WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«Карабибер Сергей Владимирович ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА УГЛЯ С УЧЕТОМ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРОБОВАНИЯ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ ...»

На правах рукописи

Карабибер Сергей Владимирович

ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА УГЛЯ

С УЧЕТОМ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРОБОВАНИЯ

В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Специальность: 25.00.16 –

«Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология,

геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово- 2018

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева»

Научный руководитель - Рогова Тамара Борисовна, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры маркшейдерского дела и геологии ФГБОУ ВО «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева» .

Официальные оппоненты: Калинченко Владимир Михайлович, доктор технических наук, профессор, профессор ФГБОУ ВО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова» .

Абрамян Георгий Оникович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры геологии и маркшейдерского дела, руководитель направления «Маркшейдерское дело» ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Горный институт .

Ведущая организация - ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук» .

Защита состоится « 29 » мая 2018 г. в 11: 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02, созданного на базе ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30, 2-й учебный корпус, ауд. 2142 .

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте www.ursmu.ru ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» .

Автореферат диссертации разослан « 10 » апреля 2018 г .

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Багазеев В. К .

ВВЕДЕНИЕ Актуальность избранной темы. В настоящее время угледобывающие предприятия России осуществляют поставки угля преимущественно по коротким контрактам, при которых формирование обязательств поставщика по качеству отгружаемого угля обеспечивается результатами опробования выработок, подготовленных к отработке выемочных единиц. По оценке Аналитического центра при Правительстве РФ уже в обозримой перспективе структура рынка угля в значительной степени изменится и будет основана большей частью на долгосрочных контрактах. Основой долгосрочного прогнозирования качества угля являются горно-геометрические модели отдельных его показателей, построенные по геологоразведочным данным на основе использования интерполяционных подходов. Данные о закономерностях изменения показателей качества угля, полученных в ходе горно-эксплуатационных работ, ныне практически не используются, поскольку могут быть распространены на еще не отработанный контур только экстраполяцией, возможности которой пока не исследованы. Так как условия поставки угля всегда предусматривают скидки к цене угля за нарушение контрактных условий по его качеству, то погрешности геометризации имеют следствием неподтверждение ожидаемых предприятиями финансовых поступлений .





Для снижения уровня влияния этих последствий необходимо повысить достоверность долгосрочных прогнозов качества добываемого угля, что возможно только на основе использования всей имеющейся информации, полученной как в ходе геологоразведочных, так и в ходе горно-эксплуатационных работ, т. е. за счет одновременного использования при геометризации как интерполяционных, так и экстраполяционных подходов. Таким образом, геометризация показателей качества угля на действующих добывающих предприятиях с использованием экстраполяции данных горных работ в настоящее время является задачей, решение которой имеет значение для развития геометрии и квалиметрии недр угольных месторождений .

Объект исследования – топографические поверхности показателей качества угля .

Предмет исследования – закономерности изменения топографических поверхностей показателей качества угля в пространстве недр .

Цель работы – разработка метода экстраполяции построенных на основании данных горных работ топографических поверхностей показателей качества угля на неотработанные площади и установление допустимых расстояний экстраполяции, обеспечивающих повышение точности геометризации этих показателей .

Степень научной разработанности темы. Вопросам геометризации и прогнозирования показателей качества полезного ископаемого были посвящены работы крупных советских и российских исследователей: П. П. Бастана, В. А. Букринского, А. В. Гальянова, В. М. Гудкова, В. В. Ершова, В. М. Калинченко, Ю. Е. Капутина, Ю. В. Лаптева, В. Ф. Мягкова, В. Н. Попова, Г. М. Редькина, В. В. Руденко, Л. А. Русинова, В. И. Снеткова, П. К. Соболевского, В. Н. Сученкова и др. На возможность применения метода экстраполяции в процессе геометризации впервые было указано проф .

П. К. Соболевским (1928 год), предполагавшим ее применение для построения моделей, используемых для проектирования сетей разведочных скважин. В аналогичных целях экстраполяция предусматривалась к применению проф .

