МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
УДК:622. 1
МОТИЛЬОВ ІГОР ВІКТОРОВИЧ
МАРКШЕЙДЕРСЬКЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІДКРИТИХ ГІРНИЧИХ РОБІТ ПРИ ЗАСТОСУВАННІ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ КАР'ЄРОМ
Спеціальність 05.15.01 “Маркшейдерія”
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Донецьк - 2000 р.
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Донецькому державному технічному університеті Міносвіти і науки
України, м.Донецьк
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Могильний Сергій Георгійович, завідувач кафедри геоінформатики та геодезії Донецького державного технічного університету (м. Донецьк)
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Четверик Михайло Сергійович, завідувач відділом геомеханічних основ технології відкритої розробки родовищ корисних копалин інституту геотехнічної механіки НАН України (м. Дніпропетровськ);
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Кулібаба Сергій Борисович, ведучий науковий співробітник Українського державного науково-дослідного і проектно-конструкторського інституту гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи (УкрНДМІ) НАН України (м. Донецьк).
Провідна установа: Криворізький державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра маркшейдерської справи (м. Кривий Ріг).
Захист відбудеться 18 лютого 2000 року о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.05 при Донецьком державному технічному університеті.
Адреса: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, І уч. корп., ауд. 201
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Донецького державного технічного університету (Адреса: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, ІІ уч. корп.
Автореферат розісланий 17 січня 2000 року
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
доктор технічних наук, професор М.Р. Шевцов
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Економічні умови розвитку гірничої промисловості обумовлюють необхідність найбільш повного і комплексного використання надр, підвищення ефективності і безпеці ведення гірничих робіт.
Одним із найважливіших ланок комплексу керування гірничодобувним підприємством протягом усього терміну його експлуатації є маркшейдерська служба. Відповідно до організаційної структури гірничого підприємства маркшейдерська служба повинна забезпечувати технічно правильне та безпечне ведення гірничих робіт. Маркшейдерська інформація про гірничо-геометричну структуру кар'єра є основою, на якій здійснюється вирішення задач по керуванню гірничим виробництвом технічними службами усіх рівнів: від конкретного підприємства до галузевого міністерства. Ця інформація формується різноманітними маркшейдерськими засобами, характеризується великим обсягом і високою динамічністю. Все це викликає необхідність автоматизувати не тільки процеси одержання й обробки маркшейдерської інформації, але і її передачу іншим користувачам.
Наявні комплекси програм для вирішення маркшейдерських задач на різноманітних типах ЕОМ створюють і дозволяють накопичувати різноманітні обсяги інформації, причому найчастіше у своїй власній ідеології і структурі, що не забезпечує логічно повне формування локального маркшейдерського банку даних і автоматизоване використання маркшейдерської інформації іншими структурними підрозділами для керування гірничим виробництвом.
Тому розвиток теоретичних принципів і технологічних процесів автоматизованого керування маркшейдерським забезпеченням кар'єрів і підвищення ефективності використання маркшейдерської підсистеми в автоматизованій системі керування гірничим виробництвом являє собою актуальну науково-практичну задачу.
Зв'язок теми дисертації з планом основних робіт університету. Дослідження з дисертаційної роботи виконувалися відповідно до загальногалузевої програми ведення наукових робіт Міністерства чорної металургії УРСР (ОН-08-94) і планами науково-дослідних робіт Донецького державного технічного університету за темами, що виконані при особистій участі автора на посаді відповідального виконавця:
- “Розробка і впровадження підсистеми, що забезпечує функціонування автоматизованої системи вирішення задач маркшейдерського забезпечення відкритих гірничих розробок” (№ держ. рег. 01860028309).
- “Обгрунтування можливості автоматизації створення маркшейдерської графічної документації відкритих гірничих робіт” (№ держ. рег. 01830044791).
- “Розробка і впровадження підсистеми автоматизації упорядкування маркшейдерської графічної документації” (№ держ. рег. 01840035712).
- “Розробити і впровадити підсистему обчислення й упорядкування аналітичної і графічної маркшейдерської документації на транспортні шляхи кар'єрного транспорту методом аеронівелювання” (№ держ. рег. 01890020031).
Мета роботи - розробка принципів і складових елементів функціонування маркшейдерського забезпечення при автоматизованій технології управління відкритою розробкою родовищ.
Основна ідея роботи полягає у формалізації взаємодії маркшейдерських задач, як між собою, так і з іншими учасниками керування гірничим виробництвом, і створення програмного інтерфейсу між гірничим інженером і автоматизованою системою маркшейдерського забезпечення.
Методи досліджень. Поставлена мета дисертаційної роботи досягнута шляхом застосування комплексного методу досліджень, що включає: аналіз і узагальнення рівня автоматизації вирішення маркшейдерських задач і використання їхніх результатів в АСУ гірничими роботами; теоретичні дослідження на основі теорії графів і формальних граматик, розробка й апробація програмних засобів у реальних виробничих умовах; експериментальні дослідження апаратури для графічного уявлення маркшейдерської інформації з обробкою результатів методами теорії похибок і математичної статистики.
