«ФГБОУ ВПО ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт недропользования Кафедра Маркшейдерское дело и геодезия 20 _ г. ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (рабочая учебная программа дисциплины) ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

Институт

недропользования

Кафедра

«Маркшейдерское дело и геодезия»

20 _ г.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

(рабочая учебная программа дисциплины)

МАРКШЕЙДЕРСКО-ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ

Направление подготовки: 130400 – Горное дело Специализация: Маркшейдерское дело Квалификация (степень) Специалист Форма обучения Очная Составитель программы Загибалов А.В., профессор кафедры «Маркшейдерское дело и геодезия»

ИрГТУ, кандидат геолого-минералогических наук Иркутск 2013 г.

1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1. Вид деятельности выпускника Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к виду деятельности выпускника:

производственно-технологической;

научно-исследовательской;

проектной.

1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника В дисциплине рассматриваются указанные в ФГОС задачи профессиональной деятельности выпускника:

руководствоваться в практической инженерной деятельности принципами комплексного использования георесурсного потенциала недр;

разрабатывать модели процессов, явлений, оценивать достоверность построенных моделей с использованием современных методов и средств анализа информации;

осуществлять проектирование предприятий по эксплуатационной разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых, а также строительству подземных объектов с использованием современных систем автоматизированного проектирования.

1.3. Перечень компетенций, установленных ФГОС Освоение программы настоящей дисциплины позволит сформировать у обучающегося следующие компетенции:

готовностью использовать научные законы и методы при геологопромышленной оценке месторождений твердых полезных ископаемых и горных отводов (ПК-2) демонстрировать пользование компьютером как средством управления и обработки информационных массивов (ПК-4);

владением навыками анализа горно-геологических условий при эксплуатационной разведке и добыче твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации подземных объектов (ПК-7);

готовностью принимать участие во внедрении автоматизированных систем управления производством (ПК-14);

владением методами геолого-промышленной оценки месторождений полезных ископаемых, горных отводов (ПК-15);

готовностью работать с программными продуктами общего и специального назначения для моделирования месторождений твердых полезных ископаемых, технологий эксплуатационной разведки, добычи и переработки твердых полезных ископаемых, при строительстве и эксплуатации подземных объектов, оценке экономической эффективности горных и горно-строительных работ, производственных, технологических, организационных и финансовых рисков в рыночных условиях (ПК-28);

готовностью обосновывать и использовать методы геометризации и прогнозирования размещения показателей месторождения в пространстве (ПСК-4-4).

1.4. Перечень умений и знаний, установленных ФГОС Студент после освоения программы настоящей дисциплины должен:

После освоения содержания дисциплины студенты должны:

знать:

место математических методов и моделей в формировании дипломированного специалиста по направлению «Горное дело»;

этапы математического моделирования маркшейдерско-геодезического обеспечения горного производства.

уметь:

интерпретировать полученные результаты применительно к горным и промышленным объектам.

владеть:

методами математического моделирования;

приемами использования математических моделей в современном недропользовании.

2. Цели и задачи освоения программы дисциплины Цель освоения программы дисциплины заключается в формировании у студентов систематизированного комплекса базовых профессиональных знаний в области применения лазерных сканирующих систем в горном деле и геологии.

Основными задачами освоения программы дисциплины являются:

создание автоматизированных систем сбора, обработки и графического выражения маркшейдерской информации с использованием универсальных приборов, спутниковых и инерциальных навигационных систем;

использование современной вычислительной техникой;

владение рациональными приемами поиска и использования научнотехнической информации по горному делу и маркшейдерии.

3. Место дисциплины в структуре ООП Для изучения дисциплины, необходимо освоение содержания дисциплин:

геодезия, высшая математика, маркшейдерское дело; маркшейдерия при открытых горных работах.

Знания и умения, приобретаемые студентами после освоения содержания дисциплины, будут использоваться в следующих дисциплинах: спутниковые технологии; математические методы в маркшейдерии; горное дело и окружающая среда.

4. Основная структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 ЗЕТ – 108 часов.

Самостоятельная работа (в том числе курсовое проектирование) Вид промежуточной аттестации (итогового конЗачет Зачет троля по дисциплине), в том числе курсовое проКурс.раб. Курс.раб.

ектирование 5. Содержание дисциплины Раздел 1. Система геолого-маркшейдерских графических работ на горных предприятиях Тема 1.1. Систематизация и структуризация горно-геологических объектов и параметров Тема 1.2. Системные параметры горно-геологических объектов Тема 1.3. Способы получения информации и графического описания горногеологических объектов Тема 1.4. Состав и назначение геолого-маркшейдерской графической документации Раздел 2. Информационная база системы автоматизированной геологомаркшейдерской графики Тема 2.1. Информационные геолого-маркшейдерские модели. Принципы построения графических информационных моделей Раздел 3. Архитектура вычислительной системы. Классификация компьютеров Тема 3.1. Методы классификации компьютеров Тема 3.2. Персональный компьютер: устройства хранения и передачи данных, стандартные устройства ввода-вывода Тема 3.3. Персональный компьютер: периферийные устройства ввода-вывода Тема 3.4. Программное обеспечение. Форматы графических файлов Раздел 4. Программное обеспечение рационального недропользования Тема 4.1. Обмен пространственными данными через Интернет. Программы для создания ГИС. Обзор современных геоинформационных систем. Принципы работы ГИС и перспективы развития.

Раздел 5. Устройство проекта MICROMINE, исходные данные, способы моделирования рудных тел и методы подсчета запасов Тема 5.1. О компании MICROMINE PTY LTD. Сравнение ГИС MICROMINE с другими классами программ Тема 5.2. Способы оценки запасов. Основные требования к материалам для моделирования месторождений в компьютерной системе MICROMINE Тема 5.3. Моделирование МПИ в MICROMINE. Основные операции. Некоторые методы подсчета запасов. Классификация запасов по категориям и получение отчета Раздел 6. Основные возможности программного продукта Gemcom.

Тема 6.1. Основные преимущества системы Gemcom по сравнению с другими горно-геологическими компьютерными программами. Модули программы Gemcom Тема 6.2. Основные положения методики обработки маркшейдерских данных в системе Gemcom. Модули проектирования и планирования горных работ. Методы подсчета запасов, предусмотренные программой Раздел 7. Описание системы и функциональные возможности DATAMINE Mineral Industries Computing Limited Тема 7.1. Описание системы и функциональные возможности. Подготовка геологической и маркшейдерской информации и ввод ее в компьютер Раздел 8. Основные характеристики системы САМАРА. Суть применения системы САМАРА Тема 8.1. Основные положения системы САМАРА. Каталоги внешней базы данных 5.1. Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем дисциплины Раздел 1. Система геолого-маркшейдерских графических работ на горных предприятиях Тема 1.1. Систематизация и структуризация горно-геологических объектов и параметров Специфика и сложность создания автоматизированной системы геологомаркшейдерской графики определяется номенклатурой и содержанием графической документации, используемой на всех стадиях освоения месторождений полезных ископаемых, ее информационной емкостью, видами изображений, особенностями форм структурных элементов и свойств геолого-промышленных и горно-технологических объектов, а также необходимостью пополнения и корректировки исходной документации. Эти задачи могут быть решены на основе анализа функций геолого-маркшейдерского обеспечения горных предприятий, декомпозиции объектов и графической документации.

Под геолого-маркшейдерским обеспечением понимается комплекс наблюдений, измерений, вычислений и документации для получения геологической, маркшейдерской и технической информации, необходимой при проектировании и ведении горных работ. Современные процессы разработки месторождений полезных ископаемых характеризуются высокими темпами механизации и автоматизации капитальных, подготовительных, нарезных и очистных работ, достижение наибольшей эффективности которых требует оперативного обеспечения надежной геологической информацией и прогнозирования горногеологических условий ведения горных работ.

Задачи геолого-маркшейдерского обеспечения горных предприятий решаются на всех стадиях освоения месторождений на основе полной и достоверной информации о геологической среде и составляющих ее элементах. Геологическая среда-это реальное физическое (геологическое) пространство в пределах земной коры, которое характеризуется определенным комплексом геологических условий, т. е. совокупностью некоторых свойств и процессов. При техническом воздействии горного производства на геологическую среду образуется горно-геологический объект, представляющий собой часть геологической среды, ограниченную сферой действий конкретного производства.

Системный подход к исследованию геологической среды предусматривает ее декомпозицию с построением иерархии пространственно связных частей геологических объектов (систем). Границы между объектами различных уровней проводятся по поверхностям (линиям, точкам) скачкообразного изменения (уменьшения) мер взаимного сходства и взаимосвязи смежных элементов объема (площади, длины). Геологические объекты-системы подчиняются общему правилу отношений, согласно которому система меньшего объема (размерности) является частью более крупной (сложной) системы.

С позиции этого подхода геологическая система - материальный объект, который состоит из взаимосвязных частей (подсистем, элементов), образующих некоторую целостность. Каждый материальный объект характеризуется множеством свойств, по определенной совокупности которых могут быть выделены части системы. Следовательно, существует множество способов 'декомпозиции системы. В качестве подсистемы (элемента) может рассматриваться лишь такая часть системы, о которой может быть получена необходимая информация, изучены ее свойства, связи и пространственное положение. При решении задач геолого-маркшейдерского обеспечения подсистемы должны выделяться таким образом, чтобы существовала возможность прямого или косвенного технического воздействия на каждую из них.

Всю совокупность объектов, взаимодействие которых в земной коре приводит к образованию горно-геологических объектов, можно разделить на собственно геологические, геолого-промышленные, административно - производственные и горнотехнические. В названных группах объектов, в целом представляющих собой иерархические системы, можно выделить по масштабу и соподчиненности уровни и поставить их в соответствие друг другу. При этом геологические объекты являются первичными природными, а все остальные производными, искусственными.

