Совершенствование методов компьютерного моделирования горнотехнических объектов для маркшейдерского обеспечения открытых горных работ

На правах рукописи Кольцов Павел Викторович Совершенствование методов компьютерного моделирования горнотехнических объектов для маркшейдерского обеспечения открытых горных работ Специальность 25.00.16 – «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург – 2006 Работа выполнена в ГОУ ВПО « Уральский государственный горный университет » Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Туринцев Юрий Иванович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Половов Борис Дмитриевич кандидат технических наук, доцент Пыхтеева Надежда Филипповна Ведущее предприятие – Уральский филиал межотраслевого научного центра ОАО «Научно- исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела» (ВНИМИ) Защита состоится 21 декабря 2006г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при Уральском государственном горном университете по адресу: 620144, г. Екатеринбург, пер. Университетский, 9, ауд. 2142. С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Уральского государственного горного университета. Автореферат диссертации разослан «21» ноября 2006 г. Учёный секретарь диссертационного совета В.К. Багазеев Общая характеристика диссертации Актуальность темы. Увеличивающиеся темпы отработки месторождений требуют комплексных маркшейдерских решений на базе компьютерных технологий, поскольку традиционные, основанные на аналоговых инструментах и бумажном документообороте, уже не обеспечивают необходимой оперативности при получении, обработке и анализе изысканий. Одним из прогрессивных направлений в оперативном решении маркшейдерских задач является компьютерное моделирование. Литературы, посвящённой компьютерному моделированию в горной промышленности, крайне мало, а существующая поясняет только общие вопросы геоинформатики. Все это указывает на необходимость проведения экспериментальных исследований каждой составляющей комплекса компьютерного моделирования и создание единой методики, учитывающей все основные факторы. Таким образом, разработка методики компьютерного моделирования горнотехнических объектов при открытом способе добычи полезных ископаемых является актуальной задачей. Объект исследования: компьютерные технологии в маркшейдерии при открытом способе добычи полезных ископаемых. Предмет исследования: факторы и закономерности математического моделирования горнотехнических сооружений при открытой разработке недр. Целью работы является исследование факторов и закономерностей, влияющих на точность математического моделирования горнотехнических объектов, для разработки методики внедрения безбумажных технологий в маркшейдерские службы предприятий. Идея работы состоит в принятии концепции комплексного компьютерного моделирования, позволяющей применить его при любом уровне маркшейдерского обеспечения предприятия. Основные задачи исследования: 1. Установить и исследовать факторы, влияющие на точность моделирования: приборы; программное обеспечение; принципы моделирования. 2. Разработать методы моделирования необходимой точности для решения маркшейдерских задач. 3. Внедрить комплексное компьютерное моделирование в маркшейдерские службы. Методы исследований. Методы исследований включают анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта, инструментальные наблюдения на горнотехнических объектах разного типа, промышленные и лабораторные эксперименты, методы математического моделирования и статистики. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, подтверждается применением многовариантных расчётов экспериментальных данных, сходимостью результатов обработки практических и расчётных данных, апробацией в производстве. Научные положения, выносимые на защиту. Методика, основанная на комплексном применении безбумажных технологий и учитывающая влияние как традиционных, так и связанных непосредственно с моделированием ошибок, обеспечивает необходимую точность компьютерного моделирования в маркшейдерии. Точность математической аппроксимации подробностей горнотехнических объектов обеспечивается точностью инструментов, методикой съёмки и расстоянием между пикетами, расположенными вдоль явно выраженных элементов объекта моделирования не более 7 м. Адекватность компьютерного моделирования горнотехнических объектов обеспечивается принципами системного анализа: последовательностью, необходимостью и достаточностью работ, избирательностью и информативностью исследований, их непрерывностью, взаимосвязанностью и системностью. Научная новизна результатов работы: Установлена зависимость точности моделирования горнотехнических объектов от плотности исходных данных. Определены, исследованы и систематизированы факторы, влияющие на точность математического моделирования горнотехнических объектов при открытой разработке недр. Определены основные программные системы для горной промышленности, и проведен их технико-экономический анализ. Проведён анализ современных инструментов для съёмки и моделирования, и определен оптимальный состав аппаратного обеспечения для моделирования. Разработана методика моделирования, обеспечивающая необходимую точность решения маркшейдерских задач. Научное значение работы. В работе установлены факторы и закономерности, влияющие на точность компьютерного моделирования. Практическое значение работы. Анализ перспектив развития компьютерного моделирования показывает, что цифровые методы сбора, обработки и анализа данных являются насущной необходимостью горных предприятий. Тем не менее в настоящее время в маркшейдерии нет методик, основанных на комплексном анализе и учёте всех факторов, влияющих на точность моделирования, которые позволили бы внедрить компьютерное моделирование на горных предприятиях и с достоверной точностью получать результаты как для текущих работ, так и для решения задач, связанных с определением устойчивости бортов карьеров. В данной диссертационной работе в результате комплексных исследований была разработана, испытана и внедрена методика компьютерного моделирования горнотехнических объектов, обеспечивающая необходимую точность решения маркшейдерских задач. Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, путей и способов их решения, формулировке и обосновании научных положений; установлении и исследовании факторов, влияющих на точность математического моделирования; разработке методов компьютерного моделирования, обеспечивающих необходимую точность решения маркшейдерских задач при открытой разработке недр; создании компьютерных моделей и внедрении безбумажного документооборота в маркшейдерские службы горных предприятий. Реализация работы. Разработанные методы компьютерного моделирования внедрены на ОАО «Первоуральское рудоуправление», Учалинском ГОКе, Навоийском ГМК и используются маркшейдерскими службами предприятий в виде методических рекомендаций, как в текущей работе, так и при проведении контрольных замеров и перспективном планировании. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на следующих конференциях: Международной конференции «Проблемы геометризации недр» (Россия, г. Екатеринбург, 2002 г.); молодёжной научно-практической конференции в рамках Уральской горно-промышленной декады, 10 – 20 апреля 2003 г. (г. Екатеринбург, 2003 г.); молодёжной научно-практической конференции в рамках Уральской горнопромышленной декады, 5 – 15 апреля 2004 г. (г. Екатеринбург, 2004 г.); Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела на Урале», 9 – 12 ноября, 2005 г. (Россия, г. Екатеринбург, 2005 г.); молодежной научно-практической конференции «Основные направления развития инновационно-инвестиционной деятельности предприятий компании», 2006 г. (г. Верхняя Пышма: ООО «УГМК – Холдинг», 2006 г.). Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 статей. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 22 таблицы, 3 приложения, список использованной литературы из 103 наименований. Основное содержание работы 1. Состояние изученности вопроса и постановка задачи исследования Актуальность задачи по обеспечению точности компьютерного моделирования горнотехнических объектов требует комплексного анализа и учёта всех факторов, влияющих на адекватность создаваемых моделей. В настоящее время математизация горнодобывающей отрасли становится не просто потребностью, но и жизненной необходимостью. В начальный период работ при применении вычислительной техники для задач горного дела основным направлением было математическое моделирование рудных залежей как объектов технологии открытых горных работ. Простейшая блочная модель месторождения была предложена И.Б. Табакманом в 1964 г. В 1971 г. А.З. Яшкиным была разработана точечно-цифровая послойная модель месторождения, в которой положение каждого элементарного блока определялось уже не порядковым номером блока, а координатами X, Y, Z его центра. Принципы создания и методы работы с геоинформационными моделями разработаны: Ю.П. Ажаевым, В.М Аленичевым, Д.Г. Букейхановым, А.В. Кошкаревым, В.В. Квиткой, Н.И. Кучерским, Е.Л. Левиным, Б.Д. Полововым, М.Н. Сивковым, Б.А. Симкиным, В.Ф. Съединым, В.С. Тикуновым, В.С. Хохряковым, Ю.К. Шкутой, А.З. Яшкиным и многими другими. Разработки по автоматизации маркшейдерского обеспечения горных работ ведутся в течение многих лет различными авторами и коллективами. Некоторые решают небольшие, частные задачи: вычисление геодезических засечек, подсчёт объёмов различных объектов и т.п., получая при этом реальные результаты для конкретных условий. Другие задаются целью разработать программный комплекс, обеспечивающий все основные запросы как маркшейдерской, так и смежных служб горного предприятия. Реализация такого проекта требует многолетней работы большого коллектива высококвалифицированных специалистов – горных инженеров, аналитиков, программистов, а также стабильного финансирования и весьма крупных инвестиций. Но даже при выполнении названных условий нет гарантии успеха в силу других объективных факторов: большого разнообразия горно-геологических условий, применяемой техники и технологии разработки, большого числа частных прикладных задач. Анализ изученности вопроса показал: Вопросам, использования компьютерных технологий в последнее время уделяется всё большее внимание, а выполненные работы позволяют решить задачу комплексного использования компьютерных технологий в маркшейдерских службах горных предприятий. Обобщающие работы, позволяющие выбрать необходимую методику компьютерного моделирования в горной промышленности, сводятся в основном к отдельным публикациям, посвящённым узкой теме. Создано значительное количество новых программ на русском языке, и локализуются известные зарубежные пакеты. При этом зарубежные пакеты стоят в десятки раз дороже отечественных, что не всегда оправдано, так как их комплексный сравнительный технико-экономический анализ не проводился. Определение и исследование факторов, влияющих на точность аппроксимации моделируемого объекта, проведено в недостаточном объёме. Внутри горных предприятий единым форматом данных по-прежнему остаются бумажные носители, а компьютерные технологии и цифровые приборы используются точечно, в случае крайней необходимости. Отсутствуют простые и надёжные методики внедрения безбумажных технологий в маркшейдерские службы предприятий. 