Полный текст

Введение Эффективное планирование горных работ является важнейшим и во многом определяющим фактором успешной работы любого горнодобывающего предприятия. При планировании необходимо учитывать множество параметров, просматривать различные варианты развития горных работ и выбирать из них наиболее оптимальные. В решении этих задач большую помощь оказывают современные программные комплексы. Бурное развитие информационных технологий привело к появлению на мировом рынке более десятка таких программных комплексов, которые включают в себя различные модули планирования подземных горных работ [1-4]. К наиболее известным горно-геологическим информационным системам, используемым за границей в горной промышленности при проектировании, планировании и управлении основным производством по добыче полезных ископаемых, можно отнести: Gemcom (Канада) [5], Surpac (Software International, Австралия) [6], Datamine (MIC Ltd, Великобритания) [7], Micromine (Micromine Pty Ltd, Австралия) [8], Vulcan (Maptec, Австралия) [9], MineScape (Mincom, Австралия) [10], Geovia Surpac™ (Vélizy-Villacoublay, Франция) [11], Techbase (Minesoft, США) и др. Однако, как отмечают некоторые специалисты [12-14], перечисленные интегрированные системы не могут полностью охватить весь спектр специализированных задач, стоящих перед горными предприятиями, в том числе задач горного планирования. Поэтому область горного планирования постепенно становится объектом специализированных разработок, осуществляемых отдельными компаниями. Наиболее известными среди них являются системы: MINE2-4D (AST Mining, Канада) [15], MineMAX Planne (MineMAX Pty Ltd., Австралия) [16], Four-X Analyser (Whittle Programming, Австралия) [17], NPV Scheduler (США) и др. Внедрение на горных предприятиях России зарубежных интегрированных систем и специализированных программных пакетов для целей планирования горного производства сталкивается с серьезными трудностями, к примеру, сложность, а иногда и невозможность адаптации к особенностям существующей нормативно-правовой базы, а также к требованиям корпоративных стандартов и правилам техники безопасности; в силу закрытости программных кодов трудность модификации систем силами самих пользователей и, как следствие этого, невозможность их адаптации к особенностям принятого на данном горном предприятии рабочего процесса; удаленность разработчиков; высокая стоимость самих систем и их авторской поддержки. В последние годы к этим причинам добавилась еще одна - возможность наложения санкций со стороны стран - разработчиков систем на их продажу российским предприятиям и последующую поддержку. Российские разработки горно-геологических информационных систем пока неконкурентоспособны. Но в последние годы работы в этом направлении ведутся. В настоящее время разрабатываются отечественные программные продукты, ориентированные на решение производственных задач конкретного горного предприятия или группы предприятий, отрабатывающих однотипные месторождения полезных ископаемых. В частности, уже используются в работе горных предприятий программные комплексы, созданные в Апатитах (Горный институт Кольского научного центра РАН), Белгороде («Виогем»), Москве («Интеграл»), Перми (Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)) и некоторых других местах [18-27]. Организация процесса разработки годовых планов развития горных работ на рудниках ПАО «Уралкалий» Традиционно планирование горных работ разделяется на долгосрочное (более 5 лет), среднесрочное (до 5 лет) и краткосрочное (до 1 года). В рамках данной статьи рассматриваются результаты работы авторов по автоматизации решения производственных задач, стоящих перед специалистами горных, геологических и маркшейдерских отделов рудников ПАО «Уралкалий» при создании годовых планов развития горных работ, т.е. речь пойдет о краткосрочном планировании, сроком до одного года. Основу годового плана развития горного предприятия составляет техническая часть, которая определяет направления развития горных работ, объемы добычи полезных ископаемых, производства очистных и горно-подготовительных работ, объемы переработки минерального сырья, мероприятия по охране недр, рациональному и комплексному использованию минерального сырья, безопасному ведению работ. Таблица 1 Содержание работ, выполняемых различными подразделениями горного предприятия в процессе составления годового плана № п/п Содержание работы Исполнители 1 Издание приказа о порядке и сроках разработки плана Главный инженер