» » Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

02.08.2016

Построение графической основы подсчета запасов, оконтуривание угольных пластов и тел попутных полезных ископаемых, определение усредненных для месторождения (подсчетных блоков) величин параметров подсчета — мощности пластов (залежей), элементов залегания, показателей качества, содержания попутных полезных компонентов, объемной массы угля — производятся на основе соответствующих данных, полученных по частным пересечениям тел полезных ископаемых разведочными и горно-эксплуатационными выработками, а также геофизическими методами исследований.
Основным в подготовке исходных данных о мощности и строении тел полезного ископаемого, его качестве и элементах залегания и других показателях является установление их представительности — соответствия природным условиям.
Мощность пластов и внутрипчастовых породных прослоев замеряется с точностью до 1 см. При замерах мощности угольного пласта в естественных обнажениях и мелких горно-разведочных выработках следует учитывать, что в зонах выветривания и окисления этот параметр может быть существенно искажен за счет сдавливания разрыхленной угольной массы вмещающими более крепкими породами, а также за счет удаления части органической массы угля в виде оксидов углерода и воды.
Поэтому данные о мощности и строении пласта в естественных обнажениях, канавах, мелких шурфах и дудках в тех случаях, когда они не подтверждены замерами в коренном залегании (ниже зоны окисления углей), используются только как факт наличия пласта для установления положения его выхода на дневную поверхность или под покровные отложения и построения контуров подсчетных блоков; при подсчете запасов эти данные не учитываются.
Тщательной оценке подлежит представительность используемых при подсчете сведений о мощности и строении пластов по данным геолого-маркшейдерской документации горных выработок. В документации по очистным выработкам при отработке мощных и особенно сложных по строению пластов часто отражается не полная, а только выемочная их часть. При длительном разрыве во времени между проведением выработки и ее документацией мощность пласта может исказиться за счет влияния горного давления вышележащих пород. Значительный объем геолого-маркшейдерской документации отображает локальные резкие изменения в морфологии угольных пластов под влиянием каких-то геологических процессов, осложнивших ведение горно-подготовительных или горно-эксплуатационных работ. Такие зарисовки имеют большую ценность для геологических построений и выводов о промышленной значимости запасов угля на соответствующих участках распространения пластов. Однако для расчета усредняемых при подсчете величин они используются ограниченно с тщательной оценкой влияния их на результаты расчета.
Как отмечалось ранее, основным материалом для суждения о морфологии угольных пластов и элементах их залегания является керн буровых скважин и данные скважинной геофизики. При правильном подборе комплекса и качественном проведении геофизических исследований, соответствующих утвержденным ГКЗ условиям использования каротажа при подсчете запасов углей, обеспечивается достаточно высокая точность данных о мощности, строении и глубинах залегания угольных пластов. При неполноте комплекса и некачественном проведении геофизических исследований, что особенно характерно для используемых при подсчете запасов скважин прежних лет разведки, тщательно анализируются качество перебуривания скважиной интервала залегания угольного пласта и, прежде всего, полнота и сохранность поднятого керна угля и вмещающих пласт пород. Результаты каротажа используются здесь как дополнительный материал для получения более объективных данных.
С целью оценки надежности принимаемых данных следует проводить сопоставление результатов определения мощности и строения угольных пластов по керну и геофизическими методами, а на разрабатываемых месторождениях — с данными геолого-маркшейдерской документации. Такое сопоставление повышает точность интерпретации результатов геофизических исследований и керна.
Данные о мощности и строении пластов по пересечениям, явно дефектным вследствие низкого качества буровых и каротажных работ, должны актироваться и исключаться из расчетов при выводе средних показателей, а также не учитываться при установлении закономерностей изменчивости морфологии того или другого пласта на оцениваемой площади.
Измеренные по выработкам видимые мощности пласта должны быть пересчитаны в истинные. Пересчет производится по формулам
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

где mи — истинная мощность пласта; mг и mв — соответственно горизонтальная и вертикальная видимые мощности; β — угол наклона пласта к горизонту.
При отклонении выработки (особенно скважины) от вертикального и нормального к простиранию пласта направлений необходимо вносить поправки на зенитные и азимутальные углы выработки (скважины) при пересечении ею пласта:
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

где mз — мощность, замеренная по выработке; α — зенитный угол выработки; γ — угол между азимутом выработки и азимутом падения пласта.
При значительных зенитных и азимутальных искривлениях скважин данная формула может привести к существенным искажениям в вычислении истинной мощности пласта. Поэтому в случаях, когда азимутальные отклонения скважины составляют более 30° (при зенитных углах ≤5°) и 20° (при зенитных углах ≥5°), рекомендуется пользоваться формулой П.М. Леонтовского:
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

