ГГИС MINEFRAME — импортозамещение ключевых цифровых технологий в области инженерного обеспечения горных работ

С.В. Лукичев — и.о. директора, д.т.н., s.lukichev@ksc.ru
О.В. Наговицын — главный научный сотрудник, д.т.н., o.nagovitsyn@ksc.ru

Горнодобывающая промышленность находится под сильным давлением геополитических, экологических и рыночных факторов, требующих все большего повышения эффективности производства. В условиях удаленности и плохой транспортной доступности мест ведения горных работ, неопределенности в запасах и ресурсах полезных ископаемых, операций с высоким риском на рынке минерального сырья - все больше усиливается потребность в быстрой цифровизации всех процессов, связанных с ведением горного бизнеса. История развития горных информационных технологий и положительные примеры их практического использования показывают, что цифровая трансформация является ключом к выживанию горнодобывающих предприятий, поскольку она способна компенсировать снижение производительности во все более усложняющихся горно-геологических условиях, и при этом способствует повышению безопасности ведения работ. Это определяет значительный потенциал использования цифровых технологий для создания горных предприятий будущего, обладающих цифровыми инструментами для принятия оптимальных решений и точных прогнозов [1].

Рис. 1. Планирование горных работ на угольном разрезе

Масштаб и сложность цифровой трансформации, как отдельных предприятий, так и в целом горнодобывающей отрасли предполагают серьезные изменения не только в технологии инженерного обеспечения и ведения горных работ, но и в методах перехода на цифровые технологии. Для создания удобной для использования техническими специалистами предприятия цифровой инфраструктуры требуется глубокая интеграция в систему управления инструментов проектирования, планирования, управления горными работами и оборудованием, материально-технического обеспечения технологических процессов, обеспечения безопасности горных работ [2]. А с учетом того, что, как правило, горнодобывающие предприятия имеют обогатительные производства, создание цифровой технологии (цифрового двойника) предполагает объединение в единое цифровое пространство горного и обогатительного комплексов. Решение подобных задач под силу только специализированным компаниям или их объединениям, обладающим программно-техническими решениями в этой области. Важно, чтобы на нашем рынке присутствовали не только зарубежные игроки, но и российские, обеспечивающие тем самым технологическую независимость страны в этом важном для формирующейся цифровой экономики направлении.

Горный институт Кольского Научного Центра РАН и ООО «Лаборатория МАЙНФРЭЙМ» уже более 25 лет развивают горно-геологическую информационную систему (ГГИС) MINEFRAME [3, 4]. Тесный контакт с предприятиями, понимание специфики и реалий российской горной промышленности помогают развивать ГГИС MINEFRAME с учётом текущих и перспективных потребностей горняков. Уже изначально ГГИС MINEFRAME задумывалась как геоинформационная система комплексной автоматизации решения геологических, маркшейдерских и технологических задач в едином цифровом пространстве горнодобывающего предприятия. На сегодня её функционал включает:

• геология — формирование баз данных (БД) геохимического опробования. Геометризация и 3D-визуализация результатов геологической разведки месторождения. Построение каркасных моделей рудных тел, пластов и геологических нарушений. Создание блочных моделей на основе геостатистического исследования данных опробования и их интерполяции. Определение качественных показателей выемочных единиц. Оценка запасов и др.;
• маркшейдерия — формирование и работа с БД точек съёмочного обоснования. Моделирование и документирование процесса реализации проектных решений в ходе ведения горных работ. Формирование 3D-моделей на основе данных инструментальных замеров реальных объектов;
• проектирование и планирование горных работ — проектирование выработок, объектов подземной и наземной инфраструктуры в режиме создания их 3D-моделей. Календарное планирование горных работ на основе моделирования проходки подземных выработок и закономерностей развития карьерного пространства, последовательности отработки выемочных единиц. Оперативное планирование открытыми и подземными горными работами (рис. 1).

Таким образом, можно констатировать, что на сегодня в рамках развития ГГИС MINEFRAME создана инструментальная основа для формирования цифровых моделей объектов горной технологии и рабочие инструменты для инженерного обеспечения горных работ при добыче минерального сырья.