Декомпозиция геологической среды, сопровождающаяся установлением иерархии горно-геологических объектов, позволяет выявить элементы структурной и вещественной неоднородности полезного ископаемого в пределах горнотехнических границ, определить масштаб, методы, содержание и средства изучения объекта на соответствующем «уровне. Это, в конечном счете, дает возможность построить его матемагическую (графическую) модель, от сложности которой полностью зависит специфика геолого-маркшейдерского обеспечения горных работ для каждого уровня и периода планирования производства.

В иерархии первичных геологических объектов выделяются планетарный, региональный и локальный уровни (табл. 2). Геолого-промышленный объект, как часть геологической среды, соответствует определенной площади распространения полезных ископаемых. Это объекты целевые, выделяемые на основе экономических критериев-требований промышленности.

Соответствие геолого-промышленных объектов геологическим не всегда является таким однозначным, как показано в табл. 2. Кроме провинций, другие площади распространения полезных ископаемых (области, районы, поля, месторождения, минерализованные зоны, тела) могут отвечать структурным элементам, геологическим структурам и телам различных порядков в зависимости от конкретных геологических /условий и размеров объектов.

Горно-геологический объект представляет собой геотехническую систему, т.е. совокупность взаимодействующих природных и искусственных (технических) компонентов (подсистем). Для этой системы характерно, что элементы геологической подсистемы (их состав, свойства, пространственное положение) определяют условия, в которых развивается взаимодействие технических сил и геологической обстановки. В этих условиях технические характеристики геотехнической системы выступают как специфическое проявление его геологических свойств и процессов в подвергающемся воздействию объеме геологической среды.

Следовательно, в существовании, устройстве и функционировании технической подсистемы (шахта, рудник; карьер) определяющую роль играют геологическая подсистема, структура которой определяет строение, функционирование и организацию технологического процесса. При этом функционирование всей геотехнической системы ведет к преобразованию горно-геологического объекта, изменению размеров, взаиморасположения, взаимосвязей элементов обеих подсистем (горных выработок, выемочных полей, рудных тел).

Задача технической подсистемы состоит в переводе геологической подсистемы с некоторой начальной структурой и исходными значениями параметров (мощности, содержания, запасов) в конечное состояние (например, с близкими к нулю запасами). При этом техническая подсистема должна обладать надежностью, устойчивостью и эффективностью (бесперебойная экономически целесообразная добыча полезного ископаемого с заданной производительностью).

Эффективность функционирования геотехнической системы зависит от степени адекватности геологической и технической подсистем.

С позицией системного подхода достижение наилучшей адекватности геологической и технической подсистем и поддержание этого состояния в пределах заданных технических условий составляют главные функции геологомаркшейдерского обеспечения горных предприятий. Описание параметров структуры геологической и технической подсистем, достоверный учет их изменений при ведении горных работ - главные задачи геолого-маркшейдерской документации.

Таблица 2 Иерархия промышленных и горно-геологических объектов Планетарный Литосфера, литосферные плиты Региональный Щиты, плиты, перикратонные Области полезных исIII Геотехническая система формируется в процессе промышленного освоения месторождений полезных ископаемых в результате деятельности административно-производственных объектов, создающих в свою очередь горнотехнические объекты непосредственно для целей добычи и переработки минерального сырья (табл. 3).

Таблица 3 Иерархия промышленных и горно-геологических объектов Уров объединение; комбинат; рудничное (карьерное, ископаемого в пределах рудник; карьер, шахта шахтное) поле; отвал горного отвода, рудничного Рудник, карьер, шахта Рудничное, карьерное, Минерализованная зона, тело Производственный Выемочный участок; Тело полезного ископаемого и VII VIII Верхний уровень иерархии горно-геологических объектов соответствует месторождению полезных ископаемых в пределах горного отвода. Ниже располагаются минерализованные зоны, тела и их части, подсчетные блоки в пределах рудничного (карьерного, шахтного) поля выемочного участка, выемочной единицы, конструктивного элемента системы разработки. Еще ниже находится уровень локальных обособлений полезных ископаемых (объем селекции) в пределах отдельных горных выработок, в забое.

Таким образом, именно статические горно-геологические объекты (уровни V-VШ) являются объектами геолого-маркшейдерской графической документации. Ее главные задачи-описание структуры геолого-промышленных объектов, пространственная привязка и учет фактической реализации параметров горнотехнических объектов соответствующих уровней.

Тема 1.2. Системные параметры горно-геологических объектов Системное исследование горно-геологических объектов включает определение и классификацию основных системных параметров и признаков, оптимальные значения которых обеспечивают высокую степень адекватности геологической и технической подсистем, образующих геотехническую систему.

Они обусловливают выбор способа разработки месторождения, способы и схемы вскрытия и подготовки к очистной выемке, в значительной мере определяют параметры систем разработки, вид механизации подготовительных и очистных работ, величину потерь запасов полезных ископаемых, техникоэкономические показатели горнодобывающих предприятий.

Системные параметры горно-геологических объектов могут быть определены в результате функционального, морфологического и информационного их описания. При этом устанавливают структурные и композиционные свойства.

Первые зависят от характера и устойчивости взаимосвязи между системными параметрами и являются обобщенной характеристикой структуры горногеологического объекта. Композиционные свойства обусловлены сочетанием системных параметров. От них в наибольшей степени зависит адекватность геологических и технических подсистем.

Измерение и оценка системных параметров горно-геологических объектов составляют главные функции геолого-маркшейдерского обеспечения. Визуальное отражение этих параметров для установления закономерностей развития геотехнической системы есть главная цель геолого-маркшейдерской графической документации.

Системные параметры горно-геологических объектов могут быть разделены на пространственно-морфологические, объемно-качественные, гидрогеологические, инженерно-геологические и горнотехнические. Показатели первых двух групп освещают структурное положение, условия залегания, формы, размеры, внутреннее строение и вещественный состав отдельных участков недр, в том числе месторождений, тел полезных ископаемых, локальных обособлений и т. д. Показатели третьей и четвертой групп определяют гидрогеологическую и инженерно-геологическую обстановку объектов промышленного освоения.

Горнотехнические показатели дают позиционно-морфологическое описание совокупности горных выработок, характеризуя способы отработки, способы и схемы вскрытия, системы разработки и т. п.

На разных стадиях развития горного производства роль выделенных групп природных и технических показателей различна. При проектировании предприятий и эксплуатационных (добычных) работах необходимо учитывать все показатели. Особенно ^существенна роль показателей первых двух групп.

При строительстве горных предприятий, их ликвидации и восстановлении массивов, нарушенных горными работами, основное значение приобретают гидрогеологические и инженерно-геологические показатели. Понятно, что горнотехнические параметры имеют важное значение на всех стадиях развития геотехнической системы. Однако для каждой стадии существует собственная совокупность этих параметров.

Из вышеизложенного следует, что каждая стадия развития геотехнической системы характеризуется специфическими функциями геолого - маркшейдерского обеспечения. Это определяет соответственно и разное содержание графической документации при проектировании, эксплуатации и ликвидации горных предприятий.

Пространственно-морфологические показатели и параметры характеризуют морфоструктурные особенности месторождений, имеющие важное значение при решении вопросов их рационального освоения, влияющие на выбор способов разработки, способов и схем вскрытия и подготовки, выбор параметров систем разработки и производственных процессов. К названной группе относятся следующие показатели и параметры:

форма и размеры тел полезных ископаемых;

мощность залежей, степень и характер ее выдержанности, амплитуда и характер колебаний мощности в пределах рабочего контура, характер выклинивания;

условия залегания - угол и азимут падения залежей и их изменчивость в пределах объектов различного масштаба;

глубина залегания тел полезных ископаемых, их ориентировка по отношению к поверхности и элементам рельефа;

строение, мощность и площадное развитие минерализованных зон и толщ, их продуктивность;

внутреннее строение залежей, характеризуемое количественным и пространственным соотношением масс вмещающих горных пород и полезных ископаемых;

характер контактов залежей с породами кровли, почвы и с породными прослоями;

тектоническая нарушенность месторождений и тел полезных ископаемых (тип нарушений, их амплитуда, интенсивность развития).

Объемно-качественные показатели и параметры характеризуют качество и запасы полезных ископаемых в объектах различного масштаба. Качество разного вида минерального сырья определяется комплексом разнообразных показателей, среди которых основными являются признаки, отражающие химический и минеральный составы, текстурно-структурные особенности, физикомеханические, физико-химические и технологические свойства полезных ископаемых и вмещающих пород.

Из многочисленных показателей качества полезных ископаемых к ведущим относятся показатели назначения, технологичности и сохраняемости. В зависимости от вида минерального сырья к показателям назначения принадлежат, параметры, отражающие состав и некоторые свойства полезных ископаемых.

Показатели технологичности - это свойства, обусловливающие эффективность разработки, обогащения или металлургического передела.

Качество минерального сырья влияет на качество конечной продукции и технико-экономические показатели перерабатывающих производств. При этом важен не только абсолютный уровень качественных характеристик, но и стабильность этого уровня во времени, обусловленная пространственной изменчивостью качества в недрах.

Качество металлических, химических и агрономических руд определяется их вещественным (химическим и минеральным) составом и характеризуется содержанием полезных компонентов и вредных примесей. Качество большинства видов индустриального сырья выражается содержанием в руде полезных минералов и кристаллов, а также совокупностью показателей, характеризующих их специфические свойства, которые устанавливают возможность и условия промышленного использования. Важными показателями являются сортность полезного ископаемого в соответствии с требованиями стандартов и выход каждого сорта на единицу массы или объема сырья.

