Курс_лекций_Геометрия недр. Геометрия недргеометризация месторождений полезных
 Скачать 2.58 Mb.
|
|
ГЕОМЕТРИЯ НЕДР Геометризация месторождений полезных ископаемых ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ совокупность полевых наблюдений, измерений, вычислений и графических построений, проводимых с целью геометрического изображения форм залежей месторождений полезных ископаемых, условий их залегания, пространственного распределения свойств полезных ископаемых и процессов, происходящих в недрах. Геометризация месторождения осуществляется по данным: • 1) бурения, • 2)геофизических исследований, 3)опробования, • 4)геолого-маркшейдерской документации, • изучения обнажений в горных выработках Показатели месторождения полезных ископаемых • Изучаемые показатели характеризуют: • 1) условия залегания; • 2) размер; • 3) форму; • 4) строение залежей; • 5) вещественный состав полезного ископаемого; • 6) горно-геологические условия разработки. Исходная геолого-маркшейдерская информация для геометризации недр При геометризации используется информация: 1) горно-эксплуатационных работ; 2) геологоразведочных работ. Информация о результатах измерений в скважинах, выносимая на подсчетный план 1 - номер скважины; 2 - плановое положение точки пластоподсечения; 3- проекция буровой трассы; 4 - высотная отметка почвы пласта; 5 – общая мощность пласта; 6 - зольность пласта при 100% его засорении породными прослоями; 7 - мощность угольных пачек; 8 - зольность чистых угольных пачек. Нормальная стопка пласта 1 - данные, по которым построена стопка; 2 - прострелы БСГ; 3 – мощность угольной пачки; 4 - длина керна; 5 - признак производства детализации при каротаже; 6 - мощность породного прослоя; 7 - осевая глубина встречи кровли и почвы пласта; 8 - признак принятия пачки в подсчет запасов. Основные характеристики каждого замера: - его пространственное положение; - значение изучаемого показателя; - факт признания результата замера представительным и достоверным (в ходе геологоразведочных работ). Показатели, подлежащие геометризации условно разделяются: • 1) ориентировочные; • 2) ограниченные; • 3) неограниченные. Природная и наблюдаемая, случайная и закономерная изменчивость показателей. Различается: - природная (объективная) изменчивость - наблюдаемая. Изученность размещения показателей. При характеристике изменчивости различают: - характер изменчивости; - интенсивность. На основе количественных характеристик решаются вопросы: - методические вопросы разведки; - опробования; - оконтуривания; - геолого-экономической оценки разведанных запасов. Количественная оценка изменчивости параметров залежи и сложности месторождения среднеарифметическая величина признака: C = Σc i / n, где с i — содержание полезного компонента в i-ой пробе; n — количество проб. степень изменчивости признака: Количественная оценка изменчивости параметров залежи и сложности месторождения коэффициент вариации V: V = S / C 100%. где, S - степень изменчивости; С - среднеарифметическое его значение. величина ошибки среднеарифметического значения признака: δ = S / √n. Количественная оценка изменчивости параметров залежи и сложности месторождения относительная величина погрешности среднего: P = Vt / √n; характеристики абсолютной изменчивости показателей — сумма квадратов отклонений измеренных значений показателя от его среднего арифметического значения; п — число наблюдений (определений) Основные свойства коэффициента вариации 1) он не учитывает расположения проб в пространстве; 2) величина коэффициента вариации зависит от размера проб и способа их отбора; 3) он зависит от ориентировки линии отбора проб (относительно осей анизотропии. Количественная оценка изменчивости параметров залежи и сложности месторождения относительная изменчивость показателя где — сумма абсолютных значений вторых разностей из измеренных значений показателя; k — число вторых разностей; ε ср — среднее значение показателя. Сравнение числовой характеристики относительной изменчивости показателя путем использования V и I Таблица и кривая зависимости между показателями изученности r и погрешностью σ изученность показателя Количественная оценка изменчивости параметров залежи и сложности месторождения показатель соответствия густоты разведочных точек где показатели залежи в противоположных углах разведочной ячейки. К называется красным числом. План детальной разведки участка залежи В проекте разведки должны быть обоснованы для данных условий: а)минимальная плотность разведочных точек, которыми равномерно покрывается площадь; б)допустимая величина К, являющаяся критерием сгущения разведочных точек; в)предел сгущения. Схема к разделению выборочных залежей показателя на систематическую и случайную составляющие 1— изучаемая поверхность; 2, 3 — формы, определяющие систематическую составляющую 4 — формы, определяющие случайную составляющую Математическая обработка результатов опробования • анализ вероятностного распределения значений показателей случайные величины: • 1. Непрерывные; • 2. Дискретные. Анализ вероятностного распределения значений показателей • Непрерывная величина задается: • 1) функцией распределения; • 2) плотностью вероятности. • Дискретная случайная величина задается: • 1)рядом распределения; • 2) функцией распределения. Анализ вероятностного распределения значений показателей • Вероятность события: • P(X • F(x)=F / (x). Анализ вероятностного распределения значений показателей Математическое ожидание с.