Ведение цифровых моделей подземных горных предприятий в наши дни

А.А. Ракшин — ведущий специалист Департамента горных работ.

На сегодняшний день, в связи с развитием информационных технологий и появлением новых инструментов в сфере проектирования и эксплуатации горных предприятий, развитие инструментов мониторинга фактической ситуации на рудниках остается одним из главных вопросов в грамотном и эффективном планировании и проектировании горных работ. С применением новых инструментов проектирования и цифровизации производств, таких как применение интерактивных планировщиков горных работ, повсеместное внедрение Life of Mine, BIM проектирование, когда большинство решений принимается и визуализируется в 3D-пространстве, решение о наличии достоверной 3D-модели горного предприятия, учитывающее как фактические положение пройденных выработок, так и информацию о отработанном пространстве, является для предприятия необходимостью для эффективного, быстрого и современного проектирования горных работ.

Рис. 1.1. Ориентирование планов подэтажа по координатам в пространстве проекта, оцифровка контура отработанной камеры

Фактическая оцифрованная модель рудника является инструментом для решения обширного ряда задач, связанных с планированием производственных и бизнес процессов предприятия, что на сегодняшний день дает прозрачную картину, как для инвесторов, так и для производственного персонала по эффективности применения тех, или иных решений. Зона влияния качественной фактической 3D-модели рудника распространяется на все стадии ведения горных работ: от геологоразведочных работ до реализации конечной продукции.

Рис. 1.2. Построение каркаса очистного блока (Детализация повышается с количеством подгружаемых подэтажей)

Таким образом, качественно реализованная модель фактического состояния горных работ позволяет:
1. Грамотно и эффективно планировать ведение эксплуатационных геолого-разведочных работ.
2. Вести более эффективный подсчет запасов и формировать блочные модели месторождений, точно учитывая параметры отработанного пространства.
3. Детальное производство геомеханических моделей месторождений и отдельных их участков, с пониманием поведения массива с учетом отработанного и заложенного пространства.
4. Оптимизировать проходческую сеть вновь проходимых выработок с учетом точного положения фактически пройденных.
5. Оптимально проектировать процессы и порядок ведения очистной добычи, особенно в условиях доработки запасов месторождения и выемки целиков.
6. Понимание гидрогеологической ситуации и оценка рисков при доработке ранее неактивных запасов.
7. Соотношение план/факт и выявление расхождений при ведении работ, что дает большее понимание рисков для инвесторов и производственного персонала.

При строительстве новых подземных горных предприятий мониторинг ведения горных работ и создание цифровой модели рудника рекомендуется производить непосредственно с на чала ведения горных работ. Современные технологии позволяют вести маркшейдерские съемки в 3D, производить сканирование выработок, а также отработанных пространств с использованием дронов со сканерами. Также возможно переносить данные с маркшейдерских приборов непосредственно в среду инструментов моделирования горных работ в виде облака точек, разрезов с возможностью ручного построения каркасов горных выработок и выемочных пространств, что значительно дешевле в сравнении с дорогим сканирующим оборудованием, но требует больших камеральных работ и кадровых затрат. Работы по регулярному обновлению фактической ситуации горных работ возможны как собственными силами предприятия, так и с привлечением подрядных организаций.

Рис. 2.1. Ориентирование проекций рудных жил в пространстве модели

Более остро стоит вопрос по созданию качественных 3D-моделей горных предприятий с большой историей. В таком случае восстановление удобоваримой 3D-модели зачастую является затруднительным, ввиду отсутствия или утраты достоверных данных о выработанном пространстве и пройденных выработках, которые, ввиду большого срока работы предприятия, могут быть забыты временем, и данная проблема может не только ограничивать область применения современных инструментов проектирования горных работ, но и приводить к неожиданным «сюрпризам» непосредственно при производстве работ, ввиду неучета или упущения той или иной фактической картины в недрах (прорыв воды в ранее выработанное пространство, геодинамические явления в результате некачественной геомеханической оценки, аварийные ситуации при проходческих и добычных работах). В современных реалиях, для ведения горных работ, воссоздание фактических моделей подземного горного предприятия является необходимым действием для оптимизации как проектной, так и производственной работы.