Промышленность строительных материалов использует горные породы (реже минералы), которые по составу, свойствам, условиям переработки и потребления делят на две группы. К первой относятся породы, применяемые в естественном виде после механической обработки-штучные камни и породы, искусственно измельчаемые или обломочные. Для них основную роль играют физические свойства (объемная масса, прочность, морозостойкость, декоративность и т. д.), химический состав имеет второстепенное значение.

Вторая группа включает горные породы (и минералы), используемые как сырье для получения после термической обработки искусственных строительных материалов. Это минеральное сырье для производства вяжущих и теплоизоляционных материалов, заполнителей легких бетонов, термическое, стекольное и камнелитейное сырье и др. Из качественных показателей для пород этой группы ведущее значение имеет химический состав, но физические свойства также должны оцениваться.

Для оценки качества углей применяется большое количество показателей, характеризующих их свойства и состав. Так, для энергетических сортов угля анализируют влажность, зольность, теплоту сгорания, • размолоспособность, реакционную способность кокса, плавкость золы. Требования коксохимической промышленности делают необходимой оценку не только влажности, зольности и выхода летучих веществ, но и показателей спекаемости и коксуемости. Другие качественные показатели необходимы для выяснения возможности использования угля в химической технологии, при производстве синтетических материалов (выход смолы полукоксования, растворимость, графитируемость, механическая прочность, термостойкость и др.).

Для большинства направлений использования углей важное значение имеют характеристики их петрографического состава, степени углефикации, трещиноватости и структурно-текстурных особенностей. С этой целью проводится определение литотипов и разновидностей углей, выхода и качества отдельных классов угля, содержания балластных примесей. Кроме того, в соответствии с требованиями комплексного использования полезных ископаемых в углях оценивают содержание редких, рассеянных и радиоактивных элементов.

Обобщенной характеристикой качества углей являются их марки.

Выделенные в промышленной классификации марки объединяют угли по комплексу специфических свойств (физических, химических, технологических), которые обусловливают направление их промышленного использования.

Качественная и количественная характеристики запасов полезных ископаемых тесно связаны и взаимообусловлены. Изменение качественных характеристик приводит к изменению запасов полезных компонентов и полезной горной массы. Чем меньше установленное предельное содержание металла, тем больше размеры залежей, запасы руды и металла. Повышение минимального содержания металла улучшает качество руды, но вызывает сокращение размеров залежей и, следовательно, уменьшение запасов.

Качество и количество запасов имеют взаимосвязь и другого рода. Состав и свойства полезных компонентов, отвечающие кондициям, являются показателями, на основе которых проводят рабочий контур залежей, определяют их форму, мощность, а соответственно и величину запасов. Поэтому при рассмотрении морфологии залежей и оценке ее прерывности необходимо принимать во внимание и качество полезного ископаемого, следовательно, единство и взаимообусловленность качественной и количественной характеристики минерального сырья требуют при оценке месторождений их одновременного учета.

При разработке месторождений полезных ископаемых важно знать не только общее количество запасов, но и их концентрацию, т.е. пространственное распределение в пределах месторождения-по площади, разрезу, залежам. Концентрацию запасов можно измерить продуктивностью месторождения или залежи - запасами, отнесенными к единице площади или к единице углубки при разработке. Концентрация запасов выражается также коэффициентом рудоносности (угленосности) - отношением мощности, площади или объема рудных тел (угольных пластов) к мощности, площади, объему всей минерализованной (продуктивной) толщи. Коэффициент рудоносности определяют по разведочным скважинам, горным выработкам, геологическому разрезу, стратиграфической колонке, геологическому и эксплуатационному блокам, шахтному полю, участку, месторождению.

Гидрогеологические показатели и параметры, определяющие условия разработки месторождений, отражают, прежде всего, характер и степень их обводненности. Они влияют на качество полезных ископаемых, устойчивость горных пород в подземных и открытых выработках, на условия и безопасность ведения горных работ. Обводненность зависит от климата, рельефа, геологического и тектонического строения, характера и степени развития экзогенных изменений, условий залегания и морфологии тел полезных ископаемых. Главные факторы обводненности: тип и условия залегания подземных вод; мощность и количество водоносных горизонтов, их распространение по площади и разрезу, связь между собой и с поверхностной гидросетью; гидродинамические показатели водоносных горизонтов (напор, водопроницаемость, водоотдача, упругие характеристики, статические, динамические и упругие запасы и т.д.).

Количественными показателями обводненности являются: суммарный приток воды к объекту; удельный приток воды на 1 м2 обнаженной поверхности горных выработок; коэффициент водообильности; единичные водопритоки; коэффициенты фильтрации водоносных горизонтов. Обводненность определяется статическими, динамическими и упругими запасами (ресурсами) подземных вод в водоносных горизонтах. Важными гидрогеологическими характеристиками являются напор, уровень, температура, состав подземных вод и изменения их во времени.

Инженерно-геологические условия месторождений полезных ископаемых характеризуются разрабатываемостью горных пород, их устойчивостью в массиве, проявлениями горного давления при разработке, а также разнообразными физико-химическими процессами, протекающими в массиве и горной массе.

Эти условия зависят от физико-географических факторов, состава и строения горных пород и массива, их физико-механических и физико-химических свойств, гидрогеологических факторов, проявлений современных геологических процессов и горнотехнических воздействий.

Инженерно-геологическая оценка разрабатываемости горных пород основана на определении сопротивления породы различного рода воздействиям, главным образом механическим, меняющим их состояние: ударам, сдвигу, уплотнению, перемещению. Показатели разрабатываемости горных пород делятся на следующие группы:

характеризующие общую разрушаемость горных пород механическим способом (твердость, крепость, вязкость, дробимость);

отражающие разрушаемость горных пород некоторыми механизмами (буримость, сопротивляемость резанию, зарубаемость, взрываемость, удельные усилия внедрения);

оценивающие воздействие породы на инструмент (абразивность);

устанавливающие производительность или эффективность иных, кроме разрушения, процессов воздействия на горные породы (экскавируемость).

Для сравнения различных пород по разрушаемости используется показатель относительной крепости пород - коэффициент крепости М. М. Протодьяконова – f. В классификации по крепости выделяется 10 категорий горных пород.

Общая относительная оценка сопротивления породы разрушению производится с учетом напряжений сжатия, сдвига и растяжения. Определяемый в зависимости от степени расчлененности трещинами, объемной массы, сцепления, пределов прочности на сжатие, сдвиг и растяжение показатель трудности разрушения предназначается для общей технологической оценки горной породы как объекта разработки. По величине этого показателя различают пять классов пород и 25 категорий. Применение показателя позволяет выбрать способ механизации горных работ и основное оборудование по процессам.

К важным системным параметрам геотехнической системы горногеологических объектов относятся показатели, характеризующие напряженнодеформированное состояние горных пород в массиве, его изменение при открытой и подземной разработке месторождений и проявления горного давления. Как известно, горные породы в земной коре в естественном залегании находятся в напряженном состоянии, которое обусловлено действием двух силовых полей-гравитационного и тектонического, а также влиянием температурных градиентов и геохимических процессов.

При отсутствии геологических нарушений напряженное состояние массива определяется силой тяжести вышележащей толщи пород и характеризуется компонентами напряжений по трем взаимно перпендикулярным направлениям ах, ау, ст2. В приповерхностных частях земной коры, где удельный вес вертикальной составляющей поля напряжений очень невелик, горизонтальные напряжения значительно превышают вертикальные. С увеличением глубины при постоянной величине горизонтальных сил значимость вертикальной составляющей повышается и на некоторой глубине распределение напряжений приближается к гидростатическому, а еще глубже вертикальные напряжения должны превышать горизонтальные.

Составляющие напряжения зависят от петрографических особенностей и физико-механических свойств горных пород, геолого-структурной приуроченности изучаемого массива. Распределение составляющих напряжения связано с рельефом местности, трещиноватостью горных пород, их выветрелостью, а также с разгрузкой, возникающей вследствие процессов денудации и эрозии.

Существенно влияют на величину и распределение естественных напряжений тектонические разломы.

Знание начальных напряжений в массиве имеет большое значение для правильного проектирования и ведения горных работ. С учетом рельефа, характера и интенсивности складчатых и тектонических нарушений массива, неоднородности структурно-текстурных характеристик и физико-механических свойств горных пород, закономерностей чередования пород в разрезе, трещиноватости, геотермических условий и других факторов выбирают ориентирование, протяженность, поперечное сечение и вид крепления горной выработки.

Естественное напряженное состояние горных пород в массиве нарушается при изменении условий окружающей среды. Напряжение в одних участках ослабевает (рассеивается), в других - сгущается (концентрируется). При открытой разработке месторождений в зоне склона или откоса формируются подзоны разгрузки, концентрации напряжений и естественных напряжений. К проявлениям горного давления при открытой разработке относятся оползни, оскользни, обрушения и обвалы, осыпи, просадки, а также консолидация глинистых пород бортовых массивов и отвалов.

Изменения напряженного состояния массива и закономерности проявления горного давления при открытой разработке месторождений необходимо оценивать для выбора важнейших параметров карьера -крутизны откосов уступов и в целом бортов, а также для прогнозирования техногенных геодинамических явлений и разработки мероприятий по их предупреждению и ограничению развития.

При проходке подземных горных выработок исчезают или резко уменьшаются напряжения на стенках выработок, происходит перераспределение напряжений. Наиболее сложный вид имеет перераспределение напряжений в массиве пород при проведении очистных выработок. Здесь происходит взаимное наложение полей напряжений различных выработок или их частей, как в пространстве, так и во времени. Осложняют напряженное состояние массива при ведении горных работ тектонические силы, структурная раздробленность пород, их литологическая неоднородность, анизотропия свойств и др.