Основні наукові положення, винесені на захист, і їхня новизна:
1. Структура підсистеми маркшейдерського забезпечення відкритих гірничих робіт і її місце в автоматизованій системі керування гірничим підприємством, що відрізняється централізованим формуванням і використанням інформації всіма підсистемами і рівнями керування, що функціонує як на індивідуальному робочому місці, так і в мережному середовищі.
2. Структурно-просторова модель кар'єру, що базується на опису об'єктів, згрупованих по функціональному призначенню і типам геометричних образів, що враховує динаміку розвитку гірничих робіт.
3. Еталонний тест-об'єкт у вигляді сітки дозволяє визначити інструментальні помилки пристроїв введення - виводу маркшейдерської інформації з усієї їхньої площі, що враховуються при побудові цифрової моделі і її графічного уявлення.
Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій роботи підтверджується практичною реалізацією і позитивним досвідом експлуатації (протягом більш 5 років) розробленої технології автоматизації маркшейдерського забезпечення в умовах Докучаєвського флюсо-доломітного комбінату; результатами тестових іспитів рулонних і планшетних графобудівників, сканерів і стереокомпараторів.
Наукове значення роботи складається в створенні:
- моделі функціонування автоматизованої системи маркшейдерського керування відкритими гірничими розробками;
- системи класифікації і кодування всіх об'єктів відкритої розробки родовища як основи єдиної інформаційної бази даних;
- цифрової моделі кар'єру.
Практичне значення роботи полягає в розробці і впровадженні:
-автоматизованої технології управління рішенням задач маркшейдерського забезпечення, як у локальному, так і у віддаленому режимах роботи;
-засобів довідкового та діалогового режимів роботи гірничого інженера в середі автоматизованої системи;
-технології і програмних засобів побудови цифрової моделі кар'єру;
-методики тестування прецизійного устаткування для введення - виводу маркшейдерської інформації в ЕОМ.
Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Результати виконаних досліджень пройшли дослідно-промислові іспити і впроваджені на Докучаєвському флюсо-доломітному комбінаті у вигляді таких підсистем автоматизованої системи маркшейдерського забезпечення:
- управління автоматизованою системою рішення задач маркшейдерського забезпечення відкритих гірничих розробок, у тому числі у віддаленому режимі.
- автоматизації упорядкування маркшейдерської графічної документації;
- автоматизації обчислення й упорядкування аналітичної і графічної маркшейдерської документації на транспортні шляхи кар'єрного транспорту методом аеронівелювання;
Усі етапи здачі в промислову експлуатацію підтверджені актами.
Основні положення дисертаційної роботи ввійшли в довідковий посібник “Автоматизовані системи маркшейдерського забезпечення кар'єрів” (1991, Мотильов И. В.: розд. 3.3 , стор.192-211), підготовлений в складі колективу авторів: К.С.Ворковастов, С.Г.Могильный, В.Г.Столчнев, М.Г.Маждраков (Болгарія), В.Я.Финковский . Довідковий посібник рекомендовано для працівників маркшейдерської служби гірничодобувних підприємств, комбінатів і виробничих об'єднань кольорової і чорної металургії.
Апробація роботи. Результати досліджень, основні наукові і прикладні положення дисертаційної роботи доповідались і були схвалені:
- на науково-технічній конференції “Сучасні шляхи розвитку маркшейдерсько-геодезичних робіт на базі передового вітчизняного і закордонного досвіду” (Дніпропетровськ, 1997-1998 р.).
- на III і VI науково-технічних конференціях вузів України “Маркшейдерське забезпечення гірських робіт” (Донецьк, 1995,1998 р.);
- на Всесоюзній науково-технічній конференції “Задача геологічних і маркшейдерських служб підприємств кольорової металургії на 1986-90 роки” (Москва, 1986);
- на конференції Донецького відділення ВАГО (Донецьк, 1990);
Публікації. По темі дисертації опубліковано 11 наукових робіт, у тому числі розділ у монографії.
Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку літератури з 131 найменування. Викладена на 178 сторінках машинописного тексту, містить 9 таблиць, 19 рисунків, 7 додатків.
Подяка. Автор висловлює подяку колективу кафедри геоінформатики та геодезії ДонДТУ за допомогу у роботі і персонально доктору технічних наук Ю.М.Гавриленку за постійне творче співробітництво і наукове керівництво.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У першому розділі проведений аналіз сучасного стану автоматизованого рішення маркшейдерських задач при розробці родовищ корисних копалин відкритим засобом, із якого випливає, що в даний час виділяється три рівні автоматизації маркшейдерського забезпечення.
При першому з них ЕОМ використовується для виконання окремих обчислювальних робіт. Кожна така програма має свою ідеологію, інструкцію з підготовки даних і роботі на ЕОМ. У цьому випадку використання комп'ютерної техніки не позначається ні на структурі маркшейдерської служби, ні на методах її діяльності.