В. А. Букринским (1968 год) в рамках предложенного им метода прогнознодинамического прогнозирования. Однако дальнейшего развития исследования по использованию экстраполяции при геометризации месторождений не получили. Современные геостатистические технологии геометризации месторождений не предусматривают использование экстраполяционного подхода при геометризации в связи с признанием неизбежности «краевого эффекта» и с нерешенностью задачи по установлению допустимого расстояния экстраполяции, обеспечивающей заданную ее погрешность .

Идея работы состоит в выявлении закономерностей в поведении изолиний за пределами геометризированного интерполяционными методами контура и в установлении зависимости погрешности экстраполяции от изменчивости топографической поверхности .

Задачи исследований, решение которых обеспечивает реализацию идеи работы, состоят в следующем:

– обосновать общий подход к методике экстраполяции топографической поверхности показателей качества угля и формализовать процесс экстраполяции изолиний топографической поверхности;

– разработать метод оценки изменчивости топографической поверхности показателей качества угля, ориентированный на определение возможности ее экстраполяции и на основании установления экспериментальной зависимости погрешности экстраполяции, топоповерхности от степени ее изменчивости определить допустимое расстояние экстраполяции .

Соответствие темы диссертации требованиям паспорта специальности подтверждается пунктом 2 области исследований специальности 25.00.16 «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр» .

Научные положения, выносимые на защиту:

– отсутствие краевого эффекта при экстраполяции изолиний достигается использованием специальной системы полярных координат, в которой зависимость между направлениями и расстояниями до точек, лежащих на экстраполируемой изолинии, имеет линейный характер;

– допустимое расстояние экстраполяции изолиний определяется степенью изменчивости топографической поверхности, характеризуемой интенсивностью изменения подобия ее сечений, параллельных границе ведения горных работ .

Научная новизна работы заключается:

– в разработке метода экстраполяции изолиний топографической поверхности, отличающегося использованием установленной зависимости между полярными координатами принадлежащих ей точек, исключающей возникновение «краевого эффекта» при построениях;

– в разработке метода оценки изменчивости топографической поверхности поля показателя качества угля, отличающегося использованием количественной оценки подобия ее сечений (предложенной функцией самоподобия топографической поверхности), обеспечивающей оценку допустимого радиуса экстраполяции поверхности .

Методология, примененная при подготовке настоящей научноквалификационной работы, заключалась в использовании принципов, приемов и подходов советской и российской научной школы геометрии недр, обусловивших следующий комплекс методов исследований:

– метод обобщения, используемый при выполнении анализа научнотехнической информации в области геометризации угольных месторождений в целях обоснования задач исследования и путей их решения;

– методы построения и сравнения моделей скрытых топографических поверхностей, обеспечивающие подготовку и первичную обработку фактографического материала;

– методы математической статистики и теории погрешностей измерений для оценки точности геометризации и оценки изменчивости топографических поверхностей, а также для установления зависимостей между изучаемыми характеристиками;

– методы обработки информации с выполнением многоэтапных и циклических расчетов с использованием разработанных алгоритмов, реализованных в виде компьютерных программ .

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:

– обоснованной аналитическими исследованиями постановкой и корректным решением задач исследования;

– использованием представительного объема данных о результатах опробования угольных пластов на стадии их разведки (более 1500 определений) и эксплуатации (более 8000 определений) и применением для их обработки апробированных методов геометризации, математической статистики и корреляционного анализа;

– сходимостью результатов применения разработанной методики экстраполяции с результатами последующих горных работ, показавших, что в более 73 % случаев погрешность прогнозирования показателей качества угля снижается, а в остальных не превышает погрешность прогноза по данным геологоразведочных работ .

