Komputerowe wspomaganie projektowania eksploatacji w
BOT KWB Bełchatów SA
W grudniu 2003 r. BOT KWB Bełchatów SA zakupiła
oprogramowanie australijskiej firmy MINCOMTM. Wyżej wymieniony pakiet nosi nazwę
MINESCAPETM i służy do szeroko rozumianego wspomagania projektowych prac
mierniczo-geologiczno-górniczych. W latach 2004-2006 trwały prace wdrożeniowe
i szkolenie pracowników kopalni obsługujących to oprogramowanie. Obecnie
oprogramowanie MINESCAPETM używane jest w działach podlegających Naczelnemu
Inżynierowi Górniczemu i oddziałach ruchowych kopalni.
Model terenu
Na podstawie obmiarów fotogrametrycznych i geodezyjnych
prowadzonych w terenie przez personel Działu Mierniczego, w środowisku systemu
MineScapeTM tworzone są modele trójkątowe i siatkowe (gridowe) kolejnych stanów
geodezyjnych Pola "Bełchatów" i "Szczerców" wraz ze
zwałowiskami oraz przedpolem.
Te modele są wykorzystywane m.in. do:
- liczenia objętości ("mas")
urobionych/usypanych w kolejnych przedziałach czasu,
- automatycznego wybierania z bazy danych i tworzenia
oznaczeń otworów, które w kolejnych miesiącach dokumentowane są na mapie
"sztygarskiej",
- projektowania zabierek oraz bloków zwałowych,
- tworzenia przekrojów, obliczeń objętości oraz ilości
węgla i nadkładu na etapie tworzenia planów pracy maszyn podstawowych.
Rys. 1. Fragment modelu stanu geodezyjnego nałożonego
na krawędzie stanu z poprzedniego miesiąca.
Rys. 2. Fragment modelu trójkątowego stanu geodezyjnego 01-07
wraz z modelem siatkowym stanu 12-06.
Rys. 3. Fragment modeli trójkątowych dwóch kolejnych stanów
geodezyjnych nałożonych na siebie.
Czerwony - stan 12-06, zielony - stan 01-07.
 mgr inż. Zofia Wojnowska, Starszy inspektor techniczny, Dział
Mierniczy BOT KWB Bełchatów SA:
MineScapeTM jest oprogramowaniem nowoczesnym dla inżynierów
ciekawych świata i chcących się rozwijać. Każde zadanie można rozwiązać
wielowariantowo, a wyniki poddać analizie wizualnej. Z drugiej strony istnieje
możliwość zapisu ciągłego operacji obliczeniowych w skryptach, dzięki
czemu dużą część żmudnej pracy można zautomatyzować.
|
Model złoża
Rys. 4. Schematyczne przedstawienie modelowanych warstw
z zaznaczeniem zależności (erozja, granice pięter,
współkształtność warstw w obrębie piętra).
Modelowanie struktury złoża polega na obliczeniu rzędnych
wszystkich powierzchni stratygraficznych, miąższości warstw ograniczanych
tymi powierzchniami z zachowaniem zilustrowanych wyżej reguł modelowania oraz
z wykorzystaniem "powierzchni izoliniowych" jako powierzchni nadających
trend powierzchniom modelowanym. Wspomniane rzędne liczone są we wszystkich węzłach
zdefiniowanej siatki o oczku 5 m, pokrywającej obszar złoża (tj. około 60
mln m2). Ilość węzłów w takiej siatce wynosi około 2,5 mln. Biorąc pod
uwagę ilość warstw stratygraficznych, które podlegają modelowaniu, obliczyć
można, że model wspomnianych wyżej 5 kompleksów głównych stratygraficznych
wraz z powierzchniami nadającymi trend, zawiera 20 mln węzłów siatki (grid).
Jego obliczenie na komputerze PC P4 2GB RAM nie trwa dłużej niż godzinę.
Stwarza to możliwość zagęszczenie siatki (grid), w której liczony jest
model i dodatkowo wzbogacenie modelu o nowe powierzchnie lub bardziej
elementarne warstwy stratygraficzne, np. w obrębie kompleksu węglowego (KW).
