WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie

Transkrypt

1 WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Materiały Warsztatów str Jacek CHEŁMIŃSKI*, Maciej TOMASZCZYK*, Grzegorz CZAPOWSKI*, Marcin SŁODKOWSKI*, Piotr KOLONKO** * Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa ** KSK Kłodawa, Kłodawa Zintegrowany system modelowania przestrzennego zjawisk wodnych w Kopalni Soli Kamiennej Kłodawa jako narzędzie prognozowania zagrożeń dla eksploatacji Streszczenie W artykule przedstawiono główne założenia koncepcyjne dotyczące systemu modelowania i wizualizacji przestrzennej zarejestrowanych zjawisk wodnych w kopalni soli Kłodawa, który powstał jako efekt współpracy PIG Warszawa i kopalni soli Kłodawa. Scharakteryzowano podstawowe narzędzia i sposoby archiwizacji danych, wybrano właściwą zdaniem autorów technologię, platformę systemową oraz serwer i język programowania. Aby wygenerować model wystąpień zagrożeń wodnych zaimplementowana baza danych musi zawierać następujące informacje: lokalizację zjawiska wodnego (a zwłaszcza wycieków i wypływów wód), jego natężenie i budowę geologiczną otoczenia, jak również dane o jakości wypływających wód i gazów oraz właściwościach mechanicznych skał otaczających. Finalny model przestrzenny wystąpień zjawisk wodnych w kopalni soli Kłodawa pozwoli, zdaniem autorów, na wykazanie związków pomiędzy miejscem wystąpienia zjawiska w obrębie wysadu solnego a budową jego otoczenia, a tym samym na zlokalizowanie potencjalnych miejsc wystąpienia zagrożeń wodnych. 1. Wstęp W trakcie wieloletniej eksploatacji złoża soli w Kłodawie została zgromadzona bogata dokumentacja geologiczna górotworu (np. Werner 1972) oraz dokumentacja związana z zagrożeniami wodnymi występującymi w kopalni. Duża ilość zgromadzonych danych wymusiła opracowanie koncepcji numerycznego uporządkowania informacji o budowie geologicznej złoża oraz zarejestrowanych w kopalni zjawiskach wodnych (pojęcie to obejmuje: wycieki, zawilgocenia i wypływy). Konsultacje z pracownikami Działu Mierniczo-Geologicznego i Ochrony Środowiska kopalni Kłodawa pozwoliły sprecyzować cel planowanego przedsięwzięcia, którym będzie budowa przestrzennego modelu rozmieszczenia zjawisk aktywnych i nieczynnych, zarejestrowanych prac wydobywczych oraz wskazanie ewentualnych zagrożeń związanych z tymi zjawiskami. Przy konstrukcji bazy danych umożliwiającej planowaną wizualizację wykorzystano wcześniejsze doświadczenia autorów w budowie baz danych i modeli 3D budowy geologicznej cechsztyńskich pokładowych złóż soli kamiennej (Chełmiński i in. 2006; Rossa i in. 2005). 23

2 J. CHEŁMIŃSKI i in. - Zintegrowany system modelowania przestrzennego zjawisk wodnych 2. Koncepcja budowy zintegrowanego systemu dla modelowania wystąpień zjawisk wodnych w kopalni Kłodawa Podstawowym narzędziem gromadzącym dane archiwalne kopalni Kłodawa będzie baza danych. Początkowo do realizacji tego zadania wybrano serwer bazy danych zarządzany przez SZBD (System Zarządzania Bazą Danych) MS Access pracujący pod systemem operacyjnym MS Windows. Podczas budowy zintegrowanego systemu zastosowano kaskadowy model realizacji projektu, pozwalający stworzyć listę działań koniecznych do budowy systemu informatycznego. Metodyka ta obejmuje następujące elementy: prace analityczne, faza projektu, faza implementacji, wdrożenie, eksploatacja. Przy formułowania założeń i celów projektu geolodzy z kopalni Kłodawa określili wymagania i potrzeby stawiane planowanemu systemowi informacyjnemu i zaproponowali kierunki jego dalszego rozwoju. Dzięki sprecyzowaniu założeń możliwa była budowa modelu logicznego bazy danych, w oparciu o który podczas prac projektowych wygenerowano tablice danych, określono właściwości poszczególnych pól i przestawiono ich wzajemne relacje (rys. 1 i 2). Rys.1. Proponowany schemat menu głównego dla bazy danych obserwowanych zjawisk wodnych w kopalni Kłodawa (aplikacja MS Access) Fig. 1. Main menu of water phenomena database in the Kłodawa mine (MS Access application) 24

