«K-MINE — в каждый ВУЗ» — Социальный проект по геоинформационным технологиям

Сейчас ГИС-технологии нашли практическое применение во всех сферах человеческой деятельности. Читать далее «K-MINE — в каждый ВУЗ» — Социальный проект по геоинформационным технологиям

Современные подходы использования геоинформационных систем при производстве топографо-геодезических работ

Трудно представить современное выполнение топографо-геодезических работ без новых высокоточных измерительных приборов. Их использование позволяет выполнять съемочные работы больших территорий за один выезд и накопить всю исходную съемочную информацию в одном информационном массиве. Понятно, что обработка этих данных вручную достаточно трудоемка. Поэтому для подобных работ, а также сложных математических расчетов, возникающих в процессе выполнения камеральной обработки данных топографо-геодезических съемок, используются современные геоинформационные системы. ГИС K-MINE содержит модуль топографо-геодезического обеспечения, который применяется для автоматизации работы топографо-геодезических служб различных предприятий. Читать далее Современные подходы использования геоинформационных систем при производстве топографо-геодезических работ

Автоматизация работы маркшейдерских служб предприятий на базе ГИС K-MINE

Компьютерный комплекс для выполнения маркшейдерских задач в 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. Читать далее Автоматизация работы маркшейдерских служб предприятий на базе ГИС K-MINE

Информационные технологии для оптимизации процессов проектирования и планирования подземных горных работ

Освещены аспекты использования современных информационных систем и технологий для оптимизации процессов обработки горно-геологической информации, моделирования, проектирования и планирования подземных рудников и шахт. Читать далее Информационные технологии для оптимизации процессов проектирования и планирования подземных горных работ

Информационная система мониторинга недропользования объектового уровня

Одним из важнейших аспектов обеспечения государственной политики в сфере геологического изучения и рационального использования недр является мониторинг недропользования. Проведение мониторинга и научного сопровождение недропользования являются составными частями особых условий пользования недрами, предусмотренных разрешением и соглашением об условиях пользования недр. Согласно Положения о проведении мониторинга и научного сопровождения недропользования [1], проведение мониторинга и научного сопровождения выполняется специализированными предприятиями и учреждениями. Читать далее Информационная система мониторинга недропользования объектового уровня

Геоинформационная система «K-MINE»: новые подходы к решению технологических задач

Геоинформационные системы (ГИС) на сегодняшний день являются сравнительно «молодой», но достаточно перспективной технологией. С ее помощью, используя современное аппаратное и программное обеспечение, можно решить обширный круг задач, которые еще 5-10 лет назад казались практически неразрешимыми. Например: формирование геологических моделей залежей полезных ископаемых, трехмерных поверхностей карьеров, шахт, отвалов, инженерных сооружений, экологического мониторинга и т. д. Читать далее Геоинформационная система «K-MINE»: новые подходы к решению технологических задач

Информационно-аналитическое сопровождение геологоразведочных работ

Постановка поисковых и геологоразведочных работ требует большого количества информации. Как правило, информация хранится в виде разрозненных и разноудалённых массивов. Сбор, компиляция и анализ всей доступной информации затрагивает обширный круг наук о Земле. Приведение подобной информации «к единому знаменателю» часто сопряжено с трудностями приведения разновременных данных к единой системе представления (стратиграфическая систематика, системы физических единиц, координатные системы и т.д.). Особую сложность обработке данных придает наличие пространственной привязки и необходимость ее точного соблюдения. Читать далее Информационно-аналитическое сопровождение геологоразведочных работ

Оценка критериев оптимальности КИС производственных предприятий

Исследуются критерии эффективности (оптимальности) внедрения корпоративных информационных систем. Оцениваются характеристики существующих на украинском рынке информационных систем, промоделирован процесс выбора покупателем системы по общепринятым критериям сравнения. Сформулированы требования для формирования уточненного критерия эффективности (оптимальности) внедрения КИС. Читать далее Оценка критериев оптимальности КИС производственных предприятий

