Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка технологии структурирования запасов угольного месторождения сложного строения Гончарова Наталья Владимировна

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Гончарова Наталья Владимировна. Разработка технологии структурирования запасов угольного месторождения сложного строения: автореферат дис. ... кандидата Технических наук: 25.00.22 / Гончарова Наталья Владимировна;[Место защиты: Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук], 2016

Введение к работе

Актуальность работы. Основной объем (до 80 %) балансовых запасов угля в России приходится на угольные бассейны Западной и Восточной Сибири, а именно Кузнецкий, Канско-Ачинский, Минусинский, ЮжноЯкутский и Иркутский.

Особенностью большинства из них является сложная структура расположенных на их территории месторождений, для которой характерно участие в формировании залежи нескольких пластов, отличающихся друг от друга внутренним строением, мощностью и качеством полезного ископаемого, а также степенью изменчивости этих характеристик. Для таких пластов типично многократное чередование слоев угля и породы, их мощность колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров, качество угля изменяется как по площади пласта, так и по его мощности, вследствие чего запасы месторождения могут отличаться разнообразием технологических свойств и иметь различные направления использования.

Одним из таких месторождений является Эльгинское каменноугольное Южно-Якутского угольного бассейна, расположенное в Республике Саха (Якутия). В его строении выделяют шесть свит разного геологического возраста, однако основными угленосными являются две верхние: Ундытканская и Нерюнгринская. При этом более 80 % запасов всей залежи сосредоточены в двух пластах Ундытканской свиты (У4 и У5) и двух пластах Нерюнгринской свиты (Н15 и Н16). Мощности этих пластов изменяются от нескольких десятков сантиметров до 15–17 метров. Толщи пластов представлены не только чистым углем, а имеют сложное строение, включая до 12 породных прослоев. Запасы месторождения по ГОСТ 10101–86 «Угли каменные Южно-Якутского бассейна. Классификация» относят к двум маркам: Ж (жирные) и СС (слабо-спекающиеся). Жирные угли представлены двумя технологическими группами: Ж6 и Ж21, слабоспекающиеся угли – технологической группой 1СС. Угли марки Ж пригодны для коксования, а угли марки СС – для энергетического сжигания.

Организация на таком месторождении селективной выемки углей, различающихся своей потребительской ценностью, требует знания особенностей размещения таких углей в пространстве залежи. Поэтому разработка технологии структурирования запасов угольного месторождения сложного строения с использованием современных инструментов, осуществляющих автоматизированную обработку первичной геологической информации, и на основе действующей классификации, является актуальной научной задачей.

Объект исследования – сложноструктурное угольное месторождение.

Предмет исследования – пространственная изменчивость характеристик морфологических элементов угольного месторождения сложного строения и качества полезного ископаемого в его запасах.

Цель диссертационной работы – разработка технологии структурирования запасов угольного месторождения сложного строения для определе-

ния направлений хозяйственного использования минерального сырья и планирования горных работ.

Идея работы состоит в использовании двумерных регулярных моделей пространственно-распределенных данных и аппарата растровой алгебры для разработки технологии структурирования запасов угольной залежи сложного строения.

Задачи исследования:

– создать информационную модель сложноструктурного каменноугольного месторождения для воспроизведения структурных особенностей угольной залежи и изменчивости совокупности показателей качества ископаемого угля;

– построить цифровую модель сложноструктурного каменноугольного месторождения для прогнозирования изменчивости общей и полезной мощности о тдельных пластов залежи и показателей качества угля в их запасах;

– разработать технологию структурирования запасов каменноугольного месторождения сложного строения и выявить условия его селективной отработки.

Методы исследования: анализ и обобщение нормативной документации, системный анализ, информационное моделирование, объектно-ориентированное программирование, цифровое моделирование, математическая статистика, геометризация месторождений, классификация и компьютерная визуализация, пространственный ГИС-анализ.

Научные положения, выносимые на защиту:

  1. Структурные особенности угольной залежи сложного строения и изменчивость качества полезного ископаемого в ее запасах характеризуются совокупностью показателей, включающей коэффициенты вариации зольности угольной массы и чистого угля по мощности угольных пластов, с обеспечением информационной основы для селективного извлечения слоев угля и пустой породы.

  2. Совокупность двумерных регулярных моделей характеристик морфологических элементов сложноструктурного угольного месторождения и показателей качества угля в его запасах, созданных интерполяцией данных скважинного опробования, обеспечивает прогнозирование изменчивости общей и полезной мощности отдельных угольных пластов залежи и свойств полезного ископаемого, заключенного в них.

