CC BY
76
УДК 65.012.45:622.33
Н.В. Дубынина
ИГД СО РАН, Новосибирск
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС ARCGIS 8.1 ДЛЯ ПРЕДПРОЕКТНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА УГЛЕЙ ЭЛЬГИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
N. V. Dubynina
Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences 54 , Krasny Prospect, Novosibirsk, 630091, Russian Federation
GIS ARCGIS 8.1 APPLICATION TO PRE-PROJECT ASSESSEMENT OF COAL QUALITY IN TERMS OF ELGINSKOE COALFIELD
The paper expounds the procedure of coal quality mapping by using ArcGis 8.1 geoinformation system tools and presents the results of coal quality modeling in terms of Elginskoe Coalfield.
Угли Эльгинского каменноугольного месторождения Южно-Якутского угольного бассейна обладают следующими особенностями:
- Изменчивостью зольности по площади и мощности отдельных пластов;
- Неоднородностью марочного состава;
- Возможностью использования по нескольким направлениям (угли марок 1СС и Ж пригодны в энергетике, марки Ж21 - в коксохимической промышленности).
Изучение пространственных закономерностей изменения качества полезного ископаемого и их учёт при разработке технико-экономического обоснования промышленного освоения месторождения необходимы для рациональной отработки его запасов. Одним из современных инструментов, подходящих для поиска, анализа и графического изображения этих закономерностей, является геоинформационная система (ГИС). В лаборатории открытой геотехнологии ИГД СО РАН моделирование изменчивости качества запасов Эльгинского месторождения выполнено средствами ГИС ArcGis 8.1, дополненной модулями ArcGis Spatial Analyst и ArcGis 3D Analyst (фирма ESRI, США).
Исходные данные для ГИС-анализа взяты из таблиц геологической базы данных (ГБД), специально разработанной для моделирования Эльгинского месторождения. На сегодняшний день база содержит информацию по пластам У4 и У5 верхней Ундытканской свиты и пластам Н15 и Н16 следующей за ней Нерюнгринской. Эти пласты содержат 75 % запасов всего месторождения. Число скважин, подсекающих каждый из пластов и несущих необходимую для моделирования геологическую информацию, различно. Так, для пласта У5 число пластоподсечений равно 137, для У4 - 125, для Н16 - 173 и для Н15 - 187. Структура разведочных скважин приведена на рис. 1. Отметим,
что число слоев угля и породы в скважинах изменяется от пласта к пласту и варьирует в пределах от 1 до 14.
Каждая скважина характеризуется пространственной и атрибутивной информацией. Пространственные данные представлены координатами устьев скважин, относительными отметками почвы и кровли пластов, мощностями отдельных литотипов (пропластков) в пласте, атрибутивные - показателями качества и физико-механических свойств углей и вмещающих пород. Таким образом, для моделирования изменчивости показателей качества угля предоставлен достаточно богатый материал.
а)
гкровли
ш.
ш
Уголь
Порода (литотипы )
б)
, устья
z
кровли
пл/+1
(М+1)
7 кровли
гпловли , г ™чвы - отметка кровли и почвы г-го пласта, соответственно; шУ, ш
МОЩНОСТЬ /ч'-го угольного И /7-ГО породного СЛОЯ, соответственно; 1И(7<+1) -
мощность междупластья.
Рис. 1. Строение скважины в пределах одного (а) и нескольких (б) пластов
ИДу
7
пл
мп
ил
7
7
пл
пл
Непосредственно ГИС-анализ начинается с отображения XY координат устьев скважин и граничных точек, значения которых хранятся в таблицах ГБД. Результаты геокодирования сохраняются в отдельных шейп-файлах, что обеспечивает возможность их дальнейшего использования для моделирования формы пласта и геологических профилей, интерполяции различных показателей и построения специализированных геологотехнологических карт. Модели геологических профилей являются основой для создания графиков изменения интерполированных показателей вдоль этих линий. Кроме того, они помогают визуально определять скважины с ошибками в задании координат их устья, что позволяет вносить изменения в данные ГБД до начала выполнения интерполяции и тем самым обеспечивать адекватность модели реальности. На рис. 2 приведена карта пласта У5 Эльгинского месторождения, состоящая из модели границы пласта и сети разведочных скважин, подсекающих его. Данная карта, показывая положение
скважин относительно границ пласта, дает возможность выделения кондиционных и некондиционных скважин.
На следующем этапе анализа переходят к интерполяции данных, характеризующих скважину. При этом сначала рассчитывают абсолютные отметки кровли и почвы пластов, для каждого пластоподсечения по отдельным скважинам вычисляют мощность пласта, чистого угля и породных прослоев, а также средневзвешенные значения физико-механических и качественных показателей. Все вычисленные значения участвуют в интерполяции соответствующих им показателей на всю площадь пласта. Результатом интерполяции являются растровые модели распределения показателей, на основе которых строятся разнообразные карты, отображающие закономерности их площадной изменчивости.
Рис. 2. Модель границы пласта У5 и сети раз ведочных скважин
Растровые модели абсолютных отметок кровли и почвы пластов являются основой для создания трехмерных моделей кровли и почвы пластов.
Модели изменчивости мощности пластов, чистого угля и породных прослоев используются для вычисления объемов угольной массы, чистого угля и вмещающих пород соответственно.
Совместное использование растровых моделей мощности и показателей качества позволяет вычислять объемы запасов, характеризующихся заданным уровнем какого-либо показателя.
Для пластов Эльгинского месторождения построены карты зольности чистого угля и угольной массы пласта, выхода летучих веществ и толщины пластического слоя. Две из них - карты зольности угольной массы пластов У5 и У4 приведены на рис. 3 и 4 соответственно. Интерполяция выполнена методом обратных взвешенных расстояний, доступным по команде Interpolate to Raster - Inverse Distance Weighted.. .как в модуле ArcGis Spatial Analyst, так и в ArcGis 3D Analyst.
Эти карты дают наглядное представление об изменчивости показателя не только по площади пластов, но и от пласта к пласту. Как видно из рисунков запасы пласта У4 характеризуются большим значением зольности: основная часть угля имеет значение зольности выше 25 %, в то время, как для углей пласта У5 зольность ниже 25 %.
Сопоставление карт зольности чистого угля и угольной массы для каждого пласта позволяет оценить степень засорения угля породными прослоями в случае валовой добычи полезного ископаемого и поставить вопрос об изучении возможности организации на месторождении селективной выемки слоев угля и породы.
Рис. 3. Модель изменения зольности (Ash, %) угольной массы пласта У5
Рис. 4. Модель изменения зольности (Ash, %) угольной массы пласта У4
Растровые модели показателей качества могут быть использованы и для решения более сложных задач. Так, с помощью калькулятора растров Raster Calculator, доступного в модуле ArcGis Spatial Analyst, можно на основе моделей изменчивости таких классификационных параметров (по ГОСТ 25543-88 «Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам»), как средний показатель отражения витринита Ro , содержание фюзенизированных компонентов
ХОК , выход летучих веществ Vda и толщина пластического слоя у , выделить по каждому пласту зоны углей, принадлежащих разным маркам, группам и подгруппам. Эта информация необходима для выбора направлений использования запасов месторождения, а также для реализации требования ГОСТа не допускать смешивания углей разных марок.
Таким образом, инструменты ГИС ArcGis 8.1 позволяют выполнять анализ пространственно-распределенных исходных данных о месторождении и строить карты качества его запасов, необходимые для решения достаточно широкого круга задач, возникающих на предпроектной стадии его изучения.
© Н.В. Дубынина, 2009
