Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Причины возникновения методов оценки достоверности запасов и их целевое назначение 9
1.2. Принципы оценки достоверности 13
1.3. Существующая практика использования принципов оценки достоверности 18
1.4. Существующие численные методы оценки достоверности запасов 20
1.5. Задачи и методы исследований 25
Глава 2. Численные критерии разведанности
2.1. Критерий степени достоверности геометризации формы размещения пласта в недрах 29
2.2. Критерий степени достоверности геометризации мощности 42
2.3. Определение технических погрешностей измерения мощности пласта в скважинах 50
2.4. Формальная категоризация запасов 66
2.5. Применение критериев разведанности для оценки правомерности интерполяции высотных отметок в межскважинном пространстве и проектирования разведочной сети 79
Глава 3. Уравнивание геологоразведочных иэдерений
3.1. Уравнивание мощностей и его применение 85
3.2. Уравнивание высотных отметок пластоподсёчений . 109
3.3. Неформальная классификация запасов 112
Глава 4. Подсчет запасов угля
4.1. Задача подсчета запасов 121
4.2. Подсчет запасов при использовании равновесной интерполяции 123
4.3. Подсчет запасов при использовании весовой интерполяции 136
4.4. Реализация выводов и рекомендаций работы . 140
Заключение 143
Литература 145
- Принципы оценки достоверности
- Критерий степени достоверности геометризации мощности
- Уравнивание высотных отметок пластоподсёчений
- Подсчет запасов при использовании весовой интерполяции
Принципы оценки достоверности
В настоящее время существует большое число официальных руководств, предложений и комментариев по вопросу о принципах оценки достоверности запасов [5, 18, 19, 20, 34, 46, 49, 57, 60, 62, 66, 69, 70, 71, 75, 81, 82, 83, 89, 97, 98, 105, 109, 120,123, 126, 140, 146, 147, 156, 160, 164, 165, 177, 197, 204, 210 и др.], поэтому целесообразно рассматривать их в отношении к установленным целям оценки достоверности. Ее первой целью является выясне ниє погрешности определения количества запасов и их среднего качества. Ей отвечает принцип, основанный на точности подсчета количества запасов и средних параметров залежи. Следующие цели могут быть достигнуты только путем оценки точности геометризации. Разумеется, что каждая из этих трех целей требует некоторой своей степени достоверности, однако вопрос об уровнях этой достоверности выходит за рамки данных исследований и относится к пробле -ме необходимой и достаточной точности разведки.
Степень значимости целей, а следовательно, и роль соответ -ствующих им принципов, не оставалась постоянной на протяжении всей истории развития горнодобывающей промышленности. В период их социалистического становления ведущей целью была точность подсчета количества запасов. Это объясняется высокой мобильностью средств механизации в этот период ( т.е. низким их развитием ), простотой горно-геологических условий, вызванной отработкой верхних горизонтов, а также временным отходом от политики жесткой охраны недр. Все эти причины и привели к широкому развитию указанного принципа оценки достоверности [ 12, 34, 50, 60, 81, 193 ] . В настоящее время горнодобывающая техника стала значительно более специализированной, работает в более сложной горно-геологической обстановке и требования к полноте извлечения полезного ископае -мого значительно повышены. Все это объективно вывело на первый план три последних цели существования оценки достоверности запасов, достигаемых путем установления точности геометризации. Кроме того, т.к. погрешность подсчета запасов определяется ошибками геометризации, последний принцип оценки более широк, чем приня -тый в начале века. Следовательно, уровень достоверности запасов, определенный по надежности геометризации, ограничивает и ошибку подсчета количества запасов ( см., например, работы [134] и [ 157]), ошибку, которая может удовлетворять и требованиям более высоких категорий ( так, в работе [163] установлено, что для рассматриваемого района ошибка количества угля для категории А - 6,2%, а для В - 6,8$), т.е. принцип оценки достоверности по точности геометри-запий более мощен и надежен, чем принцип оценки по ошибке вычис -ления количества запасов. Поэтому оправданный на определенном историческом этапе принцип точности подсчета запасов сейчас пол -ностью утратил свое самостоятельное значение, в связи с чем вызы -вагат возражения современные работы, целью которых является его возрождение ( например, [29, 57, 195] ) и которые необходимо отличать от работ типа [ 175 ] , где вводятся экономические требования к погрешностям в количестве полезного ископаемого, соответствую -щим различным стадиям геологоразведочных работ и потребностям горного производства.
