Tvorba počítačového geologického modelu pomocí SW Geologický model

Transkript

1 XXVI. ASR '2001 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 26-27, 2001 Paper 54 Tvorba počítačového geologického modelu pomocí SW Geologický model OSTREZY, Josef Ing., VŠB - TU Ostrava, Istitut ekonomiky a systémů řízení, josef.ostrezy@vsb.cz, Abstrakt: Jelikož v ostravské části probíhala hornická činnost několik stovek let, tak je pochopitelné, že se v současné době přistupuje i k využití území, která jsou různými způsoby postižené ukončenou hornickou činností. Asi nejpalčivějším problémem je únik metanu z poddolovaného území na povrch a následovné nebezpečí výbuchu. Tento problém je řešen v rámci grantového úkolu GAČR a tento příspěvek se zabývá částí řešení této problémové situace. Příspěvek popisuje použité programové vybavení a způsob tvorby vertikálních geologických profilů, které jsou nejdůležitějším vstupem pro další zpracování a určení plynopropustnosti jednotlivých vrstev pod zájmovou oblastí. K tomuto účelu byl použit program Geologický model viz obr.), jehož výstupy (řezy) jsou hlavními vstupními daty pro další programy. Klíčová slova: modelování, geologický model, profil, ložisko, izolinie 1 Úvod V rámci řešení grantového úkolu GAČR je především nutné zobrazit důlně geologickou situaci, aby bylo možné připravit vstupní podklady pro počítačové modely, kterými řešíme problematiku výstupu plynů z podzemí na povrch. Pro zobrazení důlně geologické situace využíváme všechny dostupné podklady a to zejména: důlní mapy, pokud jsou pro danou lokalitu k dispozici, údaje z vrtů, které byly zřízeny jako odplyňovací, případně jako vrty pro ověření geologických údajů. V příkladě, který je uveden v tomto příspěvku je zobrazena situace v oblasti Hrušovského dolu. Pro zvládnutí neočekávaných výstupů plynu zde provedla organizace Důlní průzkum a bezpečnost Paskov, a.s. (DPB) 28 odplyňovacích vrtů. V pozdějším období bylo rozhodnuto, že se v této oblasti vybuduje Vesnička soužití. Protože nelze vyloučit, že se i v budoucnosti mohou vyskytnout emise plynu, byl v rámci grantového úkolu, podle požadavků organizací zainteresovaných na výstavbě vesničky, proveden podrobný rozbor této problematiky. K sestavení potřebných modelů, kterými lze poměrně spolehlivě možnosti výstupů plynů předpovědět, byl z dostupných podkladů zhotoven zjednodušený geologický řez. Základní podklady pro tento účel byly čerpány z geologické dokumentace na zmíněných 28 odplyňovacích vrtech, důlních map slojí č.8, 9, 10 a sloje Františka. Podklady byly zpracovány pomocí sw Geologický model. Vzhledem k tomu, že zmíněné sloje byly rubány před 100 až 150 lety, byly geologické podklady poměrně skromné, což se projevilo i na kvalitě zjednodušeného geologického řezu. Jako základ pro získání vstupních podkladů modelů, popisujících zákonitosti výstupů plynů z podzemí se ukázaly jako postačující

2 2 SW Geologický model Program Geologický model (dále už jen GM) je produktem softwarové firmy KVASoftware /1/, která jej vyvinula na zakázku pro povrchové doly v severních Čechách. V současné době je v praxi hojně využíván v Severočeských dolech a v Mostecké uhelné společnosti a na VŠB TUO jej máme k dispozici v plné verzi pro studijní a výzkumné účely. GM je pouze součástí většího programového souboru a umožňuje tvorbu 3D matematického modelu libovolného sedimentárního ložiska ze strukturované geologické mapy. Tato mapa je reprezentována vrty, které jsou zobrazeny jako singulární body promítnuté do roviny XY. Maximální počet vstupních vrtů není nijak omezen a implicitní souřadnou sítí je JTSK. Program umožňuje tvorbu profilů, výpočet libovolných objemů a v neposlední řadě umí vytvořit 3D model ložiska. 2.1 Import dat Základní vstupní údaje se importují do programu z datového (textového) souboru, který obsahuje informace o umístění vrtů a o jejich jednotlivých geologických vrstvách. Data lze importovat v několika formátech (soubory vrtů GM s koncovkami *.vrt, *.vrn, *,vr6, *.v99). Odpovídající nastavení formátu můžeme upravit pomocí libovolného textového editoru.nejjednodušší způsob importu geologických údajů o jednotlivých vrstvách je zobrazen v tabulka 1. Číselné označení vrstvy lze rozdělit do dvou skupin. Vrstva začínající sudou číslicí označuje uhelnou sloj a lichá pak značí průvodní horninu. Označení Výšková kóta Souřadnice X Souřadnice Y Číslo vrstvy vrtu vrstvy HD HD HD HD HD HD HD HD tabulka 1 Způsob importu vstupních dat je na obrázku č.1. Levá část okna slouží pro práci se soubory vrtů.umožňuje jejich načtení, uložení v jakémkoliv podporovaném formátu a také zde lze zobrazit jejich statistika (počet a druhy vrtů, počet vygenerovaných trojúhelníků trigonometrické sítě atd.). Jelikož je GM vytvořen pro zpracování dat z oblasti severních Čech, tak nepodporuje zápornou kótu nadmořské výšky. Poněvadž se v našem případě záporné kóty objevují, tak z tohoto důvodu jsem veškeré výškové kóty vrstev transponoval o 100 m nahoru