рудоуправления. Планово-экономический отдел 2 Формирование объема продаж Служба маркетинга (сбыта) 3 Разработка производственной программы (годовые планы развития горных работ) Технические подразделения горных предприятий (в том числе маркшейдерское, геологическое, горное и геомеханическое) 4 Составление плана производства и реализации Планово-экономический отдел и отдел сбыта 5 Разработка норм и нормативов Все функциональные службы 6 Планирование материально-технического обеспечения Отделы материально-технического обеспечения и планово-экономический отдел 7 Планирование персонала и фонда оплаты труда Отделы труда и зарплаты и планово-экономический отдел 8 Планирование себестоимости и прибыли Планово-экономический отдел, финансовый отдел 9 План инвестиций и капитального строительства Отдел капитального строительства 10 Финансовое планирование (бюджетирование) Финансовый отдел и планово-экономический отдел Не менее важную часть годового плана развития горного предприятия составляют разделы, связанные с финансово-экономической, маркетинговой, юридической, политической, экологической и другими видами оценок (табл. 1). Однако в данной статье эти вопросы не рассматриваются. Годовой план развития горных работ (ГПРГР) - основной документ, регламентирующий техническую и производственную деятельность любого горнодобывающего предприятия, имеет силу юридического закона и должен выполняться по всем количественным и качественным показателям [28]. В российской действительности все составные части годового плана горного производства регламентируются большим количеством нормативных документов [29-32 и др.]. На рудниках ПАО «Уралкалий», помимо требований государственных нормативных документов, при создании ГПРГР соблюдают требования руководящих материалов к безопасному ведению горных работ, учитывающих особенности отработки Верхнекамского месторождения калийно-магиенвых солей [33-35 и др.]. На пяти действующих и двух строящихся рудниках компании годовые планы разрабатываются подразделениями технической дирекции и дирекции по недропользованию. Структура данного технического документа определяется внутренним нормативным документом [36] и состоит из четырех книг и приложений: Книга 1. Пояснительная записка с табличными материалами. Книга 2. Графическая часть. Книга 3. Нормативы потерь и разубоживания. Книга 4. Переработка минерального сырья. Приложения. Принципиальная схема, отображающая участие каждого из технических подразделений горного предприятия в процессе создания ГПРГР и направление движения технической документа-ции, представлена на рис. 1. Автоматизация производственных процессов при создании годовых планов развития горных работ Первые разработки авторов, связанные с автоматизацией работ при создании ГПРГР на Рис. 1. Общая схема взаимодействия технических отделов горного предприятия при формировании годовых планов развития горных работ базе цифровых маркшейдерских планов, были выполнены в период с 2000 по 2003 г. [37-41]. Созданные за это время программные модули ориентировались прежде всего на специалистов горных, геологических и маркшейдерских подразделений рудников ОАО «Сильвинит» и ОАО «Уралкалий» (в мае 2011 г. произошло слияние компаний ОАО «Сильвинит» и ОАО «Уралкалий» под общим брендом ПАО «Уралкалий»). Эти программы решали в основном задачи, связанные с оформлением графической документации на цифровых планах горных работ и их переносом на бумажные носители, а также с определением плановых нормативов потерь, разубоживания и объемов добычи полезного ископаемого. В 2014 г. в ПАО «Уралкалий» приступили к созданию корпоративной горно-геологической информационной системы (ГГИС ПАО «Уралкалий»). Работы ведутся при непосредственном участии авторов данной статьи [24, 25]. В раразработке этого проекта была поставлена задача более комплексного подхода к вопросам автоматизации работ при планировании горных работ. Поскольку при создании ГПРГР задействованы различные технические службы горного предприятия, то и разрабатываемые программные модули ориентировались под специалистов конкретных отделов и служб этого предприятия. Списки используемых программных модулей каждым из технических отделов рудников приведены на рис. 2. Последовательность выполнения работ на каждом этапе планирования, ответственные подразделения горных предприятий, отвечающие Рис. 2. Перечень программных модулей, используемых специалистами технических отделов рудников при создании ПРГР Рис. 3. Меню АРМ геомеханика с выделенными