CC BY
32
© О.В. Тайлаков, А.Н. Кормин, М.П. Макеев, 2006
УДК 622.8
О.В. Тайлаков, А.Н. Кормин, М.П. Макеев
КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ И ОЦЕНКА ЭМИССИИ ШАХТНОГО МЕТАНА НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Добыча угля сопровождается интенсивным выделением метана, которое продолжается при транспортировке и переработке угля. Учет объемов эмиссии метана в процессе угледобычи, транспортировки и переработки угля имеет важное значение для разработки мероприятий по повышению эффективности дегазации, а также для обобщенной оценки выбросов метана из угольных пластов. В соответствии с Киотским протоколом к Рамочной конвенции ООН об изменении климата [1], в зависимости от величины сокращенных выбросов парниковых газов, в том числе шахтного метана, появляется возможность получения предприятиями, занимающимися добычей и транспортировкой угля, дополнительных экономических выгод. Эти экономические выгоды представляют собой возможность привлечения инвестиций в виде реализации проектов совместного осуществления и прямой продажи квот на выбросы. Для участия в рыночных механизмах Киотского протокола необходимо иметь национальные системы учета (инвентаризации) выбросов парниковых газов и специальные национальные органы (реестры) для регистрации владения квотами и сделок по их продаже или переуступке. Для выполнения обязательств по Киотскому протоколу и реализации возможных экономических выгод необходимо проводить инвентаризацию выбросов парниковых газов, в том числе и эмиссию метана в процессе угледобычи и транспортировки угля.
В связи с этим возникают задачи создания базы пространственно-временных данных по объектам газодинамического
мониторинга и разработки методики отбора проб и определения газоносности угля. Для наполнения базы данных необходимо выбрать угольные пласты с близкими петрографическими свойствами, которые являются представительными для отдельных групп угледобывающих предприятий. Разработана процедура выбора, которая включает несколько этапов. На первом этапе обобщается и анализируется первичная информация по угледобывающим предприятиям с учетом типов пластов, марок угля и петрографических свойств углей. Объем созданной базы данных включает информацию по 234 и 193 угольным пластам, отрабатываемым на 47 шахтах и 27 разрезах Кузнецкого угольного бассейна [2]. На рис. 1 приведен фрагмент данных по угольным шахтам, представленных в базе данных. В поля базы заносятся данных по шахтам и разрезам: название шахты; коэффициент отражения витринита R0, %; марка угля; витринит, %; семивитринит, %; инертинит, %. Предусмотрена разработка типовых запросов к базе данных (упорядочение, поиск, выборка и расчет данных), разработка форм для ввода и коррекции данных; разработка и вывод отчетов. Информация, представленная в базе данных, используется для классификации угледобывающих предприятий Кузбасса по петрографическим свойствам угольных пластов с помощью метода индексированной иерархической классификации [3].
Для составления таблиц данных угольных пластов проведена классификация угледобывающих предприятий по марочному
Рис. 1. Фрагмент базы данных по шахтам
составу углей. Для этого использован метод индексированной иерархической классификации позволяющий формировать группы угледобывающих предприятий, добывающих уголь с близкими характеристиками по марочному составу. Приняты обозначения: I - множество пластов; Л - совокупность их петрографических свойств; хц = {хієі; ]єи) -матрица, описывающая петрографические свойства отрабатываемых угольных пластов.
Введена метрика, характеризующая отличие свойств угольных пластов / и
а2(1;1') =Е (хм -х,Л2 (1)
№ и 4
где хи - показатель отражения витринита Я0, %; х2 - витри-нит, %; х3 - семивитринит, %; х/4 - инертинит, %.
Классификация угледобывающих предприятий выполнена на основе их разбиения на классы при заданном уровне б2 расхождения свойств углей.
Для построения индексированной иерархической классификации проводилось кодирование табличных данных путем их перевода в полную дизъюнктивную форму. Затем предприятия разбивались на кластеры при фиксированной высоте кластера б по правилу: "если для двух предприятий / и 1'с12(1,1)>сР, то они относятся к разным классам".
-11
Н
О
У ^
13
и
мин
1б
Рис. 2. Фрагмент индексированной иерархической классификации угледобывающих предприятий Кузбас-б са для марки угля «К»: а) разрезы; б) шахты
Л
а
А
С
Рис. 3. Остаточная газоносность угля в течение времени st : Ъа -
остаточная газоносность в процессе добычи угля; Ъв - остаточная газоносность в процессе транспортировки угля по шахте; Ъс - остаточная газоносность при переработке угля
Отобранные данные классифицированы иерархическими методами: одиночной, полной, средней связи и итерационным методом отношения объекта к тому или иному кластеру рис. 2.
Для формирования исходных данных при решении задачи мониторинга эмиссии метана из угольных пластов при выемке и транспортировке угля проведены лабораторные исследования газоносности угольных образцов, отобранных при разработке угольных пластов.
За основу принят прямой метод измерения содержание газа, в котором используется буровая мелочь или обычные керны. Образцы помещаются в герметичные канистры и хранятся в обычных условиях. Выделяемый из емкости десорб-ционный газ измеряется как функция времени рис. 3. После снижения скорости выделения газа образец вынимают из контейнера и измеряется остаточное количество газа.
Для графического отображения эмиссии метана применялся пакет 8иг[ег8 рис. 4.
Представленный геоинформационный подход мониторинга эмиссии метана дает возможность систематизировать и автоматизировать этапы работы связанные со сбором и обработ-
Эмиссия метана, млн. м3
■ 9,8
■ 7,65
■ 6,38
■ 5,38 4,61
□ 4,05
□ 3,6
■ 0,68 0
■ 0
Рис. 4. Поверхность плотности эмиссии метана при добыче угля в Кузнецком угольном бассейне
кой информации. Использование интегрированной базы данных с географическими информационными системами позволяет наглядно интерпретировать результаты обработки данных по эмиссии метана, в виде моделей поверхностей акцентируя внимание на тех или иных явлениях.
1. Киотский протокол: Анализ и интерпретация / Пер. с англ. Издание 2-е. - М.: "Харвест-Принт", 2002. - 268 с., ил.
2. Жамбю М. Иерархический кластер-анализ и соответствия: Пер. с фр. - М.: Финансы и статистика, 1988 - 342 с.
3. Фигурнов В.Э. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. - М.: Финансы и статистика, 1989 - 215 с.
Коротко об авторах
Тайлаков О.В., Кормин А.Н., Макеев М.П. - Институт угля и угле-
химии СО РАН.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