Cechą charakterystyczną zbudowanego modelu jest z jednej
strony zgodność przebiegu modelowanych warstw ze stwierdzeniami w otworach
(dane z bazy danych otworów), z drugiej zaś strony zgodność
z przebiegiem "powierzchni izoliniowych" stanowiących geologiczną
interpretację struktury złoża. Te "powierzchnie izoliniowe"
stworzone były w drodze trójkątowania izolinii, które zostały uzgodnione ze
stwierdzeniami w otworach, jednak z zachowaniem marginesu błędu ±5 m.
Zadanie stawiane systemowi polegało na stworzeniu modelu, w którym modelowane
powierzchnie są całkowicie zgodne z danymi z otworów, a przebieg tych
powierzchni pomiędzy stwierdzeniami w otworach jest współkształtny z
przebiegiem "powierzchni izoliniowych". Okazało się to możliwe
dzięki specyficznej funkcjonalności systemu MineScapeTM. Polega ona na
wykorzystaniu powierzchni stworzonej poza modelem stratygraficznym (poza modułem
StratModel) w taki sposób, że taka zewnętrzna powierzchnia może być
wykorzystana jako powierzchnia nadająca trend powierzchni modelowanej w oparciu
o dane z otworów.
Poniższa ilustracja przedstawia schematycznie (uproszczony
model testowy) rezultat dodania do modelu opartego o dane z otworów
"powierzchni izoliniowych" wymuszających trendy.
Rys. 5. Przekrój przez model testowy stworzony w wersji
bez- i z powierzchniami nadającymi trend.
Model jest spójny i nie zawiera obszarów niepożądanego
przenikania się warstw lub powierzchni. Jest zgodny z danymi z otworów
i zachowuje trendy wyznaczone przez "powierzchnie izoliniowe".
"Powierzchnie izoliniowe" stanowią narzędzie, przy pomocy którego
interpretacja geologiczna danych wykonana przez człowieka jest przekazywana
maszynie i uwzględniana w procesie modelowania. Mechanizm pozwala nam
kontrolować i wpływać na kształt (strukturę) modelowanych powierzchni. W
tym artykule nie sposób zaprezentować procesu tworzenia modelu w sposób
bardziej szczegółowy. W dalszej części artykułu przedstawiamy wynikowy
model przy pomocy przekroju i izolinii jednej z głównych powierzchni
stratygraficznych.
Grafika generowana z modelu
Grafika generowana z modelu służy jako podstawa
dokumentacji złoża. Przykładem jest przekrój przez model głównych warstw
stratygraficznych. Linia przekroju przeprowadzona jest przez wybrane otwory
dokumentacyjne. Przekrój tworzony jest w dwóch wersjach: płaski i trójwymiarowy.
Rozwinięcie przekroju trójwymiarowego odbywa się automatycznie (w locie) i
wynikiem jest przekrój, na którym odległości między otworami są
rzeczywiste, niezależnie od tego czy otwory są czy też nie są rozmieszczone
współliniowo. Czarnymi liniami zaznaczone są opisane powyżej
"powierzchnie izoliniowe". Biorą udział w modelowaniu jako
powierzchnie nadające trend powierzchniom modelowanym na podstawie danych z
bazy danych otworów.
Rys. 6. Przekrój przez model złoża "Bełchatów" z
powierzchniami nadającymi trend.
Rys. 7. Przekrój przez model złoża "Bełchatów" z
powierzchnią nadającą trend dla stropu podłoża mezozoicznego.
W tle wysad solny "Dębina".
Rys. 8. Fragment mapy izoliniowej spągu kompleksu węglowego wykreślonej
przez system.
Powyżej - inny sposób graficznej prezentacji danych
opisujących strukturę złoża - izolinie z zaznaczeniem stwierdzeń z
otworów. Ilustracja przedstawia mapę izoliniową spągu kompleksu węglowego (KW)
wraz z linią wyklinowania wykreśloną przez system MineScape™.
Model jakości węgla
Model plastrowy
W tym ujęciu kompleks węglowy i inne warstwy węglowe (A
oraz KWN) traktujemy jak serię leżących bezpośrednio na sobie plastrów.