Рис. 2. Блочные модели рудных тел и каркасные модели выработок

Одним из способов интеграции решений в области цифрового моделирования объектов и процессов горного производства является создание цифровой платформы и открытие ее функционала для сторонних разработчиков программного обеспечения. В связи с этим одним из важных направлений развития ГГИС MINEFRAME является её постепенное превращение в цифровую платформу, обеспечивающую сетевое развитие цифровых инструментов решения задач горной технологии.

Опыт внедрения MINEFRAME на горнодобывающих предприятиях России позволяет говорить о хороших адаптивных возможностях ГГИС применительно к различным горно-геологическим условиям и масштабам производства. На сегодня в числе предприятий, являющимися нашими партнерами, можно назвать: ПАО «ППГХО», АО «СЗФК» ОАО «Оренбургские минералы», ОАО «Боксит Тимана», ОАО «Урал асбест», рудники холдингов «АЛРОСА», «РУСАЛ», «Северсталь» и многие другие.

ГГИС MINEFRAME на сегодняшний день обладает обширным функционалом для автоматизации решения задач инженерного обеспечения горных работ. Для этого в её составе содержится более 300 рабочих инструментов, обеспечивающих решение большинства задач, встречающихся в практике работы горнодобывающих предприятий. Для интеграции с другими цифровыми системами, используемыми на предприятиях, развиваются сервисы обмена данными. Одним из примеров решения такой задачи является модуль интеграции MINEFRAME с системой оперативного учёта и управления горным производством, а также парком техники в режиме реального времени (далее — система оперативного учёта) на примере одного из горнодобывающих предприятий России. Модуль обеспечивает двусторонний обмен данными между системами. В систему оперативного учёта из БД MINEFRAME передаются данные об объектах подземной геотехнологии и их текущем состоянии. Из системы оперативного учёта в БД MINEFRAME приходит обновленная информация о горных работах: запланированных, пройденных и заложенных участках выработок, объёмах и локализации этих работ.

Переданная в ГГИС MINEFRAME информация о горных работах автоматически обрабатывается: определяется пространственное положение участков объектов, в которых произошли изменения, определяется их состояние в зависимости от типа данных, который был принят. Так, например, сведения о проходке какой-либо части выработки меняют статус её участка с «В плане» на «Пройден». Аналогичным образом отрабатываются ситуации при переводе участка выработки в план, по переходу к закладочным работам или их завершению.

Таким образом, разработанное интеграционное решение позволяет реализовать обмен данными с другими информационными системами в автоматическом режиме. Интеграция между системами, содержащими сведения о состоянии и условиях ведения горных работ, позволяет более полно задействовать возможности БД обеих систем. Это необходимо для визуализации текущего положения горных работ, формирования различной отчётности, а также обнаружения потенциально опасных событий.

Рис. 3. Примеры моделей горно-технологических объектов, созданные в ГГИС MINEFRAME

Другой пример комплексного внедрения ГГИС MINEFRAME — это Приаргунское производственное горно-химическое объединение (ПАО «ППГХО») [5]. Процесс промышленного внедрения системы MINEFRAME начался в 2007 г. на буроугольном разрезе «Уртуйский». С 2013 г. начались работы по промышленному внедрению системы на подразделениях Шахтно-проходческого управления и подземного рудника № 8 [6]. С 2016 г. начато внедрение на руднике № 1 [7]. Предпосылками для внедрения цифровых технологий стали необходимость повышения эффективности ведения горных работ в сложных горно-геологических условиях: удароопасность месторождений, дорогостоящая и непростая технология добычи полезного ископаемого (ПИ) системой разработки нисходящими слоями с закладкой выработанного пространства. В процессе внедрения ГГИС сформирована и оперативно пополняются цифровые модели: рудного поля, включающая модели рудных тел, тектонических нарушений; комплекса подземных горных выработок; закладочного массива; объектов поверхностной инфраструктуры; карьера и отвалов. Сформированный и оперативно пополняемый комплекс моделей является основой для проектирования объектов геотехнологии и планирования горных работ.

В рамках внедрения ГГИС MINEFRAME были проведены работы по созданию горно-технологической модели Стрельцовского рудного поля с объединением в рамках этой модели всей значимой геологической, геомеханической и горно-технологической информации.

Разработка месторождений ПАО «ППГХО» ведется с применением системы разработки нисходящими горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Для этой технологии в ГГИС был разработан модуль «Твердеющая закладка», позволяющий как планировать фронт закладочных работ в эксплуатационных блоках, так и осуществлять моделирование фактического состояния искусственного массива (рис. 2) с автоматизированным расчётом параметров и характеристик секций, формованием документации по утвержденным на предприятии шаблонам.

