CC BY
8DOI: 10.24412/2619-0761-2023-2-51-55 УДК 622.013:550.812.14:553.042
ОБ ОЦЕНКЕ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ГОРНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ*
Шаклеин С.В., Писаренко М.В.
Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук, г. Кемерово, Россия
E-mail: iu.kemsc@maii.ru
Аннотация. На примере реального горного объекта показано, что принятие проектных решений без учета объективной неоднозначности геологической информации, в частотности гипсометрии угольного пласта, потребовало при проходке наклонного ствола дополнительных временных и материальных затрат для уточнения положения пласта, а также корректировки проектного решения. Показано, что оценка эффективности проектных решений по вскрытию и подготовке участка с учетом неоднозначности гипсометрии угольного пласта по предложенному подходу в составе геологических материалов ТЭО кондиций, позволила бы снизить негативные последствия неполноты знаний о недрах при ведении горных работ.
Ключевые слова: угольные месторождения, неоднозначность геологических знаний, горно-геометрические модели, погрешность, гипсометрия пласта, альтернативный разрез.
Введение.
нформационной основой принятия любых решений в области разработки недр является геологическая информация, качество которой определяет эффективность и реализуемость проектных решений по разработке недр. Нормативными документами регламентируется, что достоверность и степень геологической изученности участка недр оценивается в ходе государственной экспертизы геологических материалов, заключение которой содержит вывод о степени разведанности участка недр (оценённое или разведанное месторождение). Согласно Классификации запасов [1], если участок недр отнесен к разведанному месторождению, то тем самым, признается и его подготовленность к промышленному освоению, иначе -требуется разведка. Несмотря на важность такого вывода в действующих нормативных документах объективных (численных) критериев, позволяющих объективно оценить степень разведанности месторождения, что не исключает ошибочность таких выводов. Неверная оценка степени разведанности месторождения негативно отразится на эффективности проектных решений, направленных на разработку месторождений, и неизбежно приведет к временным и материальным потерям, необходимости корректировки решений, а в отдельных случаях - к отказу от разработки месторождения [2.6].
Для угольных месторождений наиболее изменчивыми и значимыми показателями считается гипсометрия (включая дизъюнктивные и пликативные нарушения) и мощность пласта. Достоверность изученности этих показателей, следуя основному принципу геологоразведки - минимальности и достаточности [6], должна соответствовать требованиям принимаемых решений по разработке участка недр, т.е. обеспечивать успешную их реализацию. При этом необходимый уровень достоверности геологических представлений о месторождении для различных элементов технологических схем горнодобывающих предприятий различен.
Решения по вскрытию и подготовке участка недр принимаются с учетом геологических особенностей месторождения, а рациональность этих решений определяет эффективность и безопасность отработки участка недр. При этом горные работы по вскрытию и проведению
(сс) CD г°й работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 4.0. К^^^Щ^^Вшее распространение этой работы должно содержать указание на автора (ов) и название работы, цитирование в журнале и DOI.
ография
Г
51
подготовительных горных выработок являются наиболее трудоемкими и затратными. На эти работы приходится от 30 до 50 % общего времени строительства горного предприятия, а их удельный вес в сметной стоимости горного проекта составляет около 20...25 % [8].
Эффективность решений по расположению основных вскрывающих выработок во многом зависит от качества горно-геометрических моделей гипсометрии угольных пластов, полученных в ходе геологоразведки и объективно обладающие погрешностью. Вследствие этого, целесообразно оценку реализуемости проектных решений по вскрытию и подготовке участка недр с учетом неоднозначности горно-геометрических моделей показателей месторождения, прежде всего гипсометрии, включать в состав геологических материалов ТЭО кондиций.
Методология
По результатам разведки полученные знания о геологии недр интерпретируются и представляются в виде горно-геометрических моделей показателей месторождения (гипсометрии, мощности угольных пластов, качественных показателей и др.). Оценить степень соответствия этих моделей фактическим данным - оценить погрешность моделей -возможно только после отработки участка недр. Однако иметь такую оценку необходимо на предпроектной стадии [7].
