CC BY
47
ГЕОЛОГО-ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ РУДНОЙ ЗАЛЕЖИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ЕЕ ИЗУЧЕННОСТЬ
Ерик Кабдулкакович Нуржумин
Казахский Агротехнический университет им. С. Сейфуллина, 010000, Республика Казахстан, г. Астана, ул. Победы, 62, доктор технических наук, профессор кафедры геодезии, тел. (8-7172)317-547, факс: (8-7172)316-072, e-mail: jtoleubekova@mail.ru
Жанат Зекеновна Толеубекова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент, кафедры маркшейдерского дела и геодезии, зам. директора по научной работе Горного института, тел. (7212)56-26-27, е-mail: jtoleubekova@mail.ru
Тулеген Турсунович Ипалаков
Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, 070004, Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. Протозанова А. К., 69, доктор технических наук, профессор, проректор по науке и международным связям, член Академии естественных наук, тел./факс (8-72-32)26-74-09, e-mail: kanc ekstu@mail.ru
Рымгали Кумашевич Камаров
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел. (7212)56-26-19, е-mail: ipk@kstu.kz
Эбикен Рауан Нургалыулы
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистр кафедры маркшейдерского дела и геодезии, е-mail: rauawka@mail.ru
В статье рассмотрены основные принципы сравнения геометрии геологической поверхности залежей относительно правильной сглаженной формы. Приведены параметрические составляющие общей структуры приконтактных зон. Проведен анализ актуальных на сегодняшний день задач аналитического описания геологической поверхности рудных залежей.
Ключевые слова: рудные залежи, приконтактная зона, геометрическая изменчивость.
GEOLOGICAL AND GEOMETRIC VARIABILITY OF SURFACE ORE DEPOSITS OF MINERAL DEPOSITS AND ITS STUDY
Erik K. Nurzhumin
Kazakh Agrotechnical University, 010000, Kazakhstan Republic, Astana, 62, Pobedy str. Full Doctor, Professor of the Department of Geodesy, tel. (8-7172)317-547, fax: (8-7172)316-072, e-mail: jtoleubekova@mail.ru
Janat Z. Toleubekova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira Blvd, PhD., assistant professor of «Mine survey and geodesy» department, Vice Director for Research of the Mining Institute, tel. (7212)56-26-27, е-mail: jtoleubekova@mail.ru
Tulegen T. Ipalacov
East Kazakhstan state technical university, 070004, Kazakhstan Republic, Ust-Kamenogorsk, 69 Protozanova str., Full Doctor, Professor, Vice President for Science and International Affairs, Member of the Academy of the Natural Sciences., tel. (8-72-32)26-74-09, e-mail: kanc ekstu@mail.ru
Rymgali K. Kamarov
Karaganda State Technical University, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira Blvd, Candidate of technical sciences, professor of Mining Department, Head of centre of new methods and technologies of education of KSTU, tel. (8-7212)56-26-19, fax: (8-7212)56-54-43, e-mail: ipk@kstu.kz
Abiken R. Nurgalyuly
Karaganda state technical university, Kazakhstan Republic, 100027, Karaganda, 56 Mira Blvd, M. S. in Geodesy of Cartography, «Mine survey and geodesy» department, e-mail: rauawka@,mail .ru
The comparison principle of geological surface deposits geometry relative to correct subdued form is describing. Parametric components of near-contact zones' overall structures are given. The analysis of the current up-to-date objectives of analytical description of the ore deposits' geological surface is completed.
Key words: ore deposits, near-contact zone, the geometric variability.
Проблема изучения оценки, включая проблемные задачи аналитического описания геологической поверхности рудных залежей приобретает более важное экономическое значение по мере интенсивного ужесточения современных производственно-рыночных требований к качеству продукции недропользования.
Эта крупная сложная проблема включает комплекс задач, основными из которых являются оценка достоверности оконтуривания и подсчета запасов, определение параметров разделения приконтактных разновидностей горной массы и обеспечение оптимального уровня количественных и качественных потерь, описание распределения и связей структурных параметров залежей. Решение данного вопроса служит основой для последующего разбора задач обоснования горнотехнологических процессов отработки сложных выемочных участков залежей.
