Создание базы геологической информации в управлении качеством ископаемых углей Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

к.т.н. Дворникова А.Н., аспирант Дубынина Н.В.

Институт горного дела СО РАН, Новосибирск

Создание базы геологической информации в управлении качеством ископаемых углей

В основе управления качеством ископаемых углей лежит геологотехнологическое картирование запасов, которое предполагает численное моделирование изменения их генетических свойств в пространстве месторождения. Результатом картирования является пакет карт качества. Адекватность представления содержащейся в нем геологической информации, обеспечивающая оперативную актуализацию карт в процессе предпроектных и проектных исследований, возможна только при тщательном изучении данных, получаемых по стадиям геологоразведки, и использовании их во всей полноте и многообразии. Необходимой предпосылкой картирования является наличие специализированных математических моделей и методов построения контуров месторождения и статистической обработки информации [1]. Информационную основу комплекса составляет геологическая база данных (ГБД), предназначенная для хранения и актуализации данных о геометрических параметрах и свойствах ископаемых углей.

Содержанием ГБД являются данные, полученные в результате геологического опробования месторождения. Структура базы основана на разделении информации на постоянную и переменную. Постоянная информация заключена в справочниках и представлена данными о пластах, литотипах, координатах скважин, а также перечнем показателей качества и физикомеханические свойств углей и вмещающих пород, специально сформированным для каждого конкретного месторождения.

Переменная информация ГБД включает данные, характеризующие внутреннее строение каждой скважины по всем пластам месторождения. Часть данных по скважине: координаты и отметка устья скважины, а также отметки почвы и кровли по пластам, - относятся к геометрическому образу угольной

залежи, а мощности литотипов и показатели качества и физико-механических свойств составляют информацию о вещественном составе ископаемых углей и залегающих в пределах месторождения пород. Строение скважины представлено на рис. 1. Как видно из рис. 1, порода в скважине может быть представлена несколькими литотипами, а мощности слоев, как угольных, так и породных, могут существенно изменяться.

Рис. 1. Строение скважины в пределах одного (а) и нескольких (б) пластов. г ПР06™ - отметка кровли /-го пласта, г П0чвы - отметка почвы г-го пласта,

тУк - мощность к-го угольного слоя, тЩ - мощность п-го породного слоя, т^и+п - мощность междупластья.

На месторождениях сложной структуры, представленных несколькими пластами или свитами пластов, в строении скважины присутствуют также междупластья (рис. 1 б).

Содержательная часть информации по скважинам включает показатели качества и физико-механические свойства по слоям угля и породы. Состав показателей качества (рис. 2 а) различен и задается для каждого конкретного месторождения, в соответствии с формируемыми потребительскими свойствами и направлениями использования угольной продукции. Так множество показателей качества углей, направляемых на сжигание, содержит показатели зольности, влажности, выхода летучих, низшей теплоты сгорания, а для углей, используемых в коксохимии, к ним добавляются показатели толщины

пластического слоя и обогатимости. Аналогичным образом, то есть в зависимости от технологии разработки, формируется множество показателей, характеризующих физико-механические свойства углей и литотипов породы (рис. 2 б).

Специфика геологической информации определила набор требований к контролю ввода и редактирования данных. Так, например, в базе реализована проверка правильности ввода мощностей слоев скважин с использованием

К Ni

формулы Zпочвы -ZкPовлu = £ тС + ^ тЩ , где К и N соответственно число ^ ^ пл V пл V , к , п

1 1 к=1 п=1

угольных и породных слоев в скважине по /-му пласту. В случае нарушения

выдается предупреждение о неправильном вводе информации. Информация о

значениях почвы и кровли тоже подвергается проверке - здесь требуется,

чтобы разность (гП0чвы - гПРовли) была положительна.

Рис. 2. Содержательная информация по углю (а) и породе (б).

Для контроля показателей качества в соответствующем справочнике задается диапазон изменения каждого из них. В случае, если введенное значе-

ние показателя оказывается за пределами заданного диапазона, выдается сообщение об ошибке.

При работе с реальной геологической информацией возможны случаи, когда по некоторым скважинам на картах и планах приведены не все данные, необходимые для дальнейших расчетов. В этой связи предусмотрено автоматическое отслеживание скважин, содержащих незаполненные позиции.

