Слоистые осадочные толщи Донбасса формировались в условиях равнинной площади суши, сочленяющимся с морскими бассейнами через области, занятые заливами, лагунами, озерами, болотами. Каждый угольный пласт, в свою очередь, может состоять как из частей того же состава, но отличающихся одна от одной определенными признаками, так и из частей различного состава. В свою очередь, в каждой части слоя может быть более мелкая слоистость, которая определяется расположением и соотношением мелких слойков внутри слоя. Пласт как элемент слоистости осадочной толщи может распадаться на подчиненные ему элементы слоистости, расположенные самым различным образом по отношению к границам пласта. Первичные осадки формируются в процессе седиментации (осадконакопления), основными этапами седиментации, создающими слоистость осадка, являются:
1.Сортировка осадка при его выпадении. Под влиянием силы тяжести любой осадок стремится лечь горизонтально и параллельно, сортируясь по размеру и весу. При этом горизонтальная слоистость возникает в результате периодичности действия преимущественно внешних факторов седиментации.
2. Перераспределение выпавшего осадка по дну в результате движений придонной части среды отложения (течений и волнений).
3. Перераспределение и изменение составных компонентов уже выпавшего осадка при диагенезе (в т.ч. разложение органических остатков), который приводит к образованию диагенетической или смешанной седиментационно-диагенетической слоистости.
Геометризация морфологии угольных пластов включает в себя ряд последовательных операций по подготовке и обработке горно-геологической информации. Она должна служить основой для определения границ подсчета запасов угля и прогноза количественных и качественных показателей очистных забоев.
Целью работы является – исследование и оценка запасов угля в зонах расщепления угольных пластов на основе на применении методов математической статистики, геометрии и квалиметрии недр.
Объект исследования – угольный пласт в зонах расщепления угольных пластов.
Предмет исследования – изменчивость морфологии угольных пластов Донбасса.
- исследование методами геометризации и квалиметрии недр морфологии угольных пластов;
- геометризация морфологии угольных пластов;
- практическое применение полученных результатов на конкретных примерах и подсчет запасов.
Методы исследований. Поставленная в работе цель достигнута путем применения комплексного метода исследований, включающего сбор, обработку и обобщение данных опробования угольных пластов различных шахт Донбасса с использованием методов математической статистики геометрии и квалиметрии недр; установление закономерностей изменения морфологии угольных пластов.
Первый раздел магистерской работы посвящен анализу исследований изменчивости морфологии угольных пластов Донбасса
(Рис.1), изучению вопросов, связанных с оценкой показателей угольных месторождений на основе геометризации, обзору практической оценки запасов угля
[2].
Значительный вклад в решение вопросов геометризации внесли известные ученые М. Леонтовский, В.И. Бауман, П.К. Соболевский. В дальнейшем развитие этих вопросов продолжено в работах их учеников и последователей: И.Н. Ушакова, П.А. Рыжова, З.Д. Низгурецкого, В.А. Букринского, В.М. Гудкова, Г.И. Вилесова, Д.А. Казаковского, А.А. Трофимова, В.М. Калинченко, В.И. Кузьмина и других.
Источником информации об угольном пласте является разведка и ее основное средство – опробование
[4]. Результаты опробования пласта геологоразведочными скважинами следует рассматривать как систему неравномерно расположенных данных, в которой имеются окна пропуска информации и неравенство покрытия данными опробования по пачкам и прослойкам
[5].
Неоднородность опробования по площади, характер распределения и разброс величин значений показателей для формирования представлений об угольном пласте требуют использования различных методов создания топографических поверхностей.
Особое внимание в работе необходимо уделить детальности изучения закономерностей распространения показателей углей, применению теории и практики подсчета запасов, оценке геологоразведочной информации без увеличения объемов геологоразведочного бурения.
Pис. 1. Oсложнения
морфологии и залегания угольных пластов в результате: a - неровностей ложа
торфяника ; б - внедрение в уголь песчаников; в, г - размывов (Kузбасс, Донбасс);
д - карстовых просадок в подстилающих угленосные отложения породах ; e -
выгорания угля c образованием т.н. "горельников" (Kузбасс); ж - внедрение
магматических тел (Tунгусский бассейн); з - мелкоамплитудной тектонической
нарушенности (Донбасс); 1 - уголь, 2 - глина, 3 - алевролит, 4 - магматические
породы, 5 - "горельники", 6 - разрывные нарушения.