Оценить неоднозначность сформированных в ходе геологической разведки представлений о размещении полезного ископаемого в недрах, представляется возможным путем создания косвенных избыточных определений показателей месторождения [2], получить которые можно следующим образом. Разведочная сеть разбивается на систему выпуклых четырехугольников (в дальнейшем - оценочных блоков) [2, 9], в каждом из которых приводится две диагонали, опирающиеся на скважины. Вдоль каждой диагонали, путем линейной интерполяции (для мощности, зольности и т.д.) или кубической сплайн-интерполяции (гипсометрии пласта), определяются два значения показателя в точке А - пересечения диагоналей четырёхугольников. Разность значений показателя в точке А и характеризует неоднозначность интерпретации геологических данных, которая условно именуется критерием разведанности: лямбда-критерием - для гипсометрии и дельта-критерием - для мощности, зольности. По вычисленным значениям критерия строится картограмма разведанности участка, которая в пределах участка недр локализует участки с одинаковой степенью изученности. Полученная картограмма разведаности совмещается со схемой вскрытия и подготовки участка недр. В случае, если вскрывающие выработки располагаются на участках с недостаточной степью разведанности, то по оси выработки строится альтернативный («пессимистический») разрез с учетом установленной неоднозначности гипсометрии пласта и оценивается эффективность проектного решения.
Как показали исследования [10], оценочные блоки по степени изученности гипсометрии пласта предлагается делить на 4 категории по лямбда-критерию: до 4 м -полностью разведанное; 4...8 м - детально разведанное; 8...25 м - требующее доразведки; более 25 м - оцененные.
Рассмотрим применение предлагаемого подхода для реального горного объекта.
Реализации предлагаемого подхода
Проектными решениями на шахте (название которой не приводится по этическим соображениям) предусмотрена проходка флангового наклонного ствола: около 380 м выработки планировалось пройти по породе до места встречи с пластом, а далее выработка протяженностью около 1100 м проводится по пласту. Однако, дойдя до предполагаемого места встречи выработки с пластом, последний не был подсечен. Для уточнения положения пласта предприятием была пройдена серия скважин эксплуатационной разведки. В результате было установлено, что пласт расположен на 10...40 м ниже его ожидаемого положения. Это потребовало корректировки технологического решения и удлинения проведения горной выработки по породе на 400 м. В итоге сроки подготовки пласта нарушены, увеличились материальные затраты на проведение горной выработки и проведения разведочных скважин.
Возникает вопрос: можно ли было избежать потерь времени и финансовых ресурсов при наличии предлагаемой оценки реализуемости проектных решений по вскрытию и подготовке участка с учетом неоднозначности горно-геометрической модели гипсометрии
ография
Г
52
пласта? Для ответа на него была выполнена количественная оценка достоверности изученности гипсометрии угольного пласта на основе материалов геологического отчета, а также проектные решения по выбору расположения флангового путевого наклонного ствола.
Для этого был собран массив данных по пластоподсечениям (пространственные координаты пластоподсечений; элементы залегания пласта в точках пластоподсечений). Произведено квадриангулирование разведочной сети и по каждому оценочному блоку рассчитаны лямбда-критерии разведанности, а результат представлен в виде картограммы разведанности гипсометрии пласта (рис. 1).
Расчеты показали, что, в целом, по участку недр среднее значение лямбда-критерия составило 14 м, но по отдельным оценочным блокам достигало 30...50 м, что свидетельствовало о необходимости проведения геологоразведочных работ в этих блоках.
.17070
Фрагменты: ] полностью разведанные (критерий до 4 м);
] детально разведанные (от 4 до 8 м);
] требующие доразведки (от 8 до 25 м);
] оцененные (свыше 25 м)
Рис. 1. Фрагмент картограммы разведанности участка по гипсометрии угольного пласта
Совмещение картограммы разведанности участка с расположением флангового путевого ствола показало, что вскрывающая выработка располагается на участках требующих разведки, на которых лямбда-критерий превышает 25 м (от устья ствола до скв. 18041) и от 8 до 25 м (остальная часть) (рис. 2). Построение альтернативного («пессимистического») разреза по оси выработки с учетом установленной пространственной неоднозначности гипсометрии пласта показало, что альтернативное положение пласта (пунктирная линия) ниже ожидаемого по глубине.