Другий рівень базується на впроваджені інформаційно-довідкових систем, де інформація попередньо опрацьовується по заданих програмах, а потім використовується маркшейдерським персоналом при виконуванні робіт із планування й оперативного керування. Проте процес прийняття рішень не торкається і не забезпечується автоматизоване використання маркшейдерської інформації іншими користувачами.
Третій рівень припускає побудову такої системи керування, у котрій максимально використовується маркшейдерська інформація, як основна, для прийняття рішень усіма службами гірничого підприємства.
Сучасний стан можна охарактеризувати як розвинутий другий рівень із тенденцією переходу, що намітилася чітко, до третього. Для цього переходу необхідно об'єднати окремі маркшейдерські задачі єдиною ідеологією, визначити структуру маркшейдерської підсистеми та її місце в загальній системі керування гірничим підприємством.
Інформаційною основою автоматизованої маркшейдерської підсистеми є цифрова модель. Наявні моделі можна охарактеризувати як цифрові моделі контурів гірничих робіт. Таку модель необхідно розширити до цифрової моделі кар'єру (ЦМК), у якій повинна міститися інформація про усі об'єкти в кар'єрі й у прибортовій зоні.
Наповнення ЦМК у початковий період впровадження автоматизованих систем у маркшейдерське забезпечення може виконуватися в камеральних умовах методом дігіталізації маркшейдерських планів. Цифрова модель дозволяє автоматизувати рішення безлічі задач. Але поки не автоматизовано творчий процес прийняття людиною техніко-економічного рішення, гірничий інженер потребує графічного сприймання об'єкту.
Маркшейдерська просторова інформація вводиться і виводиться у ЕОМ за допомогою різноманітних периферійних пристроїв (сканери, фотограмметричне обладнання, графобудівники, принтери). Тому що вимоги до точності гірничо -геометричної інформації достатньо високі, то виникає задача визначення і зменшення або виключення помилок роботи пристроїв. Одним із найбільше важливих складових є систематичні помилки. Стандартні тести, що входять у комплект устаткування, орієнтовані на комп'ютерну предметну галузь і не стикуються з вимогами маркшейдерських інструкцій. Тому необхідні прості, інформативні тести, що дозволяють в умовах маркшейдерських відділів визначати придатність периферійного устаткування з погляду маркшейдерських допусків.
Узагальнюючи вищесказане, сформульовані такі задачі досліджень:
1. Досліджувати структуру маркшейдерських задач та їхній зв'язок з іншими підсистемами, що функціонують в автоматизованій системі управління гірничими роботами.
2. Розробити структуру ЦМК і систему кодування атрибутивної інформації кожного об'єкта кар'єру.
3. Розробити програмні засоби для автоматизації графічного уявлення маркшейдерської інформації на основі цифрової моделі.
4. Досліджувати основні фактори, що впливають на точність вводу-виводу маркшейдерської графічної інформації, розробити адаптовану до маркшейдерських вимог технологію тестування обладнання.
У другому розділі розглянута модель автоматизованої підсистеми маркшейдерського забезпечення та її місце в загальній системі керування кар'єром.
Автоматизована підсистема маркшейдерського забезпечення (АСМЗ) - це комплексна система, розрахована на спільну роботу спеціалістів і технічних засобів, є однією з основних складових частин складної багаторівневої системи управління гірничим виробництвом.
Для дослідження загальної структури АСМЗ, пошуку, обробки і збереження інформації, рішення інших питань, що виникають у системі управління, застосована теорія графів. Перевагою опису моделі за допомогою графів є наочність при встановленні зв'язків і реалізації в програмних продуктах.
Модель автоматизованого керування гірничими роботами може бути подана орієнтованим чотирерівневим графом вигляду “гамак” (рис.1,а), у вершинах якого знаходяться основні елементи, зазначені в табл. 1.
Таблиця 1
Склад АСУ відкритими гірничими роботами
Позначення вершини | Призначення вершини
АСУ-диспетчер гірничими роботами
Підсистема керування будівництвом і реконструкцією гірничого
підприємства
Підсистема керування експлуатаційно-технологічними роботами
Підсистема маркшейдерського забезпечення (АСМЗ)
Підсистема збору, обробки та збереження геологічної інформації
... | Локальні банки даних
Єдиний банк даних
У свою чергу вершину графа (АСМЗ) можна розглядати як підграф. Він також класифікується як “гамак” (рис.1,б), у вершинах якого знаходяться елементи, зазначені в табл. 2.
Вершини третього рівня графа АСМЗ є елементами множини маркшейдерських задач, деякі є дуже значними. Так, наприклад, вершина підрахунку обсягів добутої гірничої маси є підмножиною і розгалужується у свою чергу ще на 21 вершину. Для реалізації кінцевої цілі маркшейдер зобов'язаний викликати у визначеній послідовності декілька програм, причому йому необхідно чітко уявляти всі логічні зв'язки програмних комплексів.
