Дифференцированный подсчет запасов угольных месторождений с использованием ГИС-технологий

Уже чуть меньше полувека человечество использует автоматизацию и компьютеризацию процессов своей жизнедеятельности и в процессах производства. Развитие информационных технологий настолько быстро растет, что даже на данный момент результаты и статистика за последние 2 года противоречат теории Гильберта и Лопеса [5]. За последние несколько лет использование информационных технологий в различных отраслях промышленности значительно повысило эффективность работы предприятий за счет автоматизации большинства процессов и систематизации информации, используемой для получения конкретного продукта потребления.

В горнодобывающей промышленности можно выделить 2 основных этапа горных работ – разведка и добыча. В большинстве случаев, качество проведения первого этапа прямопропорционально влияет на качество проведения второго [1]. Использование систем автоматизации, систематизации информации и компьютерного моделирования позволяет намного качественнее реализовать первый этап в горнодобывающей промышленности и в частности при разработке пластовых месторождений. На этапе разведки важно как можно точнее и качественнее определить количественные и качественные характеристики месторождения. Использование систем автоматизации и компьютерного моделирования в процессе разведки позволяют снизить погрешность за счет замены устаревших традиционных методик разведки и подсчета запасов и минимизации количественного фактора ошибок специалистов, которые занимаются составлением описания месторождения и подсчетом запасов с использованием простых вычислительных средств, таких как инженерный калькулятор или редактор таблиц MS Excel [3].

Идея использования ГИС технологий в горнодобывающей промышленности реализована уже давно. С использованием геоинформационных систем строятся высокоточные векторные, каркасные и блочные модели. На их основе строятся трехмерные модели. Эти модели используются для подсчёта запасов и анализа перспектив отработки месторождений.

Подсчет запасов – наиболее важный этап разведки месторождения полезных ископаемых. Именно на нем определяется стоимость того или иного участка месторождения и дальнейшее лицензирования горных работ. Поэтому актуальность задачи повышения точности и качества подсчитываемых запасов и эффективная эксплуатация месторождения довольно высокая [2].

Повышение точности и эффективности подсчета запасов – задача, которую решали и решают давно, как с использованием ГИС-технологий, так и без. Почти каждая ГИС, разработанная для горнодобывающий промышленности, включает в себя возможность подсчета запасов месторождения. Но подсчет запасов с использованием регулярной блочной модели, когда каждый блок, содержащий в себе полезное ископаемое и имеющий дифференцированно просчитанную стоимость делается впервые. Такой вывод был сделан после анализа существующих ГИС и технологий, реализующих подсчет запасов с использованием компьютерной модели месторождения.

Одним из типов трехмерных моделей месторождения является блочная регулярная модель. Она состоит из дискретных элементов, которые в свою очередь накладываются друг на друга по вертикальной оси и образуют блоки, плотно прилегающие друг к другу. Выбор оптимальной формы блока – важнейшая часть при построении и реализации модели. Наиболее эффективными являются блоки, состоящие из дискретных элементов в виде призм. 6-гранная призма – наиболее оптимальный вариант. Есть несколько причин выбора именно этой формы дискретных элементов:

• 1.    Элемент такой формы исключает пустое пространство между блоками, то есть модель действительно регулярна;

• 2.    Форма элемента позволяет довольно точно определить границы участков месторождения, то есть разница между физическим объемом модели и объемом реального объекта (месторождения) минимальна в выбранных единицах измерения;

• 3.    Визуализация модели не требует огромных аппаратных ресурсов, так как количество полигонов в дискретном элементе всего 24.

Для дифференцированного подсчета запасов была выбрана именно регулярная блочная модель месторождения, построенная и использованием пакета программ Geo+. Она была дополнена модулем подсчета запасов, который программно реализует решение следующих задач:

• •    Дифференцированный подсчет запасов угольного месторождения на примере шахты «Котинская»;

• •    Дифференцированный расчет стоимости угля месторождения;

Задача дифференцированного подсчета запасов осуществляется

с

использованием следующей математической модели оптимизации:

х . V ,     3^3R²

fVN) = 2 mt cos(aj yt —-—ktqt -^ max i=l r m^ > m

«i < cr Y'

ГО, если ^ > z

Где:

• •  ?n. - высота i-ой призмы, м;

• •    л. - угол наклона верхней грани призмы;

• •    у - плотность угля, т/м^3,

• •    л - радиус призмы, м;

• •  ^". - коэффициент вхождения призмы в полигон;

• •    у - коэффициент, принимающий значение 0 или 1 в зависимости от того, удовлетворяет ли зольность в призме ограничением ТЭО кондиций;

• •    z. - зольность угля, %;

Расчет стоимости угля по выбранному участку месторождения можно подсчитать по формуле

JV

• ,    , v , . зТзд²

^) = 2 Cj^i СО8(^) У; —-—к;

4—1                   Z

1=1

Где   :.-цена j-ой категории угля. Категория определяется по разрабатываемому классификатору угля [4].

Был разработан алгоритм и программа для дифференцированного подсчета запасов (рис. 1, 2).

Результаты подсчета запасов указаны на рисунке 3. Можно заметить, что число балансовых запасов выросло примерно на 22%. Результаты подсчета запасов и оценка их стоимости может быть использована для эффективного раскроя шахтного поля [5].

Рис. 1. Блок-схема алгоритма.

Рис. 2. Экранная форма работы модуля "Подсчет запасов" комплекса

программ Geo+.

Сравнение подсчета запасов шахт "Котинская" и "Шахта №7" в абсолютных значениях.

■ "Традиционный" метод ■ Гео+

Рис. 3. Результаты подсчета запасов.

This article discusses the proposed method of calculating reserves based on regular block model. An evaluation of the effectiveness of this method. Implemented test case program reserve calculation and comparison of two methods of counting: the existing and proposed.

GIS, geographic information systems, estimation of reserves, the regular block model, Geo +, coal, coal mining, mining industry