Эффективное проектирование карьеров и отвалов с помощью программного обеспечения K-MINE

В этой статье мы решили уделить особое внимание вопросам создания проектов, имеющим важнейшее значение. Действительно, ни один горный план не может быть реализован без тщательной проектной документации. Ни один рабочий день действующего карьера не будет успешным без детального проекта отработки конкретных участков. Аналогично, ни одна программа горных работ не может быть утверждена без соответствующего проекта и так далее. Какой бы ни была поставленная задача — будь то детализированный проект разработки отдельного участка с описанием ключевых аспектов ведения горных работ, или же общий проект, определяющий направления и границы дальнейшего развития — наличие проекта обязательно на каждом этапе.

В зависимости от конечной цели можно использовать подходящий набор инструментов, позволяющий получить оптимальный результат в кратчайшие сроки.

Любой уважающий себя инженер-проектировщик должен понимать все методы проектирования карьеров и отвалов, доступные в его рабочей среде. Эти знания позволяют чётко определить, какой именно подход лучше всего подходит для решения конкретной задачи. Наше программное решение объединяет различные подходы к проектированию, включая ручные, автоматические и полуавтоматические методы.

Несмотря на существование множества проектных инструментов — от простых двухмерных решений до сложных программных комплексов — мы хотели бы представить свои достижения в создании трёхмерных цифровых проектов, которые не уступают по качеству аналогам, созданным в других системах. Более того, по уровню проработки и гибкости наш подход даже превосходит многие из существующих решений.

В целом эти методы можно разделить на три категории:

• Ручной метод — специально разработан для детального планирования, когда важна каждая мелочь. Наиболее подходит для краткосрочного планирования, точного проектирования и проработки отдельных участков карьера. Хотя его можно использовать и для больших площадей, в таких случаях другие доступные инструменты существенно сократят время выполнения работы.
• Полуавтоматический метод — ориентирован главным образом на формирование контуров карьеров, отвалов и других крупных самостоятельных элементов проектирования без первоначального учёта съездов (транспортных рамп). Последующее включение съездов производится вручную с корректировкой положения отдельных линий и точек. Этот метод эффективен для предварительной оценки глубины карьеров, определения геометрических границ отвалов и быстрого подсчёта объёмов выемки, позволяя плавно перейти к более детальным стадиям проектирования.
• Автоматический метод — значительно сокращает временные затраты на выполнение проектных задач. А как использовать высвободившееся время — выпить кофе, заняться саморазвитием или же сообщить руководству и получить новое задание — решать уже вам.

Теперь подробнее рассмотрим каждый из методов, выделив их ключевые особенности, оптимальные области применения и другие важные детали.

Ручной метод

Этот метод включает в себя множество настраиваемых пользователем инструментов, совместное применение которых позволяет создавать проекты любой сложности. Несмотря на то, что целью данной статьи не является подробное описание всего функционала модуля проектирования, мы стремимся показать, какие именно команды наилучшим образом подходят для решения конкретных задач. Можно рассматривать этот материал как своего рода практическое руководство по проектированию.

Представим, что каждый объект в карьере состоит из базовых элементов, таких как верхние и нижние бермы уступов, съезды (рампы) и другие компоненты. Ручной метод предполагает поэтапное построение каждого из элементов и последующую их интеграцию в единый, цельный «организм» — проект.

При проектировании карьера, начиная с его дна, рабочая площадка на дне карьера может быть представлена нижней бермой самого нижнего уступа. Затем необходимо спроектировать съезд (рампу), ведущий ко второму снизу уступу, а также верхнюю берму нижнего уступа. Наиболее эффективно это можно выполнить с помощью команды «Построение рампы» (Construct Ramp). Широкий набор её пользовательских настроек позволяет минимизировать последующие ручные корректировки.

Сам процесс построения рампы является динамическим и позволяет пользователю выбирать как направление, так и сторону построения относительно базовой линии.

