемки. При выполнении съемок с помощью электронных тахеометров, для каждой измеренной точки вводятся идентификаторы, которые могут быть классифицированы системой при создании объектов съемки. Их использование значительно ускоряет процесс группировки данных и построения съемок. В одной съемке можно рассчитать координаты пикетов разнотипных карьерных графических объектов (бровки, линии обваловок, отметки по площади, оси автомобильных и железных дорог, опоры, геологические контакты и другие), выполнить их группировку и, при необходимости, изменить порядок соединения точек. Координаты точек рассчитываются автоматически по мере ввода данных (рис. 3)[1]. В одной съемке можно выполнять расчет координат, как с опорной, так и с переходной точек.

Рассчитанные пикетные точки могут быть помещены в таблицу опорных точек и использованы при дальнейшей работе для любой задачи модуля. Все съемочные данные могут быть напрямую переданы в графический редактор ГИС K-MINE, где выполняется дальнейшая обработка графики (рис. 4)[1]. При этом нет необходимости использовать обменные файлы, данные съемки отстраиваются в модель согласно настройкам.

При ручном вводе данных пользователь может самостоятельно задавать параметры измерительного инструмента (вид измерения расстояний, горизонтального и вертикального углов, погрешность измерения расстояний и углов, точность ввода значений для любого показателя). Все тахеометрические съемки при возникшей необходимости могут быть выведены на печатающее устройство или экспортированы в форматы популярного ПО (MS Word, Excel, PDF, XML).

Кроме линейно-угловых сетей, программа позволяет работать с нивелирными сетями (техническое и тригонометрическое нивелирование), решать прямые и обратные геодезические задачи, подготавливать данные для выноса в натуру, выполнять расчет и построение съемок комбинированным способом.

Немаловажным фактором, который улучшает качество выполнения маркшейдерских работ, является возможность быстрого поиска по базе данных съемок любого объекта с координатами. То есть, для любой пикетной точки, которая была отстроена в графическом редакторе и внесена в модель, можно проверить дату выполнения маркшейдерской съемки и узнать исполнителя.

Одной из основных задач маркшейдерской службы предприятия является подсчет объемов выемки и транспортирования горной массы, погашенных запасов. Для этого, в модуле маркшейдерского обеспечения предусмотрен блок измерений и расчета объемов и площадей фигур различными методами. Выбор метода определяется техническими условиями предприятия, а также показателями точности. При выполнении расчетов объемов фигур предусмотрены такие методы: по площади и средней высоте фигуры, горизонтальных сечений, вертикальных сечений (разрезов), треугольных призм. Последние два метода дополнительно выполняют разбиение расчетной фигуры на выемочные и засыпочные части. Это позволяет рассчитывать объемы, как по целиковой части фигур, так и по развалу горной массы. Результаты расчетов объемов могут быть оформлены в виде отчетов заданного образца.

Так, например, при расчете объемов фигур методом вертикальных сечений, пользователю достаточно выполнить оконтуривание фигуры, задать линию направления для построения расчетных сечений и их шаг (рис. 5)[1]. Результаты расчета объемов фигур заносятся в таблицу базы данных, и используются в качестве первичных данных для формирования акта маркшейдерского замера.

К дополнительным задачам блока измерений относятся любые линейные и угловые измерения в плоскости и в пространстве, измерения площадей фигур, ограниченных контуром или произвольным числом линий, измерение длин кривых линий, радиусов закруглений и многое другое.

Специалисты маркшейдерской службы предприятия регулярно сталкиваются с решением всевозможных позиционных геометрических задач. Многие из них требуют от пользователя специальных знаний, развитого пространственного мышления и могут быть достаточно трудоемкими. К тому же, даже незначительная ошибка в расчетах и построениях может привести к значительным затратам на ликвидацию ее последствий. К ним относятся: построение совмещенных маркшейдерских разрезов для нескольких положений горных работ, в том числе по нескольким профильным линиям; построение профилей линейных объектов, например коммуникаций, съездовых частей трасс; оконтуривание объектов, в том числе по горизонтам; формирование недостающих (по которым невозможно выполнить съемку) бровок уступов с постоянным, переменным или динамическим углом откоса, оформление чертежей бергштрихами разного типа (рис. 6)[1] и многие другие.