Рис. 2.2. Построение каркаса для вычленения очистного пространства на основе проекций

Работа по восстановлению и оцифровке горных предприятий «с большой историей» представляет из себя воссоздание и консолидацию исторических данных, ориентирование графической документации в пространстве модели и сборка полученных изображений данных в 3D-формате. Работы по построению фактической модели рудника могут также выполняться как собственными силами предприятия, так и с привлечением подрядных организаций. Возможна консолидация решений в части сборки и оцифровки 3D-моделей рудников как непосредственно на предприятии, так и дистанционно.

Компания Rock and Mill за историю своей практики успешно реализовала большое количество моделей предприятий с «большой» историей для дальнейшей реализации различных целей и стадийностей проектирования предприятий.

Рис. 2.3. Выявление вычлененного пересечения каркасов

По опыту компании Rock and Mill, восстановление 3D-моделей подземных горных предприятий (в особенности с «большой историей»), в условиях отсутствия фактической маркшейдерской съемки, возможно по 3-м сценариям (выбор сценария зависит от стадийности проектирования и наличия исходной информации):
1. Воссоздание факта горных работ попланово.
2. Воссоздание факта горных работ по проекциям выработанных пространств.
3. Воссоздание факта горных работ поразрезно.

Каждый из приведенных методов преследует свои цели, выполняется в определенных условиях.

Воссоздание факта горных работ попланово

Укрупненное восстановление модели подземных горных работ выполняется методом ориентирования и оцифровки планов горных выработок и выработанных пространств и используется при укрупненном и оперативном понимании статуса ведения горных работ и укрупненной оценке остаточных запасов месторождения. Укрупненный алгоритм показан на рисунках 1.

Рис. 3.1. Оцифровка контуров поразрезно

Воссоздание факта горных работ по проекциям выработанных пространств

Укрупненное восстановление модели горных работ выполняется, как правило, при отсутствии исторической поплановой маркшейдерской документации и преследует за собой цель восстановления укрупненного состояния исторически отработанных участков. Выполняется посредством ориентирования проекций выработанных пространств и вырезания контуров отработанных пространств из каркасов рудных тел (рисунки 2).

Рис. 3.2. Ориентирование разрезов в соответствии с планом

Воссоздание факта горных работ поразрезно

При наличии поразрезной съемки отработанного пространства, возможно создание детальной покамерной фактической модели рудника, что дает высокую детализацию модели, позволяет вести и детальное планирование горных работ, особенно актуально при оценке остаточных запасов при доработке месторождения и оперативном планировании горных работ. Заключается в геометрическом ориентировании разрезов выемочных единиц в пространстве модели с дальнейшим построением каркасов отработанного пространства. Укрупненный алгоритм показан на рисунках 3.

Зачастую при восстановлении фактической ситуации рудника и переноса его в 3D-пространство (особенно для предприятий с большой историей) применяется комплексный подход, учитывающий все вышеперечисленные подходы, для достижения более детальной картины.

Рис. 3.3. Ориентирование разрезов в 3D-пространстве

Важным моментом является то, что с помощью инструментов атрибутов и баз данных возможно вносить в фактическую модель рудника огромный перечень информации, который может быть полезен как на стадиях проектирования горных работ, так и при эксплуатации рудника (состояние крепи, состояние массива, дата отработки, количество закладочного материала, его состав).

Рис. 3.4. Построение каркаса блока 

Таким образом, с уверенностью можно сказать, что в сегодняшних реалиях достоверная модель фактического состояния горных работ на предприятии является необходимостью для качественного мониторинга процессов ведения горных работ и эффективного планирования развития предприятия.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 3 (65)/сентябрь 2024 г.