ГБД реализует стандартные функции: ввод, хранение, редактирование, поиск. Информация ГБД полностью подготовлена для использования в решении задач управления качеством добываемого угля, при этом реализуются следующие специальные функции:

• построение геометрических образов (границ пластов и их отдельных участков, построение заходок по выбранным направлениям отработки месторождения, построение карты пласта;

• расчет показателей качества (скалярных, комплексных и не зависимых показателей качества по морфологическим и технологическим элементам месторождения);

• построение карт качества;

• статистическая обработка показателей качества (вычисление описательных статистик и подбор функций распределения для показателей качества.

Рассмотрим особенности реализации каждой функции.

Построение границ пласта выполняется или по координатам граничных точек, или, при отсутствии множества граничных точках, по данным скважин, ближайших к выходу пласта [2].

При вычислении значений показателей качества, характеризующих объем того или иного морфологического или технологического элемента, последний рассчитывается с использованием триангуляционной сети, построенной по скважинам, лежащим в его границах [1, 3].

После построения границ пласта и вычисления показателей качества можно переходить к построению карт качества, позволяющих получить на-

глядное представление о пространственном распределении исследуемых свойств угля. Так, например, на рис.3. приведен пример построения карты зольности пласта Н15 Эльгинского каменноугольного месторождения. Здесь средствами ГИС Arc View GIS фирмы ESRI на основе данных по включенным в границы пласта скважинам построены изолинии по четырем уровням зольности.

Рис. 3. Карта зольности пласта Н15 Эльгинского месторождения.

Статистическая обработка показателей предполагает вычисление таких описательных статистик, как среднее значение, дисперсия, стандартное отклонение, коэффициент вариации, а также построение автоковариационной и автокорреляционной функций и спектра дисперсии. Кроме того, имеется возможность оценки параметров некоторых законов распределения, наиболее часто используемых при решении задач геологии.

В программном отношении ГБД представляет собой реляционную базу данных, таблицы которой реализованы в формате Paradox 7.0. Приложение базы данных реализовано в визуальной среде Delphi 6 и является Windows-приложением, отвечающим современным требованиям пользовательского интерфейса. Система главного и контекстного меню позволяют осуществлять быстрый доступ ко всем разделам и функциям ГБД. Диалоговые окна используются для ввода и демонстрации введенных данных, а также вывода сообщений об ошибках. В базе реализована возможность визуализации геометрических образов месторождения.

Созданная база геологических данных позволяет на новом информационном уровне подойти к решению задач по оценке показателей и свойств ископаемых углей в процессе принятия решений по оптимизации использования запасов месторождений. Перечислим те из них, которые осуществляются на основе информации, содержащейся в ГБД:

• построение геометрических элементов угольной залежи;

• геометризация показателей качества угля в пределах месторождения, пласта, участка пласта;

• выбор направления отработки пласта;

• вычисление мощностей пластов, междупластий, угольных пачек и породных прослоев по скважине;

• построение поверхностей кровли и почвы пластов;

• вычисление средних значений показателей качества по заходкам;

• вычисление объемов по заходкам или участкам пласта (месторождения).

Список литературы

1. Протасов С.И., Ботвинник А.А., Дворникова А.Н. Моделирование угольной залежи в задачах управления качеством. IV Международная научнопрактическая конференция “Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности”. - Кемерово, 2002.

2. Ботвинник А.А., Протасов С.И., Дубынина Н.В. Программноинформационная модель динамического прогноза качественных характеристик добываемых углей // Горный информационно-аналитический бюллетень. Изд-во МГГУ. - 2002. - №1.

3. Фрейдина Е.В., Ботвинник А.А., Дворникова А.Н. Геоинформационные технологии в управлении качеством ископаемых углей./ Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом. (Мат. к Междун. научно-техн. конф. в связи с 75-летием В.С. Хохрякова). - Екатеринбург, 2002.

Файл: ДВОРНИ~1

Каталог: 0:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\ОТЛВ7_03

Шаблон:

С:\и8ег8\Таня\ЛррБа1а\Коашт§\М1сго8ой\Шаблоны\Когша1.ёо

1т

Заголовок: Структура базы разработана с учетом разделения всей имею-

щейся гео-логической информации на постоянную для изучаемого месторожд Содержание:

Автор: Наталья

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания: 11.06.2003 10:52:00

Число сохранений: 2

Дата сохранения: 11.06.2003 10:52:00

Сохранил: Гитис Л.Х.

Полное время правки: 0 мин.

Дата печати: 08.11.2008 23:55:00

При последней печати страниц: 6

слов: 1 342 (прибл.)

знаков: 7 651 (прибл.)