Угол наклона пласта к горизонту β требует тщательного определения. Поскольку угольные пласты не обладают четко выраженной слоистостью, замеры часто производятся в породах кровли или почвы пласта, что при значительном удалении точек замеров от пласта может вызвать ошибку за счет изменения зенитного угла искривления скважины α. Многократные измерения угла β в пласте и в непосредственной близости к нему и расчет его среднеарифметического значения позволяют более точно определять этот параметр.
Качество угля. В задачи подсчета запасов входит установление пространственного распределения различных природных типов и сортов (марок, технологических групп) углей и определение в необходимых случаях количеств запасов соответствующих разновидностей. Кроме того, зольность угля пласта в целом или отдельных его частей в случаях превышения ее значения над пределом, установленным кондициями, отражается в принимаемых для подсчета данных о мощности и строении пласта. Поэтому перед подсчетом запасов необходима тщательная обработка полученных при разведке материалов по изучению качества угля каждого из оцениваемых пластов.
При рассмотрении результатов исследования качества углей, базирующихся в основном на анализах керновых проб, наблюдаются большие колебания в величинах основных показателей. Во многих случаях эти колебания не отражают истинной картины изменчивости качества угля под влиянием каких-либо генетических причин, например пространственного изменения вещественного состава углей или степени их метаморфизма. Часто они являются следствием различной представительности поступивших на исследование проб, вызванной избирательным истиранием угля и вмещающих его пород, засорением угольного вещества породными примесями и глиной из бурового раствора, искусственным обогащением проб и искажением строения угольного пласта за счет удаления песчано-глинистых и углистых пород, попавших в керн из внутрипластовых прослойков, и неправильным отнесением к вмещающим пласт разностям.
Неполнота выхода керна и плохая сохранность его структуры отрицательно отражаются на достоверности всех основных показателей качества угля, прежде всего на определении его зольности. При петрографически неоднородных углях избирательность выкрашивания различных петрографических разностей угля сказывается на основных классификационных параметрах марочного состава углей — выходе летучих веществ и спекаемости. Величины этих показателей также могут искажаться за счет окисляемости углей при долгом хранении проб и повышенной зольности углей в анализируемых пробах.
Разложение при нагревании содержащихся в минеральной части пробы гидратов и карбонатов увеличивает выход летучих веществ, а наличие большого количества легкоплавких разностей минеральных примесей, цементирующих угольные зерна, может привести к ошибкам в определении показателей спекаемости угля. Следует учитывать, что сравнительно небольшие искажения в выходе летучих веществ (2—3 %) или в толщине пластического слоя (несколько миллиметров) могут сопровождаться неточностями в определении марки и технологической группы угля средней степени метаморфизма. Поэтому заключение по технологической группировке углей и построение на подсчетных планах границ распространения углей различного марочного (группового) состава должно основываться на результатах анализов малозольных или предварительно обогащенных проб,
С учетом изложенного, при обработке результатов исследований в случаях резких незакономерных колебаний величин основных показателей качества угля следует тщательно анализировать представительность пробы, устанавливая зависимости ее от полноты извлечения и сохранности структуры керна по интервалу опробования, сроков хранения и пересылки проб и сроков производства анализов и особенностей вещественного состава углей. Достоверность определения летучих веществ, опекаемости, влажности, элементного состава, теплоты сгорания углей следует рассматривать с учетом данных о зольности анализируемых на эти показатели проб, а для пластов со сложным петрографическим строением — обращать особое внимание на представительность проб по их составу.
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

При расчете средних для пласта (блоков) показателей качества угля результаты единичных анализов с резкими отклонениями использовать не следует. Однако при этом необходимо анализировать и учитывать характер изменчивости того или иного показателя качества угля. Для этой цели могут быть использованы предложенные А.В. Тыжновым вариационные графики результатов (рис. 6.6), отражающие характер изменчивости показателей, и крайние, несвойственные пласту их значения. Выбраковка результатов анализов должна сопровождаться соответствующим обоснованием непредставительности пробы.
Определение среднепластовой (с учетом засорения угля внутрипластовыми породными прослоями) зольности угля — одного из основных показателей кондиционности пласта в точке его вскрытия разведочной или горной выработкой — производится по формуле средневзвешенного:
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

