Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса и задачи исследований 11
1.1. Геологические и горнотехнические условия разработки Верхнекамского месторождения калийных солей 11
1.2. Существующие представления о механизме газодинамических явлений 18
1.3. Анализ методов регионального прогноза газодинамических явлений в калийных рудниках 24
1.4. Анализ методов локального прогноза газодинамических явлений в калийных рудниках 27
1.5. Анализ методов текущего прогноза газодинамических явлений в калийных рудниках 32
1.6. Цель и задачи исследований 33
2. Математические модели прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям 35
2.1. Общие сведения 35
2.2. Математическая постановка задачи прогнозирования зон, опасных по ГДЯ 40
2.3. Параметрическая модель прогноза на основе линейного дискриминантного анализа 44
2.4. Выводы 49
3. Создание базы данных для разработки методов регионального и локального прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям 51
3.1. Общие сведения по газодинамическим явлениям 51
3.2. Формирование общей выборки данных по геологическим параметрам 54
3.3. Формирование обучающей выборки 63
3.4. Выводы 72
4. Разработка методов прогнозирования опасных по газодинамическим явлениям зон на сильвинитовых пластах 74
4.1. Получение решающих правил для прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям из кровли пласта КрП 75
4.2. Получение решающих правил для прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям при отработке пласта АБ 82
4.2.1. Решающие правила для прогноза зон, опасных по ГДЯ, при сильвинитовом составе пород пласта Б 83
4.2.2. Решающие правила для прогноза зон, опасных по ГДЯ, при смешанном составе пород пласта Б 89
4.3. Выводы 94
5. Построение прогнозных карт и оценка адекватности метода прогноза практике ведения горных работ 96
5.1. Метод прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям 96
5.2. Оценка адекватности метода прогноза зон, опасных по ГДЯ, практике ведения горных работ 101
5.3. Выводы 105
Заключение 107
Список литературы 109
- Существующие представления о механизме газодинамических явлений
- Математическая постановка задачи прогнозирования зон, опасных по ГДЯ
- Формирование общей выборки данных по геологическим параметрам
- Получение решающих правил для прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям при отработке пласта АБ
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Разработка сильвинитовых пластов Верхнекамского месторождения калийных солей существенно осложняется газодинамическими явлениями (ГДЯ), которые в большинстве случаев наносят значительный материальный ущерб калийным предприятиям и представляют реальную угрозу жизни горнорабочих. В решение задач прогноза и предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках внесли вклад многие известные исследователи. Внедрение результатов их исследований в практику ведения горных работ позволило сократить число ГДЯ в калийных рудниках. Однако проблема газодинамических явлений по-прежнему остается весьма актуальной. В настоящее время применяемые на практике методы прогнозирования зон, опасных по ГДЯ, учитывают малое количество анализируемых параметров и, зачастую, завышают вероятность возникновения ГДЯ, что приводит к необоснованному отнесению до 80% площадей шахтных полей к зонам, опасным по ГДЯ. Для повышения точности прогноза требуется дальнейшее совершенствование существующих и разработка новых методов прогнозирования зон, опасных по ГДЯ, на сильвинитовых пластах Верхнекамского месторождения.
Современный уровень развития вычислительной техники и программного обеспечения позволяет за короткие сроки на основе пространственно ориентированных баз данных получать достаточно достоверные геостатистические модели геологических параметров для шахтных полей калийных рудников, проводить многовариантные расчеты математических моделей с использованием различных статистических процедур. Применение накопленного опыта построения математических моделей методов прогнозирования газодинамических явлений и современного программно-технического аппарата позволяет получать адекватные реальным условиям математические модели прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям.
Цель работы — разработка методов прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, при разведке и разработке сильвинитовых пластов Верхнекамского месторождения калийных солей.
Основная идея диссертационной работы - прогнозирование зон, опасных по газодинамическим явлениям, на сильвинитовых пластах рассматривается как статистическое распознавание образов с использованием формализации процедуры формирования обучающих выборок и применением роба-стных (устойчивых) оценок при получении решающих правил.
