Содержание к диссертации
Введение
Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1. Проблема качества добываемых руд в горной промышленности 8
1.2. Формирование качества руд при добыче 16
1.3. Состояние работ по моделированию геологических объектов и исследованию изменчивости качества руд 19
1.4. Задачи исследования , 22
Глава 2. ГОРНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕСТОРОЖДЕНИЯ 24
2.1. Краткая горно-геологическая характеристика Урупского месторождения 24
2.2. Статистический анализ геолого-промышленных параметров месторождения 32
2.2.1. Изменчивость статистических характеристик по типам руд 32
2.2.2. Характеристика изменчивости оруденения. 36
2.3. Горно-геометрический анализ технологических блоков как основа динамической геометризапии 47
Выводы 69
Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОЙ ГЕОМЕТРИЗАЩИ МАЛОМОЩНЫХ МЕЩНОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 71
3.1. Анализ методов прогнозирования качества руд 71
3.2. Методика прогнозирования качества руд в недрах для геометризадии. 77
3.2.1. Методика построения моделей псевдодинамических рядов качества руд 77
3.2.2. Моделирование изменчивости качества руд в технологических блоках месторождения 81
3.3,. Прогнозирование показателей качества руд в слаборазведаняых участках на основе информации по эксплуатируемым участкам 96
Выводы 107
Глава 4. ДИНАМИЧЕСКАЯ ГВОМЕГРИЗАЩЯ НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 108
4.1. Техническое и программное обеспечение современных графопостроителей 108
4.2. Структура и особенности математического обеспечения решения задач динамической геометризации. III
4.3. Автоматизация решения задач динамической геометризации 115
4.4. Использование результатов геометризации качественных показателей руд для формирования их качества 124
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 131
- Проблема качества добываемых руд в горной промышленности
- Краткая горно-геологическая характеристика Урупского месторождения
- Анализ методов прогнозирования качества руд
- Техническое и программное обеспечение современных графопостроителей
Введение к работе
В соответствии с директивами республики Заир по плану развития народного хозяйства предусмотрена интенсивная разработка рудных, особенно меднорудных, месторождений, которые составляют более чем Ъ0% от общего числа месторождений страны.
Совершенствование горной промышленности Заира будет осуществляться путем концентрации высокопроизводительных и комплексно-механизированных предприятий, изыскания наиболее эффективных методов разработки месторождений, комплексного использования сырья.
Одним из основных факторов, определяющих эффективность работы горных предприятий, является качество добываемых руд. В основе управления качеством руд с целью достижения требуемого уровня их однородности лежит достоверная геолого-маркшейдерская информация, характеризующая закономерности пространственного размещения руд в недрах.
Изучение изменчивости качественных показателей руд базируется на данных предварительной, детальной и эксплуатационной разведок месторождения. При этом основой для планирования добычных работ в режиме усреднения являются результаты опробования скважин предварительной и детальной разведок, так как эксплуатационная разведка проводится на участках, последовательность отработки которых установлена на стадии предварительной и детальной разведок.
В связи с этим возникает проблема геометризации участков месторождения, вводимых в эксплуатацию, с учетом выявленных закономерностей распределения качественных показателей на отработанных участках месторождения.
Особо остро эта проблема стоит на месторождениях, имеющих рудные тела малой мощности при горизонтальном и наклонном их залегании. В этих условиях практически невозможно использовать традиционные методы прогнозирования показателей качества руд на нижележащие горизонты по установленным закономерностям распределения показателей на отработанных участках.
Поэтому разработка метода динамической геометризации качественных показателей на слаборазведанных участках меднорудных месторождений, имеющих рудные тела малой мощности при горизонтальном и пологом их залегании, является актуальной научной задачей.
Целью работы является установление закономерностей построения стохастических моделей псевдодинамических рядов качества руд для разработки метода динамической геометризации качественных показателей на слаборазведанных участках меднорудных месторождений, позволяющего повысить надежность планирования добычных работ при формировании руд стабильного качества.