Личный вклад автора состоит:

– в постановке задач, сборе исходных материалов и в доказательстве возможности и целесообразности применения экстраполяционных подходов при геометризации показателей качества угля на действующих добывающих предприятиях;

– в установлении зависимости между полярными координатами точек, принадлежащих экстраполируемой изолинии;

– в разработке метода оценки изменчивости топографической поверхности по степени изменения подобия ее сечений, характеризуемой предложенной функцией самоподобия сечений топографической поверхности;

– в разработке метода оценки размера допустимой ширины зоны экстраполяции и способа управления этим размером на основе сглаживания экстраполируемой поверхности;

– в экспериментальной оценке погрешностей экстраполяции показателей качества угля на действующих добывающих предприятиях;

– в разработке алгоритмов компьютерных программ по оценке подобия сечений топографических поверхностей и выполнения экстраполирования изолиний;

– в разработке методики и корпоративного нормативного обеспечения работ по геометризации показателей качества угля на действующих добывающих предприятиях с использованием экстраполяционного подхода .

Научная значимость результатов работы состоит:

– в формировании концепции геометризации показателей качества угля на действующих добывающих предприятиях на основе экстраполяции накопленных в процессе эксплуатации данных;

– в разработке инструмента изучения изменчивости топографической поверхности на основе исследования изменения степени подобия ее сечений (функции самоподобия сечений топоповерхности);

– в разработке формализованного алгоритма экстраполяции изолиний, не приводящего к воздействию «краевого эффекта» .

Практическая значимость работы состоит:

– в разработке «Методических рекомендаций по использованию экстраполяции данных горных работ при геометризации показателей качества угля на действующих добывающих предприятиях АО «СУЭК-Кузбасс»;

– в разработке алгоритмов, реализованных в прикладных компьютерных программах «ExtrI» («Экстраполяция изолиний») и «KSG» («Расчет коэффициентов подобия сечений топографической поверхности») .

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Современные проблемы в горном деле и методы моделирования горногеологических условий при разработке месторождений полезных ископаемых»

(г. Кемерово, 2015), Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в горном деле», VI Уральском горнопромышленном форуме (г. Екатеринбург, 2015), XXIV международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2016» (г. Москва, 2016), V Международной научнопрактической конференции «Перспективы инновационного развития угольных регионов России (г. Прокопьевск, 2016), Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» в рамках XXIII международной специализированной выставки технологий горных разработок «Уголь России и Майнинг» (г. Новокузнецк, 2016) .

Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 9 научных работах (общим объемом 2,12 авторских листов), из которых 5 (объемом 1,40 авторских листа) – в рецензируемых научных журналах перечня ВАК, 3 – в материалах международных конференций и симпозиумов (0,59 авторского листа) .

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 11 таблиц, список литературных источников из 98 наименований .

Основное содержание работы

В первой главе доказана необходимость решения задачи повышения точности горно-геометрического моделирования показателей качества угля и возможность ее решения на основе использования экстраполяции результатов опробования в горных выработках .

Создание горно-геометрических моделей эксплуатируемых угольных месторождений направлено на создание информации, обеспечивающей принятие решений инженерно-техническими и управляющими структурами горного бизнеса. Значимость моделей, характеризующих показатели качества угля, обуславливается тем, что именно они формируют цену реализации угля на рынке .

Горно-геометрическая информация о качестве угля в контурах подготовленных запасов на практике, в условиях поставок углей в основном по коротким контрактам, формируется по результатам опробования пластов в горных выработках без привлечения данных геологоразведочных работ, используемых только в стратегических целях и не привлекаемых для решения оперативных вопросов маркетинга .

Проведенный анализ показывает, что одним из основных трендов развития внутреннего и международного рынка углей является постепенный переход на преимущественную поставку углей по длинным контрактам .

При ориентации на длинные контракты оценка ожидаемого качества угля и условий его добычи может быть выполнена лишь по материалам геологоразведочных работ, недостоверность которых может стать причиной крупных просчетов и потерь. Отсюда следует, что переход на длинные контракты предопределяет повышение требований к геологическому обеспечению ведения горных работ, и актуальной становится задача повышения степени достоверности геометризации показателей качества угля в пределах площадей, еще не затронутых горными работами. Особое значение это имеет для Кузбасса, который обеспечивает три четверти всего экспорта угля России. В условиях действующих предприятий создаются две независиме сети измерений (определений) показателей качества угля: сеть разведочных скважин и сеть проб и замеров, выполненных в горных выработках, которая обладает более высокой представительностью и плотностью. Применительно к задаче прогнозирования показателей качества угля, в контуре подготавливаемых запасов эти сети принципиально различны: при наличии сети разведочных скважин задача построения горногеометрических моделей в неотработанном контуре решается на основе интерполяции, по замерам в горных выработках – на основе экстраполяции .

