Публикуемый материал посвящен использованию автоматизированного комплекса по производству маркшейдерских работ при разработке россыпных месторождений золота и платины открытым способом. Применение современного компьютеризованного оборудования и программного обеспечения позволяет сократить количество работников на производстве маркшейдерских работ за счет повышения эффективности труда, повысить точность расчетов при определении объемов выполненных работ, подготовить отчетную документацию высокого качества в нужном количестве экземпляров, а также в цифровом виде на магнитных носителях.

Применение CADdy—Геодезия для производства маркшейдерских работ

Олег Морозов, Сергей Деменко

Автоматизация маркшейдерских работ

Тахеометрическая съемка

Создание цифровой модели местности

Расчет объемов перемещенной породы

Автоматизированная выдача документации

Ближайшие перспективы

Наше предприятие ЗАО «Артель старателей «Чайбуха» существует более 16 лет. Оно было создано в Магаданской области, и руководителем был выбран Иван Васильевич Кобзев, нынешний президент ЗАО.

В 1994 году появилась возможность освоения нового и очень перспективного месторождения россыпной платины в Корякском автономном округе на Камчатке.

В 1996-1997 годах мы получили самосвалы, тяжелые бульдозеры, фронтальные погрузчики, дизель-электростанции и другую современную технику фирмы Caterpillar на условиях товарного кредита. Это вызвало резкий, более чем трехкратный рост производительности труда за первый же год эксплуатации новой техники.

Аналогично было решено не экономить на компьютерной технике, сетевых решениях и современных САПР/ГИС-технологиях для маркшейдерской службы. В 1992-1993 годах после ознакомления с организацией работ на карьерах в США и Канаде И.В. Кобзев принял принципиальное решение о модернизации таких работ на нашем предприятии.

Автоматизация маркшейдерских работ

При разработке россыпей открытым способом производятся следующие маркшейдерские работы:

• развитие опорного и создание съемочного маркшейдерского обоснования на участках россыпи;
• составление планов и других графических исходных документов для создания технического проекта разработки россыпи;
• геометризация форм и свойств месторождений полезных ископаемых;
• перенесение с проекта в натуру положения выработок и сооружений;
• контроль за соблюдением технического проекта при ведении горных работ;
• тахеометрические съемки горных выработок и отвалов;
• измерение и учет выполненных объемов горных работ;
• определение и учет потерь и разубоживания песков;
• учет движения вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов полезных ископаемых;
• решение производственных задач в процессе разработки россыпи;
• ведение маркшейдерской горной графической и отчетной документации в соответствии с требованиями руководства маркшейдерской службой и технической инструкции.

Для решения этих задач и был создан автоматизированный комплекс, который включает в себя следующее оборудование:

• электронный тахеометр с дополнительным внешним устройством хранения данных измерений и комплектом отражателей (фирма Geotronics);
• персональные компьютеры (как стационарные, так и типа notebook);
• внешнее устройство хранения задублированной архивной документации (типа ZIP-drive);
• цветной плоттер формата А0 фирмы Hewlett-Packard;
• принтер формата А4;
• сканер;
• копировальный аппарат.

Программное обеспечение — разработанная немецкой фирмой ZIEGLER-Informatics GmbH САПР CADdy, прикладные программные модули которой для инженерной геодезии были подробно описаны в журнале «САПР и графика» (№ 5,6’97).

Тахеометрическая съемка

Тахеометрическая съемка горных объектов с использованием электронных тахеометров осуществляется весьма быстро, причем данные съемки автоматически заносятся в память прибора.

Объем памяти прибора позволяет вести съемку в течение целого дня, а при необходимости и дольше. За 4-летний период работы с приборами Geodimeter серий 500 и 600 мы не наблюдали сбоев и потерь данных. Передача данных осуществляется по последовательному порту при помощи программного модуля CADdy V1.

После передачи данных в компьютер производится печать журнала тахеометрической съемки (рис. 1) и обработка полученных данных с целью создания абриса полевых измерений, осуществляемая в модуле CADdy V2.

Следует отметить появление в составе подсистемы CADdy—Геодезия нового модуля CADdy ТР1, который представляет собой Классификатор условных знаков для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500.

Классификатор обеспечивает кодирование точечных, линейных и площадных объектов и автоматическое размещение их по слоям. Это возможно двумя способами.

Первый способ — кодирование при проведении полевых измерений электронным тахеометром. Маркшейдеру достаточно ввести в прибор код пикета (от 01 до 99) и при оцифровке программа сама поставит необходимый символ, будь то пункт триангуляции, скважина или просто отметка высоты. Если при съемке линии электропередач, просеки в лесу, верхней (нижней) кромки откоса или другого объекта также вводить в составе кода пикета символ соединения точек, то программа автоматически их соединит нужным типом линии.