Развитие деформаций при ведении очистных работ в массиве вызывает сдвижение горных пород в сторону выработанного пространства. В процессе сдвижения участки массива, попадающие в зону влияния выработанного пространства, испытывают все виды деформаций: изгиб, сдвиг, растяжение, сжатие. В результате образуется область сдвижения горных пород, состоящая из зон обрушения, трещин и плавных сдвижений.

К другим проявлениям горного давления относятся различные деформации подземных сооружений (выработок, целиков и пр.), пучение литифицированных глинистых пород, отжим пород в зоне опорного давления, стреляние, горные удары, внезапные выбросы пыли и газов.

Устойчивость горных пород в массиве и проявления горного давления относятся к факторам, существенно влияющим на технологию и организацию подземной разработки месторождений. Они ограничивают или исключают использование отдельных систем подземной разработки, определяют выбор их параметров.

Для геомеханических исследований предложено использовать следующие параметры и показатели: объемная масса, плотность, влажность, прочность на одноосное сжатие и растяжение, предел пластичности, сцепление, внутреннее трение, модуль пластичности, коэффициент Пуассона, вязкость, долговременная прочность, время релаксации, время ретардации, показатель хрупкости, скорость распространения трещин и др. Показатели, определенные при лабораторных исследованиях, «привязывают» к массиву с учетом структурной неоднородности. При этом вводится балльная оценка модуля относительной трещиноватости, число систем трещин, шероховатость стенок трещин, раскрытие незаполненных трещин, заполнение трещин, расположение систем трещин относительно горной выработки и др. Для прогнозирования деформаций оценивают вертикальные оседания земной поверхности и горизонтальные сдвижения наблюдательных пунктов.

К горнотехническим относятся параметры, характеризующие пространственное положение, форму и размеры горнотехнических объектов: горного отвода, рудничного, карьерного, шахтного полей, выемочных участков (этажей, горизонтов), выемочных единиц (панелей, уступов), конструктивных элементов систем разработки (эксплуатационных блоков), горных выработок (капитальных, подготовительных, нарезных, очистных), забоев, разведочных пересечений. Эти параметры выражаются координатами характерных точек и элементов, протяженностью по различным направлениям, поперечным сечением.

Все рассмотренные выше системные параметры (пространственноморфологические, объемно-качественные, гидрогеологические, инженерногеологические и геотехнические) определяют объем и содержание геологомаркшейдерской информации, характер, границы и масштаб изучения горногеологических объектов различных уровней, полностью обусловливают состав и содержание геолого-маркшейдерской графической документации.

Тема 1.3. Способы получения информации и графического описания горногеологических объектов В результате геологоразведочных и маркшейдерских работ не создают непосредственно промышленную продукцию в традиционном ее понимании, а лишь получают информацию о горно-геологических объектах. Как первичные, так и конечные результаты изучения представлены в виде информации. Последняя рассматривается в настоящее время как специфическая форма очень важного и ценного материального ресурса.

Методологическую основу геолого-маркшейдерского обеспечения составляет системный подход, наиболее приемлемый при исследовании сложных развивающихся объектов - многоуровневых и иерархических. В системном исследовании анализируемый объект рассматривается как некоторое множество элементов, взаимосвязь которых обусловливает целостные свойства (эмерджентность) этого множества. Достоинство применяемого системного подхода заключается в возможности выявления многообразия связей и отношений как в пределах отдельного горно-геологического объекта, так и в его взаимоотношениях с окружающей геологической средой. Важно при этом, что свойства объекта как целостной системы определяются не суммированием свойств его отдельных элементов, а свойствами его структуры, интегративными связями рассматриваемого объекта.

Основываясь на изложенных позициях, геолого-маркшейдерское обеспечение применяет единый принцип в изучении горно-геологических объектов разных уровней, исходящий из требований к рациональному использованию и охране недр. Специфика горно-геологических объектов обусловливает необходимость комплексного изучения их свойств, которые в условиях горного производства проявляются во взаимодействии.

Необходимо подчеркнуть, что не только горно-геологический объект, но и сам процесс его исследования выступает как сложная иерархическая система, задачи которой состоят, в частности, в соединении в единое целое различных моделей объекта и соответствующей организации методов. Особенности применяемых методов исследования объектов предопределяются также специфическим положением горно-геологических объектов в области взаимодействия элементов сложной системы «человек-техника-природная среда».

Масштабы, методы, содержание и средства изучения горногеологических объектов и их составных частей (геолого-промышленных и горнотехнических объектов) зависят от их размеров и степени вещественноструктурной неоднородности. Стадийность геологоразведочных и маркшейдерских работ выражает эту зависимость, отвечает системному подходу к анализу земной коры и ее элементов, соответствует принципам последовательного приближения, равномерности и полноты изученности.

Как следует из приведенных данных, последовательно от стадии к стадии увеличивается масштаб и детальность наблюдений, повышается достоверность получаемой геолого-маркшейдерской информации. Каждый геологопромышленный объект при определенном масштабе наблюдений рассматривается как условно однородный. При более детальных исследованиях он проявляет неоднородность более высокого порядка. Следовательно, при переходе к каждой следующей стадии изучения недр меняются природные объекты исследования, возрастает количество изучаемых уровней неоднородности. Собственно маркшейдерские работы проводятся только на последней стадии. Их функцией является оценка ряда геологических и измерение всех горнотехнических параметров. Детальность и достоверность горнотехнической информации фактически сохраняется на одном уровне для всех видов горных работ - капитальных, подготовительных, нарезных и очистных. Эти показатели зависят не от уровня горнотехнических объектов, а только от точности маркшейдерских измерений.

Непосредственным источником информации являются различные виды геологоразведочных, горно-разведочных и горных выработок и геофизические исследования. Их вид зависит от технических средств геологоразведочных работ на каждой стадии. Выбор технических средств детальной разведки зависит как от геологических, так и от горно-технологических факторов. Наиболее достоверные разведочные данные получают при проведении горных выработок.

Однако их применение ограничено небольшой глубиной проведения, гидрогеологическими и некоторыми другими условиями. При разведке приповерхностных тел полезных ископаемых применяются неглубокие выработки - закопушки, расчистки, канавы и мелкие шурфы. Месторождения и залежи глубинного типа разведают глубокими шурфами, разведочными шахтами, квершлагами, штреками, гезенками и др. На месторождениях всех типов применяют буровые скважины.

Геологоразведочные работы при строительстве и эксплуатации горного предприятия (доразведка) проводятся в пределах горного отвода для расширения сырьевой базы за счет доразведки флангов и глубоких горизонтов (на разрабатываемом месторождении) или для дополнительного изучения на стадии проектирования (до вовлечения месторождения в эксплуатацию). Выбор систем и технических средств доразведки определяется параметрами, принятыми при детальной разведке, а также способами и методами разработки, закономерностями геологического строения месторождений, установленными на уже отработанных его частях. Применяются горная, буровая и комбинированная системы разведки. Источником геологической информации ^ являются горные выработки подземные (шахты, штольни, квершлаги, штреки, рассечки, восстающие) и открытые (траншеи, канавы, шурфы), а также буровые скважины (колонкового и бескернового бурения) и геофизические исследования.

Эксплуатационная разведка проводится на участках месторождения, где подготавливается или осуществляется добыча полезных ископаемых с целью уточнения контуров тел полезных ископаемых, горнотехнических условий, количества и качества подготовленных и готовых к выемке запасов для планомерного развития очистных работ и управления добычными работами. К эксплуатационным разведочным горным выработкам относятся проходческие выработки, буровые камеры, борозды, а также буровые скважины (разведочные и взрывные). Широко применяются геофизические методы изучения недр в наземном, скважинном и подземном вариантах.

Геолого-маркшейдерские работы на действующем предприятии выполняются для установления истинных границ тел полезных ископаемых, выявления их внутреннего строения и размещения типов и сортов, для привязки и съемки горных выработок, задания направлений с целью рационального планирования и ведения всех видов горных работ, предотвращения сверхнормативных потерь и разубоживания при добыче.

Горно-капитальные работы проводятся с целью вскрытия месторождения или его части для последующей разработки (например, нижележащего горизонта), а также для обслуживания горных работ в период эксплуатации шахтного поля (этажа) со сроком эксплуатации более 3 лет. Источником геологической и маркшейдерской информации являются горно-капитальные выработки: вертикальные и наклонные шахтные стволы, шурфы, штольни и уклоны, бремсберги, околоствольные выработки, подземные бункера, капитальные рудоспуски и породоспуски, квершлаги и штреки, камерные выработки специального назначения, специальные закладочные выработки, уклоны по доставке оборудования, все выработки концентрационного горизонта, въездные и съездные траншеи вне контура карьера, постоянные съездные траншеи внутри карьера, выработки для осушения и дренажа месторождения.

Горноподготовительные работы ведутся для подготовки к добыче запасов полезного ископаемого вскрытой части месторождения. Источником информации являются горно-подготовительные выработки: откаточные штреки и орты на основных горизонтах, штреки и орты горизонта доставки, вентиляционные штреки, рудоспуски, блоковые восстающие, уклоны, разрезные и временные съездные траншеи и др.

К нарезным относятся работы, проводимые в подготовленных или подготавливаемых выемочных единицах (эксплуатационных блоках, камерах, панелях, уступах карьера) с целью обеспечения производства в них очистной выемки по принятой системе разработки. К нарезным выработкам относятся подэтажные штреки и орты, выработки горизонта подсечки, окаймляющие выработки (для отделения блока от массива), отрезные восстающие, разрезные штреки и отрезные щели, вентиляционные сбойки, выпускные воронки, траншейная подсечка, дучки, глубокие скважины.

При добычных (очистных) работах геолого-маркшейдерские работы заключаются в детальной документации уступов карьеров и забоев очистных заходок на уступах, забоев очистных камер, лав. Состав и форма геологомаркшейдерской документации очистных выработок зависит от принятой на месторождении системы разработки.