Основные задачи работы:
выявить закономерности распределения газодинамических явлений и определить интервалы изменения значений геологических параметров в местах ГДЯ и по шахтным полям южной части Верхнекамского месторождения;
исследовать особенности применения параметрических и непараметрических методов для построения математической модели прогнозирования опасных по ГДЯ зон на сильвинитовых пластах Верхнекамского месторождения;
разработать математическую модель метода прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, для сильвинитовых пластов Верх-некамского месторождения;
сформировать обучающие выборки данных по результатам геологоразведочных работ и получить решающие правила для отнесения участков сильвинитовых пластов к опасным и неопасным по газодинамическим явлениям зонам;
построить прогнозные карты зон, опасных по газодинамическим явлениям на шахтных полях Верхнекамского месторождения калийных солей и оценить адекватность результатов прогноза зон, опасных по ГДЯ, практике ведения горных работ.
Основные научные положения, выносимые на защиту;
Формализация процедуры формирования обучающих выборок для зон, опасных и неопасных по газодинамическим явлениям, обеспечивается кластеризацией по заданным интервалам изменения значений геологических параметров.
Математическая модель метода прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям, включающая процедуру пошагового дискриминантного анализа с робастными оценками.
Прогнозирование зон, опасных по газодинамическим явлениям, при разведке и разработке сильвинитовых пластов может проводиться с помощью решающих правил, полученных с использованием классических и робастных процедур линейного дискриминантного анализа.
Научная новизна:
разработан способ формирования достоверных обучающих выборок по соответствию заданным интервалам изменения значений геологических параметров;
разработана математическая модель метода прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям, на основе линейного дискриминантного анализа с использованием робастных оценок, позволяющая повысить надежность многофакторного прогнозирования;
разработан метод прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, при разведке и разработке сильвинитовых пластов, позволяющий проводить многофакторное прогнозирование с помощью робастных решающих правил.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- корректной постановкой теоретических задач и строгостью приме
няемого математического аппарата;
соответствием известным теоремам и аксиомам математической статистики и многомерного анализа данных;
большой представительностью данных в обучающих выборках (более 800 наблюдений геологических параметров, характеризующих соответственно опасные и неопасные по газодинамическим явлениям зоны);
высокой вероятностью правильной дискриминации участков сильвинитовых пластов КрП и АБ шахтных полей калийных рудников в южной части Верхнекамского месторождения разработанным методом прогнозирования на опасные и неопасные по газодинамическим явлениям зоны, которая в среднем составляет соответственно 0,96 и 0,94;
адекватностью результатов прогнозирования практике ведения горных работ на сильвинитовых пластах КрИ и АБ шахтных полей калийных рудников в южной части Верхнекамского месторождения, которая составляет соответственно 95% и 92%.
Практическое значение результатов исследований заключается в следующем:
разработан метод прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, при разведке и разработке сильвинитовых пластов;
построены прогнозные региональные и локальные карты зон, опасных по газодинамическим явлениям, для сильвинитовых пластов КрП и АБ в условиях калийных рудников БКПРУ-1, БКПРУ-2 и БКПРУ-4.
Реализация результатов работы. Результаты исследований по разработке метода прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, реализованы в "Руководстве по прогнозу зон, опасных по газодинамическим явлениям, для условий рудников ОАО "Уралкалий", которое вошло в "Специальные мероприятия по безопасному ведению горных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей в условиях газового режима в ОАО "Уралкалий" (технологический регламент)", Пермь-Березники, 2004.
Личный вклад автора заключается:
в постановке задач исследований и разработке методических решений;
в разработке способа формирования достоверных обучающих выборок по соответствию заданным интервалам изменения значений геологических параметров;
в разработке математической модели метода прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям;
в разработке метода прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, при разведке и разработке сильвинитовых пластов.
В изданных в соавторстве научных публикациях соискатель разработал теоретические и методические положения, принимал непосредственное участие в сборе данных, экспериментальных работах, анализе полученных результатов, составлении карт, схем, получении графиков, диаграмм, аналитических зависимостей, написании текста и его редактировании.