Рис.1. Модель автоматизованого управління гірничими роботами
Таблиця 2
Склад автоматизованої системи маркшейдерського забезпечення |
УПРАВЛІННЯ АСМЗ
ПІДСИСТЕМА ЗНІМАЛЬНОГО ОБГРУНТУВАННЯ
спосіб зарубок;
спосіб полігонометрії
спосіб тріангуляції
спосіб фототріангуляції
...
супутникові методи позиціонірування
ПІДСИСТЕМА ФОРМУВАННЯ І ПОПОВНЕННЯ ЦИФРОВОЇ МОДЕЛІ КАР'ЄРУ
тахеометрична зйомка
наземна стереофотограмметрична зйомка
аерофотограмметрична зйомка
...
цифрова стереозйомка
ПІДСИСТЕМА РІШЕННЯ МАРКШЕЙДЕРСЬКИХ ЗАДАЧ
підрахунок обсягів вийнятої гірської маси
планування гірничих робіт
прогнозування усталеності бортів
кар'єрів і відвалів
...
автоматизоване створення гірничої
графічної документації
ЛОКАЛЬНІ МАРКШЕЙДЕРСЬКІ БАНКИ ДАНИХ
МАРКШЕЙДЕРСЬКИЙ БАНК ДАНИХ
При розширенні АСМЗ неминуче збільшується кількість програмних комплексів і кількість супровідної документації. Кожне завдання функціонує роздільно один від одного. Маркшейдеру стає важко оперувати з таким обсягом інформації. Тому виникає необхідність у створенні монітора АСМЗ, тобто обслуговуючої програмної системи, призначеної для контролю над іншою системою і керуючою вводом та виконанням інших програм для збору і переробки інформації про події заданого типу.
Використовуючи структуру АСМЗ й АСУ гірничими роботами, монітор управляє функціонуванням АСМЗ, забезпечує користувальний інтерфейс між кінцевим користувачем і обчислювальною системою і програмний інтерфейс між АСМЗ та іншими підсистемами АСУ гірничим виробництвом. Модель монітора АСМЗ являє собою шостирівневий граф деревоподібної структури (табл. 3).
Таблиця 3
Модель монітора АСМЗ
Зміст завдання для ЕОМ формується в міру занурення по графі монітора АСМЗ. Передбачений механізм взплиття по дугах графа, спрямованим нагору, дозволяє здійснювати синтаксичний та семантичний контроль, змінювати тематику вхідної інформації маркшейдера (переходити на сусідні гілки графа).
Основний принцип функціонування монітора АСМЗ - діалогове спілкування маркшейдера з ЕОМ. Для цих цілей розроблена модель вхідної мови:
,
де - власне мова формулювання умов задач;
- мова керування проходженням задач на ЕОМ.
Тому що є множиною команд операційної системи ЕОМ і не може змінюватися користувачем, то моделювання мови зводиться власне до розробки мови , яка є ініціюємой, тобто такою, де ініціативу ведення діалогу виявляє проблемно-орієнтована система, що задає користувачу питання по готовому сценарію. Модель мови діалогової взаємодії задається таким чином:
,
де - множина сценаріїв діалогу, тобто питань системи, адресованих користувачу за сценаріями і його відповідей на конкретні питання.
- множина формалізованих відповідей системи користувачу, передбачених сценаріями.
Сценарії можуть бути реалізовані такими формами діалогу: мова команд, лінійно орієнтоване меню, таблиці - меню, таблиці - маски, взаємодія на квазіприродній мові. Всі сценарії засновані на використанні фахової маркшейдерської лексики.
У главі 3 розглянуті питання розробки і функціонування цифрової моделі кар'єру і її графічного уявлення.
Різноманітна по утриманню і функціональному призначенню аналітична маркшейдерська інформація, що відбиває різноманітні параметри гірничо-технологічних об'єктів, є результатом моделювання просторових об'єктів. Раніш виконувалось моделювання в ЕОМ тільки контурів гірничих виробіток, що варто називати цифровою моделлю гірничих робіт (ЦМГР). Використання маркшейдерської інформації в АСУ гірничим підприємством і автоматизованого упорядкування маркшейдерської графічної документації буде повноцінним, якщо ЦМГР буде доповнена цифровою моделлю всієї ситуації кар'єру (ЦМС). Формальний опис логіки побудови повної цифрової моделі кар'єру можна уявити у вигляді такої граматики:
1. <ЦМК> ::= <ЦМГР> <ЦМС>;
2. <ЦМС> ::= {<вид ситуації>}oi;
3. <вид ситуації> ::= {<об'єкт>}ok;
4. <об'єкт> ::= {<секція>}ol | <лінія> | <пікет>;
5. <секція> ::= <розімкнута полілінія> | <замкнута полілінія >;
6. <розімкнута полілінія > ::= <пікет>1 <пікет>2 ... <пікет>m;
7. <замкнута полілінія > ::= <пікет>1 <пікет>2 ... <пікет>m <пікет>1;
8. <лінія> ::= <пікет>1 <пікет>2
9. <пікет> ::= <код> <координати>;
10. <код> ::= <код виду ситуації> <тип пікету> <номер знімального блока>
<номер об'єкта ситуації>;
11. <код виду ситуації> ::= <число>;
12. <тип пікету> ::= <цифра>;
13. <номер знімального блока> ::= <цифра>;
14. <номер об'єкта ситуації> ::= <число>;
15. <координати> ::= <координата X> <координата Y> <координата Z>.
