Решение прикладных горно геологических задач с использованием программного обеспечения Gemcom
И.Д. Васильев, кандидат геологоминералогических наук, ведущий инженер ООО «ГЕМКОМ СОФТВЭА РУС»
О.А. Мельникова, ведущий геолог ООО «ГЕМКОМ СОФТВЭА РУС»
Использование программного обеспечения (ПО) Gemcom позволяет успешно решать самые разнообразные прикладные задачи: от блочного моделирования и подсчета запасов полезных ископаемых до проектирования горных работ на месторождении и стратегического планирования. Пользователи ПО – преимущественно компании, интересы которых лежат в сфере добычи рудных полезных ископаемых. Однако процент предприятий, использующих ПО Gemcom на пластовых типах месторождений также достаточно велик. И если зарубежные фирмы уже давно применяют различные пакеты программ для решения специализированных задач на горных предприятиях, то отечественные – лишь приступают. В частности, сейчас, многие российские угольные компании заинтересованы во внедрении на разрезах подобного ПО, что связано с желанием усовершенствовать контроль на производстве, иметь возможность оперативного планирования и учёта добычи, и в перспективе выйти на IPO.
Существует два различных пути создания 3D модели пластовых месторождений для дальнейшего подсчёта запасов, проектирования горных работ, БВР, ведения маркшейдерской базы данных, планирования.
Путь первый – создание модели, необходимой для всех последующих операций, на основе солидов (каркасов) пластов в программном комплексе Gemcom Surpac. Второй – с использованием сеточных грид-поверхностей слоев в Gemcom Minex с применением базы данных. Морфологически все угольные месторождения можно разделить на несколько крупных типов: пологозалегающие и крутопадающие. И это также будет обуславливать способ моделирования. Minex наиболее эффективно работает с толщами, падающими под углом до 50–60°. Программа не моделирует перевёрнутые слои, что является её отличительной чертой.
В отечественных реалиях, когда абсолютное большинство горнодобывающих предприятий на своих месторождениях используют устаревшие методики работ, а вся графика существует только на плоскости, процесс создания объёмной модели месторождения весьма затруднён. И прежде всего по причине отсутствия полноценной геологической базы данных, служащей основой функционирования большинства подобного ПО. В этом случае моделирование можно успешно осуществить в программном комплексе Gemcom Surpac. При этом каркасы пластов будут отстроены на основании маркшейдерских профилей или геологических разрезов, а качественные характеристики будут присвоены путем интерполяции в блочную модель данных, например, взятых со структурных колонок (рис. 1).
Рис. 1 Модель угольного месторождения с участками плановой и ожидаемой отработки, выполненная в программном комплексе Gemcom Surpac
Специализированным пакетом для геологического моделирования, проектирования и планирования пластовых месторождений полезных ископаемых (уголь, фосфориты, платиноиды, хромиты и прочее) является Gemcom Minex. Программа активно используется иностранными предприятиями. На российском же рынке её можно считать новинкой, хотя в мире она известна достаточно давно.
Gemcom Minex – горно-геологическая система, которая наиболее широко используется на угольных разрезах. Она позволяет осуществлять быстрое моделирование пластовых месторождений с различными углами падения и обилием разрывных нарушений. В отличие от большинства традиционных горно-геологических пакетов Minex работает не с каркасными моделями, а с сеточными поверхностями, что значительно упрощает процесс построения пластов различной мощности, а наличие специального функционала позволяет осуществлять их автоматическое построение.
Фундаментом программы служит геологический модуль с базой данных по скважинам, в которой содержится информация об их местоположении в пространстве, данные по опробованию, качеству полезного компонента, литологии, а также результаты геофизических исследований. Ввод данных может осуществляться из журналов разведочного бурения или импортироваться из Access, Excel и др. При этом программа проводит заверку вносимых данных, например, для того, чтобы интервалы по опробованию не перекрывали друг друга. В любой момент база данных может быть отредактирована на основании новых геологических данных по скважинам, пополнена результатами лабораторных анализов.
