CC BY
19
ГОРНОЕ ДЕЛО И ГЕОЛОГИЯ
УДК 622.142.5
МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ОДНОРОДНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЙОНОВ ШАХТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЕГО МЕЛКОАМПЛИТУДНОЙ НАРУШЕННОСТИ
© 2013 г. Д.Н. Шурыгин, Д.А. Ефимов
Шурыгин Дмитрий Николаевич - канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635) 25-53-56. E-mail: shurygind@mail.ru
Ефимов Дмитрий Александрович - аспирант, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)25-53-56. E-mail: shurygind@mail.ru
Shurygin Dmitry Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635) 25-53-56. E-mail: shurygind@mail.ru
Efimov Dmitry Alexandrovich - post-graduate student, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)255356. E-mail: shurygind@mail.ru
Приведена методика прогнозирования мелкоамплитудной нарушенности шахтного поля (на примере шх. «Садкинская»). Построен план однородных районов шахтного поля.
Ключевые слова: геологически однородные районы; линейная дискриминантная функция; прогнозирование; тектоническая нарушенность.
In work the forecasting technique low infringement a mine field (on an example of mine «Sadkinsky»). The plan of homogeneous areas of a mine field is constructed.
Keywords: geolofical homogeneous areas; linear discriminant function; forecasting; tectonic infringiment.
Постановка задачи
Возрождение угольных шахт Восточного Донбасса, важного источника высококачественных антрацитов, в настоящее время является весьма актуальной проблемой, от решения которой во многом зависит развитие энергетической отрасли юга России. При этом в первую очередь особое внимание следует обращать на перспективные участки разведанных шахтных полей, так как их отработка даст наиболее быстрый экономический эффект. Вместе с тем не всегда достаточные объемы геолого-разведочных данных по этим участкам требуют как выполнения доразведки, что порой приводит к значительным материальным затратам, так и развития методов прогноза горногеологических условий отработки угольных пластов по имеющимся геолого-разведочным данным, что может быть гораздо дешевле. В последнем случае важно создать методику комплексного полного и точного прогноза различных показателей угольного пласта (гипсометрия, морфологическая структура, тектоническая нарушенность, качество углей, устойчивость и обрушаемость непосредственной кровли и т.п.), влияющих на уровень добычи и качество добываемого угля. Такая методика, на наш взгляд, должна быть основана на математических методах построения прогнозных моделей, так как это позволяет использовать единую информационную базу для прогнозиро-
вания любого набора геологических и горно-технических показателей.
Выбор методов выделения однородных геологических районов
При решении задач геометризации угольных месторождений и прогнозирования тектонической на-рушенности шахтных полей широко применяются методы выделения геологически однородных районов. Под такими районами понимаются части угле-вмещающей толщи с одинаковой структурой и свойствами, которые повлияли на формирование тектонической ситуации. Шахтное поле разбивается на ненарушенные области, области с нарушениями и переходные области.
В настоящее время используются две группы методов:
1. Выделение районов при наличии эталонной выборки (т.е. часть поля отработана и имеется информация о нарушениях).
2. Выделение районов без эталонной выборки.
Рассмотрим более подробно особенности первой
группы методов.
В общем виде задача выделения геологически однородных совокупностей на основе эталонных выборок формулируется следующим образом. Имеется
некоторая совокупность данных по скважинам или точкам опробования, характеризующаяся набором определенных признаков (горно-геологических показателей, измеренных в скважинах).
Известно, что эта генеральная совокупность состоит как минимум из двух групп данных, значимо отличающихся друг от друга. Например, имеются скважины, принадлежащие к участкам шахтного поля с тектонической нарушенностью и без таковой. Необходимо на основании некоторой вычислительной процедуры, используя набор признаков, характеризующих одну из групп скважин (эталонная выборка), разделить генеральную совокупность на эти две группы.
В практике количественного прогноза горногеологических условий отработки месторождений для выделения геологически однородных совокупностей на основе эталонных выборок успешно применяют методы дискриминантного анализа. Дискриминант-ный анализ дает простое прогнозное уравнение, которое в дальнейшем используется для разделения совокупностей. На основе этого уравнения можно оценить надежность будущей классификации путем подстановки в него наблюдений из эталонной выборки и оценки числа правильно определенных.
Задача дискриминантного анализа состоит в нахождении такой линейной комбинации признаков, которая дает максимально возможное различие между двумя ранее определенными группами данных. Если удается найти такую линейную комбинацию (дискри-минантную функцию), то ее можно использовать для отнесения новых скважин (точек опробования) в ту или иную группу, относящуюся, например, к нарушенным или ненарушенным участкам шахтного поля.
Сбор геологической информации
Для решения поставленной задачи была собрана и структурирована информация о строении углевме-щающей толщи пласта шахты Садкинская. Анализ
геологической информации проводился на основе дел скважин детальной разведки, а также плана горных работ с выявленными тектоническими нарушениями в ходе отработки.
Для дальнейших расчетов отбиралась информация о строении и свойствах пластов горных пород в пределах углевмещающего ритма, т.е. от мощного песчаника в кровле угольного пласта до песчаника в почве. Число таких пластов в ритме по шахтному полю составляет от четырех до четырнадцати. Было обработано 202 дела скважин детальной разведки.