Для предприятий, выполняющих отработку месторождений с использованием поуступной технологии и использующими отбойку пород взрывами, модуль маркшейдерского обеспечения содержит набор специальных функций:

связывание в группу скважин, съемка которых выполнялась с нескольких точек;

упорядочивание и автоматическая нумерация скважин во взрывном блоке;

пересчет глубин скважин по рельефу площадки;

оконтуривание бурового блока;

построение линии раннее взорванного по горизонту;

подсчет объемов бурения и взрывания в буровом блоке и другие, сравнение фактического положения выбуренных скважин с проектом (в том числе и для специальных работ), вынесение данных проекта на бурение в натуру при выполнении разбивочных работ и др.

Маркшейдерская служба является обеспечивающей для других служб рудника. На базе актуальных моделей, получаемых по результатам маркшейдерских съемок, выполняются задачи планирования и проектирования горных работ, оперативное управление горными работами, диспетчеризация. Кроме актуализации состояния горных работ в карьере и на отвалах маркшейдерской службой выполняется ряд специальных задач горного производства. К ним относятся: подсчет остатков взорванной горной массы по карьеру; расчет подготовленных и готовых к выемке запасов; определение активных и общих фронтов горных работ по горизонтам; определение расстояний от пунктов погрузки к пунктам разгрузки по сети дорог в карьере и на отвалах (рис. 7)[1] и многие другие.

Для выполнения подобных задач используется математический аппарат аналитической пространственной геометрии, теории графов. Результаты расчетов сохраняются в таблицах базы данных маркшейдерии, могут быть выведены на печатающее устройство и экспортированы в форматы популярного ПО (MS Word, Excel, PDF, XML).

И, конечно же, одной из главных задач маркшейдерской службы предприятия является статистический учет работы рудоуправления и расчет акта маркшейдерского замера. На основании этого документа производится закрытие месяца по добытым и вывезенным объемам горной массы.

Данные маркшейдерского замера являются первоосновой для формирования фонда заработной платы по руднику. Поэтому, в модуле маркшейдерского обеспечения горных работ предусмотрены аналитический блок задач для формирования акта маркшейдерского замера. Он представляет собой многофункциональный табличный редактор (рис. 8)[1], с помощью которого выполняются расчеты по учету добытых и погашенных запасов в забоях, учету и анализу движения горной массы на складах, перегрузках и отвалах. Блок снабжается большим количеством нормативно-справочной документации, шаблонов, что значительно ускоряет работу, позволяя выполнять расчеты для нескольких вариантов. Результаты расчетов используются другими службами предприятия (бухгалтерия, плановое бюро, технические и производственные службы). Кроме расчетных задач акта маркшейдерского замера модуль снабжен средствами аналитики: сравнительным анализом плановых и фактических показателей работы рудника, учетом добытых и погашенных запасов, анализом остатков горной массы в динамике и многие другие.

Таким образом, модуль маркшейдерского обеспечения ГИС K-MINE представляет собой универсальный инструмент, способный решать множество разных задач. Это инструмент, позволяющий автоматизировать горно-геометрические расчеты, организовать ведение горнотехнической документации, создавать комплексные системы управления горными работами. Использование модуля повышает точность расчетов, сокращает в несколько раз временные и материальные затраты на выполнение базовых операций по съемке и обработке данных, что очень важно в условиях интенсивного горного производства. Встроенный язык скриптов позволяет пользователям значительно расширить функциональность программы и максимально автоматизировать решение собственных задач. Многопользовательский режим работы обеспечивает повышение точности и надежности информации за счет авторизированного доступа к данным, позволяет организовать работу всех служб предприятия в едином информационном пространстве, ускорить процессы выполнения технологических задач.

Эффективность работы модуля подтверждена практическим опытом использования системы на многих предприятиях Украины и стран ближнего и дальнего Зарубежья.

Основными направлениями дальнейшего расширения функциональности модуля маркшейдерского обеспечения, является разработка математического аппарата обработки данных дистанционного зондирования и лазерного сканирования.

Список литературы

Автоматизация горных работ c ГИС K-MINE. – Режим доступа : URL : http://kai.com.ua.