Источник: http://www.geokurs.com/2008/layers_model.htm

Автоматизированная геологическая слоевая модель угольных пластов представляет собой инструмент, с помощью которого можно получить качественную структуру угольных пластов на любом вертикальном и горизонтальном сечении. Основным элементом этой модели является качественный слой, увязанный в пространстве, как между скважинами, так и между разведочными линиями. При этом качество угля в любом месте внутри слоя определяется на основе качества угля на пересечениях этого слоя с близлежащими скважинами. Это, в свою очередь, даёт возможность определять структуру слоёв, количество и качество угля в произвольных блоках угольной залежи при годовом, квартальном и месячном планировании горных работ. Кроме того, эта модель может быть использована при проведении горно-геометрического анализа угольного разреза, при выборе оптимальных схем расстановки добычного оборудования, при долгосрочном прогнозировании горных работ, а также для повышения эффективности усреднения качества добываемого угля.

Первичной информацией для построения слоевой модели являются данные геологоразведки. На основе данных скважин производится выделение отдельных пластов, стратиграфических слоёв, осуществляется статистическая оценка показателей, определяется морфология пластов и слоев, выделяются кондиционные интервалы, выполняется геометризация показателей, формы и структуры залежи месторождения. По данным скважин в результате геометризации строятся геологические разрезы по разведочным линиям и гипсометрические планы. В процессе разработки месторождения на разрезах и планах наносятся результаты маркшейдерской съёмки состояния горных работ. Привлечение этих данных позволяет решать задачи планирования и учёта движения запасов в пространстве и во времени.

Основными исходными данными для создания объектов слоевой модели являются:

- данные геологоразведочных скважин, включающие по каждой из них заголовок, список проб, список основных и детальных объектов;

- графические данные о расположении скважин и разведочных линий на плане месторождения;

- графическая информация геологических разрезов по разведочным линиям, включающая линии скважин, линии нарушений, линии кровли и почвы угольных пластов и другие характерные линии;

- гипсометрические планы кровли и почвы угольных пластов;

- маркшейдерский план горных работ;

- данные эксплуатационного бороздового опробования.

В процессе создания слоевой модели участвуют четыре вида графических объектов:

- геологические разрезы по разведочным линиям;

- гипсометрические планы кровли и почвы угольных пластов;

- слоевые модели горизонтов;

- маркшейдерский план горных работ.

Все эти графические объекты могут обрабатываться с помощью единого встроенного графического редактора, используемого во всех задачах АРМ (ввод и редактирование графических элементов на экране дисплея, ввод данных из растровых графических файлов с последующей векторизацией, а также вывод графических данных на принтер, плоттер и в файлы графических форматов). Состав графических элементов объекта каждого вида описывается в специальном файле-справочнике графического объекта, где для каждой из групп элементов указываются их количественные и качественные характеристики.

Геологический разрез по разведочной линии включает в себя следующие группы графических элементов: линии дневной поверхности, линии скважин, линии нарушений, линии кровли и почвы угольных пластов и другие характерные линии, а также линии почвы слоёв. При этом последняя из указанных групп элементов формируется в процессе построения слоевой модели разреза.

Гипсометрический план включает в себя: скважины, разведочные линии, изолинии, границы участков (полей) месторождения. Если гипсометрические планы кровли и почвы угольных пластов отсутствуют, то графические данные о расположении скважин и разведочных линий на плане месторождения берутся из маркшейдерского плана горных работ.

Слоевая модель горизонта включает в себя: скважины, линии почвы слоёв, разведочные линии, границы участков (полей) месторождения, линии кровли и почвы угольных пластов и другие характерные линии, а также комментарии к слоевой модели.

Маркшейдерский план горных работ включает в себя: скважины, экскаваторы и другие точечные элементы; верхние и нижние бровки фронта горных работ, разведочные линии, границы участков (полей) месторождения, горизонтали (изолинии) дневной поверхности месторождения и др. линии и контуры, а также различные надписи (комментарии), позволяющие пользователю ориентироваться на плане при создании слоевой модели угольных пластов. Заметим при этом, что слоевую модель месторождения можно строить как непосредственно после проведения геологоразведочных работ, так и при разработке месторождения. В первом случае информация по бровкам будет отсутствовать.