Generowane są one automatycznie tak, aby ich sumaryczna miąższość zawsze
odpowiadała miąższości pokładu. Próby jakościowe uśredniane są dla każdego
plastra. W ten sposób otrzymane średnie próby służą jako podstawa do
interpolacji parametrów jakościowych w każdym plastrze osobno. Poniżej
- oznaczone barwnie przedziały kaloryczności. Kategoryzacja plastrów
odbywa się w nawiązaniu do superpozycji parametrów KALN i STR (kaloryczność
i zawartość siarki).
 mgr Ryszard Frankowski, z-ca kierownika Działu Ruchu, Dział
Geologiczny BOT KWB Bełchatów SA:
Dzięki oprogramowaniu MineScapeTM firmy Mincom służbie
geologicznej BOT KWB Bełchatów SA udało się stworzyć cyfrowy model
stratygraficzny oraz jakościowy złoża "Bełchatów" (Pole Bełchatów
i Pole Szczerców). Posiadanie cyfrowych modeli złoża pozwala m.in. na:
wizualizację informacji przy pomocy map, przekrojów, elementów trójwymiarowej
grafiki, możliwość udostępniania aktualnych danych zainteresowanym
jednostkom kopalni, wykorzystanie do obliczeń zasobów metod statystycznych i
geostatystycznych.
|
Rys. 9. Struktura modelu plastrowego i kategorie jakościowe
oznaczone barwnie na przekroju przez plastry.
Model Blokowy
Modelowanie blokowe to ujęcie złoża w regularną strukturę
wyrażoną przez dużą ilość bloków o wymiarach zdefiniowanych przez użytkownika
systemu. W procesie interpolacji danych z prób jakościowych każdy blok
dostaje przypisane określone wartości poszczególnych parametrów jakościowych.
Interpolacja odbywa się w taki sposób, że elipsoida poszukiwań wokół każdego
bloku jest spłaszczona w kierunku wyznaczonym przez zaleganie pokładu. Efekt
pochodzący od określonych prób jakościowych ma miejsce przede wszystkim w
tych blokach, które zlokalizowane są na podobnej wysokości w odniesieniu do
całkowitej miąższości pokładu, co próba.
Trójwymiarowa natura modelu blokowego umożliwia
otrzymywanie różnorakich przekrojów geologicznych; również dowolnie
pochylonych lub i takich, że powierzchnia "przekroju" nie jest płaska.
Pozwala to uzyskać obraz przebiegu wychodni i rozkładu jakości węgla na
skarpach. Poniższe ilustracje przedstawiają przekrój przez model blokowy oraz
ekspozycję rozkładu klas litologii górotworu na powierzchnię wyrobiska.
Rys.10. Przekrój przez model blokowy wraz z otworami. Barwy
oznaczają klasy litologii.
Rys.11. Ekspozycja modelu blokowego na powierzchnię wyrobiska.
Barwy oznaczają klasy litologii.
Projektowanie eksploatacji
W strukturze oprogramowania MineScapeTM projektowanie długoterminowe
jak i projektowanie krótkoterminowe (operatywne) jest nierozerwalnie powiązane
ze sobą. Podstawą do projektowania operatywnego jest nazywany w strukturze
projektu MinScapeTM tzw. projekt dyrektywny. Projekt ten zawiera w plikach
graficznych i trójkątowych geometrię każdego poziomu eksploatacyjnego od
aktualnego (na czas tworzenia projektu) geodezyjnego stanu wyrobiska do końca
projektowanej eksploatacji górniczej. Każdy projektowany poziom eksploatacyjny
zapisany jest w następujących strukturach danych:
- obwiednia poziomu,
- krawędzie i warstwice dna poziomu,
- stan po przejściu projektowanego poziomu (stan ten
powstaje poprzez zastąpienie w granicy obwiedni, stanu geodezyjnego stanem
projektowym).
Dzięki przyjaznemu środowisku projektowania w trójwymiarowej
przestrzeni oraz możliwości płynnego wglądu do modelu geologicznego złoża
system ten może być polecony wszystkim projektantom robót górniczych w
odkrywkowych kopalniach węgla brunatnego.