Можно предполагать, что в примыкающей к контуру горных работ зоне наиболее достоверный результат будет получен на основе распространения на нее закономерностей, выявленных только сетью замеров в горных выработках, т. е. с использованием экстраполяции .

Во второй главе доказана допустимость применения экстраполяции при выполнении горно-геометрических работ, выявлена имеющая место в предложенной системе координат полярного типа устойчивая линейная зависимость между тангенсами полярных углов и полярными радиусами точек, лежащих на экстраполируемой изолинии показателя, на основе которой предложен формализованный алгоритм экстраполяции изолиний .

Основные положения теории П. К. Соболевского и следующие из них выводы предопределяют возможность применения экстраполяции при восстановлении геополя по системе точечных измерений. Геометрическая интерпретация геохимического поля В. А. Букринского позволяет наглядно представить и осознать правомерность использования экстраполяции при геометризации .

Впервые с наибольшей глубиной вопросы использования экстраполяции при геометризации показателей качества полезного ископаемого рассмотрены проф. В. А. Букринским применительно к разработанному им прогнознодинамическому методу выявления функций размещения показателей. Этот метод представляет собой развитие предложенного П. К. Соболевским принципа наименьших работ и предполагает предварительное формирование гипотез о характере размещения показателей, получаемых методом экстраполяции .

В целом задача экстраполяции состоит в том, чтобы, располагая фрагментом топографической поверхности показателя, построенным по данным шахтных измерений («обучающая» часть поверхности), отобразить ее вероятный характер в пределах предстоящего к отработке участка. При ее решении возникают два вопроса:

– каким именно образом следует выполнять экстраполяцию поверхности;

– на какое удаление от границы ведения горных работ допустимо производить интерполяцию .

В настоящее время эти вопросы не имеют общепринятых ответов .

По результатам проведенного анализа содержания различных возможных вариантов экстраполяции топографических поверхностей, вслед за проф .

В. А. Букринским, предложено осуществлять ее путем экстраполяции положения их изолиний. В то же время предлагаемое проф. В. А. Букринским эвристическое «продление» изолиний «на глаз», допустимое с точки зрения разработанного им прогнозно-динамического метода выявления функций размещения показателей, не является таковым с точки зрения геометризации показателей путем экстраполирования поверхностей .

Это связано с тем, что результаты «продления» изолиний «на глаз» будут приводить, в зависимости от опыта и квалификации исполнителей, к различным результатам, что не позволит установить каких-либо закономерностей, позволяющих прогнозировать погрешность экстраполяции в зависимости от расстояния экстраполяции и характера изменчивости экстраполируемой поверхности, т. е. не позволит разработать инженерно ориентированную методику экстраполяционного прогнозирования поведения топографической поверхности. Отсюда вытекает необходимость разработки формализованного подхода к экстраполяции изолиний, обеспечивающего ее качество, сопоставимое, по крайней мере, с качеством, получаемым при квалифицированном экстраполировании «на глаз» .

Задача разработки экстраполятора была поставлена автором в следующей формулировке: отыскать функцию, использование которой позволяет по тремчетырем точкам, расположенным на известном фрагменте изолинии, восстановить ее форму на участке экстраполяции с минимальными отклонениями от согласованного группой экспертов ее «продолжения» .

В качестве исходных данных использованы результаты экстраполяции 73 изолиний различного вида четырьмя квалифицированными экспертами. По каждой изолинии на основании известного фрагмента (A–В-С на рисунке 1) устанавливалось ее усредненное положение (C-D-E-F на рисунке 1) .

Задача исследования состояла в разработке алгоритма действий, который позволил бы по известным координатам Y и X опорных точек A, В и С формализованно отобразить экстраполяционное положение кривой C-D-E-F, т. е. найти координаты принадлежащих изолинии точек типа D, E и F и т. д .