Нами было проанализировано несколько мнений по вопросу о характерных уровнях погрешностей в количестве запасов для различ -ных категорий [II, 34, 50, 60, 81, 116, 134, 156, 192, 203, 209], в результате чего было установлено их изменение с течением времени ( табл. І.І ). Кроме того удалось выявить характер изменения во времени этих требований, в соответствии с которым к 1983 году будут выдвигаться следующие требования к точности: для категории А до 15$, для В до 27$, для Cj до 58$.
Необходимо отметить не совсем верную, но имеющую место практику назначения категорий, заключающуюся в присвоении некондиционным по некоторым показателям, но хорошо разведанным участкам низких категорий запасов. Категория есть мера надежности выявленного количества полезного ископаемого и распределения его свойств, но ни в коем случае не пригодности их к разработке по некоторым экономическим, политическим или этическим соображениям. Это под тверждается не только вскрытыми целями существования рассматриваемых методов, но и самим ходом исторического развития. Так, в вышедшей в 1908 г. работе И.А.Корзухина [76] подробно рассмотрен вопрос экономической оценки месторождений, тогда как о категориях запасов нет ни слова. Академик, Председатель Геолкома Гельмер-сен Г.П. в 1864 году опубликовал работу [33] , где при рассмот -рении одного из месторождений Киевской губернии ( стр. 3-4 ), запасы которого он определил в 249217500 пудов ( "точность", которая свидетельствует о полном отсутствии оценки достоверности - С. Ш.), произведена экономическая оценка путем не только констатащи благоприятных условий разработки, но и расчетом себестоимости угля с последующим сравнением с себестоимостью дровяного топлива. Интересные сведения содержатся и в именном указе Петра I от 18. 12.1696 года, предписывающем рудоплавильному мастеру Александру Левандиану отправиться в г.Томск с геологической экспедицией. Ле-вандиану предлагалось установить, насколько " прочная и прибыль-ная"руда в Каштаке и составить смету с указанием возможной себестоимости серебра: " буде по их опытам в том промыслу явится серебряная прочная, богатая прибыльная руда, и великому государю впредь будет за всякими расходами прочна и в деле учнет серебро
Критерий степени достоверности геометризации мощности
Исходя из принятого контура оценочного блока и современного принципа оценки достоверности, в качестве критерия степени надежности геометризации мощности примем разность между значениями мощностей угольного пласта в точке пересечения диагоналей четы -рехутольного блока, полученных из интерполяции по каждой из них ( рис. 2.1 ). Обозначим эту разность через А и назовем абсолютным дельта-критерием.
Однако, по-видимому, нельзя говорить о плохой разведанности, т.е. о слабом соответствии принятой модели и реального объекта, в том случае, если разность Д целиком может быть объяснена лишь техническими погрешностями измерения мощности угольного пласта в скважинах. Кроме того, необходимо учитывать и мощность пласта, т.к. одно и то же значение дельта имеет различную значимость при различных мощностях пластов ( например, Д = 20 см для метрового и пятиметрового пласта ). Поэтому в качестве классификационного критерия примем относительный дельта-критерий, учитывающий перечисленные выше соображения:где Р - удвоенная среднеквадратическая погрешность измерения мощности пласта; fV - среднее значение мощности в точке пересечения диагоналей четырехугольного блока; ) ПП (J ассимметричная, положительно определенная сигнатура
Для интерполяции мощностей используется обычно линейная интерполяция как наиболее простая [121] . В случае ее применения формула для определения абсолютного ( линейного ) дельта-крите -рия выглядит следующим образом:где 17}і - нормальные мощности пластов в 1-х скважинах; Х,Х - см. формулу ( 2.3 ).Однако должны существовать методы, обладающие более высо -кой разрешающей способностью. Например, косвенная интерполяция, выполняемая путем вычитания топографических поверхностей кровли и почвы пласта, особо рекомендуемая автором П.К.Соболевским в случае двойственности поведения изолиний мощности в рассматриваемом контуре. К сожалению, формализация этого метода предпола -гает аналитическое выражение самих топографических поверхностей, что пока трудно достижимо { учитывая малый объем исходной информации, определяемый требованием независимости диагональных по -строений ).