программами, используемыми при планировании горных работ за выполнение этих работ, и названия программных модулей, разработанных сотрудниками Пермского национального исследовательского политехнического университета, с помощью которых производится решение поставленных задач, приведены в табл. 2. В квадратных скобках в таблице приведены ссылки на публикации авторов, в которых можно более подробно ознакомиться с функционалом перечисленных программ. Каждый программный модуль, разработанный для целей автоматизации решения задач при создании ГПРГР, входит в состав автоматизированных рабочих мест (АРМ) специалистов соответствующих технических подразделений горного предприятия. Более подробно с информацией о структуре создаваемых программных комплексов (АРМ) можно ознакомиться в работе [25]. Для примера на рис. 3 приведен вид меню АРМ геомеханика со списком входящих в него программных модулей. Таблица 2 Последовательность и перечень решаемых задач на этапах планирования горных работ с помощью разработанных сотрудниками ПНИПУ программных модулей Этапы плани-рования Содержание работ и решаемые задачи на этапах планирования Исполнители АРМ/Программный модуль I 1. Приказ о разработке ГПРГР Главный инженер ПАО «Уралкалий» - 2. План производства по добыче полезного ископаемого с разбивкой по типам (сильвинит, карналлит) Отделы: планово-экономический, материально-технический, финансовый - II Разработка проектной документации к ГПРГР: - проектные зоны к отработке полезных ископаемых; - проектные параметры потерь и разубоживания полезных ископаемых; - проектные параметры сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности в районе ведения планируемых горных работ и др. ОАО «Галургия» - III 1. Распределение плановых объемов добычи полезного ископаемого по комбайнам, видам работ, горным участкам, а также по типам (карналлит, сильвинит) на каждый месяц. 2. Оконтуривание на цифровых планах горных работ плановых площадей отработки каждого комбайна. 3. Распределение плановых объемов закладки выработанного пространства по панелям и блокам на каждый месяц в зависимости от вида закладки (в том числе по мерам охраны). 4. Формирование и подготовка к печати типовой графической и табличной документации к ГПРГР Горный отдел АРМ горняка / План горных работ 5. Формирование поперечных сечений планируемых горных выработок на основе результатов маркшейдерских измерений сечений исполнительных органов проходческих комбайнов. 6. Вычисление средних удельных потерь отбитой рудной массы для выбранного комбайна. 7. Просмотр информации по плановым объемам добычи для выбранного комбайна. 8. Формирование и подготовка к печати документации по комбайнам к ГПРГР Маркшейдерский отдел АРМ маркшейдера / Комбайны [42] IV 1. Вычисление усредненных геологических колонок на проектные площади отработки. 2. Определение качественных и количественных показателей горных пород по выбранной проектной зоне отработки. 3. Определение планового положения скважин для определения физико-механических свойств горных пород и местоположения бороздового опробования. 4. Просмотр цифровых планов горных работ с информацией: о раскройке шахтного поля по панелям и блокам, границах зон замещений полезных ископаемых вмещающими породами, об отработанных площадях и границах проектных зон отработки. 5. Подготовка исходных геологических данных для определения параметров системы разработки. 6. На основе проектных данных предварительный расчет координат осей камер в пределах границ проектных зон. 7. Нанесение на цифровой план предварительного положения горных выработок (капитальные, подготовительные, очистные) и границ выемочных единиц с календарной разбивкой по кварталам. 8. Расчет плановых объемов закладки выработанного пространства с учетом способа закладки (гидравлический, механический, комбинированный). 9. Моделирование процесса гидравлической закладки для целей определения оптимального проектного положения закладочных скважин и перемычек. 10. Нанесение на цифровой план горных работ, а также продольные и поперечные сечения горных выработок плановой закладки. 11. Формирование и подготовка к печати графической и табличной типовой документации по закладке к ГПРГР Геологический отдел АРМ геолога / Плановая колонка [26] АРМ геолога / Проектные скважины [26] Маркшейдерский отдел АРМ маркшейдера/ Планирование выработок [34] Горный отдел АРМ горняка / Планирование выработок АРМ горняка / Плановая закладка [43] V 1. Расчет степени нагружения целика для уточнения проектных параметров системы разработки с учетом соблюдения требований мер охраны при ведении горных работ. 