–  –  –

Величины Li и tgi описывают положение принадлежащих изолинии точек в условной, фактически «полярной» системе координат. Установлено, что зависимость tgi от расстояния Li для всех рассмотренных изолиний имеет линейный характер .

Во всех случаях параметры зависимости, установленные для всех точек изолинии (сплошная линия G-Н на рисунке 3), незначимо отличаются от параметров, установленных только по точкам обучающего фрагмента изолинии (пунктирная линия В-С на рисунке 3) .

В целом разработанный алгоритм экстраполяции, формализованный применительно к использованию трех опорных точек, в прикладной компьютерной программе «ExtrI» состоит в следующем .

1. Находятся расстояния Li от первой точки (А на рисунке 2) до двух (B – LB и C – LC) остальных ее «опорных» точек, расположенных в пределах отработанного участка пласта .

2. Для этих же точек по формуле (1) определяются тангенсы наклона прямых tgi, соединяющих опорные точки изолинии с начальной опорной точкой А, т. е. tgB и tgC .

3. Отыскиваются коэффициенты линейного уравнения a и b путем решения системы уравнений:

tg B а bLВ. (2) tgС а bLС

4. Указывается расстояние R от первой точки А до «опорной» точки, расположенной на границе между зонами интерполяции и экстраполяции .

В случае трех точек R = LC .

5. Для обеспечения построения экстраполяционного фрагмента изолинии «запоминаются начальные координаты X1 и Y1 первой точки самого первого фрагмента ломаной, за которые принимаются координаты последней «опорной» точки С .

6. Величина R увеличивается на величину R, т. е. R принимается равным R+R. Конкретная величина R выбирается таким образом, чтобы ломаная линия, соединяющая точки, координаты которых изменяются за счет приращения длин на величину R, визуально воспринималась как плавная кривая .

7. Используя уравнения зависимости, полученные в пункте 3 алгоритма, находим значения тангенса угла tg, соответствующего расстоянию R:

tg R а bR. (3)

8. Находится приращение координаты Y:

–  –  –

X R 2 Y 2 (6) и координата X второй точки фрагмента ломаной:

Х 2 Х A Х. (7)

10. Соединяя точки 1 и 2 с координатами Y1, X1 и Y2, X2 проводим фрагмент ломаной прямой .

11. Координаты точки 1 приравниваются координатам точки 2. Если новое значение координаты Y1 и/или координаты X1 выходит за пределы области экстраполяции, то построение изолинии прекращается, если нет, то осуществляется переход к пункту 6 настоящего алгоритма .

В случае если изолинии показателя в отработанном контуре ориентированы вдоль направления подготовительных выработок, экстраполируемую топоповерхность предлагается аппроксимировать плоскостью и выполнить построение карты остатков в изолиниях, а затем произвести экстраполяцию изолиний остатков и, учитывая уравнение плоскости, выполнить построение изолиний показателя в контуре прогноза .

В третьей главе показано, что определение допустимого расстояния экстраполяции должно базироваться на оценке динамики изменения подобия сечений топографической поверхности по мере увеличения расстояний от сечения, расположенного на границе ведения горных работ, которую характеризует предложенная функция самоподобия топографической поверхности .

Корректное использование экстраполяции требует не только определения способа ее выполнения, но и определения размера области, в пределах которого допустимо ее применение .

Проведенный в работе анализ показал, что задача определения предельно допустимого расстояния экстраполяции в практике разведки угольных месторождений не имеет однозначного решения, а вопрос установления расстояния экстраполирования для условий угольных месторождений, в пределах которого погрешность ее выполнения не превышает заданную, вообще не поднимался .

При этом понятно, что допустимое расстояние экстраполяции поверхности будет зависеть от степени ее изменчивости в направлении экстраполяции .

Конфигурация сети замеров показателей качества угля в горных выработках угольных шахт имеет весьма значимую особенность, состоящую в многократном различии расстояний между замерами в направлении подготовительных штреков и в направлении линии очистного забоя. В результате этого топографическая поверхность показателей качества фактически выполняется методом профилей. Это делает некорректным использование для рассматриваемой цели подхода проф. А. В. Гальянова, основанного на анализе корреляции значений показателя в границах геохимического поля, успешно применяемых для условий рудных месторождений .

