Nr 117 Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej Nr 117 Studia i Materiały Nr 32 2006 Paweł P. ZAGOŻDŻON*, Anna ŁAGOWSKA** przestrzenne modelowanie cyfrowe, historia górnictwa, Kowary, Kletno WYKORZYSTANIE NARZĘDZI PROJEKTOWYCH OPROGRAMOWANIA GEOLOGICZNO-GÓRNICZEGO DO WIZUALIZACJI DAWNYCH KOPALŃ PODZIEMNYCH DOLNEGO ŚLĄSKA Przedstawiono metodę konstruowania trójwymiarowych modeli w środowisku programu Datamine Studio. Zaprezentowano przykłady wizualizacji dawnych kopalń podziemnych Dolnego Śląska. Modele 3D, animowane w czasie rzeczywistym, umożliwiają komunikatywne przekazywanie informacji na temat dawnych złóż, pozwalają też na precyzyjne analizy ich budowy geologicznej. Mogą więc znaleźć zastosowanie zarówno w badaniach geologicznych, jak też w ramach dydaktyki i popularyzacji nauki. 1. WSTĘP Licznie występujące na terenie Sudetów dawne wyrobiska podziemne stają się terenem różnorodnych badań. Jednym ze sposobów ich dokumentowania jest tworzenie cyfrowych modeli przestrzennych. Modele takie umożliwiają nowoczesne spojrzenie na budowę geologiczną interesujących, cechujących się bardzo skomplikowaną budową złóż. Znajdą też zastosowanie w dydaktyce i szeroko pojętej promocji wiedzy związanej z historią górnictwa. Na Wydziale Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej w takim celu wykorzystywane jest środowisko programu geologiczno-górniczego Datamine Studio. Program ten posiada bardzo rozbudowany zestaw narzędzi projektowych, przewidzianych do prowadzenia kompleksowej obsługi kopalń. W ramach prac omawianych w artykule wykorzystano jedynie ich niewielką część, pozwalającą na import i selekcję danych liczbowych, edycję punktów i łańcuchów punktów, wybór i edycję kształtu oraz wymiarów przekroju poprzecznego wyrobisk górniczych, a także tworzenie modeli sieciowych wyrobisk i struktur geologicznych [5]. W artykule przedstawiono metodykę prac oraz przykłady niektórych dotychczasowych * Politechnika Wrocławska, Instytut Górnictwa, 50-051 Wrocław, pl. Teatralny 2 ** 67-300 Szprotawa, ul. H. Sawickiej 2
384 rozwiązań: modele sieci wyrobisk i soczew fluorytowych kopalni Kopaliny w Kletnie, wizualizację powierzchni kontaktowej granitowej intruzji karkonoskiej w rejonie Kowar Górnych oraz odpowiednie modele morfologii terenu. Analizowane złoża cechują się, charakterystyczną w przypadku obszaru Sudetów, złożoną ewolucją i budową geologiczną. Konsekwencją tego jest równie skomplikowany układ wyrobisk kopalń. Działalność górnicza w rejonie Kletna rozpoczęła się prawdopodobnie w poł. XIV w., a w kolejnych stuleciach eksploatowano tu rudy żelaza, srebra i miedzi [2]. Okres intensywnej rozbudowy kopalni Kopaliny nastąpił po II wojnie światowej w związku z poszukiwaniem i eksploatacją rud uranu oraz fluorytu [2, 3]. Eksploatacja rud żelaza w Kowarach Górnych datuje się od roku 1148 i trwała do wieku XVI. Kolejny okres prowadzenia intensywnych prac górniczych i połączonego z tym głębokiego rozpoznania złoża przypadł na wiek XIX i I poł. XX w., gdy pozyskiwano rudy żelaza i uranu [1]. 