CC BY
13
© Д.Н. Шурыгин, 2013
УДК 622.142.5 Д.Н. Шурыгин
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УГЛЕВМЕЩАЮЩЕЙ ТОЛЩИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
Предложен новый подход к математическому моделированию углевмещающей толщи в виде комплекса двух моделей - в разрезе и по латерали. Рассматриваются способы прогнозирования некоторых горно-геологических условий залегания угольных пластов - морфоструктуры и гипсометрии, мелкоамплитудной нарушен-ности, зольности и сернистости.
Ключевые слова: математическое моделирование, геологическое прогнозирование, горно-геологические условия, углевмещающая толща.
Анализ существующих методик прогнозирования позволил определить оптимальную последовательность действий при геометризации параметров горно-геологических условий залегания угольных пластов. Предложенная в данной работе методика заключается в составлении математической модели углевмещающей толщи, на основе которой определяют морфоструктуру и гипсометрию пластов массива горных пород. Далее на основе модели месторождения осуществляется прогноз горно-геологических условий.
Выделим следующие этапы построения математической модели и последующего прогнозирования:
1. Формирование числовых параметров пластов толщи по данным геологических скважин и горных работ.
На основе информации по скважинам формируется комплекс параметров, характеризующих особенности строения и литологического состава углевмещающей толщи:
- мощности пластов различных ли-тотипов в кровле и почве угольного пласта;
- мощность угольного пласта;
- разность мощностей пород одного литотипа в перекрывающей и подстилающей угольный пласт толще;
- число пластов в рассматриваемой части разреза;
- модуль крупности пород рассматриваемой части разреза;
- средневзвешенный цвет пластов (по мере возрастания в породе углистого вещества цвет кодируется: 1 -светлый, 2 - светло-серый, 3 - серый, 4 - темно-серый, 5 - черный);
- средневзвешенная слоистость пластов (по мере нарастания динамики осадконакопления слоистость пласта кодируется: 1 - неслоистый (монолитный), 2 - горизонтально слоистый, 3 - волнисто слоистый, 4 - ко-сослоистый);
- степень устойчивости кровли и почвы угольного пласта [1];
- динамичность осадконакопления рассматриваемой части разреза [1].
2. Выделение геологически однородных районов углевмещающей толщи.
В практике количественного прогноза горно-геологических условий отработки месторождений для выделения геологически однородных районов углевмещающей толщи на осно-
ве выделенных выше параметров хорошо зарекомендовал себя метод кластерного анализа [2]. Для количественного выражения отношения между параметрами выделенных кластеров успешно применяют метод дискрими-нантного анализа [3], который дает простое прогнозное уравнение, используемое в дальнейшем для разделения кластеров (геологически однородных районов). Метод дискрими-нантного анализа состоит в нахождении такой линейной комбинации признаков (линейной дискриминантной функции - ЛДФ), которая дает максимальное возможное различие между двумя ранее определенными типами толщи.
3. Построение модели углевме-шаюшей толши в разрезе.
В угольной геологии накоплен и осмыслен большой геологический материал, на основе которого разработаны теоретические представления о возможных механизмах угленакопле-ния. Характеристики угольного пласта находятся в парагенетической взаимосвязи с параметрами углевме-щающей толщи пород, которая может быть представлена в виде регрессии, где в качестве зависимой переменной используется мощность угольного пласта, а в качестве независимых -мощности пластов, вмещающих угольный пласт [4]. Влияние независимых переменных на характеристики угольного пласта может носить характер прямой или обратной связи.
Использование метода неотрицательных наименьших квадратов позволяет строить регрессионные зависимости между параметрами угле-вмещающей толщи с коэффициентами уравнения, имеющими строго определенный геологический смысл. Известные априорные сведения о характере взаимосвязи (прямая или обратная) показателей угольного пласта и
свойств вмещающих его пород учитываются при построении оптимального уравнения регрессии.
4. Построение модели углевме-шаюшей толши по латерали.
На этом этапе любым из математических методов по выбору исследователя решается задача интерполирования поверхности кровли и почвы пластов углевмещающей толщи. При этом одновременно находятся уравнения по всем пластам ритма. Единственное разумное ограничение на значения показателя в межскважинном пространстве - это требование к соответствию параметров некоторой условной скважины выявленным моделям (регрессионным зависимостям) толщи в разрезе. Уравнения поверхностей должны содержать в качестве независимых переменных только плановые координаты пластопересечений скважинами, так как в межскважинном пространстве кроме этих координат не имеется информации по другим параметрам скважин.
5. Построение моделей размеше-ния непрерывных показателей угольного пласта (зольность, сернистость).
На основе построенной на третьем и четвертом этапе пространственной математической модели углевмещаю-щей толщи определяются в известных пластопересечениях регрессионные зависимости показателей горногеологических условий (например, зольности) от параметров толщи (см. первый этап). Оптимальная регрессия строится на основе метода группового учета аргументов (МГУ А) в соответствии с известными геологическими закономерностями [4].
6. Построение моделей размеше-ния дискретных показателей угольного пласта (мелкоамплитудная нару-шенность, размывы).
В отличие от показателей, рассмотренных в предыдущем этапе, в
которых достаточно выявить закономерность в распределении значений зольности и сернистости угольного пласта от параметров толщи только в разрезе, при прогнозировании нару-шенности необходимо определить, кроме того, взаимосвязь между местами появления дислокаций и строением толщи и по латерали.
Для прогнозирования вероятных мест появления нарушений угольного пласта (или его размывов) необходимо на основе кластерного анализа угле-вмещающей толщи выделить типы толщи (кластеры) с различными гео-
1. Кобилев А.Г., Лось М.М. Методика литолого-фациального прогноза условий разработки угольных пластов. - М.: Недра, 1976, 120 с.
2. Шурыгин Д.Н., Ефимов Д.А. Методы выделения однородных геологических районов шахтного поля для прогнозирования его мелкоамплитудной нарушенности // Изв. вузов Сев.-Кавк. региона. техн. науки.
- 2013. - №3. - С.94-96.
3. Калинченко Б.М., Шурыгин Д.Н. Выделение геологически однородных районов на основе метода группового учета аргументов и дискриминантного анализа // Горный информационно-аналитический бюллетень.
- 2010. - № 10. - С. 85-87.
механическими свойствами, на границах которых локализуются дислокации [5].
Затем по параметрам математической модели углевмещающей толщи в условных скважинах, соответствующим местам появления нарушений прогнозируются амплитуда, протяженность, угол падения и азимут простирания плоскости нарушения [6]. Оптимальные по сложности зависимости прогнозного параметра нарушения от структуры и свойств угле-вмещающей толщи определяются на основе МГУА [4].
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Шурыгин Д.Н. Регрессионные модели парагенетических взаимосвязей свойств пластов углевмещающего ритма // Изв. вузов Сев.-Кавк. региона. техн. науки. - 2012. -№6. - С.94-96.
5. Гзовский М.Ф. Соотношение между тектоническими разрывами и напряжениями в земной коре // Разведка и охрана недр.-1956. - №11. - С.7-22.
6. Калинченко Б.М., Белоконев Г.А., Шурыгин Д.Н. Исследование взаимосвязи мелкоамплитудной нарушенности угольного пласта ш.Садкинская с количественными и качественными характеристиками углевме-щающей толщи // Маркшейдерский вестник. - 2011. - №3. -C.18-21.S2J3
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Шурыгин Дмитрий Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, shurygind@mail.ru
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
д