где А1с, А2с,..., Аnc — зольность каждого принятого к подсчету угольного и породного про слоя; m1, m2, ..., mn — мощности соответствующих угольных и породных прослоев; γ1, γ2, ..., γn — объемная масса (плотность) соответствующих угольных и породных прослоев.
Объемная масса угля γ — один из основных параметров подсчета. Незначительные изменения этого показателя сопровождаются в масштабах подсчета запасов углей существенными различиями в количестве запасов. Точность определения объемной массы для подсчета запасов установлена в 0,01 г/см3.
Наиболее достоверные результаты определения объемной массы дает способ пробной вырубки. Однако возможность определений этим способом ограничена необходимостью иметь широкий фронт горных выработок, по которым можно произвести достаточное (для обоснованного расчета средних величин) число замеров. Единичные замеры характеризуют пласт только в точке вскрытия и могут дать случайные и непредставительные для пласта значения у. Поэтому способ пробной вырубки применяется, как правило, в процессе эксплуатационных работ для корректировки разведочных данных и более точного учета добычи и потерь угля при разработке. Недостаток этого способа — его трудоемкость. При вырубке ниши объемом не менее 1 м3 (при поперечном ее сечении в 1 м2 на мощность пласта) масса отобранного материала достигает нескольких тонн; сокращение его для получения аналитических проб с целью параллельного определения зольности и влажности угля является очень громоздкой операцией.
Исследованиями А.М. Оллыкайнена установлено, что вполне допустимая точность определения объемной массы достигается при пробной вырубке ниши с поперечным сечением 0,25 м2 (0,5x0,5 м) и параллельным определением необходимых показателей качества угля из проб, отобранных по бороздовой пробе сечением 0,05x0,005 м.
Лабораторные определения объемной массы углей производятся по образцам, отбираемым из забоев горных выработок и разведочных скважин в количестве 30—40 на каждый оцениваемый пласт. Масса образца 200—300 г. Образцы рыхлых (землистых) углей после отбора пробы герметизируются. Одна часть пробы (50—100 г) используется для определения зольности и влажности, другая — для анализа объемной массы. Последовательно находятся массы образца (средние величины из двух взвешиваний): на воздухе — P1; после насыщения их водой (для рыхлых бурых углей после парафинирования) — Р2, в погруженном в воду состоянии (на гидростатических весах) — Р3.
Объемная масса каждого образца γф вычисляется по формулам:
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

где γп — плотность парафина, г/см3.
Вычисленная величина объемной массы каждого образца приводится к средней естественной влажности угля исследуемого пласта в массиве по формуле
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

где Wф — фактическая влажность образца до его насыщения водой, %; Wм — средняя влажность угля в массиве, %.
Величины Wф и Wм определяются в перерасчете на рабочее топливо.
Средние величины объемной массы угля в массиве γм для каждого оцениваемого угольного пласта устанавливаются аналитическим или графическим способом.
При аналитическом способе используется формула
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

где γо — среднее значение объемной массы угля; k — коэффициент, характеризующий изменение объемной массы угля при изменении зольности на 1 %; Aс — средняя величина зольности угля пласта на оцениваемой площади его распространения.
Величины γо и k рассчитываются по формулам:
Подготовка исходных данных запасов угля на горных предприятиях

где N — число образцов.
Следует также учитывать уменьшение пористости и соответственно естественной влажности углей одного и того же марочного состава с глубиной современного залегания, что также отражается на величине их объемной массы. Так, по данным А.М. Оллыкайнена, в углях марки Д Интинского месторождения уменьшение с глубиной залегания их естественной влажности на 1 % сопровождается ростом объемной массы на 0,014 г/см3. Градиент изменения с глубиной объемной массы углей составил здесь 0,03 г/см3 на 100 м вертикального разреза.
При графическом способе средние величины объемной массы снимаются с графиков зависимости этого показателя от зольности угля. Графики отстраиваются по данным параллельных частных определений γi и Ac, средние величины объемной массы угля в массиве принимаются в соответствии со средними для оцениваемого пласта (подсчетного блока) значениями зольности угля.
Частные значения объемной массы угля, определяемые по керну из разведочных скважин, обычно характеризуются широким диапазоном. Это является следствием как природной изменчивости строения пласта и вещественного его состава, так (в большей мере) и недостаточной представительностью материала из-за неполноты подъема керна и его избирательного истирания. Повышение точности определения средней величины объемной массы угля обеспечивается массовым характером определений и усреднением их данных для значительных площадей распространения пласта, по которым достигается достаточный набор представительных данных.
При аналитических расчетах и построении графиков следует тщательно анализировать представительность частных определений γ, Wp, Ac, исключая заведомