Моделиране показатели на находища на подземни богатства и свързани с тях обекти чрез компютърни системи

Веселин Иванов Христов

за получаване на образователно научна степен „Доктор”

Научна специалност „Маркшайдерство”
Научни консултанти:

доц. д-р Станислав Топалов

доц. д-р Петко Лалов

София – 2013г.

Дисертационният труд е обсъден и насочен за защита на разширено заседание на катедра „Маркшайдерство и геодезия” при Минно геоложки университет „Св. Иван Рилски” – гр. София.

Данни за дисертационния труд:

• 
  страници – 100
  
• 
  фигури -38
  
• 
  таблици – 13
  
• 
  цитирана литература – 50
  
• 
  публикации свързани с дисертацията – 7
  

Номерата на таблиците и фигурите в автореферата съответстват на номерацията в дисертационния труд.

Защитата на дисертацията ще се състои на 23 юли 2013 г. от 14.00 часа в зала 204а - МИНСТРОЙ на МГУ „Св. И. Рилски”, гр. София на заседание на научното жури.
Автор Веселин Иванов Христов

Научни консултанти:

доц. д-р Станислав Топалов

доц. д-р Петко Лалов

Безалтернативното използване на резултати от научни изследвания и разработки на доказали се в практиката теории и иновационни технологии при оценката и структурирането на отрасъла и осигуряване на приоритет на пазарните принципи е пътя, който бе възприет в миннодобивния отрасъл през последната декада на миналия век. В минното дело в европейски и световен мащаб, дори в страни с успешна икономика, се наблюдава известно съкращаване на научните изследвания. В развиващите се страни няма достатъчно човешки потенциал за провеждане на научни изследвания в минното дело, а в страните с бивша планова икономика – липсват достатъчно съвременни средства – информационни технологии, хардуер, специализиран софтуер и др.

Основните насоки на развитие на открития добив, свързани с иновации в техниката, организацията, автоматизацията на технологичните процеси се изразяват в:

• 
  увеличаване на единичната мощност на основното товарно-транспортно оборудване;
  
• 
  използване предимно на автомобилния транспорт, в това число и на циклично поточни технологии;
  
• 
  автоматизация на управлението на транспортния поток, в това число с използване на GPS;
  
• 
  сервизно обслужване на техниката в рудника от фирмите производители и др.
  
• 
  екосъобразност при разработването на различните по минерален и химичен състав находища.
  

Настоящото научно изследване е осъществено за обекти, чиито продукт е добито по открит начин подземно природно богатство.

Металогенните находища, разработвани в момента по открит начин у нас са със сложно структурен характер, водещ до високи рискове при прогнозиране на количествените и качествените показатели като екологосъобразността се определя от съдържанията на арсен, сяра и др. вредни вещества. В същото време производството на електроенергия в значителна степен е осигурено от добив на въглища, предимно лигнитни. Тези въглища са богати на съдържание на сяра, фосфор и др. В минната дейност и в двата случая доскоро не се отчиташе отражението на присъствието на вредните компоненти в екосистемата. Причините за това – обективни и субективни, се допълват и от липсата на конкретни изследвания.

Ниските съдържания в рудите на цветни метали и високото пепелно съдържание във въглищните находища и сложния характер на изменчивостта им увеличават стремежа за привличане на нетрадиционни методи и прилагане на информационни технологии при тяхното изучаване. Това наложи изследването да бъде осъществено за условията на рудниците „Елаците” и „Асарел”, ТЕЦ „Кремиковци” и др. чрез апробация на приложни и авторови програмни продукти. За целта е използвана информация от хронологично реализираните етапи на проучване и мониторингови отчети.

Постигането на тази цел изисква решаването на широк кръг от задачи, до степен на приложимост в практиката. Усилията са насочени към апробиране и разработване, в областта на специализирания софтуер на продукти, успешно решаващи:

• 
  прогнозни задачи в земните недра;
  
• 
  класификации по количествени и качествени критерии на качествени показатели на находища в земните недра и екотовари;
  
• 
  поведение на флуиди в различни състояния в райони, близки до преработването / потреблението на подземни богатства.
  

• 
  детайлно изучаване на опита и резултатите от предходни научни изследвания, обхващащи ги в тематично и технологично отношение (умишлено вградено в изложението на всяка глава на настоящия труд);
  
• 
  апробиране на алгоритми и програмни продукти за автоматизираното им решаване;
  
• 
  оценка на възможността за мултиплициране на ползваните методи и средства за решаване на определени прагматични задачи от областта на геологията, минното дело, екологията, опазването на околната среда и водите и т.н.
  

• 
  многообразието на информацията, отнасяща се до земните недра, минните технологии, последствията от преработването / потреблението на подземни богатства и т.н., изискващо оценката на различни по професионална квалификация специалисти;
  
• 
  възможностите за постигане на резултати (вкл. и междинни), ползвани от специалистите за оценки свързани с: целесъобразността за разработване на находището, определяне на стратегии за отработването му, възможностите за управление на качеството на добития продукт (руда, концентрат и др.), проследяването на последващи процеси от преработването / потреблението на подземни богатства;
  
• 
  обогатяването на определен клас математични методи, използвани в геологопроучвателното и минното дело с алгоритми и технологии с такива, които в определена степен и приближение представят преобразуваното геохимично поле върху земната повърхност.
  

Една от причините за това е, че стана възможна транслацията на математическите модели към алгоритми, които се изпълняват на мощни компютри. Развитието през последните 50 години на дисциплини, например числени методи, позволи различни уравнения получени при математическото моделиране (алгебрични, функционални, диференциални, интегрални и т.н.) да се решат алгоритмично. Това позволи за кратко време изключително сложни и трудни проблеми да намерят своето решение. На базата на този успех във все повече области започна използването на компютърно моделиране, включително и в геолого-проучвателното и минното дело.

В развитието на самата информатика се развиват следните направления:

• 
  изкуствен интелект - невронни мрежи, генетични алгоритми, дълбочинен анализ на данни (data mining);
  
• 
  дискретни структури – алгоритми върху дървета и графи и др.
  

Компютърното моделиране в геолого-проучвателното и минното дело се характеризира със специфика и особености.

1. 
   Особености при моделиране на находища от природни подземни богатства
   

• 
  управление на информационните потоци и използване на компютъризирани технически средства по време на функционирането на минното предприятие;
  
• 
  използване на подпомогнати от компютри и информационни технологии средства за вземане на решения при проучване, проектиране и изследване на формите и свойствата на находища на подземни богатства и свързани с тях обекти.
  

От друга страна рудникът следва да се разглежда като специфична производствена система с редица особености: рудникът е сложна, цялостна, добивна, стохастична, динамична, инерционна, кибернетична система.

Включването в компютърни модели на натрупаните през вековете знания при изучаване и разработване на находищата, от една страна и на натрупващите се знания за конкретно находище, от друга би довело до интензификация и обективност на използване на тези знания. Еволюцията на методите и средствата за събиране, систематизиране, обработване и пространствено представяне на резултатите включително и за геологомаркшайдерската информация значително облекчава нейното използване в компютърните модели. Чрез тях се автоматизира дълбочинната обработка и анализ на големи масиви данни свързани с решаването на конкретни геоложки, маркшайдерски и минно технологични задачи. Един от методите за решаване на посочените задачи е статистическото моделиране.