Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обоснование цели и постановка задач исследования 12
1.1 Российская промышленная классификация ископаемых углей 12
1.2 Моделирование угольных месторождений
1.2. 1 Геометризация месторождений 20
1.2.2 Геоинформационная система ArcGIS
1.3 Особенности Эльгинского каменноугольного месторождения 29
1.4 Цель и задачи исследования 36
ГЛАВА 2. Создание информационной модели сложноструктурного угольного месторождения 38
2.1 Геологическая база данных 38
2.2 Программная реализация геологической базы данных 41
2.3 Проверка и обработка первичной геологической информации 52
Выводы 61
ГЛАВА 3. Построение цифровой модели сложно структурного угольного месторождения 63
3.1 Особенности организации данных в ГИС-проекте 63
3.1.1 Принципы структурирования данных 65
3.1.1.1 Структура проекта на верхнем уровне иерархии 66
3.1.1.2 Структура проекта на уровне отдельного пласта 70
3.1.2 Соглашения об именах файлов 72
3.2 Ввод данных в ГИС-проект 73
3.2.1 Ввод данных из таблиц геологической базы данных 73
3.2.1.1 Алгоритм преобразования формата данных 74
3.2.1.2 Выборка данных из таблиц геологической базы данных
3.2.1.2.1 Выбор скважин, подсекающих отдельный пласт 75
3.2.1.2.2 Получение координат скважин 76
3.2.1.2.3 Присвоение атрибутов скважинам 77
3.2.2 Ввод данных с планов подсчета запасов 77
3.2.2.1 Определение относительных координат вершин фрагментов планов подсчета запасов 78
3.2.2.2 Создание слоя опорных точек 79
3.2.2.3 Загрузка растровых изображений планов подсчета запасов по пластам 81
3.2.2.4 Цифрование границ пласта 82
3.2.2.5 Получение координат граничных точек пласта 83
3.3 Цифровая модель месторождения 84
3.3.1 Построение векторных моделей 84
3.3.1.1 Отображение формы пласта в плане 84
3.3.1.2 Моделирование поля скважин
3.3.1.2.1 Поле скважин месторождения 85
3.3.1.2.2 Поле скважин, подсекающих отдельный пласт
3.3.1.3 Моделирование 2D разведочных линий пласта 87
3.3.1.4 Моделирование элементов системы разработки 90
3.3.2 Построение регулярных моделей 93
3.3.2.1 Моделирование общей и полезной мощности угольных пластов 97
3.3.2.2 Моделирование зольности 99
3.3.2.3 Моделирование засорения углей пустой породой 102
3.3.2.4 Моделирование выхода летучих веществ 104
3.3.2.5 Моделирование толщины пластического слоя 106
Выводы 108
ГЛАВА 4. Разработка технологии структурирова ния запасов угольного месторождения сложно го строения 110
4.1 Методика структурирования запасов угольного пласта 110
4.2 Структурирование запасов Эльгинского месторождения по скалярным показателям качества 114
4.2.1 Структурирование запасов месторождения по зольности угольной массы и чистого угля 114
4.2.2 Структурирование запасов месторождения по засорению углей пустой породой 118
4.2.3 Структурирование запасов месторождения по выходу летучих веществ 122
4.2.4 Структурирование запасов месторождения по толщине пластического слоя 126
4.3 Структурирование запасов Эльгинского месторождения по векторным показателям качества 130
4.3.1 Алгоритм моделирования марок, технологических групп и подгрупп углей 132
4.3.2 Распределение запасов месторождения по маркам, технологическим группам и подгруппам 140
4.4 Структурирование запасов месторождения по совокупности скалярных и векторных показателей качества 148
Выводы 150
Заключение 151
Литература 153
Список иллюстративного материала
- 1 Геометризация месторождений
- Проверка и обработка первичной геологической информации
- Соглашения об именах файлов
- Структурирование запасов месторождения по толщине пластического слоя
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:
-
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.
-
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.
-
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».
