книги из ГПНТБ / Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов

изменчивости пластов является использование нескольких показа­ телей. При этом помимо оценки наблюдаемой изменчивости мощности пласта во многих случаях целесообразна характеристика составля­ ющих компонентов изменчивости, в частности закономерных (коорди­ нированных) изменений н нерегулярных (случайных) колебаний признака [167,40].

Во всех случаях количественного анализа необходим строгий геологический контроль. Так, обязательным условием существу­ ющих количественных оценок изменчивости является их определение в пределах зон или блоков с одинаковым типом строения пласта или, по выражению Ж. Матерона, в пределах однородных полей. Кроме того, следует учитывать, что, помимо общей оценки изменчи­ вости в пределах какой-либо площади, большой интерес предста­ вляет анизотропия изменчивости, в частности, в направлении вдоль и вкрест простирания фацпальных зон.

Для количественной оценки кондиционности пластов предложен ряд показателей для Подмосковного [109], Печорского [25], Кара­ гандинского [136] и Донецкого [154] бассейнов. Укажем два спо­ соба определения К О Н Д И Ц И О Н Н О С Т И пластов в пределах шахтных полей Печорского бассейна.

Согласно первому способу показатель кондиционности (Кы) опре­ деляется как отношение кондиционных по мощности точек подсе-

Второй (статистический) способ оценки основан на зависимости степени кондиционности пласта от: 1) его мощности, 2) величины, установленной для данных условий К О Н Д И Ц И И М О Щ Н О С Т И , 3) степени изменчивости мощности пласта на оцениваемой площади. Он опре­ деляется формулой:

мощность пласта в пределах оцениваемой площади в метрах; С„ — кондиция пласта по мощности (в конкретных условиях величина постоянная, в метрах); о — среднеквадратическое отклонение мощ­ ности, в метрах; (М—а) — расчетная величина минимальной мощ­ ности пласта, в метрах *.

Из выражения (10) следует:

1) См = {М — а) — минимальная мощность пласта на оценпва-

* В действптельностп, величина (М — а) несколько больше фактического

значения минимальной мощности. Для простоты анализа это не учитывается. При более строгом подходе перед величиной а в формуле (10) должен стоять коэффициент I, равный 1; 1,5; 2.

106

емоіі площади равна кондиции, пласт является кондиционным. Величина Кы равна 100% ;

2) Сы < (М — а) — минимальная мощность пласта везде иа данной площади больше кондиции, пласт заведомо является кондиционным;

3) См > (М — а) — минимальная мощность пласта на данной пло­ щади меньше кондиции, пласт частично или полностью является некондиционным и соответственно Кы < 100% - В случае Кы, рав­ ным нулю, пласт является полностью некондиционным (ни одно значение мощности не поднимается выше кондиции);

4) при Сы — М, Км — 50%, т. е. в случае, если средняя мощ­ ность пласта равна кондиции, степень его кондиционности отвечает примерно 50%.

Значения степени кондиционности мощности пласта, полученные

ности пласта, не отражая характера распространения нерабочих значений мощности на площади. Представляется, что с помощью выражения (10) лучше осуществляется примерная прогнозная оценка кондиционности пластов по данным предварительной стадии раз­ ведки, ибо величины M и а (входящие в эту формулу) определяются достаточно надежно уже при небольшом числе точек наблюдения [25]. При пользовании формулой (9) недостаточное число таких точек ска­ зывается на результатах более резко.

Сходные приемы оценки кондиционности донецких пластов пред­

лагаются по линиям или по правильным сеткам. В то же время имеются высказывания о нецелесообразности таких систем распо­ ложения выработок. Вместо этого предлагается располагать их

зования правильных сеток высказываются также специалисты в об­ ласти геометрии недр [16, 17]. «

Изучение морфологии (геометрии) угольной залежи имеет много общего с изучением топографической поверхности. Основные формы и закономерности таких поверхностей определяются положением так называемых инвариантных линий. Последние представляют собой более устойчивые элементы поверхности, определяя направле­ ния скатов, положение хребтов и тальвегов. Топографы не разби­ вают формальную сетку точек, а прежде всего выявляют указанные граничные линии, по которым затем вырисовывается рельеф. По аналогии с этим и в процессе разведки предлагается располагать выработки вдоль таких линий.