Второй способ — при камеральной обработке размещать символы и обозначения на поле чертежа как с помощью курсора, так и с помощью меню Привязка (либо посредством абсолютных координат, либо относительно других объектов). К модулю CADdy ТР1 прилагается обширная библиотека условных обозначений (символы, типы линий и штриховка), собранных по тематическим группам в экранные планшеты, переходы между которыми легко осуществляются нажатием одной кнопки (рис. 2).

Создание абриса полевых измерений осуществляется в прикладном модуле CADdy V2 на основе так называемого Проекта. При автоматическом считывании данных полевой съемки из электронного тахеометра образуется новая папка проекта, в которой есть файл данных геодезических точек ASCII-формата (*.KOR). При построении все определения проводятся с жесткой координатной привязкой в прямоугольной системе координат и создается файл координатного окна (*.FEN). Очень удобно то, что чертежи CADdy совместимы со всеми прикладными модулями и легко перемещаются из одного модуля в другой. Так, можно совместить чертеж, содержащий горизонтали (модуль CADdy V3—Цифровая модель рельефа), с планом местности, разработанном в модуле CADdy V2—Картография/Оцифровка, а затем сохранить его как единый чертеж, и выводить на печать только необходимую информацию, используя атрибуты видимости или невидимости слоев. Типовой абрис полевых измерений показан на рис. 3. Все чертежи создаются в масштабе 1:1000. Если необходим чертеж в другом масштабе (1:5000, 1:2000, 1:500), то при выводе на печать предварительно осуществляется его масштабирование функциями меню Вывод.

После проведения нескольких тахеометрических съемок наступает очередь создания единого плана ведения горных выработок на объекте работ (горном участке). В модуле CADdy V2 предусмотрены все операции. Создается новый проект, в который считываются файлы объединяемых проектов (*.DBК), хотя можно использовать и файлы *.KOR, если не вводились дополнительно точки (вручную или путем импорта из других проектов).

Программа автоматически создаст новое координатное окно. При этом нельзя забывать, что нумерация геодезических точек не должна повторяться. Мы рекомендуем перед номером точки характеризовать буквами год, месяц и день съемки. Из чертежей объединяемых проектов в единый проект нужно перенести в виде фрагментов те слои, в которых содержится нужная информация: здания, склады ГСМ, стоянки промприборов, границы горного и земельного отводов, опорные пункты съемочного обоснования и т.д. Такая операция помогает существенно сократить время на изготовление чертежа. При ведении работ на одном месте в течение нескольких лет накапливается много данных, использование которых позволяет не тратить время на прорисовку объектов длительного пользования и служебной информации. На рис. 4 представлен сводный план в масштабе 1:2000 горных выработок одного из наших производственных участков.

Создание цифровой модели местности

Составление всех графических документов, проектирование откосов, построение трехмерного изображения местности и профилей, а также расчет объемов выемок немыслимы без использования математической модели местности. Для ее создания в модуле CADdy V3 служит тот же самый файл координат геодезических точек ASCII-формата (*.KOR), хотя можно использовать и dBASE-формат (*.DBK). Расчет горизонталей осуществляется по автоматически построенной сетке треугольников.

Если при проведении тахеометрической съемки на местности правильно руководить действиями горнорабочего-мерщика, то цифровая модель рельефа будет построена программой практически без вмешательства маркшейдера. Необходимо грамотно отслеживать особенности рельефа и сгущать геодезические точки в сложных участках. При работе в опасных зонах, где сгущение невозможно или затруднено, а также при работе с вырожденными формами рельефа в программе существует понятие линий обрывов. При такой работе на сторонах треугольников с линией обрывов применяется только линейная интерполяция. Использование этой функции в CADdy позволяет правильно построить ЦМР.

Существенным дополнением графической документации, особенно для сводных планов ведения горных работ масштаба 1:2000, является трехмерное изображение местности, наглядно демонстрирующее уклоны рельефа. Такое построение необходимо при проектировании внутрикарьерных автодорог, водосбросных канав, мест для складирования песков и торфов и т.д. Рис. 5 иллюстрирует трехмерное изображение модели местности, план которой показан на рис. 4. Для сравнения цифровой модели рельефа с реальной действительностью приведем фотографию с натуры для соответствующего месторождения (рис. 6).

Силами программы CADdy несложно вести текущую маркшейдерскую документацию. Например, на рис. 7 представлен «Оперативный план ведения горных работ в масштабе 1:1000» по окончании промсезона. На планшете показаны следующие элементы:

• отметки геодезических точек с высотой;
• горизонтали;
• горный отвод;
• буровые разведочные скважины;
• контуры геологических блоков;
• отвалы гале-эфелей и торфов;
• руслоотводная канава;
• отработки прошлых лет с высотными отметками поверхностей подготовки и актировки пласта песков с уходками;
• штриховка площадей и т.д.