1 Геометризация месторождений
Марки, технологические группы и подгруппы углей, подходящих для этих целей, также устанавливаются ГОСТ 25543-2013.
Анализ направлений использования углей показал, что угли одной марки часто могут быть использованы по-разному.
Так, например, угли марки Г используются в основном как энергетическое и коммунально-бытовое топливо.
Однако, угли группы 2Г с толщиной пластического слоя у более 13 мм направляются на коксование. Угли этой марки с толщиной пластического слоя у от 8 до 12 мм используются для производства формованного кокса и сферических абсорбентов, а угли с толщиной пластического слоя у менее 8 мм - для газификации и полукоксования.
Витринитовые малозольные угли марки Г с выходом летучих веществ Vdaf более 42 % являются хорошим сырьем для производства синтетического жидкого топлива [13]. Аналогично, широкой вариацией свойств характеризуются угли марки ГЖО, что не позволяет рекомендовать их для использования по какому-либо одному направлению. Угли группы 1ГЖО при толщине пластического слоя у менее 13 мм могут составлять не более 20 % в шихте коксохимических заводов, и лишь при условии, что остальная часть шихты содержит хорошо спекающиеся угли со значением среднего показателя отражения витринита fior от 1,0 до 1,5 %. Угли группы 2ГЖО являются хорошим сырьем для коксования (особенно при показателе отражения витринита Rgr не менее 0,85 %) и могут составлять более половины шихты. Фюзенитовые угли группы 1ГЖО (подгруппа 1ГЖОФ) совершенно непригодны для производства металлургического кокса, и могут использоваться в ком 19 мунально-бытовом (крупные классы) или энергетическом (мелкие классы) секторах.
Таким образом, для определения рациональных направлений хозяйственного использования углей сложноструктурных месторождений и организации селективной выемки полезного ископаемого, обладающего различными технологическими свойствами, необходимо по каждому предполагаемому к отработке пласту получить представление о пространственной изменчивости марок, технологических групп и подгрупп углей, выделяемых по ГОСТ 25543-2013 на основе классификационных показателей, соответствующих виду угля в запасах залежи, а также ряда показателей качества, нормируемых специальными государственными стандартами по его промышленному использованию: зольности A (%), толщины пластического слоя y (мм), выхода летучих веществ Vda? (%), массовой доли общей серы Sd (о/о), мышьяка Asd (%), хлора Cld (%), фосфора Pd (%) и др.
Месторождения ископаемого угля относятся к сложным системам, основным методом изучения которых является моделирование, когда непосредственный объект изучения заменяется его упрощенным аналогом - моделью.
Идея моделирования месторождений и графического отражения особенностей его строения и качества его запасов была выдвинута почти сто лет назад профессором П.К. Соболевским - создателем геометрии недр и метода изолиний для подсчета запасов [14].
На сегодняшний день положения геометрии недр являются методической основой для моделирования месторождений средствами современной вычислительной техники и программного обеспечения. 1.2.1 Геометризация месторождений
Графическим изображением формы залежей и качества полезных ископаемых в недрах, методами подсчёта и учёта движения запасов и методами решения геометрических задач, связанных с проведением горных выработок, занимается раздел горной науки «геометрия недр».
В России первые исследования в этой области связаны с появлением в 1763 г. сочинения М.В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных тел», где отдельная глава посвящена вопросам маркшейдерских съёмок и горной геометрии [15].
Значительным вкладом в геометрию недр явились работы П.М. Леонтовско-го (1905 г.) и В.И. Баумана (1907 г.) по определению элементов залегания пластовых залежей, классификации и способам отыскания смещённых частей залежи при горных работах и подсчёту запасов месторождений сложной формы.
Наибольшее развитие геометрия недр получила в 30-х гг. прошлого века в связи с бурным ростом горной промышленности и освоением новых месторождений полезных ископаемых.