2. METODYKA PRACY I PRZYKŁADY MODELI Stworzenie cyfrowych modeli dawnych kopalń (zarówno układu wyrobisk, jak i struktur geologicznych) wymaga zazwyczaj wykorzystania informacji z archiwalnych map i przekrojów zawartych w dokumentacjach geologicznych lub fragmentarycznych danych z nielicznych materiałów publikowanych. W przypadku modeli kopalni Kopaliny w Kletnie było to opracowanie Duszyńskiego i Posadowskiego [3], zaś przy konstruowaniu modeli kopalni Wolność w Kletnie m. in. prace Mochnackiej [6, 7] i Zimnoch [11] a także archiwalna mapa geologiczna w skali 1:5000 [4] i wyniki badań własnych [8, 9]. Po zeskanowaniu materiałów kartograficznych i wprowadzeniu ich do pamięci komputera dokonano digitalizacji wybranych struktur (osie wyrobisk, kontury ciał i powierzchni geologicznych). Polegała ona na precyzyjnym odczytaniu współrzędnych X, Y za pomocą programu Surfer. Rzędne poszczególnych punktów lub ich zespołów wprowadzano ręcznie na podstawie opracowań kartograficznych. Zbiory danych typu mierniczego (X, Y) dla każdego z wyrobisk zestawiono w plikach typu *.xls. Pliki te, oprócz współrzędnych XP i YP wprowadzonych z programu Surfer oraz współrzędnej ZP wprowadzonej ręcznie, zawierały numer łańcucha punktu PVALUE oraz numery punktów leżących na danym łańcuchu PTN. Pliki typu *.xls, w celu późniejszego wykorzystania ich w środowisku projektowym Datamine, zapisywano jako tekst oddzielony znakami tabulacji o rozszerzeniu *.txt. Opracowanie przestrzennych modeli powierzchni terenu objęło digitalizację izolinii w cięciu co 10 metrów oraz cieków wodnych, dróg i linii kolejowych [5]. Prace wykonane w programie Datamine rozpoczęto od importu plików z rozszerzeniem *.txt, zawierających współrzędne łańcuchów punktów odpowiadających poszczególnym wyrobiskom lub granicom litologicznym oraz elementom morfologii terenu i ciekom.
385 W przypadku kopalni Kopaliny w Kletnie wczytane dane wymagały licznych edycji punktów leżących na kolejnych łańcuchach oraz nadania im odpowiednich atrybutów, w celu wyodrębnienia poszczególnych wyrobisk w całym modelu kopalni [5]. Ostatnim elementem obróbki danych było wykonanie modeli sieciowych. Wizualizacja kopalni Kopaliny w Kletnie objęła stworzenie modeli sieciowych wyrobisk oraz morfologii terenu (rys. 1) [5]. Digitalizowane osie sztolni zostały wytyczone środkiem spągu wyrobisk górniczych uwidocznionych na mapach, którym zadano przekrój poprzeczny 3,0 2,5 m. Wizualizacja ukazała układ poszczególnych poziomów eksploatacyjnych, naśladujący przebieg powierzchni tzw. nasunięcia Kletna, z którym przestrzennie związane były strefy mineralizacji uranowej i fluorytowej. Konstrukcję szczegółowych modeli soczew fluorytowych oparto o plany podstawowe w skali 1:200 [3]. Wykonano wizualizacje soczew różniących się formą i rozmiarami (8 24 m), ale wykazujących konsekwentny kierunek zapadania nawiązujący do orientacji nasunięcia Kletna (rys. 2). Rys. 1. Model kopalni Kopaliny i morfologii terenu, widok z S [5] Fig. 1. The 3D model of Kopaliny mine and the land surface, NE view [5] Odmiennego rodzaju modele skonstruowano opracowując dane dotyczące złoża Wolność w Kowarach Górnych [10]. W oparciu o wyżej wspomniane materiały archiwalne oraz wyniki własnych prac terenowych stworzono wizualizacje powierzchni kontaktowej granitowej intruzji Karkonoszy i wschodniej osłony metamorficznej. Uzyskano możliwość ukazania jej faktycznego, niezwykle skomplikowanego przebiegu
386 (rys. 3). Elementem opracowania był również model sieciowy morfologii terenu ponad kopalnią Wolność (rys. 4). Rys. 2. Model soczew fluorytowych nr 3 i 6 w kopalni Kopaliny, widok z NE [5] Fig. 2. The 3D model of fluorite lenses No. 3 and 6 in Kopaliny mine, NE view [5] Rys. 3. Przestrzenny model powierzchni kontaktu granitowego masywu Karkonoszy z osłoną metamorficzną, wschodnia część pola Wulkan, kop. Wolność w Kowarach Górnych (wg danych [11]) Fig. 3. The 3D model of Karkonosze granite contact surface, western part of Wulkan mining field, Wolność mine in Kowary Górne (according to data from [11])