Геоинформационная система K-MINE: НЕДРА НА ЛАДОНИ

Когда-то автор теории относительности Альберт Эйнштейн сказал примерно следующее: «Все нормальные люди прекрасно знают, что все уже давно изобретено и открыто. Но находится дурак, который этого не знает. Он то и делает открытие». Читать далее Геоинформационная система K-MINE: НЕДРА НА ЛАДОНИ

Совершенствование технологий и технических средств при разработке урановых месторождений Украины

Актуальность проблемы. Подземная разработка урановых месторождений характеризуется ухудшением горно-геологических и горно-технических условий, повышением требований к охране окружающей среды и недр, безопасности жизнедеятельности человека в зоне влияния горных объектов. Нейтрализация этого влияния достигается за счет применения различных вариантов камерных систем разработки с закладкой выработанного пространства. Недостатки данных систем — высокая стоимость смесей, в том числе вяжущего, достигающая 25-60% стоимости закладки. Значительная доля трудозатрат по системе разработки, достигающая 50%, приходится на подготовку блоков к очистной выемке, около 30% — на бурение и отбойку руды, примерно 15% — на выпуск и погрузку руды. Поэтому совершенствование природоохранных технологий и технических средств добычи урановых руд путем снижения их затрат, повышения интенсификации выпуска руды и закладочных процессов, обоснования сейсмобезопасных параметров буровзрывных работ, рациональных составов твердеющих смесей, охраны недр и окружающей среды и на этой основе создание и внедрение радиационно-безопасных технологий подземной разработки урановых месторождений — вот те важные, имеющие научное и практическое значение задачи, требующие неотлагательного решения.

В Украине единственным центром по добыче и первичной переработке уранового сырья является государственное предприятие Восточный горнообогатительный комбинат (ГП «ВостГОК»). Научное, конструкторско-технологическое сопровождение развития уранового производства осуществляет государственное предприятие Украинский научно-исследовательский и проектно-изыскательный институт промышленной технологии (ГП «УкрНИПИпромтехнологии»).

Ниже приведены научные и практические результаты, полученные при обосновании природо- и ресурсосберегающих технологий и технических средств, обеспечивающих повышение охраны окружающей среды и рациональное использование недр, а также экономическую, экологическую и социальную эффективность разработки урановых месторождений, безопасность жизнедеятельности населения в уранодобывающих регионах, разработанные специалистами ГП «УкрНИПИпромтехнологии» и ГП «ВостГОК» в соответствии с научными программами отрасли и с участием автора по следующим основным направлениям, которые наиболее полно освещались на страницах журнала «Науковий вісник НГУ» в 2004-2007 годах, с участием авторов.

Системы разработки

Разработки, выполненные под научным руководством докторов техн. наук В.Н. Мосинца и М.Н. Слепцова, позволили осуществить ряд новых технических решений, включающих отработку урановых месторождений системой подэтажных штреков (ортов) с заполнение выработанного пространства твердеющей песчано-шлаковой закладкой (рис. 1); совместную отработку месторождений на один комплекс по выдаче горной массы, внедрить централизованную подготовку и нарезку группы залежей из наклонных съездов, пройденных по породе (рис. 2) и руде (рис. 3), отработку камерами под рекой, параметры буровзрывных работ на очистной выемке и проходке выработок, твердеющую закладку с использованием местных низкосортных песков [1, 2]. При этом сохранены поверхностные объекты и жилые дома при отработке залежей под р. Ингул (Украина) и под застройкой г. Кировограда [3]. Освоены вскрытие месторождений этажами повышенной высоты и на один концентрационный горизонт, проходка промежуточных горизонтов с помощью самоходной техники, применение участковых спиральных съездов, централизованных или групповых схем подготовки эксплуатационных блоков, запроектирована каскадная отработка новых урановых месторождений Украины и СНГ. Это способствовало не только росту производительности труда, концентрации и интенсификации подземных работ, но и значительному снижению выхода пустых пород от проходки выработок, уменьшению отчуждения земель под отвалы пустых пород. Широко известны пионерные достижения в освоении технологии приготовления закладочных смесей, контролем за качеством, режимом транспортирования и формированием закладочного массива.