В эти годы П.К. Соболевским были разработаны теоретические основы горной геометрии и намечены пути практического применения её методов, а также создан один из разделов этой научной дисциплины – геометризация месторождений, основной задачей которого были изучение и графическое отображение структурных и качественных особенностей месторождения по данным опробования, наблюдений и измерений.
Геометризация месторождений стала возможной после предложения П.К. Соболевским модели геохимического поля [16–21].
Согласно этой модели каждое из физических, химических, горногеологических, геомеханических и других свойств залежи полезного ископаемого может быть определено в той или иной точке пространства. Число, описывающее то или иное свойство залежи в данной точке пространства, называется показателем.
Для целей математического моделирования закономерностей пространственного размещения свойств геологических образований их показатели рассматриваются как пространственные переменные, обладающие рядом специфических характеристик: мерностью, областями существования и определения.
Каждый показатель изменяется в пространстве залежи по-своему. Множество возможных значений показателя образует поле, в пределах которого положение переменной определяется координатами пространства. Для описания характера изменения свойств месторождения используются поверхности топографического порядка [22, 23].
В 40–50-х гг. XX-го века выполнены фундаментальные исследования по геометризации угольных и рудных месторождений (П.А. Рыжов, И.Н. Ушаков, Г.И. Вилесов и др.), оценке точности результатов в связи с геометризацией и подсчётом запасов (Д.А. Казаковский, П.А. Рыжов и др.).
В следующее десятилетие методика геометризации месторождений различных полезных ископаемых получила дальнейшее развитие и совершенствование благодаря работам А.А. Трофимова, В.А. Букринского, И.В. Франского, А.И. Осецкого, Е.Ф. Фролова и других советских ученых.
За рубежом основные исследования по геометризации плоскостных, складчатых и разрывных структур выполнили У.Л. Донн и Дж.Э. Шимер (США, 1958 г.); по теории математического моделирования показателей месторождений полезных ископаемых – Ж. Матерон (Франция, 1968 г.), У. Крамбейн и Ф. Грей-билл (Великобритания, 1969 г.) и др
Проверка и обработка первичной геологической информации
Для организации и хранения постоянной информации предусмотрены справочники, специально формирующиеся для каждого конкретного месторождения. Эта информация представлена данными о пластах, литотипах, координатах скважин, а также перечнем показателей качества и физико-механических свойств полезного ископаемого и вмещающих пород.
Например, применительно к месторождениям ископаемого угля справочник по литотипам будет содержать данные о свойствах угля, углистых пород, аргиллитов, алевролитов, песчаника.
Для углей состав показателей качества задается для каждого месторождения конкретно, в зависимости от вида угля (бурый, каменный, антрацит), а также в соответствии с формируемыми потребительскими свойствами и направлениями использования продукции.
Так множество показателей качества каменных углей обязательно должно содержать такие классификационные показатели, как средний показатель отражения витринита R0 г, выход летучих веществ на сухое беззольное состояние Vda?,
сумма фюзенизированных компонентов на чистый уголь Ц ОК, толщина пластического слоя у. Для энергетических углей к перечню изучаемых показателей качества добавляются зольность Ad, массовая доля общей влаги в рабочем состоянии Wtr, низшая теплота сгорания рабочего топлива Q[, а для углей, используемых в коксохимии - массовая доля общей серы Sf, мышьяка Asd, хлора Cld, фосфора P.
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 полезного ископаемого и залегающих в пределах месторождения пород.
Отметим, что предложенная идеология ГБД может быть использована для моделирования месторождений простого строения, а также пластовых залежей других видов полезного ископаемого.
Геологическая база данных реализована как реляционная база данных, в состав которой входят таблицы в формате Paradox 7.0. Состав таблиц определен исходя из выделенных морфологических элементов месторождения: пластов, скважин, слоев литотипов в скважинах. Каждая таблица содержит информацию об однотипных элементах. Для рассмотренных морфологических элементов месторождения характерны следующие отношения: – скважина пересекает один или несколько пластов; – скважина в пределах разных пластов может иметь разное внутреннее строение; – скважина сложена только угольным слоем или чередующимися слоями угля и пустой породы. Моделирование отношений, установленных между элементами морфологии месторождения, осуществляется путем связывания таблиц ГБД по принципу главная «родительская» – подчиненная «дочерняя». Для связи используются ключевые поля. Тип связи – «один-ко-многим». Это означает, что одной записи из «родительской» таблицы может соответствовать несколько записей в «дочерней» таблице. Возможны случаи, когда для некоторых записей в «родительской» нет соответствующих им записей в «дочерней» таблице.