После выполнения нескольких корректировок мы получаем завершённый участок нашего проекта. Таким образом, нижний уступ по сути может быть спроектирован с помощью всего одной команды — «Построение рампы»

Следующим логическим шагом является создание предохранительной бермы, либо определение нижней бермы следующего (более высокого) уступа. Для выполнения этой задачи оптимально подходит команда «Смещение линии».Эта команда позволяет использовать различные способы построения: смещение линии от базовой по расстоянию и высоте, по расстоянию и углу или по высоте и углу. Данные три варианта существенно облегчают работу инженера на всех этапах проектирования.

Например, выбрав метод смещения по расстоянию и высоте и задав параметр высоты равным нулю, можно быстро построить берму. Процесс построения происходит в интерактивном режиме, позволяя пользователю выбирать направление относительно базовой линии. Более того, настройки дают возможность одновременно выполнять несколько смещений, осуществлять смещение в обе стороны от исходной линии, а также настраивать параметры создаваемой линии и другие опции.

Далее необходимо выполнить ещё одно построение рампы для формирования следующего уступа. Таким образом, постепенно, уступ за уступом, мы формируем карьер вверх, корректируя при необходимости отдельные точки.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда часть бермы или вся верхняя берма отсутствует. В таких случаях необходимо построить верхнюю берму, опираясь на нижнюю. Для этого можно использовать множество различных команд, однако чаще всего применяется команда «Линия с постоянным углом откоса» (Line with Constant Slope Angle).

Эта команда позволяет задать, что именно следует построить, угол откоса (отрицательные значения для построения вниз, положительные — вверх), целевую отметку или исходные отметки, выбрать построение отдельного сегмента или целой линии, а также другие параметры.

Ещё одной типичной задачей для проектировщиков является построение линии с заданным углом откоса непосредственно на существующей поверхности или каркасе. Эту задачу также эффективно решает команда «Линия с постоянным углом откоса» (Line with Constant Slope Angle). Достаточно выбрать целевой каркас, указать исходную линию и задать необходимое количество точек — и построение будет выполнено идеально точно.

Если возникает задача точного совмещения существующей линии с поверхностью каркаса, для её решения предназначена команда «Пересчитать по каркасу» (Recalculate by Wireframe) из меню «Редактирование». При выполнении команды вы можете выбрать, создавать ли дополнительные точки или сохранить текущее количество точек. В результате линия идеально ляжет на поверхность каркаса.

Для обеспечения плавности построений в K-MINE предусмотрена возможность плавной вписки объектов. Рассмотрим, как это работает и в чём преимущества такого подхода. Допустим, необходимо спроектировать активно отрабатываемый борт карьера. Сначала можно построить простую полилинию из трёх точек, касательных к реальной поверхности, а затем вписать объект в полученный угол. Сама команда «Вписать объект» (Inscribe Object) является многофункциональной и содержит гибкие настройки, позволяющие достичь требуемого результата. Плавность будет обеспечена согласно заданным параметрам.

Теперь у нас успешно построена качественная верхняя берма, осталось лишь создать нижнюю. Поскольку мы уже рассмотрели два метода, рассмотрим теперь ещё один удобный вариант, подходящий для данного конкретного случая. Здесь нам даже не нужно вручную задавать угол откоса — он будет рассчитан автоматически. Мы можем использовать команду «Создать недостающую кромку» (Create Missing Edge). При правильном порядке выбора (сначала начальное положение, затем проектная линия) и предварительно заданных настройках, построение можно выполнить буквально за несколько кликов мышью.

Теперь рассмотрим корректировку проектных линий с целью приведения их в соответствие с фактическими условиями на местности. Для выполнения этой операции проектные и фактические линии берм должны пересекаться и быть одного типа. Выберите нужные линии и используйте команду «Корректировка линий» (Reshape Lines). Бермы мгновенно переместятся в новые положения, при этом предыдущие контуры будут автоматически удалены.

В данном контексте нельзя обойти вниманием ключевые команды редактирования линий, доступные в меню «Редактирование». Вот основные инструменты, без которых не может обойтись ни один инженер-проектировщик:

— Split (Разделить) — делит линию в указанной точке.
— Cut by Line (Разрезать по линии) — разделяет группу объектов с помощью заданного режущего объекта.
— Merge Objects (Объединить объекты) — соединяет конец одного объекта с началом другого.
— Close Boundary (Замкнуть контур) — замыкает открытый контур.
— Recalculations (Перерасчёты) — проецирует объект на поверхность, пересчитывает координаты и выполняет другие задачи перерасчёта.
— Vertices (Вершины) — позволяет редактировать количество точек объекта.
— Delete Part of Line (Удалить часть линии) — не требует пояснений.
— Trim/Extend Objects (Обрезать/Удлинить объекты) — также не требует пояснений.