Во втором разделе магистерской работы планируется исследования результатов и материалов опробования. В основу исследований положена схема описания общей структуры модели пласта. Порядок расположения слоев этой модели определяется на основании литолого-морфологического анализа угольных пачек и породных прослоев с использованием сопоставительных разрезов [6]. Для определения недостающих показателей в точках опробования по угольным пачкам и породным прослоям планируется использовать разработанную руководителем структуру экспертной оценки, основными характеристиками которой выступают количество проб, изменчивость классификационного показателей. В качестве показателя оценки изменчивости на практике используется коэффициент вариации с граничной характеристикой 20%. По результатам морфологического анализа пачек угля и породных прослоев угля сформирована база данных описания морфологии угольных пластов. Методами геометризации и квалиметрии недр планируется выполнить комплексное исследование показателей угля, которое заключается в установлении зависимостей между показателями, условиях отбраковки ураганных проб, оценки теоретических и эмпирических распределений, проверки независимости данных, установлении корреляционных связей. Для отбраковки ураганных проб планируется прктическое использование метод, основанного на сопоставлении значения опробования с аппроксимирующим значением, которое получено из решения центрально-разностного выражения через взвешенную сумму значений опробования в прилегающих точках. Выбор прилегающих точек производится окружностью радиусом 1 км с центром в проверяемой точке. Радиус окружности, равный 1 км, принят как удвоенное среднее расстояние между скважинами, определенное по Классификации запасов.
Условие отбраковки выражено системой уравнений:
.Рис. 2 Анимация: ( объём – 20 кб, размер – 308 x 331, состоит из 5 кадров, количество циклов повторения – 10)
где Хо, Уо – средние значения координат точек; Хi, Уi – текущие значения координат точек; bi – вес; аi – значение исследуемого показателя по скважине; ао – среднее значение исследуемого показателя; n – количество проб с исследуемым показателем; s – средняя квадратическая ошибка определения исследуемого показателя (СКО).
В третьем разделе планируется рассмотрение вопросов геометризации угля на основе различных методов математического и статистического анализа (метода тренд-анализа, кластерного анализа и метода балльной оценки) [1]. Для выявления общих закономерностей изменения скрытых топографических поверхностей показателей угля будет использоваться метод тренд-анализа, в котором общие закономерности изменения марки выявляются путем сглаживания или аппроксимации данных опробования. Далее планируется выполнить сравнительный анализ математических поверхностей, описанных полиномами различных степеней, со скрытыми топографическими поверхностями, построенных по данным опробования угольных пластов. В качестве критериев выбора степени полинома аппроксимирующей функции планируется использовать коэффициент корреляции и дисперсии. Для формирования математических моделей и исключения влияния краевых эффектов необходимо учитывать данные за границами оцениваемой площади (например, технической границей шахтного поля) [9]. Последовательными приближениями: в пределах технической границы шахтного поля, на удалениях 200, 400 и 800 м при построении изогипс получено, что наименьшие краевые искажения достигаются при учете информационной полосы по данным геологоразведочных скважин за границами оцениваемого участка шириной не менее удвоенного среднего расстояния между скважинами, что обеспечивает единую точность в пределах шахтопласта. Для избежания неоднозначности определения марки при построении границ марочного состав угля планируется использование, в качестве эксперимента, аппарата математических действий над поверхностями топографического порядка, который разработан проф. П.К. Соболевским.
В четвертом разделе магистерской работы планируется подсчет запасов угля [3]. Заключительным этапом методики геометризации угля является построение доверительных границ в зонах расщепления угольных пластов и подсчет по ним запасов. Для этого на план шахтного поля наносятся границы, полученные различными методами (методом тренд-анализа, кластерного анализа и методом балльной оценки) На основе этого определяется зона, в которой размещаются все кривые. расхождение результатов объекта исследования находятся в полученной зоне, которая представляет своеобразный доверительный интервал зоны расщепления пласта. Оконтуривание фигур подсчета запасов является основой для определения количества балансовых и забалансовых запасов, установления пространственного распространения природных типов, установления степени изученности запасов и значений горно-геологических параметров. В большинстве геологических отчетов блок подсчета запасов не является минимальной расчетной единицей: в ней выделяются подблоки марочного состава и между изогипсами [8]. При оконтуривании должны соблюдаться следующие требования: устойчивость среднего значения показателя (мощности, зольности и др.); устойчивость амплитуд отклонений предельных значений от средней величины; наличия перехода значения показателя через предел величины, установленной по статистическому критерию [10]. При подсчете запасов угля по пластам выделяются участки с балансовыми запасами и зона неподсчета, между которыми проходит полоса забалансовых запасов по золе. Выделяются граничные критерии раздела балансовых и забалансовых запасов, в качестве которых выступают, как правило, изолинии зольности, рассчитанные для общей (геологической) мощности пласта. Делается описание участков с балансовыми запасами, которые характеризуют пласт сложного или простого строения. Дается описание угольных пачек, породных прослоев и нижних пачек. Подсчет запасов рекомендовано производить широко распространенным методом геологических блоков. Подсчет количества запасов угля в недрах и определение погашенных запасов должны базироваться на единых методических подходах, основными из которых являются:
-кажущаяся плотность угля и породы определяется, исходя из аналитических зависимостей от качественных показателей;
-основу подсчета составляет определение количества "чистого угля";
-оличество угля с учетом засорения при подсчете запасов определяют как сумму угольных пачек и породных прослоев или через коэффициенты соотношения компонентов.
В качестве критериев, по которым отдельные слои пласта относят к углю или породе используют мощность и зольность.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Дата завершения: декабрь 2011 года.