В предыдущем параграфе было установлено, что поведение кровли и почвы пласта с достаточной точностью описывается кубичес -кой сплайн-функцией { причем дальнейшее увеличение степени сплайна, как показывают специальные исследования [155] , не ве -дет к существенному повышению точности аппроксимации ). Поэтому вертикальная мощность пласта, представляющая из себя разность между " кривыми " кровли и почвы, должна хорошо описываться сплайном. Т.е. идея сплайн-интерполяции мощностей следует из предложения П.К.Соболевского. Предполагая равенство углов падения кровли и почвы пласта в каждой отдельной скважине, можно записать формулу сплайн-интерполяции:где /Vj /Vf - вертикальные мощности пласта в скважинах, между которыми производится интерполирование; р, - см. формулу ( 2.2 ). Оценка точности метода произведена двумя способами [187] . Во-первых, методом разряжения сети. Для этого брались тройки скважин ( 414 штук ), и путем линейной интерполяции вычислялась нормальная мощность пласта в средней скважине, которая сравнивалась с фактическим ее значением. Фиксировалась погрешность . После этого производилась сплайн-интерполяция и устанавливалась погрешность с ( в пересчете на нормальную мощность ). По результатам сопоставления находились корреляционные зависимости вида:
Коэффициенты уравнения, степени тесноты связи ( Г ) и пока -затели их надежности ( j]/L ) приведены в табл. 2.1позволяет заключить, что при расстояниях мезвду скважинами, в два раза превышающих существующие, сплайн-интерполяция в среднем на Q% точнее линейной.
Во-вторых, производилось сравнение результатов линейной и сплайн-интерполяций с материалами горных работ. В качестве таковых брались результаты отработки угольных пластов разрезами п/о " Кемеровоутоль " ( см. пример на рис. 2.II ). По этим материалам производилась линейная и сплайн-интерполяция с опорой на кровлю пласта. В качестве показателей точности бралось взятое в процентах отношение разности площадей сечения пласта по данным горных работ и интерполяции к истинной площади (До/], /sSr ) Сравнение производилось отдельно по моноклиналь -ным и замковым участкам. Значения и соотношения ошибок приведены на рис. 2.12 и позволяют сделать вывод о том, что на моно -клинальных участках ( рис. 2.12.6 ) сплайн-интерполяция точнее линейной в среднем на 18$, а на замковых ( рис. 2.12а ) - на 73$. Для разных типов структур линейная интерполяция дает различные ( с вероятностью,
Уравнивание высотных отметок пластоподсёчений
На основе уравнивания высотных отметок пластоподсечений также можно выделять аномальные замеры и зоны, выбирать вид интерполирования, осуществлять блокировку и категоризацию запа -сов и т.д. Вместе с тем интерпретация результатов уравнивания отметок имеет свои особенности. Во-первых, в отношении аномальных зон. Задача здесь значительно упрощается, т.к. другой причины аномалии высотных отметок, кроме разрывного нарушения, быть не может. Сама идея использования уравнивания высотных отметок для прогнозирования разрывных нарушений базируется на влиянии вертикальных амплитуд смещений на величины ламбда-кри-териев. Так, по пластам шахты " Нагорная " это влияние аппроксимируется формулой:где / / - вертикальная амплитуда разрывного нарушения, м.
Уравнивание высотных отметок пластоподсечений производится аналогично уравниванию мощностей. Вместо формул ( 3.5 ) используются формулы:а вместо абсолютного дельта-критерия используется ламбда-крите-рий.
Анализ результатов уравнивания отметок выполняется еле дующим образом. Для каждой скважины образуется веер градиентов поправок ( рис» 3.9 ), на котором показывается скважина и проводятся направления на ряд ближайших соседних с ней скважия.Ря-дом с каждым направлением выписывается градиент изменения по -правок по нему: где EL , Ej - значения поправок к высотным отметкам в скважинах ІжІ; Lu расстояние между скважинами I и I .