в. n М[Х]=m х =Σх i p i i=1 Математическое ожидание н.с.в. +00 M[X]= ∫ xf{x)dx, -oо где f(x) — плотность вероятности величины X Анализ вероятностного распределения значений показателей Дисперсия с. в. σ 2 = Dx = M [(X—m x ) 2 ] Стандарт с. в. σ =+-√ σ 2 Законы распределения с.в. Типы кривых распределения плотности вероятности: а — нормальные; б — логарифмически нормальные в — гиперболоидные (редких явлений Пуассона); г- биноминальные. Анализ взаимосвязей между показателями Поле корреляции случайных величин X и У Анализ взаимосвязей между показателями • Показатель тесноты: • 1) при прямолинейной связи r (-1 до +1); • 2) при криволинейной связи η (0 до +1). Анализ взаимосвязей между показателями • Категории связи: • 1) очень тесная, если: 0,75 Анализ взаимосвязей между показателями y x y y x x N r ) )( ( 1 2 2 2 2 ) ( ) ( y y N x x N y x xy N r Коэффициент корреляции y y x x y i x i y x y x n N r , 1 2 , 2 , 1 2 , 2 , , , 1 где а х и а у — условные значения признаков х и у β i,х , и β i,y , — условные моменты i-го порядка, вычисленные для условных величин а х и а у Анализ пространственного размещения значений показателей • основными характеристиками случайной функции являются величины: • математическое ожидание • m х (1) = М[Х(l)] • центрирование случайной функции • Х(1) = Х(l)-m х (1) Анализ пространственного размещения значений показателей • Дисперсия: • Dx(l) = D[X(l)] • корреляционный момент )] ( ) ( [ ) ( / / l X l X M ll K x Размещение минеральных зерен на некотором исследуемом участке залежи Изменение содержания С компонента по выработкам (I) и схема их расположения на плане (II) Математические модели размещения показателей месторождения • Математические модели можно разбить на три группы: • 1) детерминированные; • 2) вероятностные (случайная); • 3) динамические (случайное поле). Математические модели размещения показателей месторождения • К детерминированным моделям можно отнести: • 1) уравнения регрессии, • 2) полиномиальные модели, 3) тренды, • 4) ряды Фурье и т. д. Математические модели размещения показателей месторождения • К вероятностным моделям относятся: • 1) равномерный закон распределения; • 2) нормальный; • 3) логарифмически-нормальный; • 4) Вейбулла и др. Графическая и аналитическая модель параметра залежи 1—3 — графическое выражение функции Геометрическая интерпретация размещения оруднения Цифровая модель месторождения Математическое моделирование пространственного поля размещения показателей • Основные виды горно-геометрических моделей: • 1) графическая (изменение признака описывается системой изолиний); • 2) цифровая (вычисляются значения признака в узлах наброшенной на участок сетки правильной; • 3) аналитическая (значение признака описывается аналитической функцией). Математическое моделирование пространственного поля размещения показателей • Различают три типа форм рудных тел: • 1) изометрические; • 2) столбообразные; • 3) плитообразные. Горно-геометрические графики делятся: • 1) структурные; • 2) качественные. Основные структурные и качественные планы • Система разрезов. • Гипсометрический план. • График изомощностей залежи. • График изоглубин. • Графики, характеризующие содержание полезных компонентов. • Планы изолиний линейных запасов. Изомощность залежи и изоглубины залегания пласта Изолиния содержаний полезного компонента участка жильной залежи в проекции на наклонную плоскость По характеру распределения компонентов месторождения делятся на пять групп: • 1) с весьма равномерным -распределением компонентов; • 2) с равномерным распределением компонентов; • 3) с неравномерным распределением компонентов; • 4) с весьма неравномерным распределением компонентов; • 5) с крайне неравномерным распределением компонентов. Планы изолиний линейных запасов. • р = тс • где т — мощность залежи (или слоя), м; R— плотность руды; с — содержание полезного компонента, % . Методы построения топоповерхности размещения показателей. • Способ многогранников План изолиний содержания полезного компонента руды Методы построения топоповерхности размещения показателей. • способ профилей с