Перечисленные инструменты — это лишь базовые элементы, незаменимые в практике проектирования. Полный набор команд содержит множество дополнительных инструментов, которые позволяют добиться желаемых результатов при создании объектов любой сложности.

Завершая наши примеры по ручным методам проектирования, рассмотрим, как можно динамически построить верхнюю берму, основываясь на заданных параметрах и с учётом объёмных показателей. Используя команду «Выбор объёмов» (Select Volumes), пользователь может быстро определить точную границу выемки — финальное положение борта карьера — исходя из необходимого объёма вынимаемого материала. Задавая границы выемки, проект становится максимально точным. Также можно задать целевое значение объёма, требуемую ширину рабочей площадки и многое другое. В результате получается чётко сформированная верхняя берма, полностью соответствующая установленным критериям.

Данный инструмент значительно упрощает краткосрочное планирование горных работ. Теперь гораздо легче заранее определить объёмы выемки, которые необходимо распределить для техники. Пользователю остаётся лишь заранее указать, где именно разместить эти объёмы, хотя для этого существуют и совершенно другие специализированные инструменты.

Далее перейдём к следующему подразделу — полуавтоматическому построению берм карьеров или отвалов. Используя всего одну исходную линию бермы, можно легко создать две дополнительные. Настройки и параметры данной функции просты и интуитивно понятны.

Таким образом, вы можете создать уступ всего за несколько секунд, используя минимальное, но достаточное количество настроек. Особое удобство данного метода заключается в том, что он позволяет формировать не только один уступ, но и целую группу уступов одновременно. Имея замкнутый контур, вы можете за короткое время получить полностью готовый проект карьера или отвала, за исключением дорог, которые необходимо добавлять вручную. Однако не переживайте — впереди ещё много интересных возможностей, и самое лучшее мы приберегли напоследок.

Ещё одной исключительно полезной функцией, которая находит применение во многих аспектах работы инженера-проектировщика, является «Создание линий по поперечному сечению» (Create Lines by Cross-section). С помощью этого инструмента вы можете эффективно проектировать протяжённые участки карьеров, отвалов, складов, дорог, инфраструктурных сетей и многое другое.

Для эффективного использования этой функции сначала необходимо подготовить заранее заданное поперечное сечение, на основе которого будут генерироваться объекты. В самой задаче потребуется указать, каким именно образом будет построена каждая точка сечения — определить типы и конфигурации объектов для каждой точки. После нажатия кнопки выполнения команды мгновенно формируется полный набор проектных элементов, идеально соответствующий вашему поперечному сечению и указанным настройкам. Ниже приведены наглядные примеры того, что можно создать при помощи этого метода.

Кроме того, используя функцию «Привязки» (Snapping) и разнообразные общие инструменты проектирования и редактирования, вы можете создавать детализированные паспорта выемки и полноценные руководства по ведению горных работ. Возможность задействовать функционал нескольких модулей в рамках единой рабочей среды открывает значительные преимущества.

Наконец, мы приберегли напоследок самую интересную функцию — «Динамическое проектирование» (Dynamic Design). Благодаря ей проектировщикам больше не придётся тратить огромное количество времени на создание крупномасштабных объектов. Теперь, будь то карьер или отвал с системой дорог, вы можете выполнить проектирование буквально за считанные минуты. Всё, что для этого требуется — одна замкнутая линия и список отметок уступов, формируемый в полуавтоматическом режиме путём простого указания основных параметров и количества уступов. После того как вы задали отметки и выбрали тип построения (карьер или отвал, сверху вниз или снизу вверх), остаётся лишь выполнить команду и получить ваш предварительный проект.