Слоевая модель разреза в произвольном направлении имеет такую же структуру, как и геологический разрез по разведочной линии. При построении слоевой модели угольного месторождения используется ряд программных модулей, позволяющих существенно автоматизировать процессы обработка данных разведочных скважин и увязки структурно-качественных характеристик скважин на геологических разрезах и участках месторождения, в том числе:

- разбиение скважин на кондиционные интервалы по задаваемым параметрам мощности и зольности угольных интервалов и интервалов внутренней вскрыши, в том числе разбиение угольных интервалов по сортам угля;

- формирование эталонов структурной колонки для участков месторождения на основе автоматизированного анализа строения угольных пластов по данным скважин;

- расслоение скважин на геологические пачки и слои в соответствии с эталоном структурной колонки.

Основными результатами работы комплекса программ являются слоевые модели скважин, геологических разрезов по разведочным линиям и горизонтов, а также динамически создаваемые слоевые модели произвольных вертикальных сечений, которые используются для построения геолого-технологических схем отработки и оценки качества угля в произвольных блоках угольной залежи. В дальнейшем при приобретении ГГИС общего назначения результаты расслоения и увязки скважин могут быть переданы в эту систему автоматически с использованием специально для этого разрабатываемых программ экспорта данных. Формирование слоевых моделей скважин Процесс создания геологической модели некоторого участка месторождения может быть разбит на два основных этапа.

Первый этап — это выявление стратиграфических слоёв (желательно максимально однородных по качеству) на скважинах и других разведочных выработках, а второй этап — это построение выявленных слоёв на вертикальных сечениях по разведочным линиям и на горизонтах, где ведётся планирование горных работ. Документация по всем видам разведочных выработок (которые в дальнейшем называются просто скважинами) содержит аналогичную информацию, которая в конечном итоге характеризует нормальный разрез угольной залежи. Данные по каждой скважине представляют собой совокупность угольных пачек и породных прослоев, которые обычно называются пробами. Для каждой пробы заданы: нормальная мощность, м; зольность, %; плотность, т/м3. Могут быть заданы также другие характеристики проб, такие как глубина залегания; видимая мощность; литология и др. При усреднении зольности на интервалах скважины, включающих в себя несколько проб, в качестве меры используется производительность элементов, вычисляемая как произведение их плотности на нормальную мощность. Интервалом скважины назовём подмножество подряд расположенных проб. Мощность и производительность интервала определяется как сумма соответствующих характеристик составляющих его проб, а зольность - как средневзвешенная по производительности. Расслоением скважины назовём упорядоченную совокупность примыкающих друг к другу интервалов, объединение которых совпадает со всей скважиной. Эталоном структурной колонки для некоторого выбранного участка угольного месторождения называют описание качественной структуры угольных пластов в виде набора слоёв, для каждого из которых указываются диапазоны изменения их мощности и зольности. Для некоторых из этих слоёв могут быть описаны также особенности их литологической структуры, а также другие характеристики. Если взять произвольную скважину на участке, для которого имеется эталон строения угольных пластов, то на ней можно выделить интервалы, соответствующие слоям эталона. Такую процедуру расслоения скважины мы будем называть расслоением по эталону.

Сущность расслоения скважины по эталону заключается в том, чтобы для любого слоя эталона указать соответствующий ему интервал на скважине. При этом соответствие выражается в том, что слой эталона и указанный на скважине интервал представляют собой пересечения одного и того же объёмного слоя. Такое соответствие установить для любых достаточно мелких интервалов скважины довольно трудно и практически невозможно, но можно выявить более или менее крупные по мощности слои, которые выдержаны по зольности в пространстве между скважинами. При расслоении скважины по эталону учитывается в первую очередь близость зольностей на соответствующих слоях эталона и скважины. Кроме того, следует минимизировать расхождение нормальных мощностей слоёв. И, наконец, расслоение скважины должно давать достаточно адекватную модель распределения на ней зольности, т.е. необходимо по возможности минимизировать внутри-интервальную дисперсию зольности на создаваемой слоевой модели скважины. После расслоения по эталону все скважины вкладываются в одно и то же упорядоченное множество объёмных элементов угольной залежи и при этом по возможности не нарушают качественной однородности слоёв. Задача расслоения скважины по эталону может быть сформулирована в следующем виде: найти такое расслоение скважины, при которых достигает максимума некоторая заданная функция сходства. Определение функции сходства является важным этапом в решении задачи увязки данных скважины с данными эталона. Эту функцию назовём критерием качества увязки. За основу построения критерия качества увязки берутся три основных локальных критерия, по которым можно судить об эффективности увязки скважины с эталоном:

- критерий, оценивающий расхождение зольностей в соответствующих сечениях слоёв на скважине и эталоне;

- критерий, оценивающий пространственное искажение при выбранном соответствии;

- критерий адекватности выбранной на скважине модели распределения зольности.