использованием инвариантных линий Точка, прямая, плоскость в проекции с числовыми отметками. Методы совмещения и перемены плоскости проекции. Методы совмещения и перемены плоскости проекции. Методы совмещения и перемены плоскости проекции. Решение горно-геометрических задач • Определение угла между направлениями Решение горно-геометрических задач. • Определение угла между пересекающимися плоскостями Поверхность топографического порядка. • Топографической поверхностью называется кривая поверхность, при обобщениях обычно выражаемая графически изолиниями, прототипом которой является поверхность земли. Математические действия с поверхностями топографического порядка. • Вычитание. Вычитание поверхностей топографического порядка практически применяют при построении: 1) плана изоглубин залегания полезного ископаемого и для нахождения линии выхода пласта на поверхность; 2)плана изомощностей залежи простого строения; 3) изомощностей чистых угольных пачек пласта сложного строения; 4) изомощностей оставляемой при разработке части залежи в ее висячем и лежачем боках; 5) изорасстояний между маркирующими горизонтами (слоями) свит; 6) поверхности малоизученного пласта по плану детально изученного при соподчиненном их залегании; Математические действия с поверхностями топографического порядка. • Сложение. Сложение поверхностей топографического порядка практически применяют при: • 1) одновременном подсчете запасов нескольких залегающих друг над другом залежей по их изомощностям; • 2) решении задачи о выборе места заложения ствола шахты, когда необходимо учитывать ряд факторов, изменения каждого из которых изображаются поверхностью топографического порядка; • 3) решении задачи нахождения точки своза грузов из пунктов при минимальных транспортных расходах и т. д. Математические действия с поверхностями топографического порядка. • Произведение. Умножение поверхностей топографического порядка применяют при решении задач. • 1)Перемножая изолинии мощности залежи на изолинии средних содержаний металла, получают новые изолинии, перемножив которые на среднее значение плотности массы руды, получают поверхность, представляющую размещение запасов металла в залежи. • 2) Путем умножения изолиний гравитационного поля напряжений массива на изолинии остаточной сдвиговой деформации этого же массива получают изображение в изолиниях поля напряженного состояния анизотропного массива горных пород. • 3) умножение поверхностей при подсчете запасов нефти и газа путем умножения изомощностей нефтеносных (газоносных) слоев на коэффициенты пористости, насыщения, нефтеотдачи и пр., изменения значения которых в свою очередь представляются поверхностями топографического порядка. Аксонометрические, аффинные, векторные проекции. • Аксонометрические проекции. Аксонометрические, аффинные, векторные проекции. • Аффинные проекции. Аксонометрические, аффинные, векторные проекции. • Векторные проекции Векторная проекция а1 b1 с1 плоскости аbс и определение элементов ее залегания План (V) и векторная проекция (V) вертикальной плоскости при косом (а) я нормальном (б) направлении векторов План и векторные проекции усеченной пирамиды Векторная проекция горных выработок Формы залежей полезного ископаемого • ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛАСТА (ЗАЛЕЖИ) • 1) координаты точек на контактах пласта с вмещающими породами, в которых устанавливаются другие геометрические параметры; • 2) простирание и угол падения поверхности (контакта) пласта; • 3) мощность залежи; • 4) глубина залегания; • 5) положение в пространстве элементов симметрии изучаемой геологической структуры ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЛЕГАНИЯ ПЛАСТА • 1) Непосредственное измерение. • 2) Косвенное определение элементов залегания пласта по двум направлениям. • 3) Определение мощности пласта по разрезам. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЛЕГАНИЯ ПЛАСТА • Косвенное определение элементов залегания пласта по двум направлениям. Определение мощности пласта ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАЛЕЖИ • Элементы симметрии. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАЛЕЖИ • Глубина залегания. ИЗОБРАЖЕНИЕ ПЛОСКОСТНЫХ ФОРМ ЗАЛЕГАНИЯ ЗАДАНИЕ ВЫРАБОТОК Геометризация складчатых форм залегания. • Антиклинальные • Синклинальные. Геометризация складчатых форм залегания • К параметрам складки относятся: • 1) размеры складки; • 2) элементы залегания крыльев складки; • 3) элементы залегания оси (шарнира) складки; • 4) угол складки; • 5) элементы залегания осевой плоскости (поверхности). Геометризация складчатых форм. • Масштаб плана и сечение изогипс. Геометризация разрывных структур (дизъюнктивов). • Дизъюнктив пласта в данной точке характеризуется двумя показателями: • 1) формой; • 2) величиной относительного перемещения (амплитудой). Элементы поступательного плоскостного дизъюнктива Вращательное разрывное нарушение Геометрические параметры дизъюнктивов. Геометрическая классификация дизъюнктивов. • 1) очень малые • 2) малые (малоамплитудные) • 3) средние (среднеамплитудные) • 4)крупные (крупноамплитудные) • 5) очень крупные (региональные разломы) Геометризация трещиноватости массива горных пород. • Классификация трещиноватости массива: • открытые; • закрытые; • Скрытые. • I. Нетектонические трещины: • 1) Первичные трещины; 2) трещины выветривания; 3) трещины оползней, обвалов и провалов; 4) трещины расширения пород при разгрузке; 5) искусственные трещины (при взрывах, ударах и т. д.) • II. Тектонические трещины: • 1) трещины с разрывом сплошности пород; • 2) кливаж. Первичная трещиноватость осадочных пород Связь между частотой секущих трещин и мощностью слоев ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТРЕЩИНОВАТОСТИ. • Геометрические показатели трещиноватости: • 1) ориентировка; • 2) раскрытие; • 3) размеры; • 4) густота трещин. Схемы трещиноватости Схема измерения простирания ОБРАБОТКА НАБЛЮДЕНИИ И ДОКУМЕНТАЦИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТИ • Диаграммы трещиноватости Обобщенные точечные диаграммы ОБРАБОТКА НАБЛЮДЕНИИ И ДОКУМЕНТАЦИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТИ • Карты трещиноватости. ОБРАБОТКА НАБЛЮДЕНИИ И ДОКУМЕНТАЦИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТИ • Решетки трещиноватости. Геометризация свойств полезного ископаемого и вмещающих пород, условий залегания и процессов, происходящих в недрах. • Геометрия потока оперирует величинами трех видов: • 1) постоянными; • 2) переменными; • 3) изменяющимися. Геометризация процессов • Для математического отображения темпа используют формулу: • div V = ∆V/(V∆t), div V = dV/(Vdt) • где div — дивергенция, с -1 ; V — изменяющаяся величина, например, объем, площадь, длина, изменяющаяся топографическая поверхность за интервал времени ∆t (dt). Геометризация процессов • Величина обратная дивергенции: • T=l/(ωV) • именуемая средней продолжительностью существования. Изображение сечения потока изолиниями Изображение комплексной топографической поверхности при не совпадении изолиний потенциальной и вихревой поверхности: + источник, - сток Векторная форма изображения комплексной поверхности Геометризация геодинамики массива горных пород в районе месторождений • Напряженно-деформированное состояние • Рм=Ри+Ра, • где Рм — напряженное состояние массива в момент отработки; Ри — исходное напряженное состояние массива; • Ра — напряжённое состояние массива, вызванное инженерной деятельностью человека. Сущность геодинамики месторождений заключается в следующем: • - район расположения месторождения делится на тектонически «подвижные» блоки; • - исследуется динамическое взаимодействие границ блоков; • - на основании этого оценивается напряженное состояние нетронутого массива горных пород в районе блока; • - горные выработки планируются в каждом блоке с учетом естественного поля напряжений, выявленного в нем. Контуры блоков и тренды поверхности в горизонталях Расположение шахтных стволов 1, 2, 3, 4 на руднике Таштагол относительно границы подвижного блока (5) Геометризация изменений напряженного состояния массива горных пород при проведении горных выработок • где γ — средняя плотность пород массива; Н — глубина рассматриваемой точки от земной поверхности; v — коэффициент поперечных деформаций (коэффициент Пуассона); ζ=v/(l—v)—коэффициент бокового распора или бокового отпора. Главные напряжения в массиве • где —коэффициент вертикального отпора в поле тектонических сил;ψ— коэффициент горизонтального отпора в этом же поле; Т н — горизонтальные тектонические силы, действующие на глубине Н. н н н Т Т Т 1 2 3 Полный тензор напряжений на глубине Н в матричной форме ) ( 0 0 0 ) ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H T H T H T H H H T T T t t t t г Особенности геометризации различных типов месторождений • УГОЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ • Основными показателями, подлежащими геометризации, являются: • форма залежи, • мощность пласта, • содержание золы, • структурные показатели пласта и вмещающих пород. РУДНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ • В комплект графической модели входит: • гипсометрический план рудных тел, план изомощностей, • план изосодержаний полезных (иногда и вредных) компонентов, • план линейных запасов и геомеханическнх показателей. РОССЫПНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ Распределении массы металла по площади россыпи Компьютерные технологии при геометризации недр. • DATAMINE • PC-MINE • MICROMINE • MINESCAPE • VULCAN • SURPAC • TECHBASE • GEOSTAT • INTERGRAPH • GEOBLOCK |