3 WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Główne tablice systemu będą przechowywały następujące informacje (rys. 1): lokalizację zjawiska współrzędne x, y, rzędna, numer pola, azymut, upad, data zaobserwowania zjawiska, określenie litologii skał otaczających (rys. 2); jednostki chronostratygraficzne, wydzielenia litostratygraficzne, lokalne wydzielenia litostratygraficzne dla utworów otoczenia zjawiska (wg terminologii zawartej w tablicach słownikowych); rejestrację wydajności zjawisk i daty pomiaru zjawiska; zestawienia wydajności zjawisk wartości maksymalne, średnie i minimalne; parametry geochemiczne solanek zjawisk; dodatkowo baza danych może przechowywać informacje o własnościach mechanicznych soli oraz przeprowadzonych badaniach gazowych. Rys. 2. Okno rejestracji kart zjawisk zbudowane w oparciu o technologię WWW Fig. 2. GUI (Graphic User Interface) of water phenomena registration card construed after WWW technology 25

4 J. CHEŁMIŃSKI i in. - Zintegrowany system modelowania przestrzennego zjawisk wodnych Zestawienie powyższych danych będzie podstawą budowy przestrzennego modelu lokalizacji zjawisk wodnych w kopalni Kłodawa, który umożliwi wskazanie miejsc potencjalnego wystąpienia zagrożenia wodnego, pozwoli też ocenić globalną wielkość wypływu wód z górotworu. Podczas prac projektowych powstała koncepcja budowy bazy danych opartej na technologii WWW (World Wide Web). Zaproponowano, aby platformą systemową został program Linux SUSE 10.xx., który jest platformą typu Open Source. W przypadku komercyjnego korzystania z systemu operacyjnego SUSE istnieje możliwość uzyskania wsparcia technicznego od jego producenta firmy Novell Corporation. Ustalono, że serwerem bazy danych będzie SZBD MySQL, charakteryzujący się następującymi cechami: jest serwerem typu Open Source Software, może pracować na dowolnej platformie systemowej, jest dostępny dla wielu użytkowników z poziomu przeglądarki (Internet Explorer, Mozilla, Opera itp.), zapewnia bezpieczeństwo danych poprzez elastyczny i bezpieczny system praw i haseł, pozwalający na ich weryfikację na podstawie dostępu do komputera centralnego (ang. host), jest relacyjnym systemem zarządzania bazą danych, jest szybki, niezawodny i łatwy w użyciu, jest systemem działającym w technologii klient/serwer składającym się z wielowątkowego serwera SQL (Structure Query Language). Jako rozwiązanie aplikacyjne został użyty język programowania PHP. Jest to język programowania charakteryzujący się następującymi cechami: jest programem Open Source, jest systemem wieloplatformowym, można go uruchomić na niemal każdym systemie operacyjnym Windows, Linux, Mac i na większości unixów, zawiera dużą liczbę bibliotek, które znacznie ułatwiają budowanie serwisów internetowych, zawiera wiele wbudowanych narzędzi, które ułatwiają pracę z MySQL. Dla potrzeb projektu została opracowana metodyka importu danych, zawartych w archiwalnych materiałach piśmiennych, umożliwiająca automatyczne zapełnienie bazy danych informacjami niezbędnymi do wielopoziomowych analiz. Opracowano zestaw sparametryzowanych zapytań do bazy, dzięki którym powstały dedykowane raporty. Eksport danych z bazy następuje przy pomocy opracowanych skryptów SQL, tworzących zestawienia w postaci plików *.txt. Dane w plikach *.txt są rozdzielone separatorami, tak aby ich import z oprogramowania, np. MS Office, oraz do oprogramowania modelującego bryły odbywał się automatycznie. Dla rozwiązań analitycznych wykorzystano oprogramowanie GRASS-GIS wersja 6.xx ( ParaView ( oraz oprogramowanie własnego autorstwa. Zdaniem autorów wymienione oprogramowanie umożliwia wykonanie trójwymiarowego (3D) modelu poszczególnych sekcji kopalni, w których stwierdzono zjawiska wodne (rys. 3). 26