Структурные составляющие показатели приконтактных зон рудных залежей изучены многими авторами. Известно, что система «приконтактная зона» может быть представлена путем расчленения ее по верхнему, среднему и нижнему уровням формирования, т.е. на подсистемы - «приконтактные зоны по разведанным залежам», «приконтактные зоны по проектным контурам залежей» и «приконтактные зоны залежей, готовых к выемке». В соответствии с принятыми уровнями представляется целесообразным назвать эти три подсистемы, как разведочные, проектные и выемочные приконтактные зоны, которым соответственно присущи геометричность, параметричность и информационность системных контуров. Эти зоны как сложные и комплексные подсистемы, обладают соответствующей микроструктурой, и соответственно им присущи конкретные параметрические ряды. В частности, широко распространены понятия: приконтактная зона, контактная неопределенность, приконтурная полоса, зона контактной неопределенности, геологическая и технологическая поверхности, амплитуда отклонения или уклонения геологической
поверхности от технологической или ширина приконтурной полосы, разные средние значения и т.д.
Трехмерная модель месторождений полезных ископаемых позволяет представить геологическую структуру месторождения самым наглядным образом. Это касается не только объемного облика рудного объекта, но и возможности рассматривать его под разными ракурсами при разном освещении. Готовую модель можно разрезать в любом направлении, построить разные блок-диаграммы в разных системах координат и в разных геометрических проекциях. В каждом разрезе строились стринги - контуры всех геологических тел. Серия стрингов, относящихся к одному геологическому телу, образует основу каркаса или каркасной модели геологического тела. Для большей наглядности на каркас "натягивают" оболочку и получают сплошную каркасную модель геологического тела (рис.
1).
Рис. 1. Каркасные модели рудных тел
Исходная геологическая информация - это вертикальные мощности балансовой руды Шб и разубоживающих пород тп, ограничиваемые высотой уступа Иуст. и чередуемые вкрест простирания рудных тел через каждые 5 м, как это показано на рис. 2.
Рис. 2. Исходная геологическая информация пологопадающих рудных тел
марганцевых месторождений
Расположение сетки подсчета вкрест простирания рудных тел. Шаг сетки в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно 5 и 10 мм (в М:1000).Целью применения электронной обработки является повышение производительности труда графо-статистического определения мощностей тб и тп взамен ручного их подсчета.
Общая структура приконтактных зон - зон перемешивания разновидностей горной массы при добыче, включает следующие параметрические ряды:
1) приконтактная полоса и зона контактной неопределенности, контакт «руда-полода»;
2) мощность приконтактной зоны;
3) геологическая поверхность;
4) технологическая поверхность;
5) приконтурные и законтурные подзоны;
6) приконтактные неровности - элементарные микровыступы;
7) ширина приконтактной неровности;
8) высота приконтактной неровности;
9) средние статистические параметры приконтактных зон рудных тел:
среднеарифметическое значение, срединная поверхность,
среднеквадратическое отклонение (стандарт), среднее по первым разностям, высота (амплитуда) приконтактных неровностей; вариация, шаг и частота распространения неровностей поверхности контакта.
Анализ вышеприведенных параметрических составляющих приконтактной зоны позволяет заключить, что главным структурообразующим и предопределяющим значимости выемочной единицы рудника является геометрическая особенность - изменчивости поверхности рудной залежи относительно своей сглаженной формы. Поэтому эта проблемная горногеометрическая задача была изучена многими исследователями, что и доказывает важности этой задачи в сфере освоения недр.
В основу оценки изменчивости во многих работах положен принцип сравнения геометрии геологической поверхности залежей относительно правильной сглаженной ее формы. Ниже выделены работы по геологогеометрическим оценкам геометрии контактов руд и вмещающих пород.
Метод геометрической оценки изменчивости показателя месторождения, в основу которого заложен принцип учета геометрии пространственного размещения показателя широко распространен и позволяет количественно выразить среднюю изменчивость показателя на данном интервале [1, 6]. Предложена формула определения коэффициента изменчивости показателя, выражающая характер изменчивости и ее интенсивность:
5(]с\с1к
м = —------1, (1)
Ь
где Б (к )йк - криволинейный интеграл первого типа, взятый по кривой к в
заданном интервале (длина кривой); Ь - гипотенуза прямоугольного треугольника с катетами, равными длине проекции кривой и размаху (длина проекции кривой), м.
Например, изменчивость замкнутых контуров:
и = — -1 =-----^¡=-1, (2)
А> 3.54^
где Б0, Ь0 - площадь и длина окружности.