Запис у правій частині правил 6 і 7 позначає, що елементи <пікети> упорядковані уздовж зображуємої ними лінії. Пікети упорядковані при зборі інформації. Структура елемента <код> дозволяє відрізняти і виділяти різноманітні варіанти зйомки об'єктів ситуації. На ділянці зйомки може виявитися декілька об'єктів одного виду ситуації, тому вони повинні відрізнятися один від одного за допомогою елемента <номер об'єкта ситуації>. Деякі з об'єктів можуть мати складний контур, що за якимись причинами неможливо або нераціонально описувати однією <секцією>, тобто ланцюжком пікетів. Елемент <номер знімального блока> дозволяє поділяти контур на частини і ідентифікувати їхню приналежність одному об'єкту.
Побудована по приведених правилах ЦМК є статичною, не враховує можливу часткову зміну ситуації та швидко застаріває. Побудова нової цифрової моделі - трудомісткий процес. Тому що зміна гірничотехнічної ситуації відбувається не по всьому фронті гірничих робіт, більш рентабельною є така модель, що дозволяє вносити часткові зміни. Поповнення ЦМК полягає у видаленні старих елементів ситуації і вставці нових. Тому ЦМК на визначену дату являє собою об'єднання ЦМК на попередню дату та її поповнення на нову дату:
<ЦМК> ::= <ЦМК> <поповнення ЦМК>
Один із шляхів коригування ЦМК - інтерактивний режим. При незначній зміні ситуації цей метод є ефективним, але при значних змінах потрібна додаткова робота маркшейдера за екраном дисплея та інші технічні труднощі. Більш універсальна така автоматизована система, у якій велика частина функцій по прийняттю рішень передана ЕОМ. Тому перевага віддана такій логіці поповнення ЦМК:
1. <поповнення ЦМК> ::= <контур видалення> <тип пікету> <ЦМК>;
2. <контур видалення> ::= <ознака контурної точки> <номер ділянки поповнення>
<контурна точка>14;
3. <ознака...> ::=<цифра>;
4. <номер...> ::=<число>;
5. <контурна точка> ::= <координата X> <координата Y>.
Ділянка поповнення - контур у вигляді опуклого чотирикутника, заданого вершинами. З <ЦМК> на попередню дату виключаються пікети конкретного виду ситуації, що потрапили в межі контуру видалення. При цьому може трапитися так, що межа чотирикутника відтиняють від <секції> частину пікетів, у цьому випадку секції будуть дробитися. Щоб секцій не було занадто багато, можливо їхнє об'єднання:
<секція>1,2 ::= <секція>1 U <секція>2
У межі відкоректованого контуру видалення заносяться нові об'єкти.
Враховуючи те, що вихідними даними для побудови ЦМК в ЕОМ у більшості випадків є матеріали обробки аерофотознімків або наземних знімків на універсальному стереоприладі, що має устрій автоматичної реєстрації вимірів тільки в цифровому виді, для кодування об'єктів прийнята шестизначна цифрова система кодування. Елемент <код> у правилі 10 побудови ЦМК - шестизначне число виду PPTBUU, де PP - код об'єкта моделі, T - тип пікету, У - номер знімального блока, UU - номер об'єкта ситуації. Розроблена система кодування враховує усе різноманіття видів та змісту гірничотехнічної ситуації на всіх стадіях освоєння родовища. Приклад кодування об'єктів приведений у таблиці 4.
Принципи кодування Таблиця 4
об'єктів цифрової моделі
Об'єкт моделі | Код об'єкта
PP | T | B | UU
Укіс уступу кар'єру | 00-02 | 1-4 | + | +
Оповз | 04 | 1-4 | + | +
Стрілочні переклади
на залізницях | 31 | - | - | +
Екскаватор | 40 | - | - | -
Насос | 43 | - | - | -
Пункт маркшейдерської
опорної мережі | 50 | - | - | -
Рис. 2. Зразки умовних знаків
Цифрова модель складає основу для автоматизованого рішення різноманітних задач, що виникають весь термін експлуатації родовища. Побудова ЦМК здійснюється як польовими методами збору інформації, так і камеральним методом перетворення наявних графічних планів у цифровий вид. Для цього застосовуються сканери і дігітайзери. Але гірничий інженер (маркшейдер, геолог, гірник) традиційно оперує графічними уявами. Для графічного уявлення ЦМ застосовуються графобудівники, принтери. Таким чином, до парку маркшейдерського устаткування додалася ціла група приладів вводу/виводу інформації в ЕОМ, яка має потребу у дослідженні та юстіровці.