Rys.12. Powierzchnia projektowa "po przejściu" poziomu
bte03a wraz projektowanymi zabierkami. Powierzchnie projektowane spągów
zabierek przejmują geometrię z powierzchni
"po przejściu" poziomu.
 mgr inż. Edward Sośniak, Kierownik Działu Ruchu, Dział
Technologii Górniczej BOT KWB Bełchatów SA:
Wdrożony w BOT KWB Bełchatów SA system MineScapeTM pozwolił
na pracę Działów Ruchu: Geologicznego, Mierniczego
i Technologii Górniczej w sieciowym, jednolitym i spójnym środowisku
programowym, eliminując transfery danych pomiędzy dotychczas używanymi
systemami. Ponadto funkcjonalność programu umożliwiła symulacje
wielowariantowych scenariuszy wydobycia, co usprawniło proces planowania dla
uzyskania między innymi optymalnych parametrów jakościowych dostarczanego węgla
do BOT Elektrowni Bełchatów SA.
|
Oprogramowanie MineScapeTM zawiera między innymi moduły do
modelowania geologicznego, jak i moduły do projektowania geometrii
w trójwymiarowej przestrzeni. W trakcie projektowania geometrycznego, system płynnie
pozwala na wgląd do bazy danych geologicznych, modelu stratygraficznego, modelu
plastrowego i modelu blokowego złoża. Podczas projektowania program umożliwia
projektantowi szybką kontrolę poprawności stworzonej geometrii bloków
eksploatacyjnych poprzez możliwość płynnej zmiany nachylenia osi współrzędnych
względem ekranu. Wydajna trójwymiarowa grafika systemu MineScapeTM pozwala na
szybkie znajdowanie i korektę błędów geometrycznych w dowolnym widoku na
projektowaną geometrię (np. geometrię zabierki).
Rys.13. Powierzchnia spągu zabierki z podglądem modelu blokowego
(kategorie węgla).
Rys.14. Powierzchnia terenu wraz z powierzchnią spągu zabierki
i przekrojem przez model blokowy złoża z zaznaczeniem kategorii węgla. Spąg
zabierki wybarwiony na podstawie wychodni
warstw stratygraficznych z modelu stratygrafii złoża.
Projektowanie kolejnych zabierek odbywa się w nawiązaniu do
aktualnej i planowanej na czas wykonania zabierki lokalizacji przenośnika.
W plikach graficznych MineScapeTM przechowywane są parametryczne obiekty typu
przenośnik.
Rys.15. Obiekt graficzny (parametryczny) typu przenośnik.
Wykorzystywane są funkcje stworzone w systemie specjalnie na
zamówienie Kopalni, wspomagające projektowanie przesuwki przenośnika i
geometrii zabierki w nawiązaniu do planowanego położenia przenośnika.
Rys.16. Dane graficzne wykorzystywane przez system
w obliczaniu zasięgu zabierki.
Rys.17. Wycinek elektronicznej wersji mapy planu pracy koparki
stworzonego w środowisku graficznym MineScapeTM.
Na podstawie modeli: terenu, przenośników, złoża
(plastrowego
i blokowego) oraz grafiki płaskiej z mapy sztygarskiej prowadzonej w środowisku
MicrostationTM oraz z uwzględnieniem lokalizacji rejonów zagrożeń i otworów
z pozostawionym w nich sprzętem (łącze do bazy danych otworów), tworzona
jest dokumentacja mapowa planu pracy dla koparek. Obliczenia objętości i ton węgla
z podziałem na kategorie kaloryczności
i zasiarczenia oraz objętości nadkładu z podziałem na klasy
litologiczne prowadzone są na podstawie modelu złoża opisanego powyżej.
Przekrój przez złoże w obrębie projektowanej
zabierki tworzony jest wieloetapowo, jednak w ramach spójnej (częściowo
zautomatyzowanej) procedury i zawiera graficzne przedstawienie: stropu i spągu
zabierki, granic warstw gł. stratygraficznych, kategorii węgla, klas
litologicznych nadkładu, wybranych otworów wraz z oznaczeniem przelotów o różnych
litologiach oraz histogramy jakości (kaloryczność) węgla na tych otworach.
Rys.18. Fragment planu pracy koparki - przekrój przez
projektowaną zabierkę
z zaznaczeniem kategorii węgla z modelu złoża oraz litologią i kalorycznością
przedstawionymi na otworach.
Nad przekrojem tabela zasobów liczonych z modelu.
Poza opisanymi w tej publikacji, stworzono modele: położenia
zwierciadeł oraz rozkładu chemizmu wód w horyzontach wodonośnych.
Jeszcze w tracie realizacja wdrożenia system został włączony
do eksploatacji w zadaniach produkcyjnych. Wdrożenie systemu realizowane było
przez ComputerLand i Mincom we współpracy z Zespołem Projektowym złożonym z
pracowników Kopalni.
Andrzej Gądek
Starszy Konsultant Górniczy
Mincom International