Апробация результатов диссертационной работы. Отдельные разделы и материалы диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции "Проблемы рудничной аэрологии и безопасной разработки месторождений полезных ископаемых" (Кунгур, 2004), на научных сессиях Горного института УрО РАН (Пермь, 2001, 2002, 2003, 2004) и технических совещаниях по безопасности горных работ в ОАО "Уралкалий".
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Содержание работы изложено на 122 странице машинописного текста и содержит 22 рисунка, 11 таблиц, список использованной литературы состоит из 132 наименований.
Автор выражает глубокую признательность д.г.-м.н. А.И.Кудряшову и к.г.-м.н. А.Ф. Сметанникову за внимание к проводимым исследованиям и оказанную помощь в процессе работы над диссертацией.
При проведении шахтных исследований и внедрении результатов работы автору была оказана помощь ведущими специалистами ОАО "Уралкалий" А.И. Шумахером, В.А. Лештаевым., Ю.А. Малковым, В.И. Платыгиным, А.В. Харинцевым, за что автор выражает им искреннюю благодарность.
Краткая характеристика содержания диссертационной работы.
Первая глава посвящена обзору современного состояния проблемы газодинамических явлений в калийных рудниках, существующих представлений о механизме газодинамических явлений и анализу методов их прогнозирования.
Во второй главе описаны исследования общих правил и методов построения математических моделей, получения наиболее адекватных реальным условиям моделей прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, на Верхнекамском месторождении калийных солей.
В третьей главе исследованы горно-геологические условия возникновения газодинамических явлений на Верхнекамском месторождении, дано описание созданной базы данных по геологическим параметрам южной части Верхнекамского месторождения, сформированы общая и обучающие выборки по пластам КрП и Б, определены статистические параметры и проведен предварительный разведочный анализ исходных данных.
В четвертой главе разработаны математические модели и получены решающие правила прогнозирования опасных по газодинамическим явлениям зон на пластах КрИ, Б сильвинитового и смешанного составов.
В пятой главе дано описание метода прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, построены прогнозные карты по шахтным полям рудников БКПРУ-2, БКПРУ-4 и южной части Верхнекамского месторо-
ждения в целом. Проведена оценка адекватности полученных моделей практике ведения горных работ.
В заключении обобщены результаты исследований в соответствии с поставленными задачами и сформулированы основные выводы по диссертационной работе.
Существующие представления о механизме газодинамических явлений
Анализ существующих моделей механизма газодинамических явлений в шахтах и рудниках показал, что в зависимости от того, какой фактор положен исследователем в основу ГДЯ, возникает та или иная гипотеза модели его развязывания и протекания. Однако все они сводятся к необходимости создания критических нагрузок на среду и исходят из основных положений энергетической теории разрушения.
Модель выброса угля и газа Вередой B.C. представляется как результат освобождения энергии тектонических напряжений в некоторых областях при нарушении устойчивого равновесия в массиве [8]. Авторы ряда работ отмечают, что выброс происходит под действием энергии сжатого газа [9-11]. В работах Галушко В.П. и Николина В.И. предполагается, что выброс угля и газа является результатом освобождения накопленной потенциальной энергии массива при переходе его из объемного напряженного состояния к сжатию по двум осям и упругому восстановлению по третьей [12, 13]. Достоверность разработанных гипотез доказывается многими фактами, однако, они не позволяют объяснить всех условий, при которых происходят выбросы угля, пород и газа.
Наиболее известны и фундаментальные гипотезы и модели, разработанные Христиановичем С.А., Ходотом В.В., Кузнецовым СВ., Петуховым И.М., Линьковым A.M., Петросяном А.Э. [14-18]. В основу их положена энергетическая природа: ГДЯ происходят в среде с определенными физико-механическими свойствами при нарушении ее неустойчивого равновесного состояния, в результате чего накопленная массивом потенциальная энергия от горного давления и давления газа переходит в энергию кинетическую. Возникновение этой гипотезы послужило началом теоретических исследований по разработке математических моделей газодинамических явлений.
В дальнейшем анализе гипотез и моделей не будем рассматривать многочисленные аналитические решения для выбросов угля, породы и газа, а более подробно рассмотрим модели ГДЯ в калийных рудниках.