Идея работы заключается в использовании стохастических моделей для установления закономерностей пространственного оруде-нения и динамической геометризации слаборазведанных участков месторождений непосредственно в процессе эксплуатации.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна: - разработан метод геометризации слаборазведанных участков месторождения, отличающийся тем, что при учете поступления геолого-маркшейдерской информации в процессе добычных работ использованы стохастические модели псевдодинамических рядов качества руд, аппроксимирующие изменчивость показателей качества в отработанных блоках для любого характера их распределения, установлены области адекватности стохастических моделей на основании псевдодинамических рядов качества руд при проведении геометризации в блоках нижележащих горизонтов при их низкой разведанности, установлено, что типизация эксплуатационных блоков по степени изменчивости в них качественных показателей руд обеспечивает обоснование классов и параметров стохастических моделей для динамической геометризации маломощных месторождений.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: использованием представительных статистических данных, характеризующих распределение качества руд на меднорудных месторождениях, - достаточно высокой точностью и удовлетворительной сходи мостью прогнозных оценок, полученных предложенными методами, с их фактическими значениями (погрешность прогнозных оценок не превышает 10-15$ при достоверности 95$).
Значение работы. Научное значение работы состоит в обосновании и установлении классов, параметров и области адекватности стохастических моделей качества руд при проведении динамической геометризации маломощных меднорудных месторождений при любом характере распределения на них качественных показателей руд,что позволяет сформулировать задачу геометризации геологических показателей в некотором элементарном объеме, основываясь на методе теории случайных функций.
Практическое значение работы заключается в разработке "метода динамической геометризации маломощных меднорудных месторождений" , позволившего разработать "Методические указания по геометризации нижних горизонтов Урупского месторождения" и провести геометризацию слаборазведанных горизонтов месторождения для различных периодов планирования горных работ в условиях республики Заир.
Реализация выводов и рекомендаций работы. "Методические указания по геометризации нижних горизонтов Урупского месторождения" будут использованы при планировании горных работ для формирования стабильного качества руд на меднорудных месторождениях республики Заир.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались на научных семинарах кафедры геологии Московского горного института (1982-1983), на Республиканской научно-технической конференции "Применение математических методов и ЭВМ в геологии" (г.Новочеркасск,1983), "Научно-технические проблемы повышения эффективности работ и совершенствование маркшейдерской службы на горных предприятиях страны" (г.Свердловск, 1984).
Автор искренне благодарен научному руководителю проф., докт.техн.наук Ершову В.В. за постоянный интерес к работе и научно-методическую помощь, а также канд.техн.наук Ермолову В.А. за помощь при проведении исследований и обсуждении результатов.
Проблема качества добываемых руд в горной промышленности
На современном этапе научно-технического прогресса наибольшее внимание уделяется повышению эффективности производства и качества продукции. Для горной промышленности как базовой отрасли народного хозяйства это направление интенсивного развития определяет необходимость повышения полноты и комплексности использования минерального сырья и увеличении темпов добычи полезных ископаемых при постоянном усилении требований к охране и рациональному освоению недр. В общем случае оно означает обеспечение народного хозяйства сырьем, наиболее подготовленным для последующей переработки, что позволяет произвести больше, готовой продукции без увеличения исходного объема минерального сырья.
По аналогии с качеством промышленной продукции [зз] , качество минерального сырья рассматривается как совокупность свойств полезных ископаемых, обуславливающих их пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением. Качество разных видов минерального сырья характеризуется комплексом разнообразных показателей. Среда них основными являются признаки, отражающие химический и минеральный составы, текстурно-структурные особенности, физико-механические,. физико-химические и технологические свойства полезных ископаемых и вмещающих горных пород.
В зависимости от вида минерального сырья различные показатели его состава и свойств входят в понятие "качество", что зависит от условий промышленного использования минерального сырья и технологии его переработки [52] . Так, качество полезных минералов и кристаллов определяется их содержанием и совокупностью показателей, характеризующих специфические физические свойства. Качество полезных горных пород определяется по совокупности физико-технических свойств, устанавливаемой их промышленным назначением.