При разработке планшета была использована возможность программы создавать точки с использованием цифровой модели рельефа методом интерполяции по маркшейдерской сетке 20Ѕ20 кв.м. При этом автоматически создается маркшейдерская сетка внутри заданного контура и интерполируются высотные отметки точек пересечения с подсчетом уходок для всех уровней горизонта. Все элементы переносятся в соответствующие слои, что определяет простоту создания нужных чертежей.

При контроле за рациональной отработкой недр, подсчете оставшихся торфов (песков), а также для ведения разрезов по разведочным буровым линиям применяется построение продольных и поперечных профилей с использованием цифровой модели рельефа. Так, на рис. 8 представлен профиль сечения объекта горных работ относительно заданной оси. Четко видны борта полигона, хорошо просматривается уровень подготовленных песков. Эти данные наглядно показывают практические результаты отработки полигона, и их легко сравнить с геологическими данными, полученными в результате бурения.

Расчет объемов перемещенной породы

В соответствии с «Инструкцией по производству маркшейдерских работ» (М.: Недра, 1987) для подсчета объемов на ЭВМ целесообразно использовать метод трехгранных призм. CADdy—Геодезия рассчитывает объемы выемки грунта именно вышеупомянутым методом, для чего необходимо иметь две или более цифровые модели рельефа (например, ЦМР исходной поверхности до начала работ, ЦМР поверхности подготовленных песков и ЦМР актированной поверхности). Границы расчета определяются исходя из геологических контуров блоков и контура полигона.

Важно отметить, что границы цифровых моделей рельефа должны располагаться снаружи границ, по которым рассчитывается объем (причем их пересечение нежелательно). На рис. 9 показан чертеж такого расчета объемов вскрыши торфов. Аналогично создается протокол расчета, который может быть распечатан и дополняет чертеж. Модуль CADdy V3 позволяет проектировать котлованы, рассчитывать откосы, определять площади для складирования вынутых грунтов, что является важным при проектировании горных работ.

Фактически наиболее трудоемким процессом в маркшейдерии является наработка первичного объема информации, позволяющего построить исходную версию цифровой модели рельефа. Что касается последующих модификаций электронной модели, то это требует значительно меньше труда, так как связано с импортом измененных фрагментов для конкретных участков местности (на которых осуществляется очередной этап работ).

Автоматизированная выдача документации

Качество оформления документации и удобство работы с CADdy в сочетании с «нагруженностью» материала графической, текстовой и расчетной информацией производит сильное впечатление (рис. 10).

При работе с CADdy–Геодезия от маркшейдера требуется своеобразная «объемность» мышления (связанная с использованием трехмерного представления местности), которая включает умение «читать» рельеф по имеющимся горизонталям на планшетах. Этого, конечно, нет в официальных инструкциях по маркшейдерии. Зато опытный специалист, глядя на наш планшет, сразу четко представляет себе все отработки, отвалы, крутые борта и т.п.

Если бы мы пошли по более легкому пути (например, нарисовали борта с помощью условных знаков), то важная часть информации была бы немедленно утеряна. Тогда при выдаче на печать какого-либо из требуемых разрезов пришлось бы дополнительно анализировать условные обозначения, отметки превышений и другие данные, а только затем специально строить разрез. Разумеется, это в каждом конкретном случае потребовало бы существенных временных затрат, лишая нас возможности оперативно выдавать соответствующие документы.

Напомним, что в системе CADdy всегда есть возможность уменьшить графическую «нагруженность» чертежей. Например, предоставляя документацию буровому мастеру, можно не показывать на чертеже горизонтали, ограничившись выдачей плановой привязки, масштаба и выноса в натуру. Однако более информативные чертежи очень привлекательны для геологоразведки, специалисты которой на основе приведенных горизонталей легко анализируют геологическую ситуацию, строят карту плотика, учитывают торфа и т.п.

Так, на рис. 7 легко читаются склон сопки, крутой борт и четко вырисовывается россыпь. Рассматривая чертеж, можно сразу сказать, в какие годы отрабатывалась каждая из частей месторождения, как были «натянуты» проектные контура, как работали по факту и др. Если же нужно получить дальнейшую деталировку, то для этого на электронном чертеже имеются отметки по актировке, отметки горизонталей и пр.

Для проектирования мы предоставляем аналогичный чертеж, но уже со всеми рабочими отметками (см. рис. 4). Видно, что здесь прорисован по данным съемок каждый пикет, каждая точка. Соответственно, такой чертеж — просто находка для специалиста, который сможет воспользоваться базами данных при проектировании дамб, водоемов, стоянок промприборов, автодорог, насыпей и т.д.

Ближайшие перспективы

В конце 1998 года мы начали освоение новых месторождений россыпного золота в Бодайбинском регионе.

Одним из основных условий успешного перехода ЗАО «Артель старателей «Чайбуха» на золотодобычу в районе Бодайбо мы считаем высокий уровень технологий обеспечения маркшейдерских работ, достигнутый благодаря применению не только новой техники, но и современных программных продуктов, включая систему CADdy.

«САПР и графика» 4'2000