Каркасные модели рудных тел создаются на основе информации, содержащейся в геологической БД, путем оконтуривания рудных интервалов в трехмерной среде по принятым на предприятии методикам. Данные модели в совокупности с данными опробования позволяют оперативно выполнять расчеты количественных и качественных показателей руды, определять содержание полезных и попутных компонентов, используя доступный объем структурированной по блокам, секциям и слоям информации. На каждом подземном руднике в геологических отделах средствами ГГИС ведется планомерная работа по трёхмерному моделированию рудных тел.

С использованием инструментов блочного моделирования и геостатистического анализа создаются модели запасов геологических блоков и выемочных единиц, что позволяет моделировать пространственное распределение содержаний на основе точечных и интервальных данных. Визуализация моделей наглядно показывает распределения ПИ в блочной модели (рис. 2).

В настоящее время идет активная работа по совершенствованию и разработке нового функционала при поддержке АК «АЛРОСА». Между ООО «Лаборатория МАЙНФРЭЙМ» и АК «АЛРОСА» заключено соглашение о стратегическом партнерстве в области развития ГГИС и инструментов планирования горных работ. Планы работ предусматривают создание в краткосрочной перспективе ГГИС мирового уровня для полноценного импортозамещения зарубежных продуктов, все еще доминирующих в России.

За годы развития ГГИС MINEFRAME была насыщена цифровыми инструментами геологического моделирования, маркшейдерского обеспечения, проектирования и планирования горных работ. В результате выполнения исследовательских и консалтинговых работ разработаны инструменты, с использованием которых решается широкий спектр горно-геологических задач (рис. 3), обучены и успешно осваивают ГГИС сотни специалистов горнодобывающих предприятий. Проводится работа с вузами страны по использованию ГГИС в учебном процессе студентов горного профиля. На курсах повышения квалификации обучаются геологии, маркшейдеры, горные инженеры.

ГГИС MINEFRAME внесена в Единый реестр российских программ для ЭВМ и баз данных Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации, № 889.

В последнее время в связи с санкционным давлением на Россию остро встаёт вопрос об импортозамещении горного программного обеспечения. Функционал ГГИС MINEFRAME и более чем 25-й её успешный опыт использования на горнодобывающих предприятиях даёт основание считать, что MINEFRAME является программным продуктом, который может вполне заместить импортные аналоги. Некоторое же отставание в развитии функционала по сравнению с зарубежными ГГИС может быть ликвидировано при наличии необходимого объёма финансирования, который формируется в первую очередь спросом со стороны горнодобывающих предприятий.

1. Barnewold L. Digital technology trends and their implementation in the mining industry // Application of Computers and Operations Research in the Mineral Industry Proceedings of the 39th International Symposium APCOM 2019. Wroclaw, Poland. 2019. P. 9–16
2. Капутин Ю.Е. Информационные технологии и экономическая оценка горных проектов (для горных инженеров). Монография. — СПб: «Недра». 2008 г. — 396 с.
3. Научные и практические аспекты применения цифровых технологий в горной промышленности (под редакцией д.т.н. Лукичева С.В.) — Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН. — 2019 г. — 198 с.
4. Лукичев С.В., Наговицын О.В. Цифровая трансформация горнодобывающей промышленности: прошлое, настоящее, будущее // Горный журнал. 2020 г., № 9. С. 13–18.
5. Бахарева Л.И., Середина М.Н., Наговицын О.В. Применение современных цифровых технологий инженерного обеспечения горных работ в ПАО «ППГХО им. Е.П. Славского» // Горный журнал. 2023 г., № 7. С. 77–85.
6. Просекин Б.А., Ильин Е.А., Толстобров В.А. Внедрение компьютерных технологий для моделирования горных работ в ОАО «ППГХО». Горный журнал. 2013 г., № 8–2. С. 14–18.
7. Лукичёв С.В., Наговицын О.В., Ильин Е.А., Рудин Р.С. Цифровые технологии инженерного обеспечения горных работ - первый шаг к созданию «умного» добычного производства // Горный журнал. 2018 г., № 7. С. 86–90.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 3 (61)/сентябрь 2023 г.