Рис. 2 Пример автоматизированного дополнения недостающих
данных
К одной из наиболее полезных функций ПО относится возможность автоматического стратиграфического анализа, что упрощает процесс моделирования. Корреляция геологических слоёв осуществляется на основании информации о литологических разностях пород, полученной при изучении скважин. При этом для более точного построения модели, возможен учёт данных геофизического каротажа скважин. Таким образом, выделяются отдельные, например, угольные интервалы. В некоторых случаях, при ограниченности информации по скважинам программа самостоятельно математически может определить и дополнить исходную информацию, к примеру, рассчитать, проинтерполировать мощность пласта в местах, где он не вскрыт бурением (рис. 2). Таким образом, во всех скважинах будут присутствовать все пласты и проблем, возникающих при прямом соединении интервалов с полезным ископаемым между скважинами, не возникнет, мощности останутся выдержанными, данные по разрезу окажутся полными. Одна из характерных особенностей пластовых месторождений – наличие расщепляющихся слоев, что существенно усложняет процесс моделирования. Gemcom Minex способен автоматически производить операцию построения подобных пластов.
Всё это позволяет создать законченную стратиграфическую модель месторождения.
На основе полученной модели и базы данных Gemcom Minex автоматически создаёт в пространстве грид-модели пластов с заданным размером элементарных ячеек и интерполирует показатели качества (для угольных разрезов – зольности, влажности и др.) в каждую ячейку. По сути, грид-моделирование представляет собой аналог блочного моделирования, но в случае пластовых месторождений оно будет более точным. Независимо от количества пластов (два, три или сто) с помощью данной функции временные затраты по созданию трёхмерной модели месторождения сводятся к минимуму, в отличие от процессов каркасного моделирования, при котором каждый пласт отстраивается отдельно и вручную, что неизбежно влияет на точность и качество работ. При дальнейшей работе с грид-поверхностями используется суффиксная система, что упрощает процесс выборки данных по конкретному параметру, а в дальнейшем их обработку.
Для многих месторождений, в частности угольных, характерно наличие сложной системы разрывных нарушений, с множеством мелких оперяющих разломов. Поэтому корректное моделирование тектоно-динамической ситуации относится к одной из главнейших задач при работе с подобным типом месторождений. В Gemcom Minex при моделировании разрывных нарушений используется временной историко-геологический подход и любому разлому можно задать поверхность с вертикальным смещением (рис. 3).
Рис. 3 Моделирование разломов в среде Gemcom Minex
осуществляется в два этапа. На первом (A) происходит
выравнивание модели скважин в доразломное состояние
с построением поверхностей пласта и всех качественных
параметров, на втором (Б) передвижение поверхностей
кровли и почвы слоев в «нарушенное» состояние
В Minex возможно осуществлять прогнозирование местоположения разрывного нарушения. Например, на основе построения карты распределения Z-отметок кровли или подошвы пласта, при вычислении толщины пласта и проекции толщины пласта на плоскость, либо на основе интерпретации геофизических данных. Это существенно облегчает задачу по выявлению разрывного нарушения. В программе каждый известный разлом обрисовывается в плане линией и записывается программой как линия-стринг. В каждой точке этой линии-стринга записывается угол падения разрывного нарушения и азимут. Программа поднимает и опускает скважины в массиве таким образом, чтобы сформировать ненарушенный пластовый массив до начала процесса формирования разломов. При моделировании разрывных нарушений указывается порядок их формирования, тип. Затем, с учётом местоположения и по формам разрывных нарушений, Minex возвращает пласты в современное состояние. Это позволяет получить современную геологическую модель с учётом разрывных нарушений. Стоит отметить, что программе не важно, что представляет собой топоповерхность в данный момент или, что часть данных по скважинам отсутствует. Программа отстраивает массив пород в дотектоническом состоянии, а уже затем моделирует пласты с учётом произошедших движений (рис. 4). Таким образом, минимизируется влияние нарушений пластов на интерполяционный расчёт параметров качества.