5 WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie yello poziom / level mine 690 poziom / level mine 750 wycieki / water phenomena w Rys. 3. Wizualizacja 3D lokalizacji zjawisk wodnych w części kopalni soli w Kłodawie na tle przestrzennego obrazu przebiegu chodników i komór pomiędzy poziomami 690 i 750. Fig. 3. 3D image of water phenomena location in the part of Kłodawa mine (between levels 690 and 750) with the galleries and chambers pattern 3.Podsumowanie Przedstawiana koncepcja budowy zintegrowanego systemu informatycznego będzie niezbędnym narzędziem do oceny ryzyka związanego z zagrożeniami wodnymi w kopalni. Opracowany przez pracowników Państwowego Instytutu Geologicznego oraz kopalni soli Kłodawa projekt przewiduje, że budowa zintegrowanego systemu składać się będzie z trzech etapów: 1. Budowa bazy danych w celu cyfrowej rejestracji danych archiwalnych zgromadzonych w kopalni. 2. Budowa modelu przestrzennego obrazującego: lokalizację zjawisk wodnych, ich zmienność, wydajność, skład chemiczny wód ze zjawisk objętych monitoringiem oraz budowę geologiczną otoczenia zjawisk. 3. Analiza zagrożeń oraz wskazanie korelacji między miejscem wystąpienia zjawiska w obrębie wysadu solnego a budową geologiczną. Zgromadzone dane w bazie oraz dokumentacje geodezyjno-kartograficzne posłużą do wygenerowania przestrzennego modelu budowy kopalni z uwzględnieniem jej głównych elementów infrastruktury takich jak: szyby, chodniki, itp. Uzyskane dane o wydajności poszczególnych zjawisk posłużą do wygenerowania czterowymiarowego modelu 4D (x, y, z + czas) aktywności poszczególnych zjawisk oraz określenia tendencji zmian. 27

6 J. CHEŁMIŃSKI i in. - Zintegrowany system modelowania przestrzennego zjawisk wodnych Dane geologiczne pozyskane w trakcie eksploatacji oraz dane z wierceń rozpoznawczych zostaną użyte w przyszłości do konstrukcji modelu 3D budowy geologicznej wysadu kłodawskiego, ułatwiającego właściwe i ekonomiczne planowanie prac wydobywczych. Wizualizacja w postaci brył 3D oraz 4D wszystkich sekcji kopalni będzie pomocna przy podejmowaniu decyzji o kierunkach dalszej eksploatacji oraz pozwoli ocenić możliwość wystąpienia zagrożenia wodnego związane z planowanymi pracami górniczymi, np. aktywację starych i możliwość powstania nowych zjawisk, zwiększenie tempa zaciskania starych i nowych wyrobisk, itp. Literatura [1] Chełmiński J., Rossa M., Tomaszczyk M. 2006: Modelowanie przestrzenne budowy geologicznej pokładowych złóż soli kamiennej numeryczny model przestrzenny cechsztyńskiego złoża soli Mechelinki nad Zatoka Pucką. Prz. Geol. 54, nr 4, [2] Rossa M., Chełmiński J., Czapowski G. 2005: Zastosowanie metod cyfrowania komputerowego dla modelowania przestrzennego (3D) osadowych złóż surowców mineralnych na przykładzie permskiego złoża soli kamiennej w rejonie LGOM. Technika Poszukiwań Geologicznych, Geosynoptyka i Geotermia 44, [3] Werner Z. 1972: Dokumentacja geologiczna zasobów złoża soli kamiennej kopalni soli Kłodawa w Kłodawie kat. A + B + C, CAG PIG, Warszawa, ss Integrated 3d modeling system of water phenomena in Kłodawa Salt Mineas a tool for predicting the water hazards Presented concept of integrated informatics system enabling 3D modeling of registered water phenomena in the salt mine Kłodawa was construed by the scientists from the Polish Geological Institute and the geologists of mine geological service. It will be realized in three steps: 1. construction of data base structure for digital registration of archive informations owned by the mine (discussed in the paper), 2. creation of 3D model of water phenomena in the mine, illustrating their location, intensity and chemical fluctuations of monitored ones and geology of adjacent areas (as the practical usage of database), 3. analysis of existed water hazards, based on relations between registered phenomena parameters (physical and chemical ones) and characteristics of diapir geological structure. Informations from this data base and geodetic-cartographic documentations enable as the final product creation of 3D model of salt mine with its infrastructure elements as shafts, galleries and caverns as well as located water phenomena. Intensity data allow to prepare the 4D (3D + time) image of activity of individual phenomenon and defining its evolution tendencies in the past and in the future. Registered data obtained due to mine exploitation and from prospecting wells will enable to construe in the future the 3D model of Kłodawa diapir geological structure simplifying the proper and economic management in the mine. Przekazano: 31 marca 2007 r. 28