Качество металлических, химических и агрономических руд определяется их химическим и минеральным составом и характеризуется содержанием полезных компонентов и вредных примесей. Для руд металлов при оценке качества большое значение имеют не только главные, но и сопутствующие компоненты, которые даже при небольших содержаниях могут представлять значительную ценность. Например, такие элементы, как платиноиды в медно-никелевых рудах, кобальт магнетитових месторождений, серебро, золото, кадмий, теллур, селен, индий, галлий в медно-полиметаллических рудах часто повышают ценность месторождений по главным полезным компонентам вдвое, а запасы их выше, чем на крупных самостоятельных месторождениях.
Вредные примеси существенно влияют на оценку качества некоторых руд. Они снижают ценность сырья, ухудшают свойства конечной продукции, а в ряде случаев делают крайне сложной возможность их переработки и использования.
Технологические свойства минерального сырья определяют возможности его переработки для промышленного использования и также относятся к качественным показателям. Трудно перечислить заранее всю совокупность технологических свойств, ибо они устанавливаются в зависимости от выбранной схемы переработки. Вместе с тем, можно показать, что технологические свойства зависят многочисленных факторов, среди которых ведущими являются: минеральный (фазовый) состав сырья, распределение полезных компонентов и вредных примесей по отдельным минералам; форма и размеры минеральных зерен, характер их взаимосрастаний, текстуры и структуры минеральных агрегатов; физические и физико-химические свойства минерального сырья в целом и слагающих его полезных минералов; свойства вмещающих пород и жильной массы.
Рассмотренные показатели качества являются единичными и характеризуют собой какую-либо из сторон общего понятия. Наряду с ними используются групповые характеристики, например, промышленные типы и технологические сорта полезных ископаемых. Промышленные типы выделяют при геологических исследованиях по морфологическим, генетическим и минералого-петрографическим признакам с учетом основных свойств, обусловливающих технологическую схему переработки руд. Технологические сорта выделяются в пределах промышленных типов с учетом детальных качественных отличий, определяющих особенности технологии переработки.
Все рассмотренные выше показатели определяют общий уровень качества руд, влияют на качество и номенклатуру конечной товарной продукции горного производства и технико-экономические показатели перерабатывающих руду производств (обогатительной фабрики, металлургического завода). Однако важен не только абсолютный уровень качественных характеристик, но и изменчивость (стабильность или колеблемость) этого уровня качества.
Краткая горно-геологическая характеристика Урупского месторождения
Урупское месторождение является типичным представителем месторождений медноколчеданной формации, связанных обычно с раннегеосинклинальными вулканогенными толщами базальтовой магмы. Месторождение расположено в пределах Лабино-Малкинской тектонической зоны, выделяемой в северо-западной части Передового хребта Северного Кавказа. Вместе с другими медноколчедан-ными месторождениями - Власинчихинским, Скалистым и Первомайским - оно образует Урупское рудное поле.
В геологическом строении Урупского рудного поля принимают участив породы среднего и верхнего палеозоя, мезозоя и кайнозоя. Среднепалеозойские образования представлены комплексом вулканогбнно-осадочных пород нижнего и среднего девона, которые достаточно отчетливо разделяются на две толщи: нижнюю - терри-генную и верхнюю, являющуюся рудовмещающей, - вулканогенную. Нижняя толща сложена филлитами и филлитовыми сланцами, подчиненными пластовыми телами кварц-плагиоквазовых порфиритов и тонкими прослоями песчаников и туфогенных пород.
Располагающаяся выше вулканогенная толща подразделяется на несколько горизонтов (снизу вверх): диабазовых порфиритов и их туфов; кварцевых альбитофиров и их туфов; туфов среднего состава, переслаивающихся с кремнистыми туффитами; туфов кварцевых порфиров.
Медноколчеданные месторождения Урупского рудного поля локализуются в разных частях разреза вулканогенной толщи. Так, Главная залежь Урупского месторождения находится в основании горизонта туфов среднего состава. Власинчихинское месторождение залегает несколько ниже - в горизонте альбитофитов, а Скалистое - в горизонте диабазовых лорфиритов и их туфов.
