При проектировании разработки угольных месторождений Донбасса большое значение имеет определение качественного состава сырья. Как основной критерий прогноза качества в практике промышленного использования углей, применяется их маркировка.
В соответствии с единой классификацией углей Украины по степени метаморфизма и технологическим свойствам основными классификационными параметрами марки угля являются средний показатель отражения витринита R0, выход летучих веществ Vdaf, толщина пластического слоя y, индекс Рога RI и теплота сгорания Qsdaf.
Для установления границ марочного состава углей Донбасса в соответствии с программой исследования были установлены данные по 16 шахтам, 54 угольным пластам и 10257 опробованиям.
При рассмотрении результатов исследований отмечены значительные колебания в величинах показателей, неоднозначность оценки степени метаморфизма и технологических свойств, несогласование границ марок, построенных по отдельным показателям. Поэтому для однозначного определения марочной принадлежности углей Донбасса были применены комплексные интегральные методы оценки показателей марки угля, основанные на их геометризации.
Для решения поставленной задачи применялись методы тренд-анализа, кластерного анализа и метод балльной оценки. Проведено сопоставление результатов получения границ марок угля. Точность их установления оценивается с погрешностью ±20-30%, что достаточно для планирования горных работ.
Промышленная маркировка углей основывается на совокупности свойств, которые характеризуют степень метаморфизма и вещественный состав. В соответствии с единой классификацией углей Украины [6] по степени метаморфизма и технологическим свойствам основными классификационными параметрами марки угля являются средний показатель отражения витринита R0 (%), выход летучих веществ Vdaf (%), толщина пластического слоя y (мм), индекс Рога RI (ед.) и теплота сгорания Qsdaf (МДж/кг). Определенное сочетание значений этих показателей, согласно классификации [6], служит критерием для отнесения запасов углей к той или иной марке. Детальность исследования качества угля должна обеспечивать однозначное определение их марочного состава [8, 9, 10].
Обработка результатов изучения качества предусматривает систематизацию материалов опробования; оценку представительности и отбраковку недостоверных данных; оценку изменчивости показателей качества; выявление общих закономерностей изменения качественных показателей угля в недрах; корреляцию значений качественных показателей марки между собой и в зависимости от глубины залегания; распределение запасов по маркам и построение границ марочного состава; оценку точности полученных результатов.
Данная статья посвящена заключительному этапу обработки материалов качества углей – вопросу распределения запасов по маркам и установлению границ между ними.
Для решения поставленной задачи использовались материалы ПО "Укруглегеология", данные кернового опробования по скважинам и пробы в горных выработках по 16 шахтам Донбасса, 54 угольным пластам и 10257 опробованиям.
Анализ материалов, выполненный по исследуемым пластам шахт Донбасса, показал, что построение граничных линий распространения углей различных по марочному составу, выполненных по индивидуальным показателям, как правило, производится со значительной степенью условности.
Используемые критерии оценки марочного состава по степени метаморфизма и технологическим свойствам угля не всегда дают однозначные выводы [6]. Так, значение выхода летучих веществ Vdaf, равное 35-36 %, определяет любую марку от длиннопламенных до жирных углей (Д, ДГ, Г, Ж). Этот же показатель, равный 20 %, определяет три марки – К, ОС и Т. Аналогичная неоднозначность возникает при использовании в качестве критерия выбора среднего показателя отражения витринита Ro (Д+ДГ+Г, Г+Ж, К+ОС+Т) и толщины пластического слоя у (Ж+К). Теплота сгорания QSdaf окисленных антрацитов больше 35,2 МДж/кг оценивает угли как тощие.
Следует также заметить, что даже сравнительно небольшие искажения в выходе летучих веществ (2-3%) или в толщине пластического слоя (несколько миллиметров) приводят к колебаниям в определении марки. Например, на шахте "Ясиновская Глубокая" по пласту l6 величина толщины пластического слоя колеблется от 0 до 33 мм при среднем значении 7,2 мм и стандарте 6,5 мм. Граница между марками ОС и Т по этому показателю соответствии с [6] равна 6 мм. Для пласта характерны значительные расхождения данных опробования по скважинам и горным работам вблизи границы перехода марок.
Выводы.
1. Построение граничных линий распространения углей различных по марочному составу, выполненных по индивидуальным показателям, как правило, производится со значительной степенью условности. При этом не удается также однозначно определить границы марок углей путем математических действий над топографическими поверхностями.
2. Для разделения запасов угля по маркам рекомендовано совместно использовать различные методы (метод тренд-анализа, кластерный метод и балльной оценки). При этом, применяя метод тренд-анализа, целесообразно использовать аппроксимирующие и сглаживающие математические полиномы второй и третьей степеней.
3. В результате совместного применения нескольких методов оценки границ марок угля становится возможным получить зону перекрытия марок шириной в несколько сотен метров, которая является своеобразным доверительным интервалом границ и характеризует точность ее определения.
Литература
1. Апраушева Н.Н. Три алгоритма естественной кластеризации объектов. – М.: ВЦ АН СССР, 1986. – 22 с.
2. Апраушева Н.Н. Предварительное обнаружение идеальных кластеров и оценивание их числа. – М.: ВЦ АН СССР, 1987. – 20 с.
3. Апраушева Н.Н. Некоторые методы обнаружения кластеров. – М.: ВЦ АН СССР, 1988. – 22 с.
4. Апраушева Н.Н., Ражабов Б.Ж. Экспериментальные исследования по обнаружению кластеров. – М.: ВЦ АН СССР, 1989. – 26 с.
5. Апраушева Н.Н., Гридина Е.Д. Дополнительные исследования по обнаружению кластеров. – М.: ВЦ АН СССР, 1991. – 20 с.
6. ДСТУ 3472-96. Вугілля буре, кам’яне та антрацит. Класифікація: Держстандарт України. – Київ, 1997. – 5 с.
7. Калинченко В.М. Математическое моделирование и прогноз показателей месторождений: Справочник. – М.: Недра, 1993. – 319 с.: ил.
8. Кирюков В.В., Дмитриев А.М., Очкур Н.П. Геолого-промышленная оценка угольных месторождений: Учебное пособие. – Л.: ЛГИ, 1987. – 97 с.
9. Клер В.Р. Изучение и геолого-экономическая оценка качества углей при геологоразведочных работах. – М.: Недра, 1975. – 320 с.
10. Клер В.Р. Обработка материалов разведки месторождений угля. – М.: Недра, 1980. – 173 с.
11. Кремер Н.Ш. Теория вероятности и математическая статистика: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. – 573 с.
12. Мирний В.В., Філатова І.В. Застосування методу кластерного аналізу для розподілу запасів вугілля за марками // Вісник Житомирського державного технологічного університету: Технічні науки. – Випуск 41. – Житомир: ЖДТУ. – 2007.
13. Рыжов П.А. Геометрия недр. – Л.: Углетехиздат, 1952. – 604 с.