2. Формирование и подготовка к печати графической и табличной типовой документации к ГПРГР. 3. Проверка безопасных условий подработки водозащитной толщи (ВЗТ) при уточненных значениях параметров системы разработки. 4. Формирование и подготовка к печати графической и табличной типовой документации к ГПРГР. 5. Корректировка границ проектных зон исходя из уточненных проектных параметров системы разработки (определяются границы плановых зон по данным геомеханических расчетов). 6. «Привязка» атрибутивной информации к графическим объектам плановых зон отработки. 7. Вычисление плановых значений разубоживания по плановым зонам. Отдел геомеханики АРМ геомеханика/ Степень нагружения целика [41] АРМ геомеханика/ Безопасные условия подработки ВЗТ [41, 45, 46] АРМ геомеханика / Рудники [29] Геологический отдел АРМ геолога / Плановая колонка VI 1. Пересчет качественных и количественных показателей рудной массы в пределах уточненных границ плановых зон и с учетом типов запланированных горных работ (очистных, подготовительных, капитальных). 2. Корректировка координат осей горных выработок исходя из измененных усредненных показателей геологических колонок и параметров системы разработки в пределах уточненных границ плановых зон Геологический отдел АРМ геолога / Плановая колонка Маркшейдерский отдел АРМ маркшейдера / Планирование выработок VII 1. По уточненному положению осей горных выработок определение параметров и нанесение на цифровой план горных работ границ выемочных единиц, а также границ очистных и подгото- вительных горных выработок с календарной разбивкой по кварталам (цветовая раскраска). 2. Формирование и подготовка к печати графической и табличной типовой документации к ГПРГР Горный отдел АРМ горняка / Планирование выработок VIII 1. Расчет значений плановых нормативов потерь полезных ископаемых по каждой выемочной единице. 2. Формирование и подготовка к печати графической и табличной типовой документации к ГПРГР Маркшейдерский отдел АРМ маркшейдера / Нормативы ГПРГР [44] Модульная структура программных комплексов позволяет оснащать рабочее место каждого пользователя в соответствии с его запросами. Работа всех созданных программных модулей производится под управлением операционной сиcтемы Windows, не ниже седьмой версии с использованием протокола TCP/IP и на основе архитектуры «клиент-сервер». В качестве системы управления базами данных применяют Oracle 12c (12.1.0.1). Программные коды модулей разрабатывались на языке программирования С++. Графическая визуализация производится в ГИС QGIS. Создание и правила работы с цифровой графической документацией определены в разработанном авторами классификаторе объектов цифровых планов и карт [37]. Заключение В заключение необходимо отметить, что во время написания статьи сотрудниками кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем ПНИПУ в рамках работ над созданием ГГИС ПАО «Уралкалий» разработан 91 программный модуль (в том числе 10 программ по планированию горных работ), который распределен меду 21 автоматизированным рабочим местом различных специалистов горного производства (начиная от первичного звена на рудниках и кончая руководством предприятия). В настоящий момент работы над созданием ГГИС ПАО «Уралкалий» продолжаются, поэтому общее количество программ, скорее всего, изменится в большую сторону. Разработанные программные модули для целей планирования горного производства прошли этап опытно-промышленной эксплуатации и на момент написания статьи введены в промышленную эксплуатацию на рудниках ПАО «Уралкалий».

Об авторах

Сергей Николаевич Кутовой

Автор, ответственный за переписку.
Email: kutovoysn@mail.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29

кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем

Анатолий Вениаминович Катаев

Email: geotech@pstu.ac.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29

кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем

Евгений Михайлович Ефимов

Email: geotech@pstu.ac.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29

старший инженер кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем

Антон Вадимович Оверин

Email: geotech@pstu.ac.ru
614990, Россия, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29

инженер кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 299

PDF (Russian) - 201

PDF (English) - 162

Ссылки

• Ссылки не определены.