Материал подготовлен под редакцией заместителя директора Горного института КНЦ РАН, г.н.с., д.т.н. Наговицына Олега Владимировича
В Горном институте КНЦ РАН уже не одно десятилетие ведутся работы по созданию методов комплексного решения задач горной технологии, базирующихся на идее формирования единого цифрового пространства. Работы осуществляются в тесном контакте с разработчиком отечественной ГГИС «МАЙНФРЭЙМ» — IT-компанией «Лаборатория «МАЙНФРЭЙМ», созданной при участии КНЦ РАН. В рамках этой работы институт обеспечивает научно-методическую основу развития ГГИС, а «Лаборатория «МАЙНФРЭЙМ» — разработку, внедрение и техническую поддержку одноимённого программного продукта. Такая кооперация позволяет не только обеспечивать инновационность разрабатываемого ПО, но и даёт возможность сотрудникам института воплощать свои идеи в функционале ГГИС и методиках применения цифровых технологий при решении горно-геологических задач. Эта практика уже успешно показала себя при разработке:
- Архитектуры и структуры Цифровой платформы, являющейся следующим шагом развития ГГИС и реализующей идею разделения графического ядра и динамически присоединяемых к ядру рабочих инструментов.
- Инструментов планирования открытых и подземных горных работ на базе унифицированного алгоритма оптимизации и методов имитационного моделирования.
- Алгоритмов и методических подходов по моделированию технологических процессов отбойки и выпуска горной массы.
- Методологии инвестиционного анализа и технико-экономической оценки технологических решений при освоении и эксплуатации месторождений твёрдых полезных ископаемых.
Одной из основных задач последних лет являлось развитие методологии формирования единого цифрового пространства для реализации бизнес-процессов инженерного обеспечения горных работ. Особое внимание уделялось соблюдению требований информационной безопасности, внедрению ролевой модели доступа к данным и возможности перехода на отечественные операционные системы. Это задача решалась в рамках стратегического сотрудничества с компанией АК «АЛРОСА», где техническим исполнителем выступала компания «Лаборатория Майнфрэйм». Был выполнен анализ уровня внедрения цифровых технологий в подразделениях АК «АЛРОСА», что позволило сформировать план адаптации ГГИС «МАЙНФРЭЙМ» к условиям работы рудников компании. Целью этой работы являлось замещение иностранных ГГИС не только для АК «АЛРОСА», но и на других горнодобывающих предприятиях РФ.
Анализ уровня внедрения цифровых технологий в подразделениях АК «АЛРОСА» позволил сформировать план адаптации ПО, включающий два основных направления:
1. Технологические улучшения: переход на СУБД PostgreSQL и интеграция с Active Directory; расширение возможностей импорта данных; перевод системы управления геологическими данными на Web-платформу; миграция графики на технологию Vulkan для обеспечения кроссплатформенности.
2. Функциональное развитие: совершенствование и разработка инструментов геологического моделирования, маркшейдерии, проектирования и планирования горных работ.
В области геологического моделирования разработаны инструменты статистического анализа данных опробования и блочных моделей, выделять зоны с высокими содержаниями полезных компонентов и анализировать ураганные содержания с использованием различных методов. Для анализа взаимосвязей между данными доступны диаграммы рассеяния, график «ящик с усами» и Swath-график. Также строятся графики зависимости тоннажа от среднего содержания по вариантам бортовых содержаний. Реализованы инструменты сопоставления данных соседних скважин, выделения одновозрастных горизонтов и пластов. Методы геостатистики, такие как вариография и кригинг, используются для оценки пространственной неоднородности данных и их интерполяции.
Важной задачей развития инструментов маркшейдерского обеспечения стало создание моделей подземных выработок на основе данных съёмки. Основным методом остаётся тахеометрическая съёмка, которая формирует список 3D-координат точек, задающих границы выработки. Для повышения точности был разработан алгоритм, автоматически вписывающий проектные сечения в контуры съёмки с привязкой к отснятым точкам. Это улучшило оценку объёмов проходки и позволило формировать ось выработки даже при наличии сложных участков (ниши, вывалы, сужения, расширения).
Также были усовершенствованы инструменты для работы с облаками точек, полученных при лазерном сканировании выработок. Новый алгоритм преобразует облако точек в набор сечений, что снизило размер векторных и каркасных моделей, сделав их более информативными для инженерной графики.
Реализованы инструменты для автоматизации проектирования подземных выработок, включая параметрическое моделирование сечений и их сопряжений. Форма выработок задается шириной и высотой, а сечения привязываются к оси через параметры моделей. Разработан алгоритм автоматического подбора паспорта крепления на основе анализа горно-геологических условий.
Для открытых горных работ создан алгоритм автоматизации проектирования карьеров: по линии бровки уступа и контуру съезда формируются площадки торможения с учетом стыковки элементов разной ширины. Это сокращает время проектирования.
Обновлены инструменты подсчета тоннажа по блочным моделям, позволяющие учитывать плотность и другие свойства массива для более точного расчета запасов по горизонтам, блокам или выемочным единицам.