Стрелки между полями таблиц указывают, какие таблицы и по каким полям можно связать отношением «один-ко-многим». Таблица, на которой стрелка на 43 чинается будет главной. Таблица, на которой стрелка заканчивается – подчиненной. Для наглядности все главные таблицы выделены серым цветом, а подчиненные раскрашены штриховкой.
Из рисунка 2.2 видно, что таблица слоев (выделена ромбиками) может быть и главной, и подчиненной: подчиненной для таблицы пластов, таблицы скважин и таблицы литотипов, и главной – для таблицы свойств по слоям. Роль таблицы определяется тем отношением между морфологическими элементами, которое моделируется в конкретный момент времени.
Отношение «один-ко-многим» между таблицей пластов и таблицей граничных точек означает, что один пласт ограничен множеством точек.
Отношение «один-ко-многим» между таблицей скважин и таблицей пересечений означает, что одна скважина может пересекать несколько пластов. Рассмотрим назначение, структуру, правила и порядок заполнения данными таблиц ГБД. Таблица пластов предназначена для хранения имен каждого из пластов полезного ископаемого, выделенных на изучаемом месторождении. Вместе с именем сохраняется уникальный код пласта, который используется для установления между таблицами рассмотренных выше отношений «один-ко-многим». Имена пластов сохраняются в виде, заданном геологами при проведении разведочных работ. Значение уникального кода формируется автоматически в момент добавления новой записи.
Последовательность, в которой имена пластов добавляются в таблицу, может отличаться от последовательности расположения самих пластов в недрах. Это означает, что необязательно в таблицу первой будет добавлена запись для самого нижнего пласта самой нижней свиты, второй – для пласта, лежащего непосредственно над ним и т.д.
Соглашения об именах файлов
Все перечисленные выше принципы были использованы при разработке структуры ГИС-проекта в процессе моделирования Эльгинского каменноугольного месторождения. Напомним, что на этом месторождении для промышленного освоения выделяют две свиты – Ундытканскую и Нерюнгринскую. Ундытканская свита вмещает в себя 21 углепроявление, Нерюнгринская – сложена 16 угольными пластами. Промышленное значение имеют пласты У4 и У5 Ундытканской и пласты Н15 и Н16 Нерюнгринской свит. Эти особенности геологии нашли отражение в структуре проекта «Эльгинское месторождение» (рисунок 3.1). Таким образом, был реализован первый принцип предложенной систематизации данных.
Каталог «Ундытканская свита» создан для исходных данных по пластам Ундытканской свиты, а также для результатов их обработки средствами ГИС ArcGIS.
Каталог «Нерюнгринская свита» предназначен, соответственно, для хранения информации по пластам этой свиты.
Полная структура корневого каталога проекта «Эльгинское месторождение» Здесь каталог «База данных месторождения» предназначен для хранения таблиц в формате dbBaseIV с исходными данными, характеризующими месторождение в целом. Например, это может быть информация общая для всех скважин месторождения. Каталог «Графики и диаграммы» предназначен для хранения файлов с расширением «.grf». Эти файлы могут содержать графики изменения показателей качества вдоль заданного направления, диаграммы объемов угольной массы или чистого угля, графики изменения мощности и т.д. В каталоге «Карты» сохраняются документы «.mxd», содержащие готовые карты. Результаты интерполяции различных показателей сохраняются в каталоге «Растры». Внутри этого каталога содержатся папки, каждая из которых предназначена для определенной группы показателей. Например, при изучении Эльгин-ского месторождения был создан подкаталог «Дневная поверхность».