Системный анализ геолого-маркшейдерских работ показывает, что результат их, независимо от принятых методов и технических средств, в функциональном плане сводится к получению и целенаправленному Преобразованию фактографической информации. При непосредственном измерении пространственно-морфологических, объемно-качественных и других показателей регистрируются дискретные значения параметров, отвечающие определенной координатно описываемой точке геологической среды. Это первичная необъективированная фактографическая информация, характеризующаяся четкой координатной привязкой, но не отнесенная к какому-либо объекту.

Поскольку специалист (геолог, маркшейдер, горняк) обычно оперирует графическими образами, он, как правило, не может воспринять первичную информацию. Она должна быть преобразована и представлена не в дискретной, а связной форме - в виде графических документов. Это вторичная необъективированная геологическая информация, представляющая основу для последующей геологической интерпретации. Она является координатно привязанной.

При этом для одной части графического документа значение параметра получено путем непосредственного измерения, а для другой - на основе интерполяции и экстраполяции.

В результате геологической интерпретации данных наблюдения происходит выделение в геологической среде горно-геологического и геологопромышленного объекта определенного типа. Это знание фиксируется на графическом документе контуром выделенного объекта. Информация благодаря этому становится первичной объективированной. В процессе наблюдений, имеющих целью уточнить границы, структурно-морфологические и вещественные характеристики объекта, проводят замеры значений параметров в отдельных точках. Это вторичная объективированная информация, которая затем посредством процедуры интерполяционных расчетов преобразуется в связную форму (геолого-маркшейдерскую графическую документацию)-в третичную объективированную информацию. Она имеет и координатную и объективную привязку, т. е. является характеристикой координатно-зафиксированной точки геологической среды и характеристикой некоторого объекта.

Наконец, после обособления и целенаправленного изучения свойств объекта, третичная информация обобщается в пределах выделенного объекта. Так создается агрегированная объективированная геолого-маркшейдерская информация. Она является только объектно-привязанной и характеризует не какуюлибо точку объекта, а весь объект в целом. Эта информация (форма залежи, качество руд) представляется в виде описаний и обобщающих графических документов, которая создает образ (модель) соответствующего горногеологического объекта. Этот образ создается в реализации процедур знакового (графического) моделирования конкретных объектов в пределах геологической среды.

Рассмотренные процедуры преобразования информации соответствуют стадиям геолого-маркшейдерских работ, этапам промышленного освоения месторождений, задачам управления горным производством, уровням горногеологических объектов. Поскольку для объектов определенного уровня на разных стадиях и этапах геолого-маркшейдерских работ решаются специфические задачи, их содержанию соответствуют определенные типы получаемой графической документации. Система «создание-использование графики» (рис.

1) включает в себя процедуры графического моделирования горногеологического объекта, а также методы использования этих графических документов для познания отраженных на них явлений.

Рис. 1. Система «создание-использование» геолого-маркшейдерской графики при эксплуатации месторождения Как следует из схемы, источником исходной информации служат горногеологические объекты, т.е. геолого-промышленные объекты и их части, ограничиваемые горнотехническими объектами. При создании графической документации выполняют выборочное изучение этих объектов и преобразуют полученные данные в графическую форму. Составление документации проводится в соответствии с целями и назначением каждого вида геологоразведочных и горных работ. Непосредственное влияние на характер преобразования оказывают научно-методические принципы графического моделирования, выбор классификаций, логика и содержание условных обозначений, генерализация изображения и др. В процессе построения графического документа происходит сложная научная обработка исходных данных, связанная с анализом, абстрагированием, обобщением результатов их синтезированием.

Графические модели, на которые будут опираться дальнейшие исследования, представляют собой результат фиксации образа действительности, сложившегося в представлении специалиста. Естественно, они не свободны от некоторых упрощений, приближений, искажений, искажение реальной действительности.

В процессе использования графических документов для целей управления горным производством они подвергаются новым преобразованиям. Характер и содержание этих преобразований определяются поставленными целями, квалификацией, опытом и навыками специалиста, сущностью рабочих гипотез, положенных в основу исследования. Качество и объем выходной информации непосредственно зависят от особенностей методики исследования.

В системе «создание - использование графики» существуют два тесно связанных метода:

графический метод описания горно-геологического объекта, цель которого состоит в переходе от реальной действительности к графическому документу, т.е. в изучении действительности посредством. создания графических моделей;

метод исследования готовой графической документации. Эти методы не только взаимосвязаны, но и перекрываются, поскольку используют один объект - графический документ.

Рассмотренная система имеет четкие обратные связи. Графическая документация, являясь отображением реальной действительности, представляет собой материал для исследования и синтеза. Цели и задачи исследования прямо влияют на назначение создаваемой документации, а способы изображения влияют на выбор приемов анализа графики. Существует два графических образа.

Первый образ создается при составлении графического документа, второй формируется у потребителя при работе с документацией. Задача первого методасоздание графической документации, задача второго - их апостериорное использование. Тесное взаимодействием методов происходит в процессе математико-графического моделирования, которое участвует как в создании графической документации, так и в процессе ее преобразования и использования.

Горно-геологические объекты в зависимости от их типов и назначения чертежа могут быть изображены методом прямоугольного проецирования, в аксонометрии, в проекциях с числовыми отметками, в аффинных и векторных проекциях и по методу центрального проецирования, например, в линейной перспективе. Элементы горнотехнических объектов могут изображаться полностью, упрощенно или условными обозначениями.

При прямоугольном проецировании объект изображается в двух-трех проекциях и более. Изображение карьерных, шахтных, рудничных полей, их участков, совокупности горных выработок, земной поверхности, а также залежей полезных ископаемых и вмещающих пород выполняется методом проекций с числовыми отметками. Основным видом является план, составляемый в ортогональных проекциях на горизонтальную плоскость.

В качестве дополнительных проекций используются разрезы и сечения.

Разрез-изображение, получаемое в результате рассечения объекта некоторой плоскостью при условии, что часть объекта между наблюдателем и секущей плоскостью удалена, а изображаются только части объекта, находящиеся в секущей плоскости и за ней. Сечение изображает только то, что лежит в секущей плоскости. Геологический разрез-это сечение, на котором обозначены различные геологические тела. Разрезы и сечения могут быть горизонтальные, вертикальные и наклонные. Профилем называется изображение лишь контура вертикального сечения объекта или его элемента.

Чертежи, выполняемые в прямоугольных проекциях и проекциях с числовыми отметками, обладают важным достоинством, а именно, удобоизмеряемостью. Их недостатком является отсутствие наглядности изображения. Для обеспечения наглядности выполняют чертежи в аксонометрии, в векторных проекциях, а также применяют аффинное преобразование и линейную перспективу.

Сущность аксонометрического метода состоит в том, что объект рассматривается в некоторой прямоугольной пространственной системе координат и вместе с ней проецируется на плоскость проекции. Используются следующие виды аксонометрических проекций: изометрическая прямоугольная, диметрическая прямоугольная, фронтальная изометрическая косоугольная, горизонтальная изометрическая косоугольная, фронтальная диметрическая косоугольная. Аксонометрическое построение выполняется на основании ортогональных проекций фигуры. При этом до начала построения необходимо решить вопрос об ориентации тела относительно аксонометрических осей с тем, чтобы изображение было наиболее наглядным и с наименьшими искажениями основных элементов.

В основе векторного метода лежит неизменный план, горизонтальный разрез или разрез вкрест простирания. Взаимное пространственное расположение точек на плане определяется параллельными векторами. Этот метод можно рассматривать как проецирование на одну плоскость в двух направлениях, одно из которых перпендикулярно плоскости проекций, а другое направлено под каким-либо углом к ней. Рассматриваемые проекции лучше всего удовлетворяют требованиям преобразования, простоты построения, удобоизмеряемости и динамичности (пополняемоести). Особенно удобно пользоваться векторными проекциями, если исходными проекциями изображаемого объекта являются погоризонтные планы горных выработок, горизонтальные геологические сечения поверхностей тел сложной формы или геологические разрезы вкрест простирания.

Метод аффинных преобразований основан на установлении аффинных соответствий между планами с изображением объекта и плоскостью картины.

Аффинное преобразование заключается в параллельном проецировании плоскости вместе с изображенным на ней объектом на новую плоскость в новом направлении.

Изображения, построенные с помощью центрального проецирования, называются перспективой (линейной). Перспективные изображения более удобны для восприятия, но труднее по построению, чем аксонометрические.

Линейная перспектива применяется в проектах открытых горных работ, реже подземных выработок. Перспективные изображения являются комплексными, поскольку используют проецирование ортогональное (на предметную плоскость проекций для ориентирования объектов в пространстве) и центральное (на картинную плоскость для получения самих перспективных изображений).

Для графического описания горно-геологических объектов используются условные обозначения и знаки. Графическое обозначение-это условная кодификация графическими средствами внутреннего содержания объекта, его строения или других особенностей в пределах определенных контуров. С помощью условных обозначений на чертежах показываются тип, текстура, структура и другие особенности полезных ископаемых и вмещающих пород, а также элементы горных работ. Различают такие виды условных обозначений, как штриховка, цветовые, крап, а также буквы латинского и греческого алфавитов. Так, цветом разделяют горные породы по возрасту, полезные ископаемые-по вещественному составу. Буквенные условные обозначения используются для разделения магматических горных пород по составу, осадочных и метаморфическихпо возрасту, полезных ископаемых-по структуре, текстуре и составу. Разновидности горных пород могут быть также показаны штриховкой и крапом.

Условные графические знаки разделяют на масштабные (контактовые и внеконтактовые), внемасштабные и точечные. Условными знаками показывают границы горных предприятий, горные выработки, пункты маркшейдерской опорной и съемочной сетей, геологические границы, тектонические нарушения, условия залегания тел полезных ископаемых, их форму, контуры геологические, промышленные и другие особенности внутреннего строения, размещение качественных и структурно-морфологических показателей, гидрогеологические и инженерно-геологические условия и др.