3 obrázek Tvorba modelu Samotný import a zobrazení vrtů nám neumožňuje zatím žádnou práci s modelem. Proto je nutné vytvořit obvodovou linii modelu, kterou definujeme oblast pro generování trigonometrické sítě, kterou je pak popsána struktura modelu v každém obecném bodě z hlediska morfologie i jednoduchého rozložení kvalitativních parametrů. Příklad vygenerované trojúhelníkové sítě je zobrazen na Obr.č.2. Jelikož nás v současné době zajímají vztahy jednotlivých vrstev pouze v určité části modelované oblasti (Vesnička soužití), tak jsem detailně zpracoval pouze její okolí.na obr.2 jsou dále znázorněny polygony ohraničující oblast vyrubané sloje č.8, sloje Františka a půdorys plánované vesničky. obrázek 2-3 -

4 2.3 Modelování izolinií Jak již bylo uvedeno, tak v zpracovávané oblasti byla hornická činnost ukončena před více než sto lety, a proto byl obtížnější přístup k získání datových informací. Z tohoto důvodu jsem byl nucen umístit do sítě vrtů taky několik vrtů fiktivních a informace o průběhu jejich horninových vrstev buď odečíst z geologických map nebo odvodit z vrtů sousedních. I z toho důvodu bylo výhodné vytvořit mapu izolinií, která svým způsobem sloužila jako kontrola pro tvorbu fiktivních dat. Příklad izoliniové mapy je na obrázku č. 3 a zobrazuje průběh vrstevnic sloje č.8 (vrstva č.200). Izolinie lze vytvořit pro hlavu, patu vrtu a jakoukoliv další definovanou horninovou nebo uhelnou vrstvu. obrázek Tvorba geologického profilu Tvorba geologických profilů (řezů) je pro nás v současné době nejdůležitějším výstupem z GM, protože slouží jako vstupní data pro další zpracování řešeného úkolu. Pomocí použitého programu lze vytvořit jakýkoliv profil uvnitř oblasti ohraničené obvodovou linií. Aby byly zřetelné průběhy geologických vrstev, bylo nutné vytvořit nějaký kvalitativní parametr, kterým se jednotlivé vrstvy budou odlišovat. K tomuto účelu jsem využil definici tabulky tříd materiálů a vytvořil jsem sedm materiálových tříd. Zjednodušený svislý geologický řez vedený vrty HD28 HV7 HV4 pod komplexem budov Vesničky soužití v oblasti Hrušovského dolu je znázorněn na Obrázku č.4. Vytvořený profil je možno také uložit pro pozdější použití, nebo jej lze zobrazit v 3D prostotu společně s vrty a vygenerovanou plochou (jakékoliv definované vrstvy). Pokud uložíme profil jako soubor s příponou dxf, tak jej můžeme využít pro zpracování v dalších programech (např. AutoCAD Map apod.)

5 obrázek 4 3 Závěr Počítačové modelování se v dnešní době uplatňuje ve stále více průmyslových odvětvích a hornictví není v žádném případě už výjimkou jako dříve. Pravda je, že u povrchového hornictví se s pojmy z oblasti modelování a 3D modelování setkáváme stále častěji, ale náznaky se objevují už i hlubinném dobývání. V současné době se na našem institutu program GM nejvíce využívá pro přípravu vstupních dat pro program Fluent. Tato vstupní data jsou reprezentována půdorysným zobrazením a zejména pak vertikálními geologickými profily (řezy) Dle těchto řezů horninových vrstev se pak tvoří model, který nás informuje o plynopropustnosti (permeability) jednotlivých vrstev. V geologických řezích sestavených v GM lze také znázornit zlomy tektonických nepravidelností, důlní díla a vrty, jejichž vlastnosti lze také využít jako vstupní údaje zmiňovaných programů. Program GM (zvláště pak ve spojení s jeho dalším modulem BM Báňský model) je výborně použitelný na všechny zatím řešené problémy v rámci grantového úkolu Metan. Jeho nespornou výhodou je to, že tvůrce SW je česká firma, a veškeré vzniklé nedostatky a potřeby z naší strany jsou konzultovány a řešeny přímo s výrobcem. V porovnání s velkými zahraničními programovými balíky, které slouží k řešení podobných problémů, je dle mého názoru využití programu Fluent pro naše podmínky zcela přijatelné, hlavně pak cenově, což potvrzují jeho nesčetná nasazení v hornické praxi. 4 Literatura Maňas, I.: Geologický model v98. Manuál KVASoftware Karlovy Vary Lát, J.: Dobývání nízkých ploše uložených slojí ve složitých důlně geologických podmínkách. Dočasná vysokoškolská učebnice Prokop, P.: Plynodajnost a degazace. Skripta VŠB-TU Ostrava