Стандартні тести, що входять у комплект комп'ютерних периферійних приладів, не орієнтовані на традиційні поняття маркшейдерського приладобудування, тому четвертий розділ дисертації, присвячений розробці і дослідженню методики визначення інструментальної точності устаткування вводу/виводу графічної інформації в умовах маркшейдерських відділів кар'єрів і встановлення придатності приладів для маркшейдерських цілей.
Для тестування перерахованого устаткування робочою групою стандартних тестів Міжнародного товариства фотограмметрії і дистанційного зондування рекомендований спеціальний тест-об'єкт, що складається з набору фігур складної конфігурації. Тестування виконується шляхом суміщення еталонного тест-об'єкта на прозорій основі з відтвореним кресленням.
Хибою даної методики є те, що складно мати еталонний тест-об'єкт. По-перше, таких еталонів повинно бути декілька для різних типів устаткування. По-друге, навіть атестований тест-об'єкт на прозорій основі через великий розмір (до 1 м) схильний до температурних коливань. Для подолання цієї хиби в дисертаційній роботі запропоновано використовувати не реальний тест-об'єкт на прозорій основі, а теоретичну модель із заданими координатами. Виміри контрольних точок відтвореного креслення рекомендується виконувати на високоточному координатографі, що входить до складу прецизійного фотограмметричного устаткування.
Експериментальні дослідження показали, що конфігурація запропонованого тест-об'єкта дозволяє візуально виявити грубі похибки роботи креслярського устаткування. На етапі контрольного тестування цей метод можна кваліфікувати як експрес-метод. Але на етапі означального тестування дуже трудомісткий процес виміру координат великої кількості контрольних точок. При цьому виявляється суттєва хиба - виміри провадяться на прецизійному фотограмметричному координатографі, припускаючи, що він ідеально от’юстован, але це припущення дуже умовно.
У дисертації для тестування запропонована цифрова сіткова модель. На відтвореній моделі виміряються координати усіх вершин регулярної сітки квадратів. Неузгодженість практичних і еталонних координат дозволяє визначити інструментальні помилки по параметричним рівнянням:
;
,
де , - розбіжність початків координат по осях X та Y;
, - масштабні помилки вимірювальних елементів приладу;
- кут розгортання системи координат;
- кут неперпендикулярності координатних осей;
, - випадкові помилки приладу.
- розбіжність початків координат;
Результати експериментального тестування показали достатню збіжність основних параметрів із результатами тестування по методу Міжнародного товариства фотограмметрії і продемонстрували переваги цієї методики для означального тестування з таких причин:
-менше трудомістких рутинних операцій по виміру координат контрольних точок;
-не потрібна наявність еталонного тест-об'єкта на прозорій основі;
-розроблена методика дозволяє тестувати будь-яке прецизійне обладнання, геометрична схема якого базується на двох взаємно перпендикулярних осях, (наприклад, фотограмметричне обладнання, сканувальне комп'ютерне обладнання, дігітайзери). Для експерименту виконана перевірка декількох сканерів і стереокомпараторів.
ВИСНОВОК
У дисертації дано теоретичне узагальнення і нове рішення актуальної науково-дослідної задачі, що полягає в розробці принципів побудови і функціонування маркшейдерської підсистеми управління відкритими гірничими роботами на основі встановлення зв'язків маркшейдерських задач, побудови цифрової моделі кар'єру й автоматизованого створення маркшейдерської графічної документації.
Основні і прикладні результати роботи складаються в такому:
1.Розроблено загальну структуру автоматизованої підсистеми маркшейдерського забезпечення відкритих гірничих робіт на основі теорії графів для опису зв'язків як усередині самої маркшейдерської підсистеми, так і в системі в цілому, що полегшує реалізацію в програмних засобах.
2.Розроблено принципи керування обчислювальним процесом автоматизованої маркшейдерської підсистеми, що відрізняється наявністю інтегрованої оболонки на базі мовної взаємодії з використанням проблемно-орієнтованої маркшейдерської лексики.
3.Розроблено структуру цифрової моделі кар'єру, що містить крім інформації про контури гірничих виробіток інформацію про всі об'єкти кар'єру і що дозволяє перейти до автоматизованої побудови гірничої графічної документації.
4.Розроблено еталонну модель для тестування маркшейдерського прецизійного устаткування вводу/виводу графічної інформації, що дозволяє виконувати як контрольне тестування (експрес-метод), так і означальне тестування (конкретне одержання всіх характеристик).
5.Результати досліджень реалізовані в програмних комплексах:
- “Підсистема управління АСМЗ”.
- “Підсистема автоматизації упорядкування маркшейдерської графічної документації”;
- “Підсистема обчислення й упорядкування аналітичної і графічної маркшейдерської документації на транспортні шляхи кар'єрного транспорту методом аеронівелювання”;
Всі підсистеми пройшли дослідно-промислову експлуатацію і впроваджені на Докучаєвськом ФДК.
