Лаборатория геоинформационных и цифровых технологий в недропользовании

Заведующий лабораторией - Рыбников Петр Андреевич,

кандидат геолого-минералогических наук

Тел.: (343) 350-71-49

E-mail: geoinfo@igduran.ru

Историческая справка:

Лаборатория создана в 2018-м году в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты».

Проводит работы по геоинформационному сопровождению системных исследований в недро- и природопользовании.

Основными научными направлениями являются:

• Геоинформационное сопровождение системных исследований в недро- и природопользовании;

• Разработка методов численного моделирования геосистем как основы оценки негативного влияния горных работ, обоснование математических методов обработки данных геоинформационного мониторинга, методические рекомендации по поддержанию банка геоданных в актуальном состоянии;

• Обоснование алгоритмов трансформации координатно-привязанных геоданных, обоснование критериев качества моделей горно-технологических объектов и процессов; модели перераспределения химических элементов в гидросфере горнопромышленной территории;

• Создание методологии системной оценки данных мониторинга для выбора стратегии экологически безопасного освоения природных и техногенных месторождений, структура геоинформационного мониторинга, принципы и методология нелинейного регрессионного метода интерпретации данных мониторинга.

Целью стратегического развития является разработка методов информационно-аналитического сопровождения процессов недропользования для решения задач освоения минерального сырья на основе многоуровневой обработки геоданных, цифрового моделирования геообъектов и комплексного геомониторинга, обоснование математических методов обработки данных геоинформационного мониторинга.

Предприятия горно-металлургического комплекса являются основными источниками антропогенного воздействия на окружающую среду с повышенными экологическими рисками за счет изъятия земель, выбросов и поступления в поверхностные и подземные водные объекты компонентов-загрязнителей из шламоотстойников, шламохранилищ, затопленных карьеров и шахт, отвалов вскрышных и вмещающих пород, забалансовых руд.

В связи с мобильными изменениями экономики и усложнением горно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых, сопровождающимися растущим потоком разнообразных и неоднородных геоданных, возникает необходимость создания теоретических основ и методологии геоинформационного мониторинга горно-геологических объектов с оценкой состояния горных предприятий как природно-технологических систем для обеспечения энергоэффективности, ресурсосбережения, промышленной и экологической безопасности в горнодобывающей промышленности Уральского региона и России.

Направления прикладных исследований:

• Разработка ядра ГИС, служащей базой для системных прогнозов динамики опасных природных процессов, спровоцированных техногенным влиянием горнодобывающих предприятий, а также для формирования, по данным геоинформационного мониторинга, текущих оценок экологических и социальных рисков при планировании экономического развития на региональном и государственном уровне при размещении промышленности, строительства, прочей деятельности.

Рисунок – Принципиальная схема функционирования веб-ГИС

• Оценка с помощью применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и по результатам обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) площадей нарушенных земель в результате горных работ для оценки накопленного вреда окружающей среде

• Апробация методики создания геоинформационных систем следующих уровней:

o локального: уровень предприятия или территории, подвергшейся преобразованию в результате горнодобывающей деятельности, но характеризующейся единством ландшафтных характеристик; позволяет учесть детальные аспекты такой деятельности – включает модель месторождения, календарный план отработки, планы горных работ (вплоть до рабочей документации)

o муниципального: система, помогающая информировать муниципальные власти и население о воздействии горнодобывающего производства на различные компоненты окружающей среды административного района, оценивать эффективность рекультивационных мероприятий, следить за перемещением горной массы, учитывать экономические показатели, оценивать риск развития негативных процессов (различных – вплоть до оценки вероятности несчастных случаев на производстве и их экономических последствий) и «полезность» (экономический критерий при большом количестве ограничений разного генезиса) таких предприятий с учетом таких рисков - так называемый risk management

Рисунок – Пример создания веб-ГИС локального уровня (район Левихинского рудника)

• Создание математических моделей различных процессов, протекающих на горных предприятиях при недропользовании, в том числе:

o оценка необходимой точности цифровых моделей рельефа (ЦМР) для создания моделей поверхностного и подземного стока в горнодобывающих районах, анализ возможных исходных данных; использование полученных ЦМР для прогноза аварий на хвосто и шламохранилищах с использованием численного гидрологического моделирования (например, при наступлении аномального паводка)

Рисунок – Водосбор, построенный после доработки ЦМР

Численное геофильтрационное и гидрогеомиграционное моделирование для оценки влияния горнодобывающей деятельности на гидросферу: оценка водопритоков при увеличении площади горных работ и глубины отработки, обоснование размеров защитных целиков, корректировка порядка отработки в зависимости от прогноза изменения гидрогеологической обстановки, распространения загрязнений в различных средах, прогноз распространения загрязнений;
Изучение изменений напряженно-деформированного состояния массива горных пород; анализ различных классификации массивов для обоснования эмпирического подхода к строительству и эксплуатации объектов недропользования в скальных массивах, создание блочных геомеханических моделей, позволяющих обосновать значения углов откосов уступов карьеров.

Рисунок – Разработка предложений по реконструкции очистных сооружений с использованием ГИС локального уровня

Техническая оснащенность:

При проведении исследований используются современные аналитические и экспериментальные методы и аппаратные средства, в т.ч для испытания физико-механических свойств горных пород, специализированное и общераспространенное программное обеспечение моделирования горно-геологических процессов и объектов.

1. Уровнемер электрический контактный скважинный тросовый 50 и 100 м. для мониторинга подземных вод

2. Иономер «И-510» с электродами ионоселективными ХС- SO4, Zn, Cd, Cu, Pb. для определения химического состава вод различного генезиса in situ.

3. Набор-укладка для фотоколориметрирования «Экотест-2020-К» (на основе полевого фотоколориметра-концентратомера «Экотест-2020») с тест-комплектами для фотоэлектроколориметра Сu, Fe. для определения химического состава вод различного генезиса in situ.

4. Пробоотборник Робур-Ил для отбора проб илистых донных отложений, используется при исследовании донных отложений шламо и хвостохранилищ

5. Для исследования характеристик прочности и деформируемости горных пород, скального грунта, бетонов используется сервогидравлическая испытательная машина производства APS (Wille Geotechnics), автоматизированная средствами НПП «Геотек». Дисперсные грунты испытываются на испытательном комплексе производства НПП «Геотек», оснащенном камерой трехосного сжатия при заданном всестороннем давлении.

6. Для проведения исследований используются специализированные модули геоинформационной системы QGIS (FreeWat, расчеты индексов по данным мультиспектралных съемок, создание ЦМР и т.д.) и программное обеспечение для моделирования фильтрационных и миграционных процессов в гидросфере (ModelMuse, HEC-RAS и т.д.), для разработки веб-гис используются библиотеки Leaflet.

Кадровый состав:

Лаборатория геоинформационных и цифровых технологий в недропользовании состоит из 7 человек, в т.ч. 6 сотрудников в возрасте до 35 лет, 1 кандидат геолого-минералогических наук.

Контакты:

620075, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58, оф. 505

Web: http://igduran.ru

Тел.: (343) 350-71-49

E-mail: geoinfo@igduran.ru