Если иметь в виду изучение морфологии отдельного пласта, то принцип неравномерного расположения выработок в зависимости от особенностей изменчивости залежи и ее зонального характера

107

является геологически правильным. Однако чтобы располагать вы­ работки вдоль указанных граничных линий (тальвегов и хребтов), необходимо знать их расположение [58]. В этом отношении развед­ чик отличается от топографа, так как не видит положения гранич­ ных линий. Применительно к угольным пластам представления о положении данных линий появляются после предварительной разведки. Поэтому применение специальной, направленной системы

108

расположения выработок возможно только на стадии детальной разведки. Для самого же выявления граничных линий в процессе предварительной разведки, наоборот, следует стремиться к равно­ мерной сети выработок.

Между тем в разведке имеет значение не только морфологическая зональность. Интерес представляет изучение зон различного каче­ ства углей, горно-технических условий. При этом указанные зоны совсем не обязательно совпадают с зонами типов строения пласта. Далее, угленосная толща редко является однопластовон. Чаще разведуется несколько пластов одновременно. При этом зональность одного пласта также не обязательно должна совпадать в плане с зональностью других пластов. В этих случаях возможность про­ слеживания граничных линий как способ разведки отпадает.

Таким образом, до стадии детальной разведки имеется только одна возможность — расположение выработок по правильной сетке или линиям. На стадии детальной разведки, в случае однопластового месторождения с ясно выраженной зональностью типов строе­ ния на площади, дальнейшее изучение пласта можно осуществлять путем прослеживания граничных линий. При нечеткой зональности залежи или в случае многопластового месторождения расположение выработок возможно только по системе линий или сеток.

Принцип линий и сеток совсем не лишает возможности варьиро­ вать плотность расположения выработок в зависимости от конкрет­ ных особенностей морфологии пласта.

Плотность разведочной сети. Если система расположения выра­ боток определяется главным образом морфологическими особенно­ стями изменчивости пластов, то сам размер сети, помимо этого фактора, зависит также от требуемой точности результатов раз­ ведки.

Прп разработке вопросов плотности сети сложились два напра­ вления: в первом из них преобладают эмпирические способы, во втором — статические и аналитические приемы анализа;.

а. Эмпирические способы заключаются в использовании громад­ ного систематизированного опыта разведки однотипных месторожде­ ний с учетом конкретной геологической обстановки, в частности особенностей морфологии пластов. Это направление рассматривается сейчас в качестве главного. Последние сводки по данному вопросу принадлежат К. В. Миронову [99], Е. О. Погребицкому [119, 120]. Кроме того, проведено большое число исследований, касающихся разведки конкретных месторождений [94, 95].

Так, для условий сравнительно спокойного залегания пластов расстояния между скважинами в процессе детальной разведки оце­ ниваются в настоящее время следующим образом: пласты устойчи­ вые — 500—800 м; относительно устойчивые — 250—400 м; пласты мощные под открытую разработку — 150—200 м [64].

б. Статистические и аналитические способы определения плот­ ности сети выработок определяются условиями и возможностями статистических и аналитических характеристик изменчивости

109

При использовании количественных приемов определения измен­ чивости залежей п плотности разведочной сети учитывается, что задаваемая точность разведки пли, иначе, величина допустимой ошибки выявления, например мощности пласта, слагается из двух типов погрешностей: технической н так называемой погрешности аналогии (интер- и экстраполяции). При этом важным является соотношение этих ошибок между собой.

Разведка угольных пластов ведется, как правило, буровыми скважинами. Определение мощности и строения залежей осуще­ ствляется по данным бурения и каротажа с ошибкой, которая в об­ щем случае может иметь разную величину (п абсолютную и относи­ тельную). Соответственно при интерполяции или экстраполяции таких данных передается и ошибка.

Между указанной технической погрешностью п ошибкой анало­ гии возможны разные соотношения. Применительно к мощности пластов ошибки аналогии чаще превышают технические погреш­ ности и поэтому расчет плотности сети нацелен на уменьшение именно ошибок аналогии. Однако такие соотношения не являются единственными. Так, если технические ошибки превышают ошибки аналогии (интерполяции), то сгущение разведочной сети не обеспе­ чит большей точности результатов, так как здесь требуется прежде всего повышение качества документации скважин. Подобные случаи, видимо, не столь редки. Они зафиксированы, например, при иссле­ довании мощности и особенно зольности угольных пластов в Под­ московном и Канско-Ачпнском бассейнах [12, 34].

Одним из наиболее известных и надежных является способ опре­ деления плотности сети на основе разрежения выработок, сравне­ ния эксплуатационных и разведочных данных. Имея в качестве

месторождений и участков, данные по которым могут быть приняты

в геологическом отношении площадей, которые в действительности обладают неизвестными пока особенностями своего строения.

