Центр геоизысканий
top3

Моделирование

Центр геоизысканий выполняет работы по созданию и развитию различных моделей месторождений по направлениям:

  • Геология
  • Гидрогеология
  • Геомеханика
  • Инженерная геология
  • Обогащение
  • Экология

Сотрудники Центра геоизысканий обладают многолетним опытом создания численных моделей месторождений, накопленным ими при работе с различными месторождениями в России, Казахстане, Европы и Южной Америки.

Моделирование является одним из наиболее важных этапов изучения месторождения полезных ископаемых. Моделирование используется для представления и интерпретации собранных знаний о месторождении, а также для многочисленных расчетов и проектирования параметров его отработки. Моделирование применяется практически во всех дисциплинах, участвующих при изучении месторождения: в геологии, гидрогеологии, геомеханике, инженерной геологии. При необходимости моделирование может применяться в обогащении и экологии.

После получения подтвержденных и обработанных данных полевых и лабораторных исследований специалисты приступают к построению цифровой модели месторождения, которая отражает особенности его строения и учитывает все накопленные знания по конкретному направлению изучения, а в некоторых случаях и по совокупности направлений.

Существуют различные виды моделирования, которые, в зависимости от направления изучения, носят своей целью представление интерпретации того или иного аспекта понимания особенностей месторождения.

Геологическое моделирование

При геологическом моделировании основной задачей является построение такой модели месторождения, которая отражает текущее представление о форме и содержании рудного тела в массиве горных пород. Для этой цели, используя предварительно подготовленные базы данных с результатами бурения геологических скважин и лабораторных исследований отбиравшихся образцов, строится блочная модель рудного тела (рудных тел). Основным свойством блочной модели является разделение массива на отдельные блоки определенного размера, каждый из которых содержит исчерпывающую информацию о содержании полезного ископаемого в пределах блока.

Данный вид моделирования сопряжен с необходимостью грамотной интерпретации имеющихся данных и правильном распределении содержаний полезного компонента по отдельным блокам, так как любое геологическое бурение производится по некоторым сеткам бурения, в зависимости от детализации изучения месторождения. Пространство и блоки между отдельными скважинами заполняются информацией на основе различных видов интерполяции, и здесь необходимо хорошее понимание видов строения различных месторождений, а также опыт корректного применения инструментов интерполяции и экстраполяции.

Литологическое моделирование

Стоит отметить, что блочные модели носят больше экономический характер, представляя понимание, что есть «руда» и «не руда» в огромном массиве горных пород. Понятие «руда» во многом зависит от уровня применяемых технологий и экономических показателей стоимости извлечения полезного компонента с учетом затрат на извлечение породной массы и ее транспортировки на обогатительную фабрику. Кроме этого, полезный компонент не всегда может быть строго привязан к какой-то одной конкретной горной породе. Поэтому границы рудного тела не всегда совпадают с границами различных горных пород в массиве.

Для использования геологической информации о строении месторождения при гидрогеологических, геомеханических, инженерно-геологических расчетах и моделировании применяется другой вид геологического моделирования – литологическое моделирование. При литологическом моделировании основной задачей является выявить и показать границы различных горных пород. Данное представление о месторождении особенно важно при гидрогеологических и геомеханических расчетах, так как различные горные породы обладают порой существенно разными физическими и физико-механическими свойствами, что, в свою очередь, влияет на расчеты возможных водопритоков, анализ устойчивости и др.

Структурное моделирование

Еще одним видом моделирования, отражающего внутреннее строение месторождения, а также находящимся на стыке таких дисциплин, как геология и гидрогеология, геомеханика и инженерная геология, является структурное моделирование.

Основной задачей этого вида моделирования является отображение пространственного положения тектонических нарушений массива горных пород в пределах исследуемого месторождения. Присутствие таких нарушений, как крупные разломы, оказывает существенное влияние на проницаемость горных пород при гидрогеологических расчетах и моделировании, а также существенно влияет на расчеты устойчивости элементов отработки при геомеханическом моделировании. Такая информация, несомненно, должна грамотно представляться в моделях и учитываться в дальнейших расчетах параметров отработки месторождения.