На основе информации по скважинам был сформирован комплекс показателей углевмещающего ритма, включающий следующие параметры: шп - суммарная мощность пластов песчаника в кровле угольного пласта, м; шал - суммарная мощность пластов алевролита в ритме, м; дагл ал - суммарная мощность пластов глинистого алевролита в ритме, м; да -
суммарная мощность пластов аргиллита в ритме, м; туг - мощность угольного пласта, м; тр - суммарная мощность всех пластов в кровле угольного пласта, м; Dmал - разность мощностей алевролита в перекрывающей и подстилающей угольный пласт толще ритма, м; Dmгл ал - разность мощностей глинистого
алевролита в перекрывающей и подстилающей угольный пласт толще ритма, м; Dmар - разность мощностей аргиллита в перекрывающей и подстилающей угольный пласт толще ритма, м; п - число слоев в ритме; I - расстояние от угольного пласта до песчаника в кровле, м; МК - модуль крупности ритма, мм; Цвет - средневзвешенный цвет пластов; Слоист -средневзвешенная слоистость пластов.
Для двух последних качественных показателей приняты следующие шкалы значений. Цвет слоев (по мере возрастания в породе углистого вещества): 1 -светлый, 2 - светло-серый, 3 - серый, 4 - темно-серый, 5 - черный. Слоистость (по мере нарастания динамики осадконакопления): 1 - неслоистый (монолитный), 2 - горизонтально слоистый, 3 - волнисто слоистый, 4 - косослоистый.
Построение карты однородных геологических районов по шахтному полю
Уравнение линейной дискриминантной функции (ЛДФ) (точность разделения геологически однородных районов - 86 %) имеет следующий вид:
D = 0,45 m
+ 1,73 тал + 2,73 тглал +
+ 0,99 тар + 6,25 туг + 0,43 I - 0,60 Dmíш +
у ар у у! у у аЛ
+ 1,91 Dmгл - 0,30 Dmяр - 0,50 п + 47,91 МК -
у 1Л аЛ у ар у у
- 3,29 Цвет - 0,03 Слоист
Пороговое значение ЛДФ^0): 70,13.
Если при подстановке в ЛДФ параметров прогнозной скважины получается значение функции больше порогового, то скважина относится к району с нарушением. Если значение функции меньше, чем пороговое, то нарушение не прогнозируется. Чем больше отличается значение функции от порогового, тем выше надежность прогнозирования.
На рис. 1 представлен прогнозный план однородных зон шахты «Садкинская» (по мелкоамплитудной тектонике). Белым цветом на плане обозначены районы, в которых тектонические нарушения не прогнозируются. Районы с возможными нарушениями показаны различными градациями серого цвета, при этом чем темнее цвет, тем выше вероятность встречи нарушения. Черный цвет района отвечает появлению нарушений с максимальной вероятностью 86 % для найденной математической модели.
Между изолиниями с отметками 70-75 вероятность встречи нарушения составит 15 %; с отметками 75-80 - 30 %; с отметками 80-85 - 45 %; с отметками 85-90 - 60 %; с отметками 90-95 - 75 %; с отметками 95-130 - 80 % (рис. 2).
п
Рис. 1. Прогнозный план мелкоамплитудной тектоники
LOOLOOLOOLOO
сососмсм^^ооюоюоюоюоюо ч— т— т— т— т— т— ч— т— СЛОЭООООГ"--! со со ю ю
Рис. 2. Шкала значений дискриминантной функции
Выводы
Комплексный анализ параметров пластопере-сечений позволил построить прогнозную карту нару-
шенности пласта (шх. «Садкинская», Восточный Донбасс) на участках его перспективной отработки в ближайшие годы. На карте выделены зоны, в которых
Поступила в редакцию
высока вероятность наличия мелкоамплитудных разрывов угольного пласта, а также участки с повышенной трещиноватостью вмещающих пород и площади ненарушенного залегания пласта.
В результате проведенных исследований была построена прогнозная карта однородных по нарушен-ности угольного пласта участков шахтного поля. Анализ карты показывает, что наибольшая вероятность встречи мелкоамплитудных разрывов в районе юго-восточных штреков и их продолжении по крутопадающему крылу Сулино-Садкинской синклинали. Другой участок мелкоамплитудных нарушений прогнозируется на севере шахтного поля в районе расщепления угольного пласта. Зона, расположенная севернее линии расщепления пласта, формально может быть отнесена к сильно нарушенной угленосной толще, однако вероятнее всего она является обособленной, геологически однородной зоной, которая требует дальнейшего изучения и построения своей математической модели.
Целью дальнейших исследований является построение математической модели углевмещающей толщи горных пород в пределах выделенных однородных геологических районов шахтного поля. Для этого будет проведен анализ существующих методов моделирования (корреляция разрезов) и предложены новые методы математического моделирования углевмещающей толщи горных пород.
По результатам проведения Всероссийской конференции «Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования» ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».
19 декабря 2012 г.