Варьируя значения весов локальных критериев, пользователь автоматизированной геологической модели может отдавать большее или меньшее предпочтение тем или иным критериям. Переход от исходных функций распределения зольности на скважинах к их моделям преследует при увязке две основные цели. Во-первых, мы избавляемся от несоответствия количества элементов скважины и эталона, участвующих в увязке. Во-вторых, задавая необходимую степень детализации, мы при увязке учитываем только наиболее существенные детали в поведении функций распределения зольности. Для решения задачи расслоения скважины по эталону разработан эффективный алгоритм, основанный на идеях метода динамического программирования. При этом используется также ряд алгоритмов предварительной обработки данных скважин, позволяющих сократить время решения задачи для сложно-структурных угольных месторождений (где количество проб на скважинах может быть более 1000).

В результате расслоения всех скважин выбранного участка угольного месторождения по одному и тому же эталону их слои автоматически становятся формально увязанными внутри угольных пластов на этом участке. При автоматизированном формировании эталонов структурных колонок по совокупности скважин рассматриваемого участка месторождения может быть использована схема скользящего эталона, которая заключается в следующем:

1. Производится ручное расслоение одной из скважин участка;

2. На основе произведенного расслоения автоматически создается эталон (по скважине);

3. Производится расслоение второй (соседней) скважины по эталону, полученному в п.2;

4. Выполняется п.2 для второй скважины, а п.3 - для третьей и т.д., пока не будут расслоены все скважины участка.

После каждого из произведенных расслоений по эталону программное обеспечение построения слоевой модели дает возможность произвести вручную корректировку интервалов расслоения, а также создаваемого по ним эталона. Существенную помощь при автоматизированном формировании эталонов структурных колонок оказывает процедура разбиения скважин на кондиционные интервалы, для которой количество разных по зольности групп углей может быть задано от 1 до 5, а кондиционные мощности могут быть произвольными. Получаемые разбиения позволяют проводить анализ качественной структуры угольных пластов и выделять на скважине технологические комплексы с тем или иным качеством угля, а также внутренние вскрыши угольных пластов в районе расположения скважины. Создание слоевых моделей геологических разрезов по разведочным линиям и горизонтов на основе данных расслоения скважин Разбиение скважин на слои производится в соответствии с эталоном структурной колонки скважины, описывающим качественную структуру пластов угольного разреза на заданном участке месторождения.

При построении слоевых моделей геологических разрезов по разведочным линиям используются результаты расслоения скважин, а также линии кровли и почвы угольных пластов и другие характерные линии разреза. Линии кровли и почвы слоёв формируются автоматически, после чего они могут быть откорректированы геологом. При работе со слоевой моделью разреза имеется возможность просмотра структурных и качественных характеристик слоёв на тех скважинах этого разреза, для которых было произведено расслоение.

Слоевые модели горизонтов строятся автоматически на основе слоевых моделей геологических разрезов по разведочным линиям с использованием данных гипсометрических планов кровли и почвы угольных пластов. Формирование слоевых моделей вертикальных разрезов в произвольном направлении Для формирования слоевой модели вертикального разреза в заданном направлении, которое задаётся на плане горных работ отрезком, предусмотрены два варианта:

1. Построение полного разреза в заданном направлении;

2. Построение локальной модели как характерного сечения блока, планируемого к отработке.

В первом варианте слоевая модель сечения строится с использованием слоевых моделей скважин, лежащих в окрестности линии разреза на протяжении всего заданного участка угольного месторождения. При этом данные слоевых моделей горизонтов и гипсометрических планов не используются.

Во втором варианте используются слоевые модели двух заданных горизонтов (верхнего и нижнего), ограничивающих интересующий пользователя блок, планируемый к отработке, и формируется модель, которая даёт структуру и качество слоёв в сечении, определяемом этими горизонтами и задаваемым на плане отрезком.

После того, как назначены два горизонта, пользователю предоставляется ряд операций трёхмерной визуализации слоевой модели участка месторождения:

- просмотр фрагментов назначенных горизонтов (верхнего и нижнего);

- работа с трёхмерной моделью блока, планируемого к отработке;

- просмотр трёхмерной модели фронта горных работ на задаваемых участках месторождения.

- работа с трёхмерной моделью расслоения блока, построенной по трём и более скважинам

Последняя модель предназначена для наглядной оценки качества угля в блоке между скважинами. Суть её заключается в демонстрации отработки блока экскаватором с одновременным расчётом объёма и зольности угля и горной массы.