Условные графические знаки могут сопровождаться сокращенными пояснительными надписями, а также числовыми характеристиками изображаемого объекта.

В литературе понятия «условное обозначение» и «условный знак» часто используются как синонимы. Целесообразно оставить за ними рассмотренное выше толкование, считая, однако, термин «условный знак» более широким и обобщающим.

Геолого-маркшейдерское графическое моделирование осуществляется на основе общих принципов, принятых для общенаучного моделирования, но с учетом объектов и предмета изучения.

Принцип подобия (аналогии) означает соответствие, сходство модели М и объекта А в заданном i-м отношении: М = СiА, где Сi-критерий подобия, означающий правомерность распространения выводов, полученных с помощью модели, на реальные объекты.

Принцип системности, как отмечалось выше, предполагает рассмотрение объектов как целостного множества взаимодействующих элементов с их внутренними и внешними связями. Этот принцип требует итеративное совершенствование моделей в процессе их использования, моделирование взаимосвязей между компонентами и выделение специфических системообразующих связей, моделирование функционирования системы, выявление иерархии моделей с рассмотрением модели данной системы как элемента более крупной системы.

Принцип абстрагирования означает выделение при моделировании главного, существенного в объекте и элиминирование (устранение) второстепенных свойств, структур и отношений. Согласно этому принципу некоторые свойства и структуры объекта моделируют независимо от других свойств и структур, либо на модели воспроизводят свойства и структуры, присущие многим моделям.

Принцип конкретизации реализует необходимость моделировать многосторонность реальных объектов. Он выражается в соотнесении модели с самим объектом, со всеми его свойствами и отношениями, тем самым обеспечивает истинность модели.

Принцип аналитического и синтетического подхода к моделированию означает декомпозицию объекта на составляющие для их отдельного исследования и интегрирование информации, полученной при изучении моделей более низких уровней. Поэтому каждая аналитическая графическая модель содержит элементы синтеза, любая синтетическая модель на более высоком уровне иерархии моделей может рассматриваться как аналитическая.

Принципы математического моделирования означают возможность формализации данных и построений, связанные с ней кодирование и символизацию, основанную на использовании систем условных знаков. К этим принципам относятся также аппроксимирование и алгоритмизация самого процесса моделирования.

Тема 1.4. Состав и назначение геолого-маркшейдерской графической документации К геолого-маркшейдерской графике относятся документы, выполняемые на стадиях детальной разведки, проектирования, строительства и разработки месторождения. Они составляются по результатам натурных измерений и вычислений и отражают рельеф и ситуацию земной поверхности территории экономической заинтересованности горного предприятия, геологические условия месторождения, качественную и количественную характеристику полезного ископаемого, а также пространственное положение и конфигурацию горных выработок, технологию разработки месторождения.

Графическая документация, отражающая различные свойства месторождений полезных ископаемых и горнотехнические условия, используется на всех уровнях производства и стадиях управления, включая этапы проектирования, планирования и ведения горных работ. Разнообразная по содержанию и функциональному назначению графическая информация составляет основу для принятия технико-экономических решений.

Вся геолого-маркшейдерская информация может быть разделена на базовую и производную (рис. 2). Базовый фонд графической информации формируется на стадии проектирования горного предприятия. Основой для ее составления служат результаты детальной разведки месторождения, а также данные геодезических и маркшейдерских съемок.

Рис. 2. Система геолого-маркшейдерской графической документации горного предприятия Производный фонд графической документации создается на действующем горном предприятии по данным доразведки и эксплуатационной разведки месторождения, геологической документации и опробования в процессе эксплуатации, по данным маркшейдерских съемок.

Количество графических материалов при оформлении геологических отчетов с подсчетом запасов по отдельным месторождениям достигает сотен, а в ряде случаев тысяч листов основных чертежей (не считая вспомогательных).

При таком обилии информации возможны несоответствия и неувязки между разномасштабными картами, а также между геологическими разрезами и погоризонтными планами. Наблюдаются несоответствия между графическими материалами и данными первичной документации. Существуют также дефекты, связанные с оформлением чертежей. К ним относятся «невязки» в координатной сети и высотных отметках, использование различных условных знаков на геологических картах и разрезах, искаженное представление о морфологии тел полезного ископаемого и его размерах, несоблюдение масштабов чертежей и т.

Основной объем базовой графической документации составляется по данным детальной разведки месторождений. Непосредственно при проектных работах составляются дополнительные графические материалы применительно к способам и системам разработки. Состав исходных данных, необходимых для проектирования, зависит от сложности объекта, геологических и техникоэкономических условий ведения горных работ. Наибольшее значение имеет графическая информация, характеризующая размещение запасов полезного ископаемого в карьерном или шахтном поле. Геологические данные должны быть в наибольшей степени обоснованными и достоверными, поскольку используются при обосновании способа и схем вскрытия карьерного (шахтного) поля, систем подготовки и отработки месторождения, его отдельных участков и тел полезных ископаемых, при выборе параметров этих систем и средств механизации производственных процессов.

Геолого-промышленная графика должна с, определенной достоверностью характеризовать геологическое строение месторождения, размеры, морфологию и внутреннее строение тел, условия их залегания, пространственное соотношение, изменчивость параметров залежей, вещественный состав и технологические свойства полезного ископаемого. Должны быть представлены материалы геолого-технологического картирования, являющегося методом изучения и графического представления закономерностей пространственного размещения типов и сортов полезного ископаемого, геотехнологические карты, планы и разрезы. Результаты подсчета запасов отражаются на графической документации, где показываются контуры подсчетных блоков с указанием категорий и величины запасов полезного ископаемого, их балансовой принадлежности.

Специальные виды графической документации - карты, планы, разрезы отображают результаты наземных и скважинных геофизических исследований, данные изучения газоносности, гидрогеологических, инженерно-геологических, геокриологических, геотермических и других природных условий, определяющих технологию добычи при намеченном способе вскрытия и разработки месторождения.

В проектной организации в соответствии с принятыми в техническом проекте решениями частично пересчитывают запасы полезного ископаемого, оценивают величину промышленных запасов, находящихся в границах карьера (шахты) и подлежащих извлечению, определяют количество и качество добываемого полезного ископаемого, как на весь срок эксплуатации месторождения, так и на отдельные периоды. В соответствии с проведенными пересчетами и применительно к способам и системам разработки перестраивают некоторые виды графики, составляют дополнительные графические материалы - погоризонтные планы (в том числе качественные и сортовые) и различные проекции тел полезных ископаемых (см. рис. 1.2). Так, например, при проектировании открытой разработки крутых и наклонных месторождений на основе геологических разрезов строят погоризонтные планы через 15-30 м (в зависимости от высоты уступа) и производят расчет балансовых запасов, как сумму запасов в горизонтальных слоях.

В базовый фонд графической информации входят ситуационный и топографический планы месторождения, планы расположения пунктов маркшейдерской опорной и съемочной сети на земной поверхности, планы горного и земельного отводов с разрезами к ним, а также документы, характеризующие обоснованные при проектировании способы вскрытия, подготовки и разработки месторождения (сводный план горных работ, планы и проекции горных выработок, планы и разрезы охранных целиков и т.д.).

Геолого-маркшейдерские графические материалы, используемые при проектировании горных работ, должны быть в наибольшей степени достоверными. Неточность отображения данных влечет за собой ошибочные проектные решения по многим элементам технологической схемы горного предприятия, ведет к ошибкам в определении важных технико-экономических показателей и, в конечном счете, к экономическому ущербу, Производный фонд геолого-маркшейдерской графической документации формируется на действующем горном предприятии на основе данных доразведки, эксплуатационной разведки, геологической документации и опробования при эксплуатации.

При доразведке ставится задача расширения минерально-сырьевой базы действующего предприятия для продления срока его существования. Объектами изучения и документации являются слаборазведанные продуктивные зоны, залежи и участки на глубоких горизонтах и флангах месторождения. При эксплуатационной разведке, в связи с решением задачи повышения степени разведанности запасов, документация направлена на уточнение запасов по мере их вскрытия, подготовки и отработки, наконец, в текущие задачи геологомаркшейдерской службы входят детализация сведений о геологическом строении месторождения, составе и запасах полезных ископаемых для контроля за качеством и полнотой отработки запасов, а также для совершенствования технологии разработки месторождения и переработки минерального сырья.

В результате анализа и обобщения материалов разведки и геологомаркшейдерского обслуживания горных работ на предприятиях составляются следующие сводные графические документы (см. рис. 1.2):

погоризонтные геологические планы на маркшейдерской основе, соответствующие по абсолютным отметкам почве эксплуатационных уступов или эксплуатационным горизонтам рудника (шахты);

поперечные и продольные геологические разрезы по профилям детальной и эксплуатационной разведки;

планы опробования горизонтов и залежи;

погоризонтные качественные, сортовые или геолого-технологические планы;

планы опорных горизонтов по обогатимости;

сводные геологические планы карьера, сводные планы эксплуатационных подземных горизонтов рудника (шахты);

планы и разрезы с изолиниями структурно-морфологических, качественных и геотехнологических показателей;

сводный технологический план месторождения;

паспорт выемочного участка, паспорт взрыва;

планы горных работ и горных выработок.