  3. Технология структурирования запасов угольных месторождений сложного строения на основе предложенных методики количественной оценки разделения запасов угольного пласта по классам качества и алгоритма цифрового моделирования областей распространения марок, технологических групп и подгрупп углей обеспечивает оперативное выполнение многовариантных подсчетов запасов минерального сырья в границах выемочных единиц с разными параметрами кондиций для выявления условий селективной отработки залежи и планирования горных работ.

Научная новизна работы состоит в том, что:

– установлена совокупность показателей, включающая число и мощность (суммарную, минимальную, максимальную, среднюю) слоев угля и пустой породы, а также коэффициенты вариации показателей качества угля по мощности угольных пластов, характеризующая структурные особенности угольной залежи сложного строения и изменчивость качества полезного ископаемого в ее запасах для выявления условий селективной разработки месторождения;

– предложена цифровая модель сложноструктурного каменноугольного месторождения для прогнозирования изменчивости общей и полезной мощности отдельных пластов залежи и показателей качества угля в их запасах с использованием двумерных регулярных моделей, созданных интерполяцией данных скважинного опробования;

– дана оценка минимального разубоживания углей валовой добычи по площади основных пластов сложноструктурного каменноугольного месторождения на основе двумерной регулярной модели засорения угля породными прослоями, построенной вычитанием модели зольности чистого угля из модели зольности угольной массы;

– разработана методика количественной оценки разделения запасов угольного пласта по классам качества, включающая компьютерный подсчет объемов углей, подлежащих селективному извлечению, на основе двумерных регулярных моделей условий селекции, заданных значениями отдельных скалярных показателей качества и их совокупностей;

– предложен алгоритм цифрового моделирования областей распространения марок, технологических групп и подгрупп углей, осуществляющий автоматизированное оконтуривание участков размещения разных сортов углей на основе двумерных регулярных моделей классификационных показателей, разделяющих угли всех видов на типы и подтипы;

– разработана технология структурирования запасов каменноугольного месторождения сложного строения, обеспечивающая выполнение многовариантных подсчетов запасов минерального сырья в границах различных выемочных единиц с разными параметрами кондиций для планирования горных работ.

Достоверность научных положений подтверждается использованием для обработки пространственно-распределенных данных лицензионного программного обеспечения, разрешенного к применению для подсчета запасов твердых полезных ископаемых, предоставляемого на экспертизу в ФБУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», а именно геоинформационной системы ArcGIS (ESRI, США), а также соответствием марок углей, определенных в процессе исследования, геологическим данным о марочном составе запасов Эльгинского каменноугольного месторождения.

Практическая ценность исследования состоит в создании информационной и цифровой моделей Эльгинского каменноугольного месторождения, а также разработке методики структурирования его запасов для обосно-

вания селективной выемки углей, различающихся своей потребительской ценностью; определении марок, технологических групп и подгрупп углей Эльгинского каменноугольного месторождения в соответствии с требованиями действующей классификации ГОСТ 25543–2013.

Личный вклад автора диссертации состоит в постановке цели и задач исследования; анализе современных требований, предъявляемых к качеству запасов угольных месторождений, а также методов моделирования геологических образований; разработке программного обеспечения для автоматизированной обработки совокупности показателей, характеризующих структурные особенности угольной залежи и изменчивость качества полезного ископаемого в ее запасах; адаптации инструментов геоинформационной системы для цифрового моделирования породно-угольного массива; разработке и тестировании на примере Эльгинского каменноугольного месторождения технологии структурирования запасов угольной залежи.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и
ее основные результаты доложены на научном симпозиуме «Неделя горняка»
(г. Москва, 2001–2003 гг.), на второй сибирской конференции пользователей
программных продуктов ESRI & ERDAS «ГИС в науке, природопользовании
и образовании» (г. Новосибирск, 2003 г.), на III-ей международной научно-
практической конференции «Наукоемкие технологии добычи и переработки
полезных ископаемых» (г. Новосибирск, 2003 г.), на конференции «Фунда
ментальные проблемы формирования техногенной геосреды»
(г. Новосибирск, 2008 г.), на V-ом международном научном конгрессе «ГЕО
Сибирь – 2009» (г. Новосибирск, 2009 г.), на Всероссийской научной конфе
ренции с международным участием «Информационные технологии в горном
деле» (г. Екатеринбург, 2015 г.), на Всероссийской конференции «Проблемы
развития горных наук и горнодобывающей промышленности», посвященной
85-летию академика М.В. Курлени (г. Новосибирск, 2016 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 5 в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВА К.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 152 страницах машинописного текста, включает 49 рисунков и 37 таблиц, содержит список литературы из 73 наименований и приложения.

Работа соответствует паспорту специальности 25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)» в области исследования «Изучение горно-геологических и горнотехнических характеристик месторождений твердых полезных ископаемых».