Рис. 1. Подготовка и нарезка блока из восстающих: 1 — подэтажный штрек (буровой); 2 — восстающий материальный; 3 — вентиляционно-ходовой; 4 — выработки днища для самоходной техники; 5 — закладочная выработка

формированием закладочного массива.

Рис. 2. Групповая подготовка и нарезка блоков из рудного наклонного съезда: 1,2 — ортовая и штрековая ветви спирали; 3 — восстающий; 4 — породный подэтажный штрек; 5 — подэтажные буровые орты; 6 — орт-заезд; 7 — горизонт вторичного дроб-ления; 8 — вертикальные выработки днища (дучки); 9 — отрезной верстающий; 10- отрезной штрек

формированием закладочного массива.

Рис. 3. Централизованная подготовка группы залежей из наклонных съездов: 1 — выработки спирали; 2 — наклонные выработки, соединяющие залежи; 3,4- отрезные орты и восстающие; рудоперепускники; 6, 7 — подэтажные буровые и хозяйственные горизонтальные выработки

Разработана и внедрена система наблюдений напряженным состоянием горного массива на горнодобывающих предприятиях (геомеханический мониторинг) посредством звукометрических, маркшейдерских и оптических приборов, струнных тензометров, глубинных и грунтовых реперов, электрических цепей, визуальных и косвенных методов по изменению минерализации шахтной воды (р. Ингул), нашедших применение при подземной разработке урановых и других месторождений сложной структуры.

Вибрационная техника. Осуществлялась разработка, испытания и доводка до серийного производства горных вибропитателей. Обоснованы параметры и разработаны новые конструкции шахтных и бункерных вибропитателей, вибрационных питателей грохотов, просеивающих поверхностей к ним, устройств для ликвидации налипаний в бункерах пунктов перегрузки горной массы в карьерах, обеспечивающих повышение производительности, надежности и снижение удельной энергоемкости пуска и погрузки горной массы, а также созданы и освоены машины, которые успешно работают на Криворожском железорудном комбинате, производственном объединении «Уралзолото», Полтавском ГОКе, на горных предприятиях урановой промышленности Украины, Российской Федерации, Казахстана, Киргизстана и Узбекистана. Объем вибрационного выпуска горной массы только на ГП «ВостГОК» составляет около 100%.

Совершенствование механизации горных процессов развивалось по пути разработки и внедрение вибрационной техники в технологию добычи и обогащения полезных ископаемых для урановой промышленности Украины. Разработаны машины и оборудование для технологических процессов обогащения урановой руды и утилизации пустой породы в выработанные пространства при отработке нового уранового месторождения Украины, внедрены вибрационные питатели-грохоты и просеивающие поверхности для выгрузки, дозирования и грохочения руды, других материалов на горных предприятиях урановой промышленности Украины, а также ОАО «СевГОК» (Кривбасс), Криворожский металлургический комбинат (ОАО «Арселор-Миттал Кривой Рог») и др.

Буровзрывные работы

Исследования и разработки проводились по совершенствованию их параметров, а также оценке влияния взрывов на горные и поверхностные объекты. В последующем организовано новое направление исследований по специальным способам проходки шахтных стволов методом погружной крепи в тиксотропной рубашке.

Охрана окружающей природной среды и недр

Исследования проводились по следующим направлениям:

  • рекультивация земель, нарушенных деятельностью горнодобывающих предприятий отрасли;
  • обращение с твердыми отходами добычи и переработки урановых руд;
  • защита подземных вод при подземном выщелачивании урана скважинами с поверхности. Разработаны системы мониторинга и произведена оценка влияния технологий выщелачивания руды на окружающую среду;
  • закрепление пылящих поверхностей отвалов и хвостохранилищ;
  • рациональное использование и охрана недр.

Совершенствование технологии добычи урановых руд (включая геотехнологию). Необходимо отметить разработку мероприятий по рациональному использованию недр урановых месторождений, оптимизации потерь и разубоживанию руды при отработке рудных залежей сложной морфологии; разработку прогрессивных экологически безопасных технологий добычи урановых руд; разработку параметров селективной отработки урановых, месторождений и экономическое обоснование нетрадиционных систем разработки.