Геолого-маркшейдерские графические документы существенно отличаются от других видов технических чертежей и прежде всего следующими особенностями:

горно-геологические объекты и их составные элементы (геологопромышленные и горнотехнические объекты) имеют сложную форму, являющуюся по существу уникальной на каждом месторождении; при этом необходимо соблюдать требования к точности и достоверности изображения;

вследствие постоянного развития горных работ и изменения геологических условий горно-геологические объекты являются объектами динамическими, что требует постоянной актуализации графики;

горнотехнические объекты являются не физическими телами, а пустотами в массиве горных работ, что определяет необходимость соблюдения некоторой условности при отображении;

широкое применение при построении геолого-маркшейдерской графики находят методы прямоугольного проецирования и ортогональных проекций с числовыми отметками, поэтому план является главным видом (проекцией) изображения;

для лучшего восприятия формы и пространственного положения горногеологических объектов необходимо применение наглядных изображений, из которых наиболее часто используются аффинные соответствия и векторные проекции, не применяемые в других видах технических чертежей.

Раздел 2. Информационная база системы автоматизированной геологомаркшейдерской графики Тема 2.1. Информационные геолого-маркшейдерские модели. Принципы построения графических информационных моделей Основой эффективного функционирования рассматриваемой системы является решение вопросов рациональной организации сбора, хранения, поиска, трансформации данных и их генерализации при выводе информации на графопостроитель путем разработки проблемно-ориентированной базы данных.

Создание информационных моделей, обеспечивающих реализацию регламентированной комплексной многопараметрической геологомаркшейдерской графической документации, представляет значительную трудность, что связано с необходимостью адекватного моделирования горногеологических объектов, обладающих сложной внутренней структурой и большим многообразием связей.

Как показано выше, графическое моделирование горно-геологических объектов приводит к необходимости трансформаций моделей в зависимости от того, каким способом требуется формировать графическую модель. Кроме того функционирование системы автоматизированной графики в САПР горного предприятия требует формирования информационных моделей на основе допроектной графической документации путем преобразования графических элементов в цифровые.

автоматизированной графики связана с многоаспектным и многоуровневым представлением данных, характеризующих горно-геологические объекты и их свойства, а также с многофункциональностью использования информации при построении графических изображений. Для обоснования структуры и способов организации типовой информации базы представляет интерес анализ опыта создания моделей месторождения и горных работ, используемых в качестве основы решения ряда геолого-маркшейдерских и горно-геометрических задач при проектировании и планировании горных работ.

Как видно из классификации информационных моделей (рис. 3), предложенной В. В. Крутофалом, они различаются сложностью, формой представления моделируемых признаков, способами формирования, хранения и использования информации, условиями их применения и назначением.

Названные признаки, позволяющие разбить всю совокупность моделей на крупные классы, не определяют всех особенностей той или иной конкретной модели с точки зрения использования в системе автоматизированной графики.

Более полное представление об их многообразии и различиях даег рассмотрение ряда других признаков. Для одноуровневых моделей важным признаком, определяющим их особенности, является вид структурных элементов. Ими могут быть: интервалы опробования и точки замеров, разведочные пересечения, точки контуров, правильная система распределения по площади точек, элементарные блоки, параметры аналитических выражений.

Сравнительная характеристика моделей, построенных на основе этих элементов приведена в табл. 4. Необходимо отметить, что модели, использующие различные структурные элементы, обладают неодинаковыми возможностями в отображении тех или иных свойств моделируемых объектов.

Существенное значение для оценки моделей имеет вид используемой исходной информации, поскольку от этого зависит трудоемкость ее подготовки. Значительных затрат ручного труда требует создание геометризированной информации. Но такой вид информации, по сравнению с негеометризированной, обладает большей информативностью, поскольку формируется с учетом неформализуемых данных о строении месторождения.

Трудоемкость формирования той или иной модели во многом определяется также необходимостью и уровнем автоматизации процедур преобразования исходной информации к виду, хранимому в памяти ЭВМ. С этой точки зрения наименьшей трудоемкостью характеризуется ЦММ по первичным данным разведки, поскольку формируются без преобразования исходных данных. Автоматизированно подготавливается информация в ЦММ по разведочным пересечениям и в некоторых моделях матричного типа.

Частично автоматизированная подготовка данных свойственна всем аналитическим моделям. В остальных простых моделях подготовка информации осуществляется вручную.

Рис. 3. Классификация моделей месторождений Дискретн Цифровые модели Негеометризированные Отсутствуют Пространственное положение, (модели: цифровые, для пересечениям; упорядочение пересечений; пород, качественная структура месторождений контурно- негеометризованные; ломаными линиями; поверхности, распределение значений точечного типа (модели: погоризонтные планы определение координат мощностей полезных ископаемых и координатные, по методу изолиниях; таблицы координат точек совокупности точек изолиний или средневзвешенного сечения, средних содержаний пересечения контуров с контуров в планах и разрезах Цифровые модели Геометризованные, Аппроксимация контуров Границы рудных тел, отображаемые месторождений блочного негеометризованные: ломаными линиями: данными по совокупности точек типа (модели: цифровые, разведочные планы определение координат контуров в планах; проведение Цифровые модели Геометризированные: Съем данных с планов или Пространственное положение, месторождений блочного погоризонтные планы; разрезов по системам морфология, условия залегания типа (модели: цифровые, геологические разрезы элементарных ячеек полезных ископаемых и вмещающих Аналитич Системы аналитических Негеометризированные Задание направления Рельеф земной поверхности, положение еские уравнений типа функций от, геометризированные: съёмки данных; поверхности кровли и почвы рудных тел, одного переменного (модели: таблицы данных по интерполяция значений характер топоповерхностей полиномиальные, сеточная) разведочным показателей в заданные распределения мощностей и содержаний Аналитические выражения Негеометризованные, Аппроксимация контуров Рельеф земной поверхности, положение Дискретн Сложные (ЦММ по Негеометризированные Расчленение площадей Пространственное положение, ые разведочным данным и : таблицы данных по рудных тел в плане на морфология, условия залегания Сложные (ЦММ по Негеометризированные Аппроксимация контуров Пространственное положение, разведочным данным и, геометризированные: рудных тел ломаными морфология, условия залегания контурно-точечного типа) колонка скважин; линиями; определение полезных ископаемых и вмещающих В иерархических моделях предусматривается возможность разных режимов формирования информации - как вручную, так и автоматизированно.

В зависимости от степени совмещения геологической и горно-технологической информации выделяются комбинированные и раздельные модели.

В моделях первой группы эти два вида информации взаимосвязаны, для моделей второй группы характерно обособленное размещение в памяти ЭВМ данных геологического и горно-технологического характера. На принципе раздельного моделирования объектов основаны иерархические модели. Среди простых этот принцип используется для аналитических моделей, ЦММ по первичным данным разведки и матричного типа, для большей части ЦММ по разведочным пересечениям. Для последнего вида совместное моделирование имеет место в моделях при методах треугольников. Довольно широко используется совместный принцип моделирования в контурно-точечных и блочных моделях. Слоевые модели формируются на основе как раздельного, так и совместного моделирования. Признано, что раздельное моделирование обладает преимуществами с точки зрения большей универсальности используемых моделей, меньшей трудоемкости их создания и корректировок.

Важной характеристикой модели являются условия их применения, от которых в значительной степени зависит выбор формы представления информации в ЭВМ. Частные модели ориентированы на условия конкретных предприятий или группы однотипных предприятий. Под универсальными подразумеваются модели, пригодные для разнообразных условий.

К основным факторам, определяющим условия применения моделей, относятся принятые способы разработки и особенности эксплуатируемого месторождения. Большинство моделей ориентированы только на условия открытой, разработки. Лишь несколько моделей приемлемы для месторождений, отрабатываемых подземным способом.

В существующих классификациях моделей под особенностями месторождений подразумеваются сложность их структуры и условия залегания полезных ископаемых. В соответствии с этим выделяются модели, используемые для горизонтальных и пологозалегающих месторождений, если они обладают простой структурой, и для сложноструктурных месторождений наклонного и крутого залегания. К первым относятся ЦММ по первичным разведочным данным, по разведочным пересечениям, матричного типа, а также аналитические модели. Сложноструктурные наклонные и крутозалегающие месторождения отображаются с помощью блочных моделей. Различные виды контурно-точечных моделей используются для представления месторождений обоих типов.

Кроме того, условия применения моделей зависят от характера и степени изменчивости геологических показателей, густоты и правильности разведочной сети, глубины залегания месторождений, количества рудных тел. их взаимного расположения в пространстве.

Одним из определяющих признаков моделей является их функциональное назначение. Под комплексными подразумеваются модели, служащие информационной основой для решения широкого круга задач проектирования и управления горными работами. К локальным относятся модели, обеспечивающие решение отдельных задач или их групп, реализующие только некоторые из перечисленных функций.

Необходимым составным элементом информационного обеспечения горно-геологических расчетов являются данные о пространственном положении элементов горных работ. Как правило, в существующих разработках эти данные представлены в виде моделей отдельных элементов горных выработок или совокупности этих элементов. Для обеспечения горногеометрических расчетов на карьерах моделируются такие элементы горных работ, как границы карьерного поля и выемочных слоев, уступы, положения фронта горных работ.

Моделирование контуров карьерного поля в плане осуществляется путем аппроксимации их ломаными линиями и определения уравнений прямых, проходящих через каждую пару соседних узловых точек этих линий. Данный способ нашел применение при решении задач проектирования. Границы выемочных слоев при горизонтальном их положении задаются обычно значениями отметок по оси Z. Моделирование уступов осуществляется аналогично построению модели месторождения по методу треугольников.

Предложено несколько способов моделирования положений фронта горных работ, которые могут быть представлены линиями бровок уступов в плане. При криволинейных очертаниях линии фронта могут быть заданы:

координатами точек их пересечений с системой прямых, параллельных оси У условной системы координат; совокупностью координат характерных точек фронта: системой уравнений прямых и окружностей.

Наиболее универсальным является первый способ, но для него характерны значительная трудоемкость подготовки информации.