2. Исследование точности математического моделирования Компьютерное моделирование горнотехнических объектов в настоящее время осуществляется с использованием графической маркшейдерской документации и непосредственно полевых съёмочных данных. Разный тип исходной информации подразумевает различия в методиках моделирования, поэтому адекватные результаты возможны лишь при учете всех факторов, влияющих на точность результатов. Ошибки моделирования можно разделить на ошибки планового и высотного положения модели. Величина этих ошибок зависит как от инструментов и методики съемки, так и от дополнительных факторов, установленных в диссертации. Дополнительные ошибки планового положения модели вносятся при сканировании и векторизации графической документации. Дополнительные ошибки высотного положения зависят от методики моделирования и математического аппарата, применяемого при аппроксимации поверхности. Картматериал при сканировании подвергается значительным изменениям. Расхождение точек пересечения координатной сетки при совмещении сканированных маркшейдерских планшетов с эталонным шаблоном того же масштаба достигает четырех метров в натуре. Искажения необходимо устранять в специализированном программном обеспечении. Информационная насыщенность растрового изображения зависит от оптических характеристик используемого при сканировании оборудования, может быть повышена непосредственно при сканировании и не зависит от дальнейшей цифровой интерполяции. Оценить точность сканирования можно по формуле , (1) где D – размер наименьшего элемента сканирования, мм/точку; Dpi – разрешение, установленное при сканировании, точек/дюйм; 25,4 – коэффициент соответствия единиц измерения (1 дюйм = 25,4 мм). От разрешения при сканировании зависит возможность увеличения изображения на экране для повышения точности снятия информации, которая определяется коэффициентом масштабирования растрового изображения. Технологии производства современных мониторов позволяют обеспечить размер пикселя на уровне 0,24 – 0,30 мм, притом только в центре экрана. При сканировании с разрешающей способностью 125 dpi достигается размер точки в 0,2 мм (точность снятия отчёта с бумажного, картографического материала), но при величине зерна монитора в 0,25 мм точность снятия отчёта снижается до 0,5 мм. Поэтому для учёта размера пикселя монитора введено понятие «коэффициент масштабирования растрового изображения», позволяющий обеспечить необходимую точность снятия плановых координат. Увеличение коэффициента масштабирования позволяет компенсировать размер пикселя, который у мониторов изменяется от 0,2 до 0,38 мм. Если принять коэффициент масштабирования при разрешении 125 dpi за единицу, то его зависимость от разрешения определяется по формуле , (2) где 125 – разрешение, при котором достигается необходимый размер точки растрового изображения, соответствующий 0,2 мм. Точность снятия координат с плана зависит от коэффициента масштабирования и величины пикселя и может быть предварительно оценена по формуле , (3)

Похожие:

	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: создать условия для овладения учащимися знаниями особенностей компьютерного моделирования и характерных особенностей...		Аннотация рабочей программы учебной дисциплины Цели дисциплины раскрыть сущность и специфику компьютерного моделирования, закономерности его развития, подготовить студента к самостоятельной...
	Программа вступительных испытаний по направлению подготовки научно-педагогических... «Информационные системы и процессы» разработана профессорско-преподавательским составом кафедры компьютерного и математического моделирования,...		Учебно-методический комплекс дисциплины «Методы математического моделирования» Контрольный экземпляр находится на кафедре информатики, математического и компьютерного моделирования шен двфу
	Профессионального образования Рабочая программа составлена на основании рабочего учебного плана по фгос переутвержденного ученым советом юргту(нпи) протоколом...		Курсовой проект содержит 1 лист чертежей формата А1, пояснительную... Целью проекта является выбор и обоснование технологических процессов и средств их механизации для эффективного ведения открытых горных...
	Программа учебной дисциплинЫ «Эргономика маркшейдерского обеспечения» Квалификация (степень) выпускника: специалист, специальное звание "горный инженер маркшейдер"		Совершенствование технологии дегазационных работ при отработке сильвинитовых... Работ. Основные факторы газодинамических явлений, такие как внезапность, высокая скорость разлета кусков породы, значительные объемы...
	Программа bde administrator 28 Обязательной является разработка вопросов системного анализа объектов проектирования, оптимизации и выбора наилучших вариантов решений,...		1. Обучение работе на компьютере Назначение основных устройств компьютера.... Актуальность. Современному школьнику необходимо умение оперативно и качественно работать с информацией, привлекая для этого современные...
	Рабочая программа опд. Ф. 8 Основы компьютерного проектирования и... Оксо 210303) – Бытовая радиоэлектронная аппаратура 200700 (оксо 210302)- радиотехника		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... «Математические методы и модели в экономике» – освоение студентами поиска оптимальных решений задач оптимизации, методов математического...
	Возможности моделирования системы библиотечно-информационного обеспечения... Возможности моделирования системы библиотечно-информационного обеспечения педагогов-новаторов [Электронный ресурс] : из опыта работы...		Методические рекомендации по применению методов определения начальной... Федерального закона от 05. 04. 2013г. №44-фз «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных...
	Аннотация основной профессиональной образовательной программы 130404.... Организация-разработчик: Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Республики Карелия «Лахденпохский...		Учреждение высшего профессионального образования Целью настоящего курса является знакомство студентов с основными методами компьютерного моделирования и их применения в физической...