Таким образом, для решения поставленной задачи необходимо оценивать корреляцию между сечениями поверхности. Очевидно, что чем дольше, по мере удаления их от некого исходного сечения топоповерхности (расположенного на границе ведения горных работ), сохраняют свою «похожесть» на него удаленные от него сечения топографической поверхности, тем на большее расстояние экстраполяции можно рассчитывать .

Отсюда следует, что оценка допустимого расстояния экстраполяции может базироваться на оценке степени изменения подобия сечений топографической поверхности по мере увеличения расстояний от некоторого принятого за исходное сечение .

Ранее близкую по содержанию задачу оценки сходства (подобия) сечений пластов по линиям геологоразведочных скважин в целях оценки сложности угольных месторождений по направлению простирания пластов решали С. А. Батугин и Л. Е. Мякишева. Сходство геологических разрезов ими было предложено определять с помощью коэффициента подобия Kп, который изменяется в интервале от 0 (полное несовпадение) до 1 (полная идентичность) .

В основу расчета коэффициента подобия были положены известные формулы расчета коэффициента корреляции Z1Z2 для двух комплексных случайных величин. Для обеспечения возможности их применения каждое сечение пласта описывалось системой характерных координированных точек, в качестве которых использовались точки пересечения пласта с нарушениями, осями складок и т. п .

Поскольку получаемый коэффициент корреляции Z1Z2 изменяется от 0 до 2, то при пересчете его в Kп он уменьшается в два раза .

Кроме того, коэффициент подобия предусматривает возможность появления «новых» и исчезновения «старых» точек при переходе от разреза к разрезу. Это обстоятельство учитывалось умножением коэффициента корреляции двух комплексных случайных величин еще на один поправочный коэффициент

–. Таким образом, коэффициент подобия вычисляется по формуле:

z1 z 2 Kп. (8) Для обеспечения выполнения расчетов по подобию сечений топографической поверхности с помощью аппарата корреляции комплексных случайных величин, характерными точками сечений поверхности показателей качества предложено принимать положения точек пересечения изолиний с сечениями («торцов» изолиний) .

В целях дальнейшего определения допустимого радиуса экстраполяции, можно оценивать изменчивость топографической поверхности на основе предлагаемой автором функции, отражающей характер изменения степени подобия Kп сечений некоторому исходному сечению по мере увеличения расстояния между ними L. Данную функцию, близкую по смысловому содержанию к автокорреляционной, предлагается именовать «функцией самоподобия сечений топографической поверхности» .

Построение функции самоподобия осуществляется следующим образом. На плане изолиний показывается исходное сечение «0»

(рисунок 4) и несколько удаленных от него сечений (сечения А, Б, В или 1, 2, 3), на которых выделяются характерные точки. Для каждой пары сечений «0А», «0-Б» и т. д., рас- стояния между которыми известны, Li определяются коэффициенты их подобия Kп .

Строится график зависимости Kп от L, который и представляет собой функцию самоподобия. Результаты построений более 300 функций самоподобия топографических поверхностей различных показателей качества угля, построенные по результатам опробования горных выработок, показали, что они имеют линейный характер, параметры которого незначительно отличаются для площадей, расположенных по обе стороны от исходного сечения. Это позволяет распространять функцию самоподобия, построенную в пределах отработанного контура пласта, на контур экстраполяции .

В четвертой главе изложены результаты выполнения экспериментальных исследований, в результате которых была установлена статистическая зависимость между значением функции самоподобия сечений топографической поверхности показателя и погрешностью экстраполяции, на основе которой сформулированы рекомендации по определению допустимого расстояния экстраполяции .

Допустимый радиус экстраполяции предлагается определять с помощью функции самоподобия как расстояние, при котором степень подобия сечений

–  –  –

допустимое расстояние экстраполяции будет тем больше, чем более простой характер имеет топографическая поверхность показателя. Известным инструментом снижения сложности топографической поверхности является сглаживание .

В рассматриваемом случае сглаживание предлагается осуществлять по узлам сетки, «наброшенной» на модель в изолиниях .