Модуль ArcGIS Spatial Analyst, дополняющий ГИС ArcGIS, предоставляет в распоряжение исследователя несколько методов интерполяции: метод обратно взвешенных расстояний, метод сплайнов и метод крикинга. Любой из них может быть использован в процессе моделирования месторождения. В связи с этим в каждом из подкаталогов каталога «Растры» необходимо предусмотреть создание папок, предназначенных для раздельного хранения результатов интерполяции, полученных разными методами.
В настоящей работе были созданы каталоги, названия которых одноименны с методами интерполяции: «Метод крикинга», «Метод обратно взвешенных расстояний» и «Метод сплайнов». Каждый из этих подкаталогов предназначен для файлов с результатами интерполяции, полученными тем методом, которым назван подкаталог.
Каталог «Слои» предназначен для хранения как простых, так и составных слоев данных, выступающих составляющими конечного продукта анализа месторождения – карт. Так как число подготавливаемых слоев велико, то все они также разделяются на смысловые группы, и для каждой из них предусматривается отдельный каталог.
Файлы с расширением «.sxd» сохраняются в каталоге «Сцены». Это файлы, создаваемые модулем ArcGIS ArcScene, который позволяет имитировать трехмерное моделирование месторождения. Благодаря этому модулю можно увидеть взаимное расположение свит и пластов месторождения, а также визуально оценить качество исходных данных и результатов моделирования.
Для хранения таблиц в формате dBase IV, создаваемых в процессе анализа месторождения, предусмотрен каталог «Таблицы». Это могут быть таблицы распределения объемов угольной массы и чистого угля по уровням качества, необходимые для последующего построения на их основе графиков и диаграмм, отображающих соотношения этих объемов.
Каталог «Триангуляция» содержит файлы с расширением «.adf» – результаты выполнения неравномерной триангуляции, которая может быть использована для моделирования кровли и почвы пластов, а также для построения модели дневной поверхности месторождения.
Каталог «Шейпы» предусмотрен для хранения файлов с расширением «.shp». Структура этого каталога (рисунок 3.3) демонстрирует применение третьего, четвертого и пятого принципов организации информации.
«Рабочая директория» создана для сохранения результатов вычислений в растровом калькуляторе модуля ArcGIS Spatial Analyst.
Содержание каталога «Дополнительные материалы» не регламентировано. Он предназначен для организации информации, для которой не нашлось места в описанных выше структурах.
Структурирование запасов месторождения по толщине пластического слоя
Рассмотрим построение модели поля скважин на примере пласта Н15. Для отображения поля скважин пласта Н15 выберем команду Display XY Data из контекстного меню таблицы «Скважины Н15 с координатами.dbf». Сохраним новый объект как шейп-файл «2D скважины пласта Н15.shp» в каталоге «Пласт Н15\Шейпы\Точечные объекты\2D». Установим тип, цвет и размер условных обозначений для отображения скважин пласта Н15 и сохраним модель как файл слоя «2D скважины пласта Н15.lyr» в каталоге «Пласт Н15\Слои\Скважины пласта».
Построенные модели формы пласта Н15 и поля его скважин позволяют создать карту следующего вида (рисунок 3.13). Здесь желтым цветом окрашены все скважины месторождения, оранжевым – скважины, подсекающие пласт Н15, коричневым – только те из скважин, которые подсекают пласт Н15 и расположены внутри ограничивающего его контура.
Только последнее множество скважин используется для построения регулярных моделей характеристик элементов морфологии месторождения и качества его запасов.