6.Основні положення дисертації опубліковані в таких роботах:
1. Мотылев И.В. Система классификации и кодирования объектов ситуации открытых горных разработок// Тр. Донецкого государственного технического университета, серия горно-геологическая.- Донецк: ДГТУ, 2000.-№11.- С. 100-103.
2. Мотылев И.В. Исследование инструментальной точности автоматических координатографов// Тр. Всеукраинской научно-техн. конф. “Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта”.- Днепропетровск: НГАУ, 1997.- С. 240-245.
3. Мотылев И. В. Автоматизация образно-графического представления маркшейдерской горно-геометрической информации// В кн.: Ворковастова К.С., Могильного С.Г., Столчнева В.Г., Маждракова М.Г., Финковского В.Я. “Автоматизированные системы маркшейдерского обеспечения карьеров”.- М.: Недра, 1991. – С. 192-211.
4. Могильный С.Г., Мотылев И.В. Моделирование языкового взаимодействия при диалоговом управлении автоматизированным решением маркшейдерских задач// Огнеупоры,- 1990.- №12.- С.32-34.
5. Мотылев И.В. Айзенштейн Г.Л. Практическое применение системы управления автоматизированным решением задач маркшейдерского обеспечения открытых горных разработок// Разработка месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. научно-техн. сб.- Киев: 1990.- Вып. 85.- С. 61-65.
6. Мотылев И.В. Технология автоматизированного построения маркшейдерских планов// Разработка месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. научно-техн. сб.- Киев: 1988.- Вып. 79.- С. 12-16.
7. Могильный С.Г., Мотылев И.В., Айзенштейн Г.Л. Структура системы управления автоматизированным решением задач маркшейдерского обеспечения открытых горных разработок// Сб. науч. тр. “Геол.-маркшейдер. обеспечение горнодобыв. предприятий Минчермета СССР”.- Белгород: ВИОГЕМ, 1987.- С. 102-108.
8. Мотылев И.В., Айзенштейн Г.Л. Автоматизированное решение маркшейдерско-геодезических задач в режиме телеобработки// Сб. науч. тр. “Проблемы внедрения новой техники и технологии в топографо-геодезическое производство”.- М.: ВАГО, 1990.- С. 109-111.
9. Мотылев И.В., Судариков В.А., Сударикова С.И. Автоматизация исследования инструментальной точности стереокомпаратора// Доклады ||| научно-технической конференции вузов Украины “Маркшейдерское обеспечение горных работ”.- Донецк: 1995.- С. 152-156.
10. Мотылев И. В. Методика определения погрешностей прецизионных устройств ввода/вывода графической информации// Придніпровський науковий вісник.- Днепропетровск: НГАУ, 1998.- №118-119(185-186).- С. 99-101.
11. Могильный С.Г., Айзенштейн Г.Л., Мотылев И.В. Структура и опыт работы автоматизированной системы решения маркшейдерских задач при открытой разработке месторождений// Доклады Всесоюзной научно-технической конференции “Задачи геологических и маркшейдерских служб предприятий цветной металлургии на 1986-90 годы”.- Москва, 1986.- С. 43-44.
Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві:
-розробка структури цифрової моделі кар'єру і її графічне зображення [3];
-постановка задачі і розробка теоретичних положень автоматизованого керування маркшейдерським забезпеченням відкритих гірничих робіт [7,8];
-розробка діалогових форм функціонування автоматизованої маркшейдерської підсистеми [4];
-ідея і реалізація методики дослідження прецизійного устаткування [9];
-аналіз і узагальнення практичних результатів експлуатації маркшейдерської підсистеми в локальному і віддаленому варіантах [5,11].
АННОТАЦИЯ
Мотылев И. В. Маркшейдерское обеспечение открытых горных работ при применении автоматизированной системы управления карьером. Рукопись диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.01 – “Маркшейдерия”. Донецкий государственный технический университет, г. Донецк, 2000 г.
Обеспечение наиболее полного и комплексного использования недр, повышение эффективности и безопасности ведения горных работ возможно на основе широкого внедрения достижений науки и техники. С этой целью на горных предприятиях внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами разработки месторождений.
Одним из важнейших звеньев комплекса управления горнодобывающим предприятием на протяжении всего срока его эксплуатации является маркшейдерская служба. Маркшейдерская информация о горно-геометрической структуре карьера является основой, на которой осуществляется решение задач по управлению горным производством на всех уровнях управления. Эта информация формируется различными маркшейдерскими способами, характеризуется большим объемом и высокой динамичностью. Необходимо автоматизировать не только процессы получения и обработки маркшейдерской информации, но и ее передачу другими структурными подразделениями для управления горным производством.
Имеющиеся комплексы программ для решения маркшейдерских задач на различных типах ЭВМ создают и позволяют накапливать различные объемы информации в своей собственной идеологии и структуре. Чтобы обеспечить полное формирование локального маркшейдерского банка данных и автоматизированное использование маркшейдерской информации, разработана структура маркшейдерской автоматизированной подсистемы (АСМО), определено ее место в общей системе управления горным предприятием, отдельные маркшейдерские задачи объединены единой идеологией.