Впервые в бывшем Советском Союзе согласно рекомендациям институтов ПромНИИпроект, его Украинского филиала и ВНИИХТа внедрена технология добычи урана подземным выщелачиванием на пластовых месторождениях Украины через скважины (месторождения Девладово, Братское, Сафоновское). Проводятся опытно-промышленные испытания добычи урана нетрадиционными способами — блочным (подземным) и кучным (поверхностным) выщелачиванием.

Повышение безопасности разработки урановых месторождений.

Создана и внедрена сейсмобезопасная технология подземной разработки рудных залежей камерными системами с массовой отбойкой руды скважинами малого диаметра (56 и 65 мм) и заполнением выработанных пространств твердеющей закладкой, а также организована система сейсмического мониторинга охраняемых подземных и поверх-ностных объектов (рис. 4), механизация основных технологических процессов при добыче урановых руд на базе самоходной техники с дизельным приводом. Представляют интерес комплексы для проходки горизонтальных, вертикальных и наклонных выработок, разбуривание горного массива системой скважин и его разрушение взрывным способом, транспортирование горной массы к местам погрузки оборудованием зарубежных фирм «Atlas Copco» (буровой станок Boomer 281; погрузочно-разгрузочная машина ST3,5) и «Tamrock» (буровой станок Минибур 1Ф; погрузочно-разгрузочная машина TORO 151). их технические характеристики приведена в таблице.

Рис. 4. Система разработки подэтажными штреками (а) ортами (б) с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью: 1,2 — штреки откаточный и вентиляционный; 3 — коллектор; 4 — съезд; 5 — восстающий блоковый; 6 — штрек подэтажный; 7 — штрек подсечной; 8 — дучка; 9 — взрывная скважина; 10 — отбитая руда; 11 — твердеющая закладка; в — веер взрывных скважин: 1- 17 — номера взрывных скважин; 6,0…12,5 — глубина взрывных скважин, м; I, II, III — очередность взрывания секций в веере; I — размер экранирующей зоны, м; А — зона недозаряда скважин.

Совершенствование технологии заполнения выработанного пространства камер твердеющими смесями. Представляет научный и практический интерес разработка твердеющих смесей с уменьшенным расходом дорогостоящего вяжущего для закладки выработанного пространства камер на урановых шахтах ГП «ВостГОК». Совместно со специалистами Днепропетровского химико-технологического университета проведены лабораторные исследования твердеющих смесей с уменьшенным расходом дорогостоящего и дефицитного вяжущего для закладки выработанного пространства камер на основе доменных гранулированных шлаков Криворожского, Мариупольского, Запорожского, Днепропетровского и Днепродзержинского металлургических комбинатов. Кроме того, для урановых месторождений созданы и внедрены технологии и технические средства для активации компонентов твердеющей смеси (вяжущего, инертного заполнителя и воды затворения) на стадиях подготовки и транспортирования ее к месту укладки.

Охрана труда

В соответствии с приоритетным развитием науки и техники по реализации программы «Экологически чистая энергетика и ресурсосберегающие технологии» [8] разработана эффективная и надежная технология борьбы с пылью при перевозке горной массы железнодорожным транспортом путем герметизации железнодорожных полувагонов тканевыми отходами производства и смачивания пылящих поверхностей водным раствором природного бишофита. Разработаны технологии борьбы с пылью при перевозке горной массы железнодорожным транспортом, а также способы пылеподавления при складировании, хранении полезных ископаемых, отходов добычи и переработки руд на объектах урановой промышленности Украины.

Радиационная безопасность

По этому направлению необходимо выделить работы, связанные с разработкой радиационно-безопасной технологии использования хвостов обогащения урановых руд (ГМЗ), для заполнения выработанного пространства на урановых шахтах; мероприятий по охране окружающей среды и населения, проживающего в зоне влияния урановых объектов; разработкой способов пылеподавления при складировании, хранении полезных ископаемых, отходов добычи и переработки руд на объектах урановой промышленности. На опытном полигоне апробирована технология закрепления пылящих поверхностей с использованием гранул на основе грунто-смеси.