Механизм внезапных выбросов соляных пород и газа подробно описан Проскуряковым Н.М. в работах [19, 20]. Эта модель основана на условии послойного отрыва, определяющим энергетическую сторону процесса, и базируется на выводе основных расчетных формул Христиановича СА. [14, 15]. В модели рассматривается процесс развития выброса при возникновении волны дробления при отсутствии предохранительной призабойной полосы или в случае ее мгновенного разрушения. Модель выброса построена следующим образом. При выделении газа из породы у свободной поверхности последней в очень тонком слое образуется и поддерживается большой перепад давления (в случае быстрого перемещения свободной поверхности). Распространение волны дробления вглубь массива приводит к выбросу соли и газа. Эта модель достаточно полно отражает действия газового фактора: разрушение и дробление породы совершаются под влиянием быстро выделяющегося газа. Для раздробленной породы построена схема волны выброса, распространяющейся под действием энергии расширения сжатого газа. В развитии выброса участвует газ, находящийся в пространстве между частицами породы и сорбированный на поверхности этих частиц, а также содержащийся в частицах и способный к мгновенному выделению в процессе дробления. Для получения параметров волны выброса (скорость распространения, давление в волне выброса) использованы основные законы и соотношения газовой динамики: уравнения сохранения массы, изменения количества движения, энергетического баланса. Представленная модель выброса учитывает изменение давления газа, прочностные свойства пород, их пористость, скорость движения свободной поверхности, но, к сожалению, в ней отсутствует учет деформационных свойств пород и влияния вмещающих пород. Отсутствует анализ влияния «защитного» слоя (пачки) на механизм развития выброса. Исследования Проскурякова Н.М. явились некоторым дополнением и дальнейшим развитием аналитических исследований, выполненных Христиановичем С.А. В основу модели механизма выброса соли и газа Проскуряковым Н.М. положен процесс последовательных (послойных) отрывов газом слоев частиц с обнажаемых поверхностей и выполнено исследование его динамики.
Математическая постановка задачи прогнозирования зон, опасных по ГДЯ
Исходя из поставленной цели, на основе комплекса геологических па раметров определить к опасной или неопасной зоне по газодинамическим яв-лениям относится какой-то конкретный участок шахтного поля или месторождения, математической моделью будет решающее правило, при подстановке значений в которое можно будет с максимально возможной вероятностью дать оценку рассматриваемому участку [103-106].
В математической постановке получение решающего правила сводится к определению конечного набора горно-геологических параметров, их интервалов значений, присущих как опасным, так и неопасным по ГДЯ зонам, а также нахождение наиболее эффективных, с точки зрения вероятности, статистических процедур [107-112].
Формально каждая запись имеющихся геологических данных представляет собой многомерное наблюдение в Р-мерном пространстве с конеч-ным набором признаков X. Совокупность наблюдений, относящихся к одно v му классу Di, образует "облако" в этом же пространстве. Поэтому для ус пешного прогнозирования необходимо, чтобы "облако" из Д- было сконцен-тривано в некоторой области Rj пространства X и в область R( попала незначительная часть Dj, соответствующая другому классу. В общем случае построение решающего правила для отнесения многомерного наблюдения к тому или иному классу можно рассматривать как задачу поиска к непересекающихся областей Rj (/=1, А:), удовлетворяющих указанным условиям.
Известно большое число методов распознавания образов для построения решающих правил по обучающей выборке или, так называемой, статистической классификации, которые подразделяются на две группы: параметрические методы и непараметрические методы [113-120]. В параметрических методах получения решающих правил для прогнозирования традиционно используются предположения об однородности обучающих выборок для каждого класса, измерении всех компонент векторов признаков X, принадлежности условных вероятностных распределений к многомерному гауссовскому семейству, независимости выборочных значений. Наиболее известным из параметрических методов является линейный дискриминантныи анализ, основанный на линейных дискриминантных функциях (ЛДФ). Дискриминантныи анализ на основе ЛДФ характеризуется строгим математическим обоснованием, физической интерпретируемостью, наглядным представлением результатов. Недостатками данного метода являются требования к однородности выборок, принадлежности к многомерному нормальному распределению и независимости выборочных значений.