Информационные потоки внутри АСМО и связи с АСУ горным производством представляют собой сложную структуру. Для управления функционированием разработана интегрированная оболочка на базе диалогового взаимодействия с использованием проблемно-ориентированной маркшейдерской лексики. Это обеспечивает пользовательский интерфейс между рядовым пользователем и вычислительной системой, и программный интерфейс между АСМО и другими подсистемами АСУ горным производством.
Информационной основой автоматизированной маркшейдерской подсистемы является цифровая модель. Ранее выполнялось моделирование в ЭВМ только контуров горных выработок, что следует называть цифровой моделью горных работ (ЦМГР). Использование маркшейдерской информации в АСУ горным предприятием и автоматизированное решение задач маркшейдерского управления ведением горных работ будет полноценным, если ЦМГР будет дополнена цифровой моделью ситуации (ЦМС) о всех объектах в карьере и в прибортовой зоне карьера. Формальное описание логики построения полной цифровой модели карьера можно представить в виде грамматики, содержащей 15правил.
Наполнение цифровой модели карьера (ЦМК) маркшейдерской пространственной информацией осуществляется при помощи различных периферийных устройств (сканеры, фотограмметрическое оборудование, дигитайзеры). Построенная ЦМК составляет основу для автоматизированного решения различных задач, возникающих весь срок эксплуатации месторождения. Но горный инженер (маркшейдер, геолог, горняк) традиционно оперирует графическими образами. Для вывода горно-графической информации применяются графопостроители, принтеры.
Маркшейдерские картографические материалы являются координатно привязанными. Они должны обладать достаточной точностью и достоверностью. Поэтому возникает задача определения и уменьшения или исключения ошибок работы периферийных устройств. Одним из наиболее важных составляющих являются систематические ошибки. Стандартные тесты, входящие в комплект оборудования, ориентированы на компьютерную предметную область и не стыкуются с требованиями маркшейдерских инструкций. Необходимы простые и информативные тесты, позволяющие в условиях маркшейдерских отделов определять пригодность периферийного оборудования с точки зрения маркшейдерских допусков.
В работе исследована существующая методика определения инструментальной точности периферийного оборудования ввода/вывода маркшейдерской графической информации и разработана эталонная модель, адаптированная к требованиям маркшейдерского приборостроения.
Все результаты исследований частями докладывались на различных конференциях, были опубликованы в научных статьях, реализованы в конкретных программных комплексах, опробованы и внедрены на Докучаевском флюсо-доломитном комбинате.
Ключевые слова: КАРЬЕР, МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, АВТОМА-ТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ, ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ, ГРАФИКА, ТЕСТИРОВАНИЕ ПРИБОРОВ.
АНОТАЦІЯ
Мотильов І. В. Маркшейдерське забезпечення відкритих гірничих робіт при застосуванні автоматизованої системи управління кар'єром. Рукопис дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.01 - “Маркшейдерія”. Донецький державний технічний університет, м. Донецьк, 2000 р.
Розроблено загальну структуру автоматизованої системи маркшейдерського забезпечення кар'єрів (АСМЗ), що відрізняється наочним засобом для опису інформаційних потоків як усередині самої маркшейдерської підсистеми, так і у всій АСУ відкритими гірничими роботами. На основі цієї структури розроблені принципи автоматизованого управління обчислювальним процесом.
Інформаційною основою АСМЗ є цифрова модель кар'єру (ЦМК). Розроблена структура ЦМК містить крім інформації про контури гірничих виробіток інформацію про всі об'єкти кар'єру і дозволяє вирішувати різноманітні задачі автоматизованого управління гірничими роботами весь термін розробки родовища.
Ключові слова: КАР'ЄР, МАРКШЕЙДЕРСЬКЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ, АВТОМАТИЗОВАНЕ УПРАВЛІННЯ, ЦИФРОВА МОДЕЛЬ, ГРАФІКА, ТЕСТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ.
THE SUMMARY
Motylov I.V. Mine surveying implementation of opencast mining with application of an Automated Control System of quarry. The manuscript of a thesis on competition for the degree of candidate of technical science on the specialty 05.15.01 - “ Mine surveying ”. Donetsk state technical university, Donetsk, 2000.
The general scheme of an automated Mine surveying implementation of opencast mining (ACMO), distinguished by a visual means for the description of information streams both inside itself Mine surveying of a subsystem, and in whole Automated Control System of quarry. The principles of automated control of computing process are developed on base of this structure.
The informational basis of АСМО is the digital model of quarry. The structure of the digital model of quarry contains except for an information about outlines of mine workings an information about all objects of career and allows deciding various problems of automated control of opencast mining during the whole term of a deposit’s development.
Key words: OPENCAST MINING, MINE SURVEYING IMPLEMENTATION, AUTOMATED CONTROL, DIGITAL MODEL, GRAPHIC, TESTING OF DEVICES