Автоматизированные комплексные систем управления горными работами и ресурсами на основе систем K-MINE и КСУП KAI. Цель геоинформационной системы — создание единого информационного массива геопространственных данных для возможности автоматизации процессов съемки проектирования и планирования горных работ адаптации ее для урановых месторождений Украины.

Ее назначение:

  • геолого-экономическая оценка эффективности отработки месторождений, технико-экономическая оценка кондиций запасов полезны ископаемых;
  • подсчет потерь и разубоживания руды и полезного компонента в ней при ведении горных работ выходом на технико-экономические показатели о работки месторождения;
  • обоснование качества оперативного и перспективного проектирования горных выработок на основе созданной цифровой модели залежи;
  • планирование объемов добычи предприятия для различных временных интервалов;
  • оперативное отображение пространственной информации по ведению горных работ.

В основу работы геоинформационной системы положены принципы создания, хранения и использования массивов геопространственных данных в трехмерном пространстве, использование математического аппарата, позволяющего существенным образом автоматизировать работу персонала, занимающегося вопросами проектирования горных работ, использование алгоритмов и методов оптимизации позволяет повысить качество планирования и снизить время на принятие управленческих решений.

Система имеет модульную структуру и состоит из следующих основных частей (рис. 5):

  • информационный массив геопространственной информации по горным выработкам, блочная и каркасная объемная модель рудной залежи;
  • модули маркшейдерского и геологического обеспечения горных работ;
  • модули проектирования горных выработок, буро-взрывных и планирования горных работ;
  • модули формирования подземных коммуникаций (системы вентиляции, газо- и водоснабжения и т.д.) и наземных (здания, сооружения, транспортные артерии и т.д.).

На основании существующей графической информации для горных предприятий создается единый массив геопространственных данных, описывающий структуры горных выработок, трехмерную каркасную модель рудных залежей, схемы коммуникаций (железнодорожные пути, трубопроводы водо- и газоснабжения, кабельные, дренажные и вентиляционные сети и т.д.) и другая информация.

Геологическая и маркшейдерская службы предприятия являются основными потребителями геопространственной информации. Для автоматизации процесса пополнения исходной информации о структуре горных выработок, а также для выполнения разметочных и разбивочных работ при нарезке новых забоев, определении направлений проходки и прочих маркшейдерских работ используются электронные тахеометры, а также радиометрические и геодезические приборы типа Sokkia, Trimble, Topcon, Nicon, Leica, ДКС-96М, ПАКС-4, ОХРА-Ш и др. Приборы позволят значительно ускорить выполнение съемок, уточнение контуров рудных залежей, подсчет промышленных запасов эксплуатационного блока, расчет потерь, разубоживания руды и полезного компонента в ней, а также решение других маркшейдерских задач и планирования горных работ, повысить их качество и ускорить процесс обработки съемок и ежесуточного пополнения исходными данными. Наибольшая эффективность системы достигается при ее использовании при проектировании и планировании горных работ.

Накопленный опыт и научные знания позволили разработать авторам новую геоинформационную систему K-MINE, которая базируется на использовании специальных графических библиотек OpenGL, DirectX и др. Основные разработки вне-дрены и показали положительные результаты на ГОКах Днепропетровской и Донецкой областей, в Госкомиссии Украины по запасам полезных ископаемых, институтах Государственной геологической службы Украины, Госгорпромнадзора Украины и др. В настоящее время ГИС K-MINE сертифицирована на соответствие международных стандартов ISO (Сертификат соответствия международным стандартам ISO/IEK 12119: 1994 ЖШ.003.0105381-05), имеет рекомендации Госпромгорнадзора Украины для использования ее на предприятиях с открытым и подземным способом добычи полезных ископаемых (лицензия Государственной геологической службы Украины, серия АВ №047455 от 31.03.2006 г.).

Эффективность горной технологии

Она определяется при сравнении вариантов разработки с учетом затрат на всех переделах и защиту населения, проживающего в зоне влияния горных объектов (Зн) по критерию сохранности земной поверхности опи-сывается аналитической моделью авторов согласно формуле.