В большинстве практических ситуаций карьер не является однородным — обычно он имеет различные углы откосов в разных зонах, что обусловлено тектоникой, литологией и гидрогеологическими особенностями месторождения. Именно для таких индивидуальных условий мы реализовали функционал, позволяющий задавать собственные параметры для каждой отдельной зоны карьера с помощью полилиний. Данная возможность доступна во вкладке «Зоны». Например, вы можете установить более пологий угол откоса для верхних уступов, тогда как неактивные участки карьера могут иметь свои особые параметры.

Невозможно представить карьер без транспортных дорог, поэтому мы сделали процесс динамической настройки их расположения максимально удобным и интуитивно понятным. После того как заданы базовые параметры дороги, достаточно лишь указать начальную точку. Далее дорога будет автоматически построена по наиболее короткому и оптимальному маршруту от дна карьера до его верхней границы.

Направление дороги можно изменить как от её начальной точки, так и от любой выбранной позиции вдоль её трассы, что будет восприниматься системой как разворотная площадка (серпантин). Ширина таких разворотных участков также может быть увеличена, чтобы обеспечить безопасный радиус поворота для крупногабаритных карьерных самосвалов.

Кроме того, для облегчения связи графических элементов с табличными данными разработаны многочисленные вспомогательные визуализации и индикаторы. Упустить что-либо практически невозможно, если только не делать это намеренно — подсказки и указания сопровождают вас на каждом этапе.

При увеличении сложности проекта может возникнуть необходимость добавить дополнительные дороги, что иногда неизбежно приводит к их пересечениям. В таких случаях пользователям предлагается несколько вариантов эффективного решения подобных ситуаций. Можно остановить одну дорогу и продолжить её с разворотной площадки на другой стороне, остановить обе пересекающиеся дороги и создать новый, третий участок дороги, либо добавить два отдельных разворотных сегмента.

Кроме того, если разворотные площадки расположены на значительном расстоянии друг от друга, предусмотрена возможность автоматического построения соединяющего их участка дороги. Это легко реализовать с помощью опции «Соединение» (Connection). Пользователю достаточно отметить соответствующий чекбокс в нужном месте, после чего дорога будет построена на одной и той же отметке, связывая между собой указанные элементы. Этот функционал применим не только для разворотных площадок, но и для участков дорог с разрывами или различных комбинаций подобных элементов.

Благодаря расширенным возможностям редактирования пользователь всегда может вмешаться в процесс автоматического построения карьера и внести необходимые корректировки, которые незамедлительно учитываются во всех последующих построениях и распространяются на весь проект.

В главном окне предусмотрены команды визуализации различных элементов, предоставляющие пользователю необходимые подсказки именно тогда, когда это требуется.

Несмотря на то, что полученный проект выглядит весьма впечатляюще, он не будет идеальным до тех пор, пока не будет качественно увязан с местным рельефом и фактическими условиями горных работ. Части спроектированного карьера, расположенные выше фактической поверхности, наглядно отображаются пунктирными линиями.

После одновременного отображения топографической поверхности и проекта карьера необходимо проверить, насколько эффективно отрабатывается месторождение. На данном этапе оптимально выполнить оценку объёмов в рамках текущего проекта. Перейдите на вкладку «Подсчёты» (Estimation), используйте блочную модель, задайте нужные параметры и ознакомьтесь с результатами. К слову, вы также можете выполнить расчёт объёмов по горизонтам или даже задать и рассчитать отдельные зоны месторождения независимо друг от друга.

После того как проект полностью устраивает нас и рассчитанные объёмы проверены, можно выполнить финальное построение, объединив проектные поверхности с фактическими условиями на местности с помощью команды «Создание итогового каркаса» (Create Final Wireframe). Завершающим этапом данного построения является формирование проектных линий согласно заданным параметрам. Примечательно, что все полученные линии могут быть автоматически размещены в отдельных подслоях в зависимости от их отметок.

Представленный обзор демонстрирует функционал, подходящий как начинающим пользователям, так и опытным инженерам-проектировщикам. Простота настройки, гибкость и разнообразие доступных опций непременно впечатлят даже самых требовательных специалистов.

Выбирайте свой собственный стиль работы, создавайте пользовательские меню, назначайте команды на горячие клавиши, настраивайте удобный рабочий процесс — и получайте удовольствие от результата!