Наличие разрывного нарушения устанавливается исходя из характера поведения градиентов поправок. Если оно отсутствует, то значение I обусловлено только ошибками интерполиро -вания и измерений. Поэтому в этом случае градиенты должны из -меняться плавно, существенно не отличаясь друг от друга { рис. 3.9,6 ). Если нарушение существует, то оно приводит к скачку в значениях градиентов, и на этой основе может быть выделено направление, " разорванное " нарушением { рис. 3.9,а). Таким образом, в основу метода положена идея оценки скорости изменения достоверности запасов. Только наличие разрывного нарушения может привести к резкому изменению этой скорости. При анализе вееров градиентов следует иметь в виду, что направления на сква -жины, принадлежащие различным разведочным линиям, необходимо анализировать отдельно. Это обусловлено тем, что погрешности интерполирования, связанные со сложностью геологического строения и расстояниями, могут быть различны для различных межлиневых пространств.
Имея набор " разорванных " направлений, несложно особенноб) при отсутствии нарушений ( скважина 1608, шх. " Перво майскаяРис. 3.9. Веера градиентов поправок. условиях реальных нерегулярных сетей скважин осуществить трассировку разрывного нарушения.
На рис. ЗЛО и 3,11 приведены примеры применения метода уравнивания высотных отметок для поиска разрывных нарушений, а также его проверка на материалах горных работ. Она показывает, что метод в зависимости от условий способен фиксировать разрывы с амплитудами до І 5 м. На рис. 3.12 приведено положение разрывных нарушений пласта 27 по участку " Ровненский ", выявленное предварительной разведкой 1963 г. ( рис. 3.12,а ). Участок относится к Ш группе геологической сложности, углы падения изменяются от 7 до 83. Применение разработанного метода к этим материалам позволило выявить еще целый ряд нарушений ( рис. 3.12,6 ). Завершаемая к 1983 г. детальная разведка участка подтвердила их наличие и положение. Таким образом, использование метода уравнивания высотных отметок позволяет резко поднять достоверность изучения тектонического строения шахтных полей.
Неформальная классификация запасов производится следующим образом. Во-первых, устанавливается возможность интерполяции высотных отметок в межскважинном пространстве ( см. параграф 2.5 ). Если такой возможности нет, то всем запасам присваивается категория С2» Если она частично возможна, то присваивается части блоков, в которых она неправомерна.
Во-вторых, оценивается возможность интерполяции мощностей ( см. параграф 3.1 ). Если ее не существует, то запасам присваивается категория Cj.
В-третьих, рассчитываются значения критериев разведанностии производится формальная классификация запасов ( см. параграф 2.4 ).
В-четвертых, выделяются блоки, не имеющие самостоятельного значения ( блоки НЕ "). Это блоки, которые окружены со всех сторон участками с более низкими категориями и которые не могут полностью включать в себя выемочные участки ( в силу чего их повышенная достоверность не имеет значения при проектировании). Категория таких блоков снижается до фоновой.
В-пятых, производится анализ результатов уравнивания вы -сотных отметок и трассировка нарушений. Границы блоков, имеющих разрывное нарушение, изменяются в пользу окружающих блок участков с более высокими категориями. Выполняется это путем " стягивания " границ категорий к нарушению.
В-шестых, производится анализ результатов уравнивания мощностей, зольности и т.п. Выделяются блоки, имеющие малое зна -чение дельта-критерия, но большие и непостоянные поправки в вершинах. В этом случае значение дельта вызвано случайными причинами и категория рассматриваемого блока снижается до фоновой. При наличии аномальных зон границы блоков низкой разведанности могут быть изменены в пользу примыкающих,хорошо разведанных участков ( по аналогии с нарушениями ).
Общая схема неформальной классификации приведена на рис. 3.13.В редких случаях необходим бывает учет достоверности раз -ведки по факторам, не учитываемым при классификации. При оценке конкреционосности угольных пластов в Кузбассе используется методика автора [80 ] , в которой результат исследований выдается в виде " вилки " ( например, конкреционосность в пределах от 8 до 12% ). В ряде случаев в такую " вилку " может попа
Подсчет запасов при использовании весовой интерполяции
В случае, если замеры мощностей не могут быть признаны равновесными, подсчет запасов целесообразно производить на основе весовой интерполяции . Неравновесными считаются измерения, веса которых выходят за пределы от 0,9 до 1,1.