Прямолинейные участки линий фронта задаются расстояниями от выбранной осевой линии или от центра развития горных работ до линии фронта. При моделировании фронта в разрезах, его положение представляется координатами верхних и нижних бровок уступов.

В меньшей степени освещены вопросы моделирования горно-технологических объектов при подземной разработке. Среди имеющихся моделей можно выделить систему построения графических изображений подземных рудников на ЭВМ на основе хранящейся в памяти машины информации о пространственном положении элементов горных выработок. Эта информация представляет собой совокупность стандартных блоков, каждый из которых состоит из пары точек (узлов), принадлежащих определенной выработке, линий, связывающих эти точки между собой и с соседними парами. Для угольных месторождений предложена модель сети горных выработок, являющаяся информационной основой комплекса учетно-маркшейдерских задач.

Как следует из вышесказанного, используемые математические модели элементов горных работ могут быть отнесены, по аналогии с моделями месторождений, к частным, локальным, одноуровневым. Подготовка информации моделей осуществляется либо полностью вручную, либо-частично автоматизированно. В памяти ЭВМ информация о моделируемых объектах хранится в аналитической или дискретной форме.

Анализ и классификация существующих моделей месторождений выявили следующие их принципиальные особенности:

различие форм хранения геолого-маркшейдерской информации, определяющих компактность моделей, точность и достоверность описаний пространственно-качественной структуры месторождений;

неоднородность состава входной геолого-маркшейдерской информации о различных структурных составляющих месторождения (скважин, выработок, рудных тел, геологических и эксплуатационных блоков и др.), что обеспечивает различную степень информативности моделей;

различное функциональное назначение моделей, ориентированных на решение отдельных задач и их комплексов на разных фазах и этапах управления;

различный уровень автоматизации подготовки исходной информации;

различие методов предварительной обработки геолого-маркшейдерских данных и числа уровней модели по степени агрегации данных;

различная степень универсальности по условиям применения (тип месторождения, условия залегания, сложность структуры, система разработки);

зависимость вида модели от методов решения на ее основе горногеологических задач;

обусловленность алгоритмов задач видом данных, используемых в модели;

различная степень динамичности моделей, связанная с неодинаковыми возможностями корректировки моделей без ее перестройки;

многократность или одноразовость использования модели, зависящие от уровня и способа предварительной обработки данных по разведочным пересечениям;

различный уровень совмещения геологической и горнотехнологической информации;

использование различных носителей внешней памяти ЭВМ (с последовательным доступом - перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, и с произвольным доступом - магнитные диски), обеспечивающих разные способы организации больших массивов данных;

значительные отличия объема хранимой информации; различная трудоемкость подготовки и ввода исходной информации. Анализ принципиальных особенностей существующих моделей месторождения показал, что наличие большого количества классификационных признаков затрудняет оценку их достоинств и недостатков и выбор моделей, обладающих эквивалентными возможностями по разным параметрам. Так, например, некоторые авторы считают блочные модели месторождений более совершенными по сравнению с цифровыми, так как они позволяют более простыми методами проводить оценку объемно-качественных показателей в геологических или технологических объектах при проектировании и планировании горных работ. Однако, при этом появляется необходимость в трудоемких предварительных расчетах характеристик элементарных блоков, значительно увеличивается объем информации, подлежащей хранению, исключаются природные особенности оруденения, затрудняется корректировка модели при появлении дополнительной геологической информации.

Практически все существующие модели месторождений и горных работ формировались на носителях последовательного доступа с использованием ЭВМ второго поколения. В указанных моделях отсутствовало различие между данными и их представлением в запоминающей среде. Программы решения геологических и горнотехнологических задач имели жесткую связь с информационными моделями (массивами) и включали описание данных, методы их поиска и формирования рабочих массивов последовательным способом, что весьма затрудняло актуализацию моделей. Появление ЭВМ с запоминающими устройствами прямого доступа привело к созданию моделей месторождений, обеспечивающих возможность интегрированного накопления и хранения данных, более эффективного их поиска.

Вопрос о преимуществах модели того или иного класса и типа, для использования принципов и методов ее построения в типовой системе, должен решаться комплексно и включать два аспекта оценки - информационный (содержательный) и концептуальный, связанный с эффективностью формирования, хранения и поиска данных в памяти ЭВМ. Структура информационной модели определяется в первую очередь составом и характером геолого-маркшейдерских задач, решаемых на ее основе, и особенностями объектов моделирования.

Решение всего комплекса геолого-маркшейдерских графических задач требует моделирования следующих параметров:

пространственного размещения показателей состава, физико-технических и технологических свойств полезных ископаемых и вмещающих пород;

размещения геометрических свойств обособлений полезных ископаемых и вмещающих пород;

пространственного положения геолого-промышленных объектов (рудных тел, типов, сортов, полезных ископаемых, разновидностей горных пород, геологических блоков);

пространственного положения границ горнотехнических объектов.

Моделирование указанных параметров может быть основано на создании универсальных иерархических моделей дискретно-аналитического типа.

Анализ существующих моделей месторождения показал, что до настоящего времени не разработаны принципы и отсутствует опыт построения моделей такого класса. Создание указанных моделей должно базироваться как на применении более эффективных математических методов, так и на автоматизации процесса формирования и актуализации модели, поскольку ведение таких моделей связано с хранением, поиском и обработкой огромного объема информации различного вида (дискретной и аналитической).

Обоснование выбора класса и типа информационных моделей позволяет сформулировать основные требования, предъявляемые к разрабатываемой системе моделей:

универсальность, позволяющая решать геолого-маркшейдерские задачи различного функционального назначения;

гибкость к различным горно-геологическим и организационнопроизводственным условиям горнодобывающих предприятий;

возможность получения информации на различных стадиях освоения месторождений, на всех фазах и временных этапах управления по всем видам горно-геологических объектов;

инвариантность структуры моделей для различных горно-геологических условий, стадий разведки и освоения месторождений;

репрезентативность, достоверность и точность различного вида информации о горно-геологических объектах и их свойствах; исключение избыточности (дублирования) информации; возможность преобразования первичных моделей в требуемые производные модели;

возможность актуализации и реорганизации модели; минимизация времени получения необходимых данных в регламентированном или случайном режиме;

возможность расширения для удовлетворения будущих требований к составу и объему информации и поэтапного увеличения емкости модели;

надежность и возможность контроля данных;

оптимальность периодов получения данных и их высокая степень информативности.

Реализация разработанных требований может быть основана на следующих методологических принципах построения информационной базы машинной графики:

многократность использования информации при однократном их вводе в память ЭВМ, централизация хранения моделей, динамичность организации моделей (построение, распределение памяти ЭВМ), типизация структуры модели, совместимость информационных моделей и номенклатуры задач, решаемых на их основе, совместимость представ- 66 ления графической информации, формируемой с различной степенью детализации на разных стадиях управления горными работами;

совместимость по математическому и программному обеспечению, используемому для решения геолого-маркшейдерских задач;

совместимость по кодам информации различного уровня горногеологических объектов и уровней управления;

автоматизация процессов сбора, передачи, построения, хранения и обработки геолого-маркшейдерской информации.

Построение информационной базы на принципах банков данных определяет необходимость рассмотрения геолого-маркшейдерской информации как совокупности данных, отражающих месторождение как объект промышленного использования в динамике. Этот подход позволяет обособить процессы формирования и текущего ведения базы данных от программного обеспечения решения различных горно-геологических задад.

Сложность пространственно-качественной структуры месторождения, наличие иерархической системы горно-геологических объектов, специфика способов получения геолого-маркшейдерской информации позволяют моделировать сложные объекты (месторождение, горные выработки, блоки) только через совокупность слагающих элементов и их взаимодействий. Тогда информационную модель можно представить в виде А = (В,С), где В = {В, \ i = 1,2,... }-множество классов объектов, состоящих из подмножества объектов В, = {/>?| к = 1,2,...,/й,|}; Ь\-экземпляр класса объектов; «-количество классов объектов; т-количество экземпляров в классе объектов; с-множество структурных связей между объектами.

Представление всей системы эксплуатируемого месторождения элементарными объектами позволило выделить экземпляры объектов одного вида, которые через совокупность характеризующих их показателей и свойств могут отражать всю совокупность горно-геологических объектов, требующих графического отображения. К таким элементарным объектам относятся разведочные пересечения, геологические блоки, горные выработки, эксплуатационные блоки. Построение информационной модели в этом случае будет связано с описанием множества экземпляров (разведочных пересечений, блоков и др.) одного объекта (месторождения) через систему соответствующих параметров и структурных связей между объектами горного предприятия.

Рассмотренный подход к моделированию эксплуатируемого месторождения позволяет выделить следующие модели, функционирование которых полностью обеспечивает решение комплексов графических геологомаркшейдерских задач: модель по разведочным пересечениям и взрывным скважинам (ЦММ); модель опорной и съемочной маркшейдерской сети; модель сети горных выработок; модель запасов полезного ископаемого по совокупности геологических и эксплуатационных блоков.

Кроме того, по данным ЦММ можно построить производные модели пространственного размещения геолого-промышленных и гор- нотехнологических объектов, изолиний геологических показателей.

Параметрами моделирования являются: пространственные характеристики сети опорных и съемочных маркшейдерских точек;

распределение значений качественных свойств, мощностей, пространственное размещение границ объектов; распределение запасов руд в недрах по выработке и блокам. Моделирование названных параметров может быть осуществлено только путем создания универсальных многоуровневых моделей дискретноаналитического типа.

Выделенные информационные модели, различаясь по составу, структуре, режимам формирования и использования, в совокупности представляют единую систему, всё элементы которой связаны между собой комплексами геолого-маркшейдерских задач моделирования и функциональных графических задач. Состав моделируемых параметров определяется совокупностями природных и технологических объектов и характерами задач, использующих геолого-маркшейдерскую информацию.