Все породы среднего палеозоя подверглись региональному метаморфизму и достаточно интенсивно дислоцированы. В пределах рудного поля они образуют две широкие антиклинальные складки запад-северо-западного простирания (Урупскую и Власинчихинскую), разделенные синклинальным перегибом. Урупское месторождение располагается на южном крыле одноименной антиклинальной структуры. Складчатые структуры осложнены многочисленными разрывными нарушениями.
Верхнепалеозойские отложения обнажаются на дневной поверхности юго-западнее Урупского месторождения по левым притокам р.Уруп, на самом же месторождении они вскрываются буровыми скважинами. Представлены верхнепалеозойские образования красноцветными конгломератами и песчаниками, слабо дислоцированными и залегающими на подстилающих породах девона с резким угловым несогласием. Возраст их определяется как нижнепермский.
Отложения мезозоя представлены мощным комплексом терри-генных пород (конгломераты, полимиктовые песчаники, алевролиты, аргиллиты) пород нижней горы. Они трансгрессивно с резким угловым несогласием залегают на пенепленизированной поверхности пород палеозоя и образуют пологие складки общекавказского простирания. Четвертичные образования представлены делювием склонов и аллювиальными отложениями современных и древних речных террас.
Урупское месторождение, как уже отмечалось, приурочено в стратиграфическом разрезе к комплексу вулканогенно-осадоч-ных пород девонского возраста. Всего на месторождении известно 50 рудных тел, основным иа которых является Главная рудная залежь, в которой сосредоточено около 90$ запасов. Главная залежь представляет собой крупное пластообразное тело сплошных и вкрапленных руд, залегающее согласно с вмещающими породами и разбитое послерудными тектоническими нарушениями на различной величины блоки, смещенные друг относительно друга.
Структурные условия размещения Главной рудной залежи определяются положением месторождения в южном крыле Урупской антиклинали. Залежь имеет запад-северо-западное простирание и южное падение под углом от 10 до 60 (в среднем 30-40).
По простиранию рудная залежь прослежена более чем на 1,5 км, по падению - на 1,0 км. Мощность ее изменяется без видимых закономерностей от нескольких сантиметров до 36,5 м. В плане залежь грубоизометрична с неровными контурами, а в разрезе представляет собой единое тело, либо группу сближенных пластообразных тел, разделенных прослоями вмещающих пород. В пределах залежи наблюдается флексурообразные изгибы, где мощность рудного тела заметно возрастает. Обычно такие изгибы совпадают с изменением залегания вмещающих пород.
Анализ методов прогнозирования качества руд
Прогнозирование качества руд в недрах понимают как совокупность логико-вычислительных процедур, результатом которых является вероятностная оценка качественных показателей руд в недрах или потоке [53] . На стадии детальной и эксплуатационной разведки месторождения получают информацию о пространственной изменчивости качества руд в недрах, которую понимают как реализацию случайных функций, что позволяет решить проблему прогнозирования качества руд в рамках единой теории. Таким образом прогнозирование представляет собой количественное определение значения пространственной переменной в условиях неопределенности геологической информации на слаборазведанных участках месторождения.
С целью прогнозирования качества руд используют разные методы прогнозирования. В настоящее время наиболее эффективными являются методы, которые базируются на анализе динамических рядов качества руд. Динамический ряд - это последовательность наблюдений упорядоченная по пространству, которая может иметь какую-то тенденцию, цикл, сезонные движения или случайные флуктуации. Случайные флуктуации могут быть описаны только с помощью вероятностных характеристик случайных функций [82] . Колебание динамических рядов рассматривается как комбинация систематических и случайных составляющих структуры рядов. С точки зрения теории случайных функций динамические ряды разделяются на стационарные и нестационарные.