Разработка модулей планирования горных работ стала важным направлением для автоматизации создания технологически обоснованных планов сроком от двух лет до недельно-суточных периодов. Был создан единый модуль оптимизации для открытых и подземных работ, основанный на программировании в ограничениях и имитационном моделировании.
Обеспечивается бесшовная интеграция с горно-геологическими моделями, автоматическое формирование выемочных единиц и создание календарных планов с разбивкой по временным интервалам (год, квартал, месяц, неделя, день). Реализуется технология планирования, объединяющая среднесрочные и оперативные горизонты с перспективой включения стратегического уровня. Пользователи могут рассчитывать, визуализировать и анализировать сценарии планов с учетом ограничений, таких как последовательность отработки, производительность оборудования и простои, а также формировать документацию, включая графики работы техники.
Для подземных работ (рис. 1) учтены длительность циклов технологических процессов, объемы подготовительных и нарезных работ, последовательность выемки согласно регламенту, условия проходки выработок в сложных зонах и параметры транспортной сети. Оценка производительности оборудования помогает определить его оптимальное количество. Для открытых работ (рис. 2) учитываются особенности вскрышных и добычных процессов, безопасность, последовательность отработки уступов, структура транспортных коммуникаций и производительность техники с учетом условий движения.
Архитектура разрабатываемой Горно-геологической цифровой платформы призвана обеспечить её масштабирование за счёт гибридной конфигурации: центральная корпоративная инфраструктура взаимодействует с локальными узлами на удалённых площадках, что гарантирует непрерывность критически важных операций при нестабильной связи и обеспечивает последующую синхронизацию данных без дублирования и потерь целостности.
Ядром системы послужит единое хранилище верифицированных данных, в котором центральную роль играет геолого-технологическая блочная модель. Последняя представляет собой мелкоблочную модель месторождения, где каждый блок содержит геологические, технологические, геомеханические и экономические атрибуты, обеспечивая пространственную и временную согласованность информации на всех этапах — от оценки запасов до оперативного управления выемкой. Темпоральный подход к организации данных позволяет отслеживать историю изменений объектов горной технологии и поддерживать их актуальное состояние в режиме реального времени.
Интеграционная основа Цифровой платформы строится на принципах открытости и стандартизации: двусторонний обмен с корпоративными системами (ERP, IoT, САПР, СЭД) осуществляется через унифицированные API с поддержкой широкого спектра форматов (GeoTIFF, DXF, LAS, JSON), что исключает ручной ввод и обеспечивает семантическую согласованность. Событийная модель данных поддерживает актуальность информации в режиме реального времени, а многопользовательский режим с детализированным ролевым доступом, аудитом действий, блокировками и контролем версий обеспечивает прозрачность совместной работы сотен специалистов.
В рамках реализации идеи цифрового двойника сформирована концептуальная основа, состоящая из двух иерархических уровней: цифровой системы управления технологическими процессами добычи и цифровой системы управления предприятием в целом. Ключевым архитектурным принципом выступает создание не набора изолированных инструментов, а формирование целостной геоинформационной среды, охватывающей все процессы горного производства и обеспечивающей сквозную интеграцию геологической, маркшейдерской и технологической информации. Такой подход минимизирует разрывы в потоках информации и повышает устойчивость управления в условиях динамично меняющейся горно-технологической ситуации.
Путь к цифровому двойнику горнодобывающего предприятия представляет собой многоуровневую трансформацию, где в единую цифровую систему, моделирующую геометрию, свойства и динамику реальных объектов горной технологии, объединены все актуальные данные горного производства и инструменты работы с ними.
Одну из центральных ролей в этой трансформации играет ГГИС, выступающая в качестве средства формирования единого цифрового пространства горнодобывающего предприятия и обеспечивающая пространственно-временную согласованность данных от геологоразведки до оперативного управления добычей.
В целом же цифровая трансформация горнодобывающей отрасли — процесс эволюционный, требующий долгосрочных обязательств и последовательного наращивания компетенций. Вставшие на этот путь получат конкурентное преимущество, основанное на способности извлекать ПИ с максимальной эффективностью, минимальным воздействием на окружающую среду и соблюдением принципов ответственного недропользования. Успех же этого перехода определяется не только наличием технологий, но и готовностью к интеграции цифровых инструментов в единую логику создания цепочки ценностей — от геологоразведки до товарных продуктов.
Разработанная совместными усилиями Горного института КНЦ РАН и IT-компанией «Лаборатория «МАЙНФРЭЙМ» ГГИС «МАЙНФРЭЙМ» является реальной альтернативой импортным программным продуктам данного класса. Обладая всеми необходимыми инструментами решения задач горной технологии, ГГИС «МАЙНФРЭЙМ» позволяет не только обеспечивать технологическую независимость в области цифровых инструментов инженерного обеспечения горных работ, но и формировать единое виртуальное пространство для перехода к созданию цифрового двойника горнодобывающего предприятия.