Чаще всего, готовые структурные модели интегрируются в подготовленные литологические модели для дальнейшего комплексного рассмотрения при других видах расчетов.

Гидрогеологическое моделирование

Как и в геологическом моделировании, при построении гидрогеологических моделей основной целью является представление собранной информации об особенностях месторождения, только в данном случае – гидрогеологической.

Основным инструментом для построения гидрогеологических моделей является численное моделирование. В зависимости от уровня изученности месторождения, гидрогеологические модели могут быть плоскими и трехмерными. В связи с бурным развитием компьютерных технологий, в последнее время чаще используются трехмерные гидрогеологические модели. Не в последнюю очередь это связано и с возможностью относительного простого импорта трехмерных структурно-литологических моделей в программные продукты, используемые в гидрогеологии.

Источником информации для гидрогеологического моделирования, кроме структурно-литологических моделей, являются результаты гидрогеологических наблюдений на месторождении, которые являются частью полевой стадии изысканий. Это могут быть и результаты кустовых откачек, и поинтервальных наблюдений в скважинах, выполненных при помощи пакерных систем измерения.

При наличии многолетнемерзлых пород на месторождении, в гидрогеологическую модель также вносятся и пространственные границы зоны мерзлоты, что в дальнейшем позволяет учитывать данную информацию как при гидрогеологических, так и при геомеханических и инженерно-геологических расчетах.

Основной задачей гидрогеологического моделирования является оценка возможных водопритоков в зону отработки полезного ископаемого, будь то открытый или подземный способ ведения горных работ, а также расчет мероприятий по занижению уровня грунтовых вод или выбора схем откачки воды из зон ведения горных работ. В связи с этим, гидрогеологическое моделирование находится на стыке не только с геологией, но и с геомеханикой, получая, таким образом, необходимую информацию о параметрах, порядке и интенсивности отработки месторождения.

Гидрогеологическая модель месторождения также представляет большой интерес и при геомеханическом моделировании, так как обводненность массива или его мерзлое состояние играет существенную роль при анализе устойчивости и определении допустимых параметров отработки месторождения.

Геомеханическое моделирование

Одним из самых сложных видов моделирования, применяемого в горной практике, является геомеханическое моделирование. Так же, как и в гидрогеологии, основным инструментом геомеханического моделирования является численное моделирование, а целью моделирования является представление текущего понимания об особенностях строения массива горных пород месторождения, исходя, в первую очередь, из его прочностных свойств.

Основной сложностью геомеханического моделирования является необходимость учета всех факторов и особенностей строения месторождения, таких как литолого-структурное строение, гидрогеологические особенности и решения. При этом, при геомеханических расчетах и моделировании необходимо обосновать такие параметры отработки, которые будут удовлетворять максимальной эффективности горного производства, обеспечивать непрерывную и безопасную добычу, а также гарантировать максимальное извлечение оконтуренного рудного тела из недр.

Кроме этого, для геомеханических расчетов и моделирования используются полевые геомеханические данные, сбор которых является частью программ изучения месторождения. В геомеханическую программу исследований входят: геомеханическое и структурное описание ориентированного керна специальных геомеханических скважин, лабораторное определение прочностных характеристик горных пород, а также результаты обработки этой информации.

Таким образом, геомеханика находится на стыке таких дисциплин, как геология и гидрогеология – с одной стороны, и горное дело, обогащение и экономика – с другой. Кроме этого, геомеханические решения могут оказывать существенное влияние на экологическую оценку влияния отработки месторождения на окружающую среду.

В зависимости от сложности строения месторождения, а также текущего уровня его изученности, может применяться плоское и трехмерное геомеханическое моделирование. Развитие компьютерных технологий привело к появлению и развитию различных методов численного геомеханического моделирования, таких как моделирование методом конечных элементов, методом предельного равновесия, методом локальных вариаций, методом конечных разностей и ряда других.