Прогнозирование качества руд в недрах для их формирования является важным звеном в процессе геометризании слаборазведан-ных згчастков месторождения. В связи с этим на первом этапе разработки методики и алгоритмов прогнозирования качества руд при добыче возникает проблема выбора и обоснования соответствующего математического метода, или группы методов, позволяющих эффективно осуществлять необходимые прогнозы. Математическая модель прогнозирования качества руд должна быть очень гибкой, т.е. должна сохранять адекватность, когда значения параметров меняются.
До прогнозирования необходимо уточнить его цель, способ применения результатов прогнозирования с целью решения задач исследования и определить условия прогноза (интервал прогноза, потребность точности прогноза и т.д.).
Математические методы прогнозирования основанные на анализе динамических рядов качества руд, разделяют на 3 класса [98]; метод трендовых моделей, метод авторегрессии и метод адаптивного сглаживания.
Техническое и программное обеспечение современных графопостроителей
Современный графопостроитель конструктивно представляет собой устройство с электромеханическим приводом пишущего узла, в качестве которого используются перо, шариковая ручка, фламас-тер, фотоголовка и т.п. Непосредственное управление пишущим узлом от ЭВМ достигается за счет применения быстродействующих шаговых двигателей, управляемых дискретно.
В ССОР и за рубежом разработаны самые различные по принципу действия графопостроители, работающие как в автономном режиме {О -Ълг ) от машинных носителей(перфоленты, магнитные ленты), так и непосредственно то ЭВМ (CM-Ewe ) по управляемым каналам связи [85] . Известные графопостроители подразделяются на планшетные и барабанные, которые отличаются способом перемещения пишущего узла;
Наиболее совершенными графопостроителями, предназначенными для работы в автономном режиме и в составе ЕС и СМ ЭВМ являются EC-705I... ВС-7053, АП-725І... АП-7253 (СССР). ЕС-7054 DiQiQrOir 1712 (ЧССР). Ведущими изготовителями графопостроителей за рубежом являются фирмы CALC0MP (модели 7000, 925/1036, 905/936, 925/960), HEW LETT" Раскоігої (СШ/L). Фщ -MHAribto-WerKej AE&"TeEe-funKea IT) изготавливают графопостроители типа " Аг і Stem at " моделей 8320, 8350. Фирма "ВбПЗОИ." (Франция) выпускает автоматические графопостроители типа "ЪвПЬОП" серии 100, 200, 300.
Для управления работой современных графопостроителей необходимо соответствующее математическое обеспечение. Специфический характер процедур обработки графических данных ведет к тому, что разработка программных комплексов представляет весьма трудоемкий процесс. Графическое программное обеспечение, основанное на языках ФОРТРАН, Ассемблер, АЛГОЛ, ПЛ/І и других получило широкое распространение как в СССР, так и за рубежом. Это вызвано, с одной стороны, расширением сфер применения ЭВМ и необходимостью быстрой адаптации существующего программного обеспечения к новым потребностям и с другой - отсутствием универсальных языков и систем машинной графики. На начальном этапе развития систем машинной графики наибольшее распространение получило включение графического компонента в существующее математическое обеспечение ЭВМ [84] .
В отечественной практике в настоящее время находят применение комплексы математического обеспечения ГРАФОР, ГРАФАЛ, СМОГ, включающие специальные средства отображения графической информации [l4, 63, 67] . Программный комплекс ГРАФОР является воплощением идеи разработки строго иерархического, многоуровнен-Ного графического компонента на основе универсального языка программирования. В качестве основы используется алгоритмический язык ФОРТРАН. Этот комплекс является одной из первых систем, получивших широкое распространение в СССР. Система ГРАФАЛ является иерархическим комплексом, содержащим 267 графических процедур, написанных на языке АЛГОЛ-60. Широкое влияние, которое оказала система ГРАФОР на практику программирования и разработку графических систем, привело к созданию промышленных систем машинной графики. Такими системами являются СМОГ, разработанная в ВЦ СО АН СССР одновременно с системой ГРАФОР и ее преемственная система СИГАМ. Многие конструктивные решения по подсистемам СМОГ и СИГАМ были ранее реализованы в системе ГРАФИК [85] .