Установлено, что при сглаживании окном, соответствующим контуру месячной отработки, функция самоподобия существенно выполаживается, что приводит к росту допустимого радиуса экстраполяции на 60 % и, соответственно, к повышению длительности прогнозного периода .

В рамках практической реализации результатов исследования разработаны и утверждены «Методические рекомендации по использованию экстраполяции данных горных работ при геометризации показателей качества угля на действующих добывающих предприятиях АО «СУЭК-Кузбасс», содержащие методику экстраполяции изолиний и порядок определения предельно допустимого расстояния экстраполяции изолиний .

1. По данным опробования горных выработок отстраивается топографическая поверхность показателя и определяется уравнение функции самоподобия (определяется угловой коэффициент этой функции – а) .

2. На плане развития горных работ определяются расстояния от границы ведения горных работ до границ, намечаемых к отработке выемочных столбов .

Для каждого i-го столба определяется два расстояния - до вентиляционного штрека Hi и до конвейерного Li (рисунок 6) .

Для первого, следующего за отработанным столба (лава 1 на рисунке 6) расстояние Н1 равно нулю, так как к моменту отработки верхней лавы уже пройден вентиляционный штрек следующей лавы .

3. Для каждого намечаемого к отработке выемочного столба по приведенным на рисунке 6 формулам вычисляется среднее значение коэффициента подобия. К выемочным столбам, в пределах которых допустимо выполнять экстраполяцию, относятся столбы, для которых средний коэффициент подобия превышает 0,3 .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведенных исследований получено решение актуальной задачи геометризации показателей качества угля на основе экстраполяции полученных в ходе горных работ данных, которая имеет значение для развития геометрии и квалиметрии недр угольных месторождений в направлении информационного обеспечения долгосрочных контрактов на поставку угля .

Основные выводы, результаты и рекомендации заключаются в следующем .

1. Экстраполяция на неотработанный контур пласта установленной горными работами топографической поверхности показателя качества угля в форме экстраполяции изолиний должна выполняться путем экстраполяции положения их изолиний .

2. Разработан свободный от «краевого эффекта» формализованный алгоритм экстраполяции изолиний, заключающийся в установлении зависимости между тангенсами полярных углов и полярными радиусами точек, лежащих в пределах известного фрагмента экстраполируемой изолинии, и в ее распространении на зону экстраполяции .

3. Оценка изменчивости топографической поверхности показателя качества угля в целях определения допустимого радиуса ее экстраполяции обеспечивается построением предлагаемой функции самоподобия топографической поверхности, устанавливающей закономерности изменения подобия сечений использованием по мере роста расстояния между ними .

4. Использование экстраполяции данных горных работ для прогнозирования ожидаемого качества угля в планируемых к отработке выемочных столбах является эффективным в условиях, если средний коэффициент подобия сечений по их подготовительным штрекам превышает 0,3, что в условиях предприятий АО «СУЭК-Кузбасс» обеспечивает повышение качества прогноза показателей в плановом периоде 2-5 лет .

5. Предложенная процедура увеличения размера геометрической базы горно-геометрической модели показателя (сглаживание известной топографической поверхности) позволяет на 60 % увеличить допустимое расстояние экстраполяции .

6. Разработанные методические рекомендации по использованию экстраполяции данных горных работ при геометризации показателей качества угля на действующих добывающих предприятиях и реализация алгоритмов экстраполяции и построения функции самоподобия в форме прикладных компьютерных программ обеспечивают возможность внедрения результатов исследования в практику работы маркшейдерско-геологических служб предприятий .

Основные положения диссертации опубликованы в изданиях из перечня ВАК при Минобрнауки России:

1. Карабибер, С. В. Геометризация показателей качества угля на основе экстраполяции данных горных работ / С. В. Карабибер // Маркшейдерский вестник. – 2017. – № 2. – С. 33–36 .

2. Карабибер, С. В. Алгоритм экстраполяции изолиний геологического показателя / С. В. Карабибер // Маркшейдерия и недропользование. – 2016. – № 3. – С. 36–39 .

