Rys. 1. Projektowanie kopalni w programie Surpac [http://gems.geostar.kz]

Pactwa [2009] zauważyła, że zastosowanie oprogramowania górniczego w znaczący sposób ułatwia pracę, pozwalając przeprowadzać w krótkim czasie skomplikowane obliczenia na dużej ilości danych. Przemysł, również górniczy, korzysta z licznych programów komputerowych służących modelowaniu geologicznemu złóż, planowaniu eksploatacji, tworzeniu harmonogramów, raportów itp. Modelowanie (planowanie) w ujęciu ogólnym to proces, na który – bez względu na użyte narzędzia – składa się kilka podstawowych kroków (Siata 2008, MM 2/2006), a mianowicie:
• zgromadzenie pochodzących z otworów i wyrobisk górniczych odpowiednich danych o zadowalającej jakości (należy pamiętać, że jakość danych wejściowych decyduje o jakości informacji na wyjściu),
• dobre rozpoznanie geologiczne (właściwa interpretacja budowy geologicznej złoża),
• przygotowanie geologicznego modelu złoża,
• przeprowadzenie analiz statystycznych,
• wybranie odpowiedniej metody interpolacji,
• generowanie map i przekrojów geologicznych,
• używanie powszechnie akceptowalnej terminologii przy generowaniu raportów i zestawień.
    Należy dodać, że powyższe kroki umożliwiają w kolejnym etapie zastosowanie harmonogramowania produkcji poprzez określenie, która część złoża będzie wyeksploatowana w określonym momencie w przyszłości. Możliwe jest również zwizualizowanie tego procesu. Większość rozwiązań informatycznych przeznaczonych dla górnictwa oferuje podobne możliwości, a popularność danego programu wynika przykładowo z dobrej strategii marketingowej czy nawiązanej wcześniej współpracy z danym producentem, co często na długi czas „wiąże” kopalnie z określonym programem. Przy wyborze dostawcy oprogramowania istotna jest również kompatybilność z systemem gromadzenia danych dotychczas stosowanym w danym zakładzie (np. import lub eksport danych z programu do bazy danych). Poniżej przedstawiono kilku najbardziej znanych dostawców oprogramowania przeznaczonego dla przemysłu surowcowego.

Rys. 2. Przepływ materiałów w zakładzie górniczym pokazany w programie Mine-Sched [http://www.miningmagazine.com]

Gemcom Software
    Firma Gemcom oferuje szeroką gamę produktów o różnorodnych zastosowaniach, ale największą popularność zdobyły: Surpac oraz MineSched. Surpac to wszechstronny program umożliwiający stworzenie geologicznej bazy danych zawierającej dane o budowie złoża uzyskane drogą wierceń geologicznych. Na podstawie bazy można
– wykorzystując rozbudowane algorytmy geostatystyczne,
– zbudować trójwymiarowy model geologiczny złoża, tzw. model blokowy. 
    Podstawową przewagą modelu nad bazą geologiczną jest fakt, że zawiera on informacje o całym złożu, a nie tylko o miejscach, gdzie zostały wykonane otwory. Możliwe jest również dokonywanie obliczeń niezbędnych do określenia objętości nadkładu lub złoża w danej partii. Wykorzystywane w tym celu są tzw. constraints, czyli ograniczniki. Oznacza to, że można przykładowo obliczyć objętość złoża między dwoma powierzchniami (np. stropem i spągiem), ale tylko w określonych granicach (np. na konkretnej działce), albo obliczyć objętość złoża, ale tylko spełniającego określone parametry jakościowe (np. o zawartości określonego składnika użytecznego powyżej ustalonej granicy procentowej). Ograniczniki mogą być dowolnie definiowane przez użytkownika, a wyniki obliczeń mogą zostać eksportowane do plików tekstowych czy pdf.
    Program charakteryzuje się budową modułową. Rdzeń programu tworzą moduły środowiska graficznego, pozwalające na pracę i wykonywanie wizualizacji w przestrzeni 3D, moduły wspomagające drukowanie, umożliwiające automatyzację pracy oraz korzystanie z danych przygotowanych w innych systemach. Surpac posiada narzędzia do projektowania wyrobisk górniczych (narzędzia CAD), zarówno w kopalniach podziemnych, jak i odkrywkowych. Program posiada również moduły niezbędne dla mierniczych, pozwalające obliczać objętości, projektować roboty strzałowe.
    Drugi sztandarowy produkt Gemcomu to Mine-Sched, dostarczający narzędzia do harmonogramowania produkcji w kopalniach odkrywkowych i podziemnych. Pozwala na automatyzację i znaczne przyspieszenie tego procesu w stosunku do „ręcznego” obliczania postępów frontów roboczych. Inżynier górnik może – wykorzystując graficzne lub skoroszytowe środowisko pracy – tworzyć różnorodne scenariusze produkcji, aby dojść do rozwiązania optymalnego. Możliwe jest określenie przepływu
surowców między wyrobiskami, zakładami przeróbczymi, placami składowymi i zwałowiskami czy pokazanie procesu mieszania surowców o różnej jakości (może to być istotne np. w zakładach eksploatujących kopalinę na potrzeby przemysłu cementowego). Poszczególne scenariusze rozwoju produkcji mogą być ze sobą w łatwy sposób porównywane dzięki rozbudowanemu modułowi raportującemu. MineSched do obliczeń wykorzystuje model blokowy, który może być zaimportowany z programu Surpac lub programów innych producentów. Możliwe jest także wprowadzanie zmian do modelu blokowego, aby za jego pomocą zwizualizować postępy produkcji w poszczególnych okresach.