Аналогичным образом моделируем поля скважин, подсекающих пласты Н16, У4 и У5. Результаты моделирования приведены в приложении В. Наличие моделей скважин позволяет перейти к построению моделей разведочных линий. 3.3.1.3 Моделирование 2D разведочных линий пласта Алгоритм моделирования разведочных линий рассмотрим на примере пласта У4. 1. Добавляем в документ ArcMap слои «2D скважины пласта У4» и «2D полигон пласта У4». 2. Для слоя «2D скважины пласта У4» устанавливаем режим отображения имен скважин. 3. С помощью инструментов выборки выделяем скважины, образующие разведочную линию II-II. 4. Командой Data Export Data экспортируем выделенные объекты в шейп-файл «2D скважины разведочной линии II-II пласта У4.shp» в каталог «Пласт У4\Шейпы\Точечные объекты\2D». Добавляем их на карту как слой. 5. Выбираем тип, размер и цвет условного обозначения для отображения скважин разведочных линий и сохраняем слой в файле «2D скважины разведочной линии II-II пласта У4.lyr» в каталоге «Пласт У4\Слои\Скважины пласта\2D». 6. Далее из выбранных объектов командой панели инструментов XTools Pro создаем объект полилиния, который сохраняем под именем «2D разведочная линия II-II пласта У4.shp» в каталоге «Пласт У4\Шейпы\Полилинии\2D». 7. Устанавливаем параметры отображения разведочных линий и для их сохранения создаем файл слоя «2D разведочная линия II-II пласта У4.lyr». Аналогично создаем модели других разведочных линий пласта. Присваиваем им такие же имена, изменяя лишь номер разведочной линии. Выбор скважин, образующих разведочную линию уточняем по планам подсчета запасов. Разведочные линии пластов У5, Н16 и Н15 моделируются аналогично.
Построенные модели разведочных линий позволяют визуально обнаружить ошибки в данных, например, ошибки в задании координат скважин, а также пропущенные скважины (недовведенная информация). Для примера приведем модели разведочных линий, созданных для пласта У4 (рисунок 3.14). На рисунке 3.14 хорошо видно, что на разведочной линии VIII-VIII есть скважина, координаты которой возможно заданы неверно.
Для изменения модели разведочной линии необходимо внести изменения в таблицу «Скважины месторождения» из каталога «База данных месторождения». Затем следует в ArcMap изменить все файлы с расширениями «.shp» и «.lyr», связанные с моделируемым объектом. Рисунок 3.14 – Моделирование разведочных линий пласта У4
Также видно, что для пласта У4 не полностью введена информация по скважинам: нельзя построить модели разведочных линий XI-XI, XII-XII, XIII-XIII. На главной разведочной линии А-А также имеются пропущенные скважины.
Отсутствие скважин и информации о них может привести к построению неадекватных моделей характеристик морфологических элементов пласта и показателей качества угля в его запасах.
Возможности ГИС по моделированию элементов системы разработки рассмотрим на примере пласта У5 при условии, что фронт горных работ движется с севера на юг равномерными полосами шириной 250 метров. В общем случае система позволяет выполнять раскрой месторождения при разных направлениях под-вигания фронта горных работ и любой ширине полосы. 1. В ArcCatalog в корневом каталоге проекта «Эльгинское месторождение» создаем в папке «Шейпы\Полигоны\2D» файл «2D полигон-основа для сетки полос.shp». Тип данных выбираем: polygon. 2. Добавляем вновь созданный пустой файл в рабочее окно ArcMap. Включаем режим редактирования и создаем прямоугольник с вершинами в точках (290000; 202150), (290000; 212400), (302300; 212400) и (302300; 202150). Эти точки ограничивают область, в которую попадают планы всех пластов месторождения. Координаты точек взяты из таблицы опорных точек (см. таблицу 3.3). Модель поля месторождения построена. Теперь нужно раскроить это поле полосами. 3. В режиме редактирования выбираем команду Cut Polygon Feature. Из контекстного меню выбираем команду Absolute XY и задаем координаты вершин отрезков, разбивающих полигон на полосы. При этом X-координаты вершин остаются постоянными, изменяются лишь Y-координаты. Они изменяются в зависимости от выбранной ширины полосы. Для примера ниже приведен фрагмент таблицы координат вершин отрезков для ширины полосы равной 250 метрам (таблица 3.4).