Непараметрические методы получения решающих правил для прогнозирования игнорируют априорные исходные предположения об однородности выборки каждого класса, наличие измерений всех компонент вектора признаков, гауссовость условных вероятностей распределения признаков. Наиболее известными непараметрическими методами являются метод "к-ближайших соседей" и метод Розенблатта-Парзена [121, 122]. Эти методы отличаются относительной простотой, хорошо работают при прогнозировании, но требуют постоянного запоминания обучающих выборок и характеризуются высокой чувствительностью к малым объемам обучающих выборок, при которых риск ошибочной классификации резко возрастает, что наглядно представлено на рис.2.1 [123]. Как видно на рис.2.1, коэффициент робастно-сти (устойчивости), представляющий собой относительное увеличение вероятности ошибки классификации, при объеме обучающей выборке больше 20 для непараметрических методов в 2-4 раза больше, чем для линейного дискриминантного анализа на основе ЛДФ.
Для случая двух классов использование линейных дискриминантных функций основывается на двух предположениях. Первое предположение состоит в том, что области Rj и R2, где сконцентрирована основная часть объектов, соответствующих классам D] и D2 (опасные и неопасные по ГДЯ зоны), могут быть разделены (р-1) - мерной гиперплоскостью. Уравнение такой гиперплоскости и представляет собой выражение (2.13). Здесь а\, а2,...ар коэффициенты, характеризующие наклон гиперплоскости к координатным осям, а Ь - параметр, характеризующий расстояние гиперплоскости до начала координат. Гиперплоскость (2.13) разбивает -мерное пространство на два полупространства Rj и R2, которые определяются неравенствами.
Статистика Махалонобиса может быть использована для проверки значимости полученной дискриминантной функции. Если многомерное распределение предположить нормальным, то D2 - статистика распределена как %2 cp(q-l) степенями свободы. Сравнивая расчетное значение D с % при 5 %-м уровне значимости при D2 х2 можно говорить о том, что полученные линейные дискриминантные функции имеют смысл и могут использоваться как решающие правила при прогнозировании. На стадии разведочного анализа устанавливаем, что объекты из Д- (i=l,2) распределены согласно многомерному нормальному закону с одинаковой ковариационной матрицей. Следовательно, решающие правила (2.14) на основе линейных дискриминантных функций (2.10) и (2.11) являются наилучшими, т.е. доставляют функционалу (2.1) наименьшее возможное значение.
Необходимо отметить еще один весьма важный момент при нахождении решающих правил посредством линейных дискриминантных функций. Если на стадии разведочного анализа установлено «засорение» обучающих выборок «выбросами» и эти аномальные наблюдения могут представлять определенный интерес при исследованиях, то целесообразно использовать процедуры оценки параметров распределения, нечувствительные к структуре данных. Такие процедуры оценивания называются робастными или устойчивыми [120, 124-126]. Могут использоваться следующие робастные процедуры в подстановочном дискриминантном анализе при получении устойчивых решающих правил: винзоризованные оценки, усеченные оценки, весовые оценки Хьюбера, кусочно-линейные М-оценки Хампеля. При наличии искажений в обучающих выборках и использовании в решающих правилах классических оценок параметров распределений, вероятность ошибочного прогноза значительно увеличивается, поэтому необходимо использовать устойчивые оценки. Если в обучающей выборке присутствуют «выбросы», то можно использовать любую из приведенных устойчивых оценок. Если обучающая выборка из распределений с «тяжелыми хвостами» или отличных от нормального, то лучше использовать весовые оценки Хьюбера или Хампеля [124, 125].
Формирование общей выборки данных по геологическим параметрам
В общую выборку данных по геологическим параметрам включены результаты подземных геологоразведочных работ, предоставленные геологическими службами рудников БКПРУ-1, БКПРУ-2 и БКПРУ-4, а также данные о строении и химическом составе пород пластов и междупластий по результатам детальной разведки. Всего в общую выборку вошли данные по следующим пластам и междупластьям: КрШ, КрШ-КрП, КрИ, КрП-КрІ, КрІ, А-Кр1, А, Б, Б-В, 1-й слой пласта В. Данные по выше и ниже залегающим пластам во многих точках отсутствуют, поэтому не дают представительной выборки.