Рис. 4 Итоговая грид-модель пластового месторождения,
построенная в программном комплексе Gemcom Minex
Для подсчёта запасов используются сеточные грид-модели, которые позволяют рассчитать запасы полезного ископаемого (в частности, угля с засоренными породными прослоями, чистого угля, эксплуатационные потери по построенным моделям пластов, в заданных пределах значений отдельных параметров – зольности, летучих компонентов, истинной мощности и т.д).
Однако построение 3D модели месторождения и подсчет запасов не является самоцелью, а служит лишь основой для дальнейшего планирования и проектирования.
Gemcom Minex – комплексное решение для горнодобывающего предприятия, поэтому программа имеет собственный внутренний оптимизатор, работающий с сеточными поверхностями пластов и позволяющий определить конечные контуры карьера. На первом этапе оптимизации предлагается нахождение формы карьера, который даст максимальный доход. Для этого вводятся данные по себестоимости добычных работ отдельно по полезному ископаемому и вскрыше, задаётся коэффициент потерь, определяется минимальная мощность пласта, который пойдет в отработку, ширина отработки, генеральный угол откоса борта карьера.
Однако, даже определив форму оптимального карьера, его не возможно будет отработать мгновенно, на это требуются многие годы, а ситуация на рынке может кардинально измениться. Поэтому расчет оптимальных контуров карьера выполняется для разных цен на полезное ископаемое. Это дает гарантию того, что даже если цена на бирже изменится, всегда останется возможность скорректировать планы по отработке карьера.
В программе также имеется собственный встроенный планировщик, позволяющий работать с неровными горизонтами пластов, соответствующими кровле или подошве слоя. Minex даёт возможность: разработки перспективного плана ведения открытых горных работ, этапов его отработки и календарного годового плана горных работ, детального проектирования карьера, разработки и корректировки оперативного плана ведения открытых горных работ с использованием имитационного моделирования работы транспортно-погрузочных комплексов, проектирования дорог, визуализация плана горных работ. Программа способно задать контура (границы) карьера по верхней или по нижней поверхности или горизонту с последующим проецированием контуров на нижележащий горизонт или поверхность, с соблюдением углов откоса и ширины бермы, разделить карьер на полосы по ширине заходки экскаватора. В итоге, каждый горизонт оказывается разделённым на блоки, в любом из которых возможно подсчитать объём запасов каждого пласта и каждого попавшего в блок междупластия. Что важно, геометрия «полосок» и «блоков» может быть практически произвольной, так как имеется возможность «ручного» режима моделирования.
Мощный модуль для проектирования подземных горных работ позволяет наиболее эффективно добыть полезные ископаемые, залегающие на значительных глубинах. Отдельной частью программы является маркшейдерской модуль, позволяющий вводить, и обрабатывать результаты съёмки с использованием цифровых приборов, осуществлять построение фактических контуров отработки по данным маркшейдерской съёмки. Модуль БВР способен проектировать сети взрывных скважин на открытых горных работах, включая оконтуривающие наклонные скважины, задавать автонумерацию скважин и загружать их в базу данных.
Gemcom Minex позволяет работать в единой информационной среде геологам, маркшейдерам, горным инженерам открытых и подземных горных работ (БВР, оптимизация, проектирование и планирование).
Данное программное обеспечение позволяет выбрать лучшие варианты для снижения расходов, уменьшения риска и негативного влияния на окружающую среду, одновременно позволяя извлечь максимальную выгоду от промышленного потенциала объекта. Выбор программного средства в конечном итоге зависит от поставленных целей, имеющейся базы и в каждом случае будет уникальным. Надо чётко понимать, что за подобным ПО будущее и чем быстрее будет сделан выбор, тем раньше эффективней предприятие начнёт работать, а соответственно приносить больший доход. Ведь эти программы создаются не для получения «красивых картинок» или абстрактных геологических моделей, а служат инструментом экономического планирования.
ООО "ГЕМКОМ СОФТВЭА РУС"