3. Рогова, Т. Б. Функция самоподобия сечений топографической поверхности / Т. Б. Рогова, С. В. Карабибер // Маркшейдерский вестник. – 2015. – № 3. – С. 31–34 .

4. Карабибер, С. В. Программное обеспечение оценки подобия сечений топографических поверхностей показателей качества угля / С. В. Карабибер, Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Вестник КузГТУ. – 2015. – № 5. – С. 154–158 .

5. Карабибер, С. В. О применении методов экстраполяции при геометризации угольных месторождений / С. В. Карабибер, Т. Б. Рогова // Маркшейдерский вестник. – 2015. – № 1. – С. 24–27 .

Прочие научные публикации:

6. Карабибер, С. В. Использование экстраполяции данных горных работ при геометризации показателей качества угля / С. В. Карабибер // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов науч. журнал / Сиб. гос. индустр. ун-т. – Новокузнецк, 2016. – № 2. – С. 236–239 .

7. Карабибер, С. В. Учет тенденций развития рынка угля при освоении угольных месторождений / С. В. Карабибер, Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Рациональное освоение недр.- 2014.- № 2.- С. 40–43 .

8. Карабибер, С. В. Применение методов экстраполяции при геометризации угольных месторождений / С. В. Карабибер // Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Современные проблемы в горном деле и методы моделирования горногеологических условий при разработке месторождений полезных ископаемых», 17-19 ноября 2015 г., г. Кемерово [Электронный ресурс] / ФГБОУ ВПО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева». – Кемерово, 2015 .

http://science.kuzstu.ru/ wpсontent/Events/Conference/Other/2015/gd/gd2015/index.htm .

9. Карабибер, С. В. Анализ топографической поверхности на основе функции самоподобия.- сборник материалов III Всероссийской научной конференции с международным участием «Информационные технологии в горном деле»: 2–4 декабря 2015 г., г. Екатеринбург [Электронный ресурс]/ ФГБУН «Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук». – Екатеринбург, 2015. http://igduran.ru/files/eshop/elibrary/catalog_ ugpf6.pdf.



Похожие работы:

«АНДРЕЕВ Дмитрий Евгеньевич СХОДНЫЕ ЧЕРТЫ В МЕХАНИЗМАХ ИНИЦИАЦИИ ТРАНСЛЯЦИИ У ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ 02.00.10 Биоорганическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва 2006 Работа выполнена на кафедре химии...»

«Список использованных источников 1. Абзалов В.М., Горбачев В.А., Евстюгин С.Н. [и др.]. Физико-химические и теплотехнические основы производства железорудных окатышей. – Екатеринбург: НПВП "ТОРЭКС", 2012....»

«ГОСТ 3 0 1 5 9 -9 4 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ПРОДУКТЫ ЛЕСОХИМИЧЕСКИЕ ОБЕСПЕЧЕНИ Е ТОЧНОСТИ М ЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ Издание официальное БЗ 12-93/734 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Минск черное кружево ГОСТ 3 0 1 5 9 -9 4 Предисл...»

«Масла моторные универсальные всесезонные Gazpromneft РПБ № 84035624.02.37735 стр. 3 Diesel Prioritet по СТО 84035624-062-2012 Действителен до 08.04.2020 г. из 16 1 Идентификация химической продукции и сведения о производителе и/или поставщике 1.1 Идентификация химической продукции 1.1.1 Техническое наименование Масла моторные универсальные...»

«РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ UE49NU8000U UE55NU8000U UE65NU8000U UE75NU8000U UE82NU8000U Благодарим за приобретение изделия компании Samsung. Для наилучшего обслуживания зарегистрируйте свое устройство по адресу: www.samsung.com Модель Серийный номер Перед изучением этого руководства пол...»

«Системы измерений количества и показателей качества нефти и нефтепродуктов Москва, 2018 г. Технический проект Проектная документация на системы измерений и другое оборудование комплектной поставки, выполняется...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 33118— СТАНДАРТ МАТЕРИАЛЫ КОМБИНИРОВАННЫ Е НА ОСНОВЕ АЛЮ М ИНИЕВОЙ ФОЛЬГИ Технические условия Издание о...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.