Так как весовая интерполяция может быть выполнена только при помощи ЭВМ, то достаточно рассмотреть вопрос о подсчете запасов в пределах треугольника скважин,т.к. применение методов, оценивающих запасы в более сложных контурах, не может, в данном случае, привести к практически значимой экономии трудозатрат.
Объем запасов, заключенный в контуре трех скважин, вычисляется через интеграл ( 4.1 ). Площадь сечения пласта, заклю -ченная между скважинами со значениями весов и мощностей соот -ветственно Pj , Рр и /V/j , 1 12 і определяется при весовой 138где - площадь горизонтальной проекции треугольника скважин; /(Я - значение подинтегральной функции ( 4.18 ) при параметре " X", равном t . Вычисление на ЭВМ объема при помощи формулы ( 4.12 ) не представляет затруднений.
Из рис. 4.6 видно, что возможно три варианта подсчета запасов ( три варианта наименования вершин треугольника ). Ясно, что все три результата должны совпадать между собой, но только в том случае, когда веера весов для каждой скважины определе -ны надежно. Следовательно, разница в объемах запасов служит критерием надежности весовой интерполяции, т.е. она не явля Основные положения диссертационной работы использовались при проектировании геологоразведочных работ, оценке их достоверности и при разработке автоматизированных систем управле -ния и проектирования.
В 1979 г. в результате анализа проекта детальной разведки Западной прирезки к полю "Дальние горы" автором было предложено исключить из него три скважины глубиной 283, 262 и 241 м и как расположенные на достаточно изученных площадях. Стоимость анализа в соответствии с "Нормами трудозатрат на производство опытно-промышленных работ по оценке достоверности результатов геологоразведочных работ" составило 213 рублей.
Так как стоимость комплекса геологоразведочных работ в условиях Западной прирезки составляет 39,9 руб. на I метр скважины, то общая стоимость проекта уменьшилась на 3I36I руб. Таким образом, в соответстствии с"Методикой определения экономической эффективности использования в угольной промышлен -ности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений" ( М., 1978 ) фактичесішй экономический эффект от внедрения разработанной методики составил 31 тыс.руб. В дальней -шем рекомендации автора учитывались на стадии проектирования геологоразведочных работ. В настоящее время Кузбасский политехнический институт по заказу треста "Кузбассуглеразведка" ведет разработку автоматизированной системы проектированиягеологоразведочных работ ( "СПС" ), в основу которой положены критерии разведанности и метод уравнивания геологоразведочных измерений. Эта работа включена в план важнейших исследований Всесоюзного научного хозрасчетного объединения ( № Г.P. 0I820075I79 ). Первая очередь системы должны быть передана в эксплуатацию в 1985 году.
Повышение надежности оценок достоверности разведанных запасов объективно ведет к снижению объемов списаний угля и проведения бросовых выработок, а также к повышению надежности и эффективности проектных и управленческих решений. По -этому трест "Кузбассуглеразведка" , Мартайгинская ГРЭ ПГО "Запсибгеология" используют разработанную методику при оценке достоверности результатов геологоразведочных работ.
Особую роль оценка достоверности запасов стала приоб -ретать в последнее время в связи с разработкой и внедрением в угольную промышленность АСУ и САПР. Основные положения диссертационной работы использованы Институтом угля СО АН СССР при создании банка данных "Шахтное поле" являющегося основой угольных САПР и АСУ , Институт ВНИИУуголь широко использовал их при разработке комплекса задач обработки геологической информации для планирования и управления горными работами на Нерюнгринском разрезе ПО "Якутуголь", который рассматривается в качестве типовой для углеразрезов Минуг -лепрома СССР.
Кроме внедрения основных положений работы осуществлено и внедрение отдельных элементов ее. Определение ошибок измерения мощностей, произведенное для Ишидейского месторождения, использовано Нижнеудинскои ГРЭ ПГО "Иркутскгеология" для обос нованйя методики выбора подсчетных мощностей. Анализ точности скважинных измерений в условиях Итатского участка Канско-Ачинского бассейна являлся одним из аргументов при принятии