Гальнов А.Г. [3] предлагает определение изменчивости через геометрическую корреляцию поверхности по формулам:
Я = СОБф
(3)
. 1-9
где Л = соб ф - мера геометрической корреляции; ф - угол между двумя
векторами А и В ; Ч - градиент-вектор, определяющий геометрический элемент поверхности.
В работах [2, 4, 5, 7] приводятся способы оценки шероховатостей поверхностей деталей механизмов, где в качестве критериев оценки неровностей поверхностей предлагаются показатели - средняя арифметическая высота и среднее квадратическое отклонение шероховатостей от поверхности. Дополнительно к этим критериям для характеристики конфигурации шероховатости с учетом не только высоты неровностей, но и количества гребешков, предлагает использовать показатель [2]:
*'■4 (4)
где В - длина основания профиля шероховатости; Ь - длина профиля поверхности.
Калинченко В. М. [7] приводит обоснование, что эмпирические коэффициенты (а,Ь) в эмпирических уравнениях регрессии (у=а+Ьх) имеют физический смысл как характеристика общей закономерности, присущая данному размещению свойства, т.е.
и. (5)
где Ь - геометрический показатель изменчивости; Ь- параметрированная длина разреза, м.
При этом а=сош1 оценивает изменчивость при случайном размещении свойств, а сочетание а и Ь - при композиционном размещении. Геометрический смысл коэффициента Ъ, равного тангенсу угла наклона а
кривой размещение свойства у=/(х), объясняется тем, что эта величина является как бы характеристикой крутости этой кривой.
Выводы
1. Геометрическая особенность - изменчивость геологической поверхности рудной залежи месторождения является одним из качествоснижающих параметров-показателей, влияние которого часто бывает весьма существенным при добыче.
2. Многие авторы признают, что способы оценки изменчивости и выведенные формулы аналогичны по содержанию геометрических представлений.
3. Основным недостатком к распространенным способам и геометрическим показателям изменчивости, основанных на первых последовательных разностях, следует относить неучитываемость степени неравномерностей расположения точек и неоднородностей геометрии размещения свойства, т.к. они выведены из последовательных разностей, предполагающих практическую равномерность этих параметров.
4. Установленная связь статистических показателей изменчивости и интервала разведки, а также зависимость геометрического показателя изменчивости В.А. Букринского от интервалов разведки носят теоретический характер и могут привести к ошибкам при практическом использовании.
5. Методы оценки изменчивости признака, основанные на выявлении характера изменения признака (волнообразности, линейности, зигзагообразности, правильной геометричности и т.д.), в которых используются безразмерные показатели по конкретному направлению смещения рудного тела, аналогичны, и общий принцип их структурирования является объектным, позволяющим выявить геометрический характер изменчивости признака.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Букринский В. А. Геометризация недр - метод математического выражения размещения геологических показателей. Научные труды МГИ. Геометризация месторождений минерального сырья как основа рационального освоения недр. - М.: 1969. - С. 174-187.
2. Дунин-Барковский И. В. Применение теории вероятности и спектральной теории неровностей поверхности для расчета допустимых значений геометрических параметров прифункциональной взаимозаменяемости. Сб.: Взаимозаменяемость и техника измерений в машиностроении. - М.: Машиностроение, №4, 1964. - С. 36-38.
3. Гальянов А. В. и др. Оценка достоверности оконтурирования силикатно-никелевых
месторождений среднего и южного Урала при разведочных работах. В сб.: Вопросы
рационализации маркшейдерской службы на горных предприятиях. - Свердловск: 1977. - С. 6871.
4. Хусу А. П. Математическо-статистическое описание неровностей профиля поверхности при шлифовании. - М.: Сб.АН СССР, т.ХХ, 1954. - С. 41-44.
5. Линник Ю. В., Хусу Л. Ю. Некоторые соображения по поводу статистического анализа поверхностей шлифованного профиля. Сб.: Взаимозаменяемость, точность и метод измерения в машиностроении. - М.: Машгиз, 1958. - С. 65-69.
6. Калинченко В. М., Павленко В. П. О показателе контура рудных тел полезных ископаемых. Журнал «Геологияиразведка», №11. - М.: 1963. - с. 31-32.
7. Калинченко В. М., Павленко В. П. Оценка изменчивости признаков (свойств) залежей. В кн.: Совершенствование методов маркшейдерских работ и геометризации недр. - М.: Недра, 1972. - С. 238-246.
© Е. К. Нуржумин, Ж. З. Толеубекова, Т. Т. Ипалаков, Р. К. Камаров, Э. Р. Нургалыулы, 2014