Rys. 3. Przykład przejścia z eksploatacji odkrywkowej do podziemnej – projekt wykonany w Datamine Studio [http://www.mining-technology.com]

CAE Mining (wcześniej Datamine)
    Firma CAE Mining powstała w kwietniu 2010 roku po przejęciu przez globalny koncern CAE przedsiębiorstw Datamine i Century Systems. CAE Mining działa na całym świecie oferując szereg nowoczesnych rozwiązań, począwszy od zarządzania danymi geologicznymi i modelowania złóż rudnych aż do kopalni planowania górniczego i zarządzania operacjami. Mając ponad 1000 klientów firma oferuje oprogramowanie w pięciu obszarach tematycznych:
1. Exploration – poszukiwanie surowców/geologia.
2. Resource modelling – modelowanie złóż i zasobów.
3. Mine planning – planowanie górnicze.
4. Mining production – produkcja górnicza.
5. Mining data and proces management – zarządzanie danymi i operacjami w górnictwie.
    Spośród kilkunastu oferowanych programów najbardziej znane rozwiązania tej firmy to Studio i NPV Scheduler

    Studio (aktualna wersja nosi numer 3) to flagowy produkt firmy CAE. Jest bardzo zaawansowanym narzędziem wspomagającym modelowanie geologiczne złoża i planowanie kopalni. Program może korzystać z różnorodnych danych wejściowych, posiada zaawansowane możliwości modelowania geostatystycznego i przeprowadzania symulacji warunkowych. Możliwe jest przygotowywanie modeli siatkowych i wyrafinowanych modeli blokowych, a także obliczenia geotechniczne. Funkcje te były wykorzystywane m.in. do stworzenia modeli blokowych złoża węgla brunatnego „Gubin”. Program wspomaga obliczanie zasobów. Dane prezentowane mogą być w środowisku 3D, w niezależnych od siebie widokach.
    NPV Scheduler to program pozwalający na stworzenie zoptymalizowanych planów produkcji. Metodologia tworzenia takiego planu jest następująca:
1. Budowa lub import modelu blokowego – jest to zestaw danych wejściowych do dalszych czynności.
2. Model ekonomiczny – to bardziej rozbudowana wersja modelu blokowego, gdzie wprowadza się aktualne ceny surowców, koszty produkcji i przeróbki, aby w efekcie uzyskać trójwymiarowy model ekonomiczny, w którym każdy blok złoża ma przypisaną swoją wartość wewnętrzną.
3. Stworzenie wyrobisk zagnieżdżonych (nested pits) – wykorzystuje się tu algorytm optymalizacyjny Lerchs’a-Grossmanna, który pozwoli określić, w jakiej kolejności mają być eksploatowane poszczególne bloki jeśli bierze się pod uwagę ich parametry ekonomiczne określone w kroku 2.
4. Określenie kolejności eksploatacji bloków z uwzględnieniem warunków górniczo-geologicznych.
5. Stworzenie harmonogramu produkcji z uwzględnieniem takich czynników, jak na przykład mieszanie surowca, drogi odstawy czy jakość produktu końcowego. 
    Przykładowe wykorzystanie programu NPV Scheduler do optymalizacji projektowania kopalni węgla brunatnego opisano w pracy L. Jurdziaka i W. Kawalca [2011].

Rys. 4. Określenie kolejności eksploatacji w programie NPV Scheduler [http://www.cae.com/en/mining]

Maptek
    Sztandarowym produktem tej firmy jest Vulcan, charakteryzujący się modułową budową pakiet programów przeznaczonych do przygotowywania modeli geologicznych złoża, wspomagania prac mierniczych, projektowania kopalń, a w połączeniu z programem Chronos – również do harmonogramowania produkcji. Posiada narzędzia do wykonywania zaawansowanych modeli 3D, wizualizacji i analiz. Zawiera również niezależny moduł zapewniający funkcjonalność CAD w przestrzeni 3D. Moduły geologiczne zawierają narzędzia wspomagające między innymi wykonywanie obliczeń statystycznych i geostatystycznych, budowę modeli siatkowych (gridmodel) i blokowych (blockmodel), interpretacje geologiczne, tworzenie przekrojów, modelowanie wód podziemnych, wizualizację otworów wiertniczych i danych geotechnicznych i geofizycznych.
    Moduł wspomagający prace pomiarowe zapewnia możliwość wymiany danych z instrumentami geodezyjnymi, wizualizację pomiarów w przestrzeni 3D, wyrównanie sieci geodezyjnej i przeprowadzanie transformacji, obliczanie powierzchni i objętości. Osobna grupa modułów wspomaga projektowanie kopalni podziemnych i odkrywkowych, obliczanie zasobów, projektowanie wierceń i prac strzałowych, wentylacji. Chronos jest oddzielnym programem, który w połączeniu z Vulcanem pozwala przeprowadzać harmonogramowanie produkcji górniczej.