Тем не менее принцип анализа путем разрежения точек наблю­ дения является важнейшим и используется прямо или косвенно во многих других методах оценки плотности сети.

К числу также широко известных относится способ определения плотности сети на основе коэффициента вариации. Применительно к морфологии угольного пласта возможности этого коэффициента ограничены и зависят от соотношения координированных и случай-

HO

ных элементов изменчивости в пласте и величины рассматриваемой: площади.

В целом, коэффициент вариации может использоваться при ориен­ тировочных расчетах средней плотности сети разведки в условиях небольших по размеру участков и явном преобладании случайной составлявшей изменчивости.

Заслуживает внимания способ оценки плотности разведочной сети, разработанной В. В. Богацкнм [10]. В основе его лежит простой и легко определяемый показатель изменчивости, используя который и задаваясь определенной точностью результатов, можно определить необходимое число точек наблюдения. Как показывают сравнительные данные [34],' способ В. В. Богацкого дает в ряде случаев более правильную оценку ошибок интерполяции, чем обыч­ ный статистический метод.

Все большую известность приобретают способы определения плот­ ности сети, в основе которых лежит оценка изменчивости признака между соседними точками замера (первые и вторые разности). В от­ личие от предыдущих приемов здесь возможны расчеты ошибок интерполяции для отдельных блоков и даже разведочных ячеек, что более отвечает современным требованиям. При разработке этих способов используется математический аппарат случайных стацио­ нарных функций [111, 121, 12, 34, 40, 70].

Значительный интерес представляет способ крайгинга, разрабо­ танный Ж. Матероном [96]. Этот способ дает возможность в ряде случаев найти наилучшую оценку среднего значения признака в пре­ делах элементарной разведочной ячейки с учетом влияния ближай­ ших выработок. Возможность использования данного приема для оценки мощности пластов пока не изучена (способ разработан применительно к содержаниям полезного компонента в рудных залежах).

К числу сравнительно редких относятся псследованпя В. С. Стар­ кова, в которых вопросы плотности сети и точности разведки рас­

приеме определения параметров разведочной сети, основанном на использовании рассмотренных в главе IV особенностей волнообраз­ ных изменений мощности пластов.

Данный прием не претендует на универсальность. Он рассма­ тривается применительно к пластам донецкого типа и может ис­ пользоваться в качестве дополнительного в комплексе с другими способами.

Сложный характер изменчивости мощности пластов объясняется наложением составляющих компонентов разного порядка, которые проявляются на разных, но определенных расстояниях (длина полу­ волн L и І). Из этого следует, что в процессе разведки, которая ведется по стадиям, с последовательным сгущением сети выявление изменчивости также происходит последовательно по мере того,

111

как тот пли иной размер сети начинает соответствовать характеру изменчивости каждой из составляющих Компонент. Можно полагать, что в результате предварительной разведки, которая осуществляется на большой площади сравнительно редкой сетью выработок, будет выявляться изменчивость, главным образом обусловленная компо­ нентом А. На стадии детальной разведки, которая ведется иа отдель­ ных участках более густой сетью, изменчивость пластов будет выя­ влена в целом до уровня компонента В. Наконец, выявление полной изменчивости, включая компонент С, происходит на стадии эксплуа­ тации, когда точки наблюдений могут быть получены на малых расстояниях, вплоть до непосредственного прослеживания пласта, например по штрекам. В условиях значительного проявления компо­ нента С его частичное выявлецие может оказаться целесообразным и на стадии детальной разведки.

Определение расстояний между выработками может быть осуще­

ного характера изменчивости пласта на большой площади, т. е. компонента А. Для выявления полуволны этой составляющей L теоретически достаточно двух выработок, расположенных в край­ них ее точках. Однако попасть скважинами с поверхности в эти точки практически невозможно. Две скважины, заданные произ-, вольно па расстоянии L , результата не дадут. Если взять точки на

половинном интервале, равном ^ (четверть волны), то изменение

мощности компонента А будет получено с большими погрешностями, особенно для пластов малой мощности. Поэтому более приемлемым

для выявления компонента будет, видимо, расстояние, равное j

(восьмая часть волны), которое обеспечит достаточно верную кривую изменения мощности пласта на данном уровне его изучения. Как показано для Донбасса, длина полуволны L изменяется в преде­ лах 6—12 км, составляя в среднем 8 км. Принимая эту среднюю величину за основу, получим расстояние между выработками, рав­ ное 2 км.