где Цдр — суммарная извлекаемая ценность конечной продукции из металлосодержащих руд, ден. ед.; Сдр -суммарные затраты на добычу и получение конечной продукции, ден. ед.; У — суммарный ущерб, наносимый (-) окружающей среде или предотвращаемый (+) с учетом затрат на защиту населения, проживающего в зоне влияния горных предприятий (Зн), ден. ед.; Е — коэффициент дисконтирования затрат и прибыли во времени t применения оцениваемой технологии, доли ед.

Внедрение научных и практических результатов — проведенных исследований на предприятиях урановой промышленности Украины рассматривается в рамках разработанной ГП «УкрНИПИпромтехнологии» «Программы развития уранового производства на период до 2030 года» («Уран Украины») [6].

Выводы. Комплексное повышение эффективности всех технологических процессов горного производства, включающих рациональные схемы вскрытия (многоэтажное вскрытие с шагом 240 м), подготовки и нарезки эксплуатационных блоков (спиральными съездами на 3-5 блоков), увеличение высоты этажа с 60 до 90 м, позволило повысить интенсивность отработки месторождений в 1,3-3,5 раза, производительность труда по системе разработки — в 2,2 раза, увеличить до 40-45% использование технических ресурсов и снизить трудовые затраты до 20-22%.

Применение торцового выпуска руды самоходными погрузочно-доставочными машинами обеспечивает уменьшение объема подготовительно-нарезных работ на 20-70%, увеличение производительности труда на 20-25% и снижение потерь полезного ископаемого на 1-2% при восходящем порядке отработки крутопадающих рудных тел камерными системами разработки с закладкой.

Повышение интенсивности работ позволяет снизить нормативную прочность твердеющей закладки с 8,5 до 3,5 МПа, в 1,5-2 раза, сократить расходы вяжущего, использовать низкосортные пески и отходы горнометаллургического производства. Оптимальная крупность пород, с учетом затрат на дробление, трубопроводный транспорт и плотности укладки в отработанных камерах, рекомендована в пределах 25-35 мм. Оптимальная тонкость помола шлака составляет 50-60% частиц крупностью 0,074 мм. В результате частично решена проблема дефицита инертных заполнителей и на 30-50% снижена себестоимость закладочных работ.

Сравнительный анализ технических показателей горношахтного оборудования фирм «Atlas Copco» и «Tamrock» показал:

  • производительность комплекса машин «Boomer281 — ST3,5» фирмы «Atlas Copco» на проходческих работах в 2 раза выше производительности комплекса «Минибур 1Ф — TORO 151» фирмы «Tamrock»;
  • буровой станок Siraba H250 фирмы «Atlas Copco» по мощности двигателя и массе машины в 1,5 раза выше, чем у бурового станка SOLO 1L фирмы «Tamrock»;
  • сечения подготовительно-нарезных выработок (буровых ортов и подходных выработок) для оборудования фирмы «Atlas Copco» требуют большего годового расхода основных материалов, чем фирмы «Tamrock», а именно: твердых сплавов — на 412 кг, буровой стали — на 12,4 т, лесоматериалов — на 99,7 м3.

Повышение качества отработки урановых месторождений; эффективности планирования горных работ, их рентабельности достигается за счет применения модулей маркшейдерско-геологического обеспечения горных, включая буровзрывных работ, проектирования и планирования выработок, строительство генеральных планов, системы энергообеспечения, решение задач диспетчеризации и др., что является важным фактором существования предприятия в условиях рынка.

Для адаптации и внедрения автоматизированной комплексной технологии управления горными работами и ресурсами при разработке урановых месторождений Украины (эксплуатируемых и вновь вводимых) новой геоинформационной системы на основе ГИС K-MINE и КСУП KAI, необходимо предусмотреть средства на 2008-2010 годы для решения вышеуказанных задач.

Заключение. Полученные результаты не исчерпывает проблему природо- и ресурсосбережения, охраны окружающей среды и человека. Развитие методических основ оптимизации горной технологии должно привести к созданию соответствующей подсистемы автоматизации проектирования и планирования горных работ, повышению радиационной безопасности окружающей среды и здоровья населения, проживающего в уранодобывающем и перерабатывающем регионе.

УДК 622.274.4: 681.51

Ю.И. Кошик, В.И. Ляшенко, М.В. Назаренко