Общая выборка представляет собой базу данных, подготовленную в формате электронных таблиц Microsoft Excel, и включает в себя в зависимости от пласта до 1690 записей, как по поверхностным, так и по подземным скважинам, а также точкам бороздового опробования. По каждому пласту представлены следующие показатели: номер скважины, абсолютная отметка залегания кровли пласта, мощность пласта, процентное содержание в пласте КС1, NaCl, MgCl2, Br, CaS04, нерастворимого остатка.
Наибольший интерес с точки зрения информативности общей выборки для построения математической модели прогнозирования опасных по газодинамическим явлениям на сильвинитовых пластах представляют геологические параметры и данные о химическом составе пород пластов КрИ и АБ. К сожалению, недостаток сведений о строении пласта В не позволяет учесть их в получаемой модели. Тогда как породы пласта В играют существенную роль в образовании очагов ГДЯ, происходящих из кровли при отработке пласта АБ. Однако, исходя из современных позиций физико-геологического механизма образования очагов ГДЯ, можно предположить, что в процессе образования очагов ГДЯ участвуют также породы пластов, залегающих ниже или выше пласта, в котором сформировался очаг.
Газонасыщенные рассолы по микро- и макротрещинам проникали из нижележащих пластов вверх по разрезу, а также по латерали, вовлекая тем самым в процесс изменения первичных свойств соляных пород тех пластов, через которые они проходили. С этой точки зрения геохимический состав пород пласта Б представляет наибольший интерес, т.к. он изменяется от каменной соли до карналлита. Приуроченность ГДЯ к локальным зонам эпигенетических преобразований, геологическим нарушениям и местам контакте пород различного состава достаточно изучена [123, 130].
После проведения предварительного разведочного анализа имеющихся в общей выборке данных принято решение в общей и обучающей выборках рассматривать геохимическое строение пород пластов, при отработке которых зафиксированы ГДЯ - КрП и Б.
На рис.3.4-3.7 представлены гистограммы распределения значений, включенных в общую выборку по пласту Б, следующих параметров: абсолютной отметки кровли и мощности пласта Б, содержания хлористого калия (КС1), хлористого магния (MgCb), хлористого натрия (NaCl), брома (Вг), сульфата кальция (CaSC ) и нерастворимого остатка в породах пласта Б по рудникам ОАО "Уралкалий".
Как видно из представленных выше гистограмм и проведенного разведочного статистического анализа общей выборки по рудникам, все значения параметров, за исключением мощности пласта Б (БКПРУ-1) и содержания хлористого магния (БКПРУ-4), входят в одну общую выборку. Отличие дисперсии в несколько раз в выборках по рудникам БКПРУ-1 и БКПРУ-4 мощности пласта Б и содержания в нем хлористого магния объясняется различием состава пород на шахтных полях. Так, шахтном поле рудника БКПРУ-1, по имеющимся в выборке данным, преобладает смешанный состав пород пласта Б, т.е. увеличенная мощность пласта и повышенное содержание MgCb в породах. В выборке данных по шахтному полю БКПРУ-4 максимальные значения мощности пласта Б и содержания в его породах MgCl2 составляют соответственно 3,3 м и 1,05%, что говорит о преобладании сильвинитового состава пород. Поэтому в дальнейшем при построении решающих правил принято рассматривать раздельно выборки по сильвинитовому и смешанному составу пород пласта Б [131, 132].
Получение решающих правил для прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям при отработке пласта АБ
Учитывая физико-геологический механизм образования очагов ГДЯ, для получения решающего правила отнесения участков пласта АБ южной части Верхнекамского месторождения к зонам, опасным по ГДЯ, приняты к рассмотрению горно-геологические параметры пласта Б. В базе данных по данному пласту содержится 1309 записей из них валидных, т.е. имеющих значения по каждому горно-геологическому параметру 956 записей. Данных по газодинамическим явлениям при отработке пласта АБ имеется 98 записей. В каждой точке зафиксированного ГДЯ с использованием геостатистической интерполяции получены значения по каждому показателю.
Разведочный анализ исходных данных показал неоднородность общей выборки, отклонение распределения от нормального и наличие в выборке "тяжелых хвостов". Химический состав пласта Б по всему шахтному полю неоднороден - от каменной соли до карналлита.