до уровня компонента В, с учетом кондиционности пластов. На этой стадии изучения общий характер пласта и изменение его мощности известны. Возможны разные случаи разведки в зависимости от кон­ кретного набора пластов, на которые рассчитывается сеть выра­ боток.

1. Пласты полностью кондиционные и выдержанные, отвечающие устойчивым пластам по общепринятой терминологии ГКЗ. Это пла­ сты, у которых диапазон изменения мощности компонента А очень незначителен и соответственно малы колебания, связанные с компо­ нентом В. Для данных условий это могут быть пласты (точнее пластоучасткн) с показателем В. В. Богацкого — НП, не превышающим

112

стадию разведки и высокие требования к точности ее результатов, ото расстояние следует сократить вдвое и принять его равным 1 км *.

выявление колебаний мощности компонента В. Применяя те же рассуждения о величине сети для выявления полуволны компонента

В (/), получим расстояние 1- , равное 0,5 км. Этот вариант можно

назвать сравнительно надежным. В то же время, учитывая ряд условий геологического, технического и экономического порядка, может быть принят второй упрощенный, максимально возможный

вариант сети с расстоянием — , равным 1 км, соответственно с мень­ шей гарантией изучения компонента В. К таким случаям можно, например, отнести разведку шахтных полей в пределах изученных и освоенных месторождений с известным характером угленосности или разведку участков глубоких горизонтов, связанную с очень большими затратами. Различие этих вариантов может влиять на категорию запасов. Для разведки пластов этой же группы, но отли­ чающихся существенным влиянием компонента С, который по ряду причин следует частично выявить, сеть должна быть сгущена до 0,15—0,25 км.

3. Пласты практически любой степени выдержанности, у кото­ рых мощность близка к кондиции или находится непосредственно на грани кондиции (неустойчивые пласты). Для таких пластов расстояние между выработками, безусловно, не должно превышать

j , т. е. 0,5 км, а при условии их полной разведки быть равным

0,25 км и менее.

Во многих случаях при разведке многопластовых участков плот­ ность сети выбирается в расчете на относительно устойчивые пласты. Таким образом, указанная выше сеть величиной, равной 0,5 км

(или, в случае менее надежного варианта 1- , равная 1 км), является

основной.

Как можно было видеть, при данном подходе к определению сети, главным является не столько диапазон колебания мощности (хотя он также учитывается), сколько соответствие расстояний между выработками длине полуволн компонентов А и В в зависи­ мости от степени их проявления и стоящих задач.

* Имеются в виду расстояния между разведочными лннпямн. Интервал между точками на лішпях не должен быть более указанных величин.

Несомненно, что вопрос о волнообразной изменчивости угольных пластов и ее использования в целях определения плотности сети требует дальнейшего изучения на фактическом материале того же Донбасса, а также других бассейнов и месторождений. Однако уже имеющиеся данные позволяют считать, что представление о сложном волнообразном характере изменения мощности угольных пластов с тремя составляющими компонентами целесообразно и может дать дополнительный материал к характеристике общей изменчивости пластов и определению плотности разведочной сети при их разведке.

Количественные способы определения плотности сети могут дать правильные результаты в том случае, если они будут применяться в комплексе н контролироваться конкретными геологическими дан­ ными (зональность пласта, тип изменчивости, ее закономерности и др.). В этом смысле аналитические методы изучения изменчивости морфологических (и других) признаков угольного пласта являются вспомогательными и дополняют собственно геологические методы исследований.

В вопросах связи морфологии пласта с разведкой, так же как и с прогнозами, главная задача исследований состоит прежде всего в изучении геологических закономерностей изменчивости, которые всячески следует подкреплять разнообразными количественными характеристиками. Главные трудности методики разведки связаны не с разработкой самих способов определения плотности сети, а именно с проблемой выяснения закономерностей изменчивости

п л о щ а д и .

Особенности и закономерности поведения угольного пласта на площади имеют сложный характер и проявляются на разных рас­ стояниях. Поэтому они могут быть выявлены только при соответ­ ствующих размерах площади, на которой рассматривается пласт. Размер площади определяет степень полноты изучения особенностей морфологии пласта. С увеличением площади возрастает число уров­ ней рассмотрения залежи и соответственно возможность выявления всего комплекса закономерностей залежи. Для условий Донбасса, например, минимальной по размеру площадью, позволяющей изу­ чить основной комплекс морфологических признаков пласта, является

114