При открытой и подземной отработке месторождений для оценки устойчивости отдельных элементов отработки – отдельных подземных выработок или уступов в карьере – широко используется также кинематический анализ устойчивости.

Отдельное направление геомеханического моделирования – численное моделирование при проектировании отвалов и дамб хвостохранилищ. Особенностью данного вида моделирования является необходимость учета расчетных свойств дезинтегрированного массива горных пород, который будет использован при отсыпке отвалов, либо для формирования дамб. При моделировании отвалов горного производства дополнительным усложняющим фактором является необходимость формировать основания отвалов более слабыми породами, которые извлекаются из вышележащих пород при отработке месторождений.

Упрощенно говоря, геомеханические расчеты, в целом, и геомеханическое моделирование отработки, в частности, отвечают на вопрос «что будет, если?» - например, что будет, если построить карьер с такими углами бортов, такими уступами и такой глубины? Основной задачей геомеханики является не только отвечать на такие вопросы, но и обосновывать безопасные параметры эффективной отработки месторождения.

Другие виды моделирования

Отдельные виды программной автоматизации присутствуют и в таких областях исследований, как инженерная геология, обогащение и экология.

Инженерная геология

В большинстве случаев, при инженерно-геологических исследованиях расчеты выполняются по известным методикам, и они не требуют специального программного обеспечения для построения моделей. Однако, в отдельных ситуациях, при сложном строении площадок, на которых предполагается возведение горно-обогатительного комбината или прокладка дорог, возникает необходимость моделирования нагрузок проектируемых объектов на грунт, либо моделирование устойчивости грунта, например, под запроектированной автодорогой при интенсивном движении транспорта, используемого на горном производстве.

Также инженерно-геологическое моделирование может применяться при расчете устойчивости тоннелей и при расчете укрепления и устойчивости природных склонов вдоль запроектированных дорог и вокруг проектируемого ГОКа, при сложном строении рельефа.

Для инженерно-геологического моделирования часто используются сходные, а иногда и такие же, программные решения, что и в геомеханическом моделировании. Однако стоит отметить, что для инженерно-геологического моделирования существует ряд специализированных программных пакетов, основной особенностью которых является углубленный математический аппарат непосредственно для грунтовых расчетов.

Обогащение

При выборе эффективных схем извлечения полезного компонента на обогатительных фабриках обогатители могут применять специальные программы для расчета производительности, а также для комбинирования различного оборудования на фабрике. При этом, моделирование в том смысле, которое применяется в геологии, гидрогеологии или геомеханике, в обогащении не используется.

В большинстве случаев, моделирование в обогащении носит второстепенный характер, так как параметры извлечения определяются независимо от возможных моделей.  Исключением являются схемы с применением методов подземного выщелачивания как способа добычи полезного ископаемого. В таких случаях, обогащение находится на стыке таких дисциплин, как геология, гидрогеология и геомеханика – с одной стороны, и экономики и экологии – с другой. Целью такого моделирования является определение эффективных схем извлечения полезного компонента из недр путем подбора оптимальных объемов бурения, количества используемых реагентов, с одновременным обеспечением минимального негативного воздействия на окружающую среду и необходимого объема добычи.

Экология

При использовании моделирования в экологических исследованиях используется различное программное обеспечение, которое может прогнозировать распространение негативного влияния горного производства в атмосфере, водной среде и т.д.

Исходными данными для такого моделирования являются экологические исследования, проводимые в рамках программ изучения месторождения, а также информация о предполагаемых объемах производства, методе добычи, способах обогащения полезного ископаемого, применяемой на горном производстве техники и т.д.

Таким образом, экологические расчеты и моделирование выполняются при тесном взаимодействии с такими дисциплинами, как геология, гидрогеология, геомеханика, инженерная геология, обогащение и горное дело.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m00m
m01m
m03m
m02m
m05m
m06m
m09m
m10m
m13m
m14m
m15m
m17m
m16m
m19m
m21m
m04m
m23m