Принято решение рассматривать общую выборку исходных данных с разделением по составу пород пласта Б на сильвинитовый и смешанные соли. Критерий отнесения пород пласта Б к сильвинитовому составу - содержание КС1 не менее 22% и содержание MgCb не более 1%, к смешанным солям — содержание КС1 не менее 22% и содержание MgCb свыше 1%. Выборки данных по каменной соли и карналлиту не рассматриваются, т.к. пласт АБ при таком составе пород не отрабатывается и не зафиксировано ни одного случая ГДЯ. В таких точках целесообразно принимать априори, что они относятся к опасным по ГДЯ зонам, т.к. состав пород пласта отличен от нормального состава.
В базе данных по южной части Верхнекамского месторождения содержится 841 точек наблюдений, из них валидных, т.е. имеющих значения по каждому горно-геологическому параметру, 613. Газодинамических явлений при отработке пласта Б сильвинитового состава зафиксировано 45 случаев. По каждому случаю с использованием геостатистической интерполяции получены значения по всем параметрам. В табл.4.3 и 4.4 представлены основные статистики всех параметров по выборке исходных данных и по случаям ГДЯ при отработке пласта Б сильвинитового состава.
Формирование обучающей выборки проводилось таким же способом, как при формировании обучающей выборке по пласту КрП. Задавались интервалы (минимальное и максимальное значения) для создания кластеров по каждому параметру. Общая выборка по каждому параметру разделялась на два кластера. Если рассматриваемый параметр в точке наблюдения не входил в заданный интервал, то ему присваивалось новое значение равное 0, в противном случае — 1. При соответствии всех горно-геологических условий в точке наблюдения условиям в местах возникновения ГДЯ суммарный бал составлял 7, точка наблюдения в этом случае относилась к группе 2, т.е. входила в опасную зону. Если же суммарный бал меньше 7, то в этом случае точка наблюдения относилась к группе 1 (неопасная по ГДЯ).
Повторная классификация групп показала, что из 45 случаев ГДЯ к опасной зоне отнесены при использовании: классических процедур - 37 (82,2% от общего числа ГДЯ); робастных процедур - 42 (93,3%). Поэтому в данном случае предпочтительнее использовать решающее правило, полученное при применении робастной процедуры с весовыми оценками Хьюбера.
Всего в базе данных по пласту Б смешанного состава южной части Верхнекамского месторождения содержится 366 записей из них валидных, т.е. имеющих значения по каждому горно-геологическому параметру 248 записей. Газодинамических явлений при отработке пласта Б сильвинитового состава зафиксировано 53 случаев. По каждому случаю с использованием геостатистической интерполяции получены значения по всем параметрам. В табл.4.5 и 4.6 представлены основные статистики всех параметров по общей выборке и по случаям ГДЯ при отработке пласта Б сильвинитового состава.
Обучающая выборка сформирована описанным выше образом. Условием отнесения точки наблюдения из выборки исходных данных к опасной или неопасной по ГДЯ зоне являлось максимальное соответствие горногеологических условий в рассматриваемой точке условиям в местах проявления ГДЯ. После анализа выборки горно-геологических параметров в местах проявления ГДЯ заданы интервалы (минимальное и максимальное значения) для создания кластеров по каждому параметру. При соответствии всех горногеологических условий условиям возникновения ГДЯ суммирующая по всем параметрам равна 7, в этом случае точка наблюдения в этом случае относится к группе 2, т.е. входила в опасную зону. При значении суммирующей по всем параметрам меньше 7, точка наблюдения относится к группе 1 (неопасная по ГДЯ).
После очистки записей с пропущенными значениями и кластеризации всех данных по пласту Б смешанного состава получилась следующая выборка. Всего наблюдений 301, из них отнесенных к неопасным по ГДЯ (1 группа) - 230 записей, к опасным по ГДЯ (2 группа) - 71.
Линейный дискриминантный анализ обучающей выборки проводился с использованием классических оценок, весовых оценок Хьюбера и усеченных оценок с уровнем усечения 0,1. Коэффициенты линейных дискриминантных функций и результаты классификации представлены ниже.