Mincom/ABB
    Ważnym wydarzeniem na rynku oprogramowania górniczego było wykupienie w maju 2011 firmy Mincom przez koncern ABB. Celem ABB jest efektywne połączenie technologii: operacyjnych (OT) oraz informatycznych (IT) w branżach zasobochłonnych, takich jak przemysł górniczy. Dzięki przejęciu Mincom będzie miał szerszy dostęp do rynków azjatyckich, w tym przede wszystkim Chin, a ABB będzie mogło rozwijać się w Australii, gdzie Mincom ma mocną pozycję w przemyśle górniczym. Klienci będą mogli wkrótce oczekiwać rozwiązań łączących IT dla górnictwa z działaniami operacyjnymi (zarządzania zasobami czy produktem). Mincom zamierza również rozpocząć prace nad rozwiązaniami mobilnymi/ przenośnymi (w tym współpracującymi z tabletami, takimi jak iPad), w szczególności dla osób pracujących w ruchu kopalni zajmujących się zarządzaniem i utrzymaniem zasobów przedsiębiorstwa. Kontynuowane będą prace Mincomu dotyczące inteligentnych rozwiązań w górnictwie, w tym szczególnie zarządzania próbkami, poszukiwania surowców, planowania i projektowania górniczego oraz harmonogramowania, logistyki, sprzedaży i marketingu oraz księgowości w produkcji. Głównym rejonem działalności Mincomu pozostanie Australia.

Rys. 5. Projektowanie kopalni w programie Vulcan [http://www.maptek.com]

Najważniejszym produktem Mincomu jest program MineScape, od 2010 roku oferowany w wersji 5. Minescape to jeden z elementów Mincom Intelligent Mining Solution (IMS). Zawiera kompletny zestaw zintegrowanych rozwiązań dla kopalń podziemnych i odkrywkowych wspomagających modelowanie geologiczne i projektowanie kopalń. Poszczególne moduły zapewniają funkcjonalność w zakresie zarządzania geologiczną bazą danych, budowy trójwymiarowych modeli geologicznych, projektowania wyrobisk górniczych w środowisku 3D, wspomagania prac mierniczych. Zawiera również moduł harmonogramowania produkcji górniczej, pozwalający na przeprowadzanie symulacji różnych scenariuszy eksploatacji, tworzenie interaktywnych graficznych harmonogramów lub opartych o arkusze kalkulacyjne oraz trójwymiarową wizualizację harmonogramów.

Warto zapamiętać
    W artykule scharakteryzowano głównych producentów oprogramowania dla górnictwa oraz kilka oferowanych przez nich produktów. Należy zauważyć, że większość programów cechuje się podobnymi możliwościami, a główne różnice istnieją w sposobie realizacji danego celu, np. obliczenia zasobów czy budowie modelu blokowego złoża. O wyborze oprogramowania może też decydować np. polityka firmy wymagająca, aby wszystkie zakłady w różnych krajach korzystały z jednego narzędzia. Postępująca konsolidacja branży oraz zaostrzająca się na rynku polskim konkurencja między światowymi producentami pozwalają przypuszczać, że rynek oprogramowania górniczego czeka w najbliższym czasie okres prosperity.

Rys. 6. Program Mine-Scape firmy Mincom

Literatura
1. Chadwick John – Software and mine planning. International Mining 11/2007
2. Chadwick John – Mine optimisation. International Mining 11/2009
3. Chadwick John – Investing in IT. International Mining 11/2010
4. Jurdziak Leszek, Kawalec Witold – Procesy i narzędzia przetwarzania danych przestrzennych przy optymalizacji rozwoju kopalni odkrywkowej na przykładzie złoża Legnica. Wiadomości Górnicze R. LXII, lipiec-sierpień 2011
5. Model behavior - Mining Magazine. Vol. 194, Nr 2/2006
6. Moore Paul – Better planning. International Mining 7/2011
7. Pactwa Katarzyna – Wybrane programy komputerowe wykorzystywane w górnictwie – przegląd zastosowań. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej nr 128/2009
8. Siata E. – Model geologiczny złoża i jego rola w zarządzaniu produkcją. Szkoła Eksploatacji Podziemnej, Materiały Konferencyjne 2008.
9. Software suite. International Mining 10/2008
10. Materiały reklamowe ze stron www firm CAE Mining, Gemcom, Mincom, Maptek

Autor: mgr inż. Szymon Sypniowski, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Polska Akademia Nauk

Artykuł został opublikowany w magazynie "SiMB" nr 5/2011