Разработка структуры единой отраслевой системы автоматизированного проектирования угольных шахт

Д.А. Стадник, канд. техн. наук, доцент кафедры «Геотехнологии освоения недр» НИТУ «МИСиС»

Анализ государственного управления в сфере недропользования свидетельствует о том, что в России недостаточно развита законодательная база и инфраструктурная поддержка технического регулирования в сфере проектирования горнотехнических систем. Отсутствие на государственном уровне механизма формирования набора нормативных требований и показателей оценки качества каждого проекта освоения георесурсов негативно сказывается на развитии техники и технологии в горной отрасли промышленности. В настоящее время наблюдается определенный разрыв между ростом технического уровня производства и темпами совершенствования методов проектирования, что приводит к снижению уровня прогрессивности принимаемых в угольной отрасли проектных решений.

Методическая база проектирования угольных шахт, сформированная еще при централизованной плановой экономике, в силу своей консервативности не в состоянии адекватно реагировать на непрерывно изменяющиеся требования к освоению георесурсов, особенно с учетом сложности мировой политической и экономической ситуации. Современный уровень развития научно-технического прогресса горнодобывающей отрасли, характеризующийся применением высокопроизводительной техники, интенсификацией производственных процессов, а также комплексным использованием недр и охраной природной среды, обусловливает необходимость многовекторного и объективного информационного обеспечения инженерных решений и реализации мероприятий по эффективному изучению, оценке и промышленному освоению георесурсного потенциала месторождений. Ко всему прочему, современное состояние и тенденции развития минерально-сырьевой базы угольной промышленности предполагают вступление отрасли в новую стадию промышленного освоения недр, которая характеризуется переходом от поисков и разведки запасов под заданные технологии их извлечения к синтезу адаптивных технологий добычи полезного ископаемого, обеспечивающих эффективную и безопасную отработку подтвержденных запасов.

При переходе к формированию современной технологической базы развития угледобывающей отрасли возникает необходимость разработки принципиально новых проектных решений, которые должны соответствовать тенденциям развития мирового сообщества и содержать в себе последние достижения в области науки и техники, что даст возможность позиционировать их как инновационные и прогрессивные.

Наиболее перспективным направлением представляется ориентация на горнотехнические системы, позволяющие на базе использования современных многофункциональных робототехнических кластеров и управления ими с использованием средств искусственного интеллекта добиться положительной динамики функционирования угольных шахт в условиях неопределенности при корректном отслеживании потребностей и конъюнктуры мирового рынка ископаемого угля. Использование адаптивных горнотехнических систем, способных управлять технологическими процессами в автоматизированном режиме, позволит разрабатывать качественно новые геотехнологии освоения недр.

В этой связи отчетливо проявляет себя проблема автоматизации проектирования с целью внедрения машинного моделирования горнотехнических систем на этапе их проектирования и непосредственно в контуре управления, то есть реализация эффекта адаптивности горнотехнических систем, в том числе в реальном масштабе времени. Выполненный анализ направлений повышения эффективности автоматизированного проектирования горнотехнических систем свидетельствует о том, что в реальных условиях функционирования угледобывающей отрасли наиболее действенной мерой результативного управления качеством проектов является реализация комплексного подхода к перманентному формированию баз данных, знаний и экспертных систем, позволяющих в автоматизированном режиме осуществлять выбор (поиск) перспективных вариантов проектных решений по отработке запасов выемочных единиц с последующей объективной поддержкой и корректировкой в соответствии с выявляемыми изменениями горно- геологических и горнотехнических условий.

Центральное место в области автоматизации решения горно-геометрических задач и организации геоинформационного обеспечения в настоящее время занимает проблема создания цифровых моделей месторождения, обеспечивающих адекватное представление качественных и количественных характеристик разрабатываемых месторождений полезных ископаемых. Геометрическое описание и структура этих моделей создаются проектировщиками в горно-геологических информационных системах (ГГИС), обеспечивающих решение задач недропользования. В настоящее время на мировом рынке коммерческих компьютерных программ для горных предприятий работают десятки фирм, предлагающих более 1000 программных продуктов различного класса, предназначенных для построения 3D-моделей месторождений и автоматизации самых различных функций управления горным производством. Результаты исследований показали, что для разработки проекта шахты современного уровня большая часть информации представлена в электронном виде, однако весь информационный массив разрознен и представлен в отдельных информационных системах. В этой связи реализация необходимости анализировать и обобщать значительный объем разнородной информации, формировать комплекс технических заданий на проектирование по имеющейся геологической информации о месторождении и предлагать рациональные проектные решения по отработке запасов полностью возлагается на экспертов. При разработке структуры единой отраслевой системы автоматизированного проектирования угольных шахт был выполнен системный анализ государственного управления недропользованием, информационного обеспечения проектирования, оценки, отработки запасов полезных ископаемых, автоматизированного 3D-моделирования угольных месторождений, методов прогнозирования, а также синтеза прогрессивных технологических решений при освоении георесурсов, по результатам которого предложен вариант структуры, представленный на рис 1.№4 (134) 2017

В структуре единой отраслевой системы автоматизированного проектирования угольных шахт выделяются три основных уровня: уровень управления горным производством, включающий одноименную подсистему, уровень автоматизации проектирования, включающий подсистемы синтеза и оценки качества проектных решений, и уровень формирования интегрированной геоинформационной базы, включающий подсистемы обработки горно-геологических характеристик, нормативно-методической и правовой документации, сведений о реализуемых проектных решениях.

На уровне формирования интегрированной геоинформационной базы применяются достаточно эффективные методы обработки и принципы интеллектуального анализа больших массивов геоданных, создаются и поддерживаются в актуальном состоянии тематические подборки регламентирующих документов, указатели российских и международных стандартов, профильный глоссарий для интерактивного изучения нормативной базы в процессе проектирования и согласования с ней проектных решений, а также обрабатываются сведения об апробации различных проектных решений в масштабе шахты, региона, Российской Федерации и за рубежом.