387 Rys. 4. Model morfologii terenu ponad kopalnią Wolność w Kowarach Górnych [11] Fig. 4. The model of land surface over Wolność mine in Kowary Górne [11] 3. WNIOSKI Wykorzystanie środowiska projektowego Datamine Studio pozwala na tworzenie przejrzystych przestrzennych modeli kopalń i złóż sudeckich, charakteryzujących się skomplikowaną budową. Modele układu wyrobisk będą wykorzystywane jako podstawa dla interpretacji przebiegu granic litologicznych i tektonicznych, co pozwoli na nowoczesne rozwiązywanie budowy tych złóż. W dalszej perspektywie przewiduje się budowanie modeli umożliwiających szacowanie kubatury wyrobisk, pierwotnych zasobów złóż itd. Tworzone wizualizacje, z możliwością ich przemieszczania i rotacji w czasie rzeczywistym, są też doskonałym narzędziem dla dydaktyki i promocji wiedzy związanej z historią górnictwa. W szczególności przyczynić się mogą do uatrakcyjniania podziemnych tras turystycznych. Jako pierwsze, na Podziemnej Trasie Turystyczno-Edukacyjnej w Starej Kopalni Uranu w Kletnie, zostaną wykorzystane modele złoża Kopaliny. LITERATURA [1] ADAMSKI W., Kowarskie kopalnie rud żelaza i uranu. W: Grodzicki A., Lorenc M.W., Uczniowie Agricoli, materiały z konferencji górniczej w Kowarach z 1999 roku, Jelenia Góra, 2002, s. 136 153.
388 [2] CIĘŻKOWSKI W., Surowce mineralne doliny Kleśnicy oraz ich eksploatacja. W: Jahn A, Kozłowski S., Wiszniowska T. (red.), Jaskinia Niedźwiedzia w Kletnie. Badania i udostępnianie. Ossolineum, 1989, s. 137 146. [3] DUSZYŃSKI Z., POSADOWSKI T., Dokumentacja geologiczna złoża fluorytu na kop. Kopaliny. Przemysł Arsenowy w Złotym Stoku, Dział Geologiczny kop. Kopaliny, 1954. [4] Геологическая карта восточного и юго восточного контактов Испалиновогорской гранитной интрузии (b. r., bez autora) [5] ŁAGOWSKA Anna: Przestrzenny model wyrobisk nieczynnej kopalni rud polimetalicznych w Kletnie na tle budowy geologicznej obszaru złożowego, Praca magisterska, archiwum Wydz. Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej, 2005, niepublikowana. [6] MOCHNACKA K., Minerały kruszcowe złoża polimetalicznego w Kowarach (Dolny Śląsk), Pr. Min. 4, 1966, s. 5 66. [7] MOCHNACKA K., Geologia polimetalicznego złoża w Kowarach (Dolny Śląsk), Przegl. Geol. 40, 1967, s. 5 60. [8] ZAGOŻDŻON K., ZAGOŻDŻON P.P., Kontakt masywu Karkonoszy z osłoną metamorficzną w sztolni w Kowarach Górnych, Przegl. Geol., vol. 45, nr 1, 1997, s. 414 418. [9] ZAGOŻDŻON K., ZAGOŻDŻON P.P., Wybrane sztolnie Sudetów w aspekcie możliwości ich udostępnienia, Pr. Nauk. Inst. Górn. PWr. 85, Studia i Materiały 27, 1998, s. 139 147. [10] ZAGOŻDŻON K., ZAGOŻDŻON P.P: The 3-D visualisation of Karkonosze granite contact surface in the environs of Kowary Górne, Min. Soc. of Poland, Spec. Papers, vol. 20, 2002, s. 237 239. [11] ZIMNOCH E., Seria magnetytowa Kowar, Biul. Inst. Geol. 171, 1961, s. 7 75. USE OF DESIGN TOOLS OF THE GEOLOGY-MINING PACKAGE FOR VISUALISATIONOF FORMER LOWER SILESIAN UDERGROUND MINES The method of making 3D models with use of Datamine Studio software was presented in this paper at the examples of visualizationn of former underground mines in Lower Silesia. 3D models are animated in real time, that allow communicative transfer of information about old deposits and are useful for presice analysis of their geology. Such models can be used in geological investigations as welle as in learning and knowledge popularization.