Проведение разведочных скважин позволило уточнить положение пласта, которое практически совпало с альтернативным положением (рис. 2). Таким образом, оценка неоднозначности гипсометрии угольного пласта на стадии разработки ТЭО кондиций по предлагаемому подходу, позволила бы на стадии проектирования иметь информацию о возможном альтернативном положении пласта и принять соответствующие превентивные решения.
Положение пласта, уточненное после проведения группы скважин (рис. 2), оказалось близким к «пессимистическому» варианту, который мог бы быть построен еще до начала проходки ствола. Таким образом, количественная оценка неоднозначности модели гипсометрии угольного пласта на стадии подготовки геологического отчета или проектной документации, позволила бы принять соответствующие превентивные решения, тем самым избежать или, по крайней мере, снизить понесенный предприятиям ущерб.
Выводы.
Исследования показали, на целесообразность наличия в составе ТЭО кондиций оценки реализуемости проектных решений, направленных на разработку недр, в условиях объективной пространственной неоднозначности изученности показателей месторождения, что на стадии проектирования позволит предусмотреть превентивные геотехнологические, технические, управленческие и иные решения, тем самым снизить негативные последствия неполных знаний о недрах при ведении горных работ. Для выполнения такой оценки прилагается:
- произвести квадриангулирование разведочной сети и по каждому оценочному блоку рассчитать критерий разведанности показателя (лямбда-критерий для гипсометрии и дельта-критерий для мощности, зольности);
Ге огра рия 53
- построить картограмму разведанности участка недр;
- совместить картограмму разведанности участка и проектную схему вскрытия и подготовки;
- построить альтернативный разрез («пессимистический») по оси вскрывающей или подготовительной выработки, если они расположены на участках «требующие доразведки» и «оцененные», и оценить реализуемость проектных решений.
Скв. 13 Скв. II
Скв.9 Скв.7
-1 ---- Гор.+200.ч! —
1 Гор 100 м ¡ _ _
_ lop. -Ом j и___ —
н положение пласта по данным разведки; уточненное положение пласта;
--«пессимистическая» оценка положения пласта;
===== фланговый путевой ствол;
---ствол геологоразведочной скважины;
---ствол скважины эксплуатационной разведки
Рис. 2. Разрез по оси флангового путевого наклонного ствола (по материалам шахты и «пессимистическое» положение пласта)
Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук» проект FWEZ-2021-0002 «Разработка эффективных технологий добычи угля роботизированными горнодобывающими комплексами без постоянного присутствия людей в зонах ведения горных работ, систем управления и методов оценки технического состояния и диагностики их ресурса и обоснование обеспечения воспроизводства минерально-сырьевой базы» (рег. № АААА-А21-121012290021-1).
Литература
1. Классификация запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых: утв. приказом Минприроды РФ от 11.12.2006 № 278: (зарегистрирован в Минюсте России от 25.12.2006 per. № 8667) // Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти. 2007. Вып. 5.
2. Рогова Т.Б., Шаклеин С.В. Достоверность запасов угольных месторождений. Количественная оценка и мониторинг. Saarbrücken: LAP LAMBERT, 2011. 508 c.
3. McCarthy P. Managing technical risk for mine feasibility studies. Mining Risk: TheAuslMM, 2003.
4. Калиниченко В.М. Математическое моделирование и прогноз показателей месторождений: Справочник. М.: Недра, 1993. 319 с.
5. Богацкий В.В., Гаврилин К.В. Возможность количественной оценки достоверности результатов разведки пластовых полезных ископаемых // Геология угольных месторождений. М: Наука, 1971. Т.2. С. 94-99.
6. Рогова Т.Б., Шаклеин С.В. Оценка степени геологической изученность шахтного (карьерного) поля при подготовке проектной документации // Рациональное освоение недр. 2012. № 6. С. 32-35.
7. Каждан А.Б. Разведка месторождений полезных ископаемых. М: Недра, 1977. 327 с.
8. Абрамов В.А. Обоснование пространственно-планировочные решения при вскрытии запасов перспективных угольных ш ахт: автореф. дис ...канд. техн. наук. М., 2010. 16 с.
9. Рогова Т.Б., Шаклеин С.В. Программное обеспечение мониторинга достоверности запасов угледобывающих предприятий // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2012. № 1. С. 20-26.
10. Шаклеин С.В., Рогова Т.Б., Писарен-ко М.В. О неопределенности (достоверности) геологических материалов, обеспечивающей реализуемость проекта освоения угольного месторождения // Рациональное освоение недр. 2022. № 3. С. 26-37.
© Шаклеин С.В., Писаренко М.В., 2023
Ге огра сри я 54
ON THE ESTIMATION OF THE AMBIGUITY OF MINING-GEOMETRIC MODELS OF INDICATORS OF COAL DEPOSITS
Shaklein S. V., Pisarenko M. V.
Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of
Sciences, Kemerovo, Russia
E-mail: iu.kemsc@mail.ru
Abstract. On the example of a real mining object, it is shown that the adoption of design decisions without taking into account the objective ambiguity of geological information, in the frequency of hypsometry of a coal seam, required additional time and material costs when driving an inclined shaft to clarify the position of the seam, as well as adjust the design solution. It is shown that the evaluation of the effectiveness of design solutions for the opening and preparation of the site, taking into account the ambiguity of the hypsometry of the coal seam according to the proposed approach as part of the geological materials of the feasibility study of conditions, would reduce the negative consequences of incomplete knowledge of the subsoil during mining.
Keywords: coal deposits, ambiguity of geological knowledge, mining-geometric models, error, seam hypsometry, alternative section.
The work was carried out within the framework of the state task of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" project FWEZ-2021-0002 "Development of efficient technologies for coal mining by robotic mining complexes without the constant presence of people in the areas of mining operations, control systems and methods for assessing the technical condition and diagnosing their resource and justifying the reproduction of the mineral resource base" (registrationNo. AAAA-A21-121012290021-1).
References
1. Classification of reserves and predicted resources of solid minerals: approved. by order of the Ministry of Natural Resources of the Russian Federation of December 11, 2006 No. 278: (registered with the Ministry of Justice of Russia of December 25, 2006, reg. No. 8667) // Bulletin of normative acts of federal executive authorities. 2007. Issue. 5.
2. T.B. Rogova, S.V. Shakleinô Reliability of reserves of coal deposits. Quantification and monitoring, LAP LAMBERT, Saarbrücken, 2011.
3. P. McCarthy , Managing technical risk for mine feasibility studies, The AuslMM, Mining Risk, 2003.
4. V.M. Kalinichenko, Mathematical Modeling and Forecast of Field Indicators: A Handbook, Nedra, Moscow, 1993.
5. V.V. Bogatsky, K.V. Gavrilin, The possibility of quantitative assessment of the reliability of the results of exploration of seam miner-
als, in book: Geology of coal deposits, Science, Moscow, 1971. V.2.
6. T.B. Rogova, S.V. Shaklein, Evaluation of the degree of geological knowledge of the mine (quarry) field in the preparation of project documentation, Rational development of mineral resources, 6 (2012) 32-35.
7. A.B. Kazhdan, Exploration of mineral deposits, Nedra, Moscow, 1977.
8. V.A. Abramov, Substantiation of space-planning decisions during the opening of reserves of promising coal mines: author. dis...cand. tech. Sciences. Moscow, 2010.
9. T.B. Rogova, S.V. Shaklein, Software for monitoring the reliability of reserves of coal mining enterprises, Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 1 (2012) 20-26.
10. S.V. Shaklein, T.B. Rogova, M.V. Pisarenko, On the Uncertainty (Reliability) of Geological Materials Ensuring the Feasibility of a Coal Deposit Development Project, Rational development of mineral resources,3 (2022) 26-37.
© Shaklein S.V., Pisarenko M.V., 2023
Ге огра pu я BB
Шаклеин С.В., Писаренко М.В. Об оценке неоднозначности горно-геометрических моделей показателей угольных месторождений //Вектор ГеоНаук. 2023. Т. 6. №2. С. 51-55. DOI: 10.24412/2619-0761-2023-2-51-55.
Shaklein S.V., Pisarenko M.V., 2023. On the estimation of the ambiguity of mining-geometric models of indicators of coal deposits. Vector of Geosciences. 6(2). Pp. 51-55. DOI: 10.24412/2619 -0761-2023-2-51-55.