Уровень автоматизации проектирования на основании достоверных знаний о количественных и качественных характеристиках запасов полезного ископаемого в границах лицензионного участка горного предприятия, интеллектуального анализа данных и возможности их привязки к нормативно- правовому обеспечению недропользования позволяет разрабатывать качественно новые модели горнотехнических систем и синтезировать инновационные проектные решения по освоению георесурсного потенциала угольных месторождений. Кроме того, на данном уровне производится сравнительный анализ геологических и производственно- технических условий конкретного предприятия с условиями применимости заданных геотехнологий, оценивая эффективность их использования.

Уровень управления горным производством содержит законодательную базу и обеспечивает комплексную инфраструктурную поддержку для развития горнодобывающей промышленности путем государственного управления с задействованием регулирующих органов. Благодаря использованию специальных инициатив внутри страны уровень управления горным производством объединяет общественность, промышленность и правительство для поиска инновационных технологий добычи и переработки полезных ископаемых, оказывающих минимальное воздействие на окружающую среду.

Каждый из этих уровней имеет свою достаточно сложную структуру, которая является предметом более детального рассмотрения.

Предложенная структура единой отраслевой системы автоматизированного проектирования угольных шахт может быть использована при совершенствовании научно-методической базы автоматизированного проектирования горнотехнических систем для повышения адаптивности пространственно- планировочных и технологических решений, а также для перехода к использованию многофункционального роботизированного горного оборудования, способного функционировать в автономном режиме при наличии централизованной системы управления горным производством.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1.Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А. Структура системы технологического картографирования отработки запасов выемочных участков угольных шахт // Горный информационноаналитический бюллетень. 2008. 2. C. 233–238.
2. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А. Концепция проектирования и управления отработкой запасов выемочных участков на базе информационных технологий // Горный информационноаналитический бюллетень. 2009. 4. C. 279–285.
3. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А. Методические принципы автоматизированного проектирования раскройки рабочих ступеней шахтных полей / Библиотека горного инженера. Пути повышения эффективного и безопасного освоения пластовых месторождений полезных ископаемых подземным способом. Сб. науч. трудов (вып. 2). Сиб. угол. энергет. компания (СУЭК). Под ред. В.Б. Артемьева и др. М.: Горное дело, ООО «Киммерийский центр», 2014. C. 155–158.
4. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Гинкель В.К. К вопросу совершенствования методологии проектирования высокопроизводительной отработки запасов выемочных участков угольных шахт // Горная промышленность. 2012. 3(103). C. 70–75.
5. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Оганесян А.С. Методические принципы прогнозирования развития горных работ на угольных шахтах на базе нечеткого моделирования // Горный информационно-аналитический бюллетень. Проектирование и организация горнотехнических систем. Отдельные статьи (вып. 1). 2011. 12. C. 3–12.
6. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Стадник Н.М. Повышение качества 3D моделирования угольных месторождений на основе использования теории сплайнов // Горная промышленность. 2010. 6(94). C. 60–61.
7. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Стадник Н.М. Методические принципы кластеризации запасов угольных пластов, проектируемых к отработке // Горный информационно-аналитический бюллетень. Проектирование и организация горнотехнических систем. Отдельные статьи (вып. 2). 2012. 11. C. 24–30.
8. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Стадник Н.М., Волкова Ю.В. Теоретические основы формирования и реализации адресно-ориентированной информационной базы для автоматизированного проектирования технологической системы шахты // Горный информационноаналитический бюллетень. 2016. 1. C. 77–87.
9. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Стадник Н.М., Какорина Н.М. Прогнозирование горногеологических условий проектируемых шахт на базе цифровых трехмерных моделей угольных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. Проектирование и организация горнотехнических систем. Отдельные статьи (вып. 3). 2013. 12. C. 3–9.
10. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Стадник Н.М., Какорина Н.М., Волков С.С. Повышение качества прогнозной геологической информации при автоматизированном проектировании отработки запасов пластовых месторождений // Горный информационноаналитический бюллетень. 2016. 3. C. 164–171.
11. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Стадник Н.М., Каширский А.С. Методические принципы интеллектуального анализа горно-геологических данных на основе кластеризации при проектировании шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. Проектирование и организация горнотехнических систем. Отдельные статьи (вып. 3). 2013. 12. C. 10–20.
12. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Стадник Н.М., Курцев Б.В. Автоматизированное распознавание геоструктур пластовых месторождений // Горный журнал. 2016. 2. C. 86–91.
13. Кузнецов Ю.Н., Стадник Д.А., Федаш А.В. Проектирование отработки запасов выемочных участков на базе технологического картографирования. Учеб. пособие для студ. вузов. М.: Горная книга, 2012. 181 c.
14. Стадник Д.А. Разработка методики технологического картографирования высокопроизводительной отработки запасов выемочного участка угольной шахты: дисс... канд. техн. наук: 25.00.21/ Стадник Денис Анатольевич. М.: МГГУ, 2008. 212 c.
15. Стадник Н.М. Разработка научно-методического обеспечения геоинформационной базы прогнозирования и оценки запасов угольных месторождений: дисс... канд. техн. наук: 25.00.35/ Стадник Нино Мамукаевна. М.: НИТУ «МИСиС», 2016. 150 c.
Ключевые слова: освоение георесурсного потенциала, угольная шахта, автоматизация проектирования, недропользование, управление горным производством, 3D-модель, угольное месторождение, геоинформационная база, прогнозирование, интеллектуальный анализ данных

Журнал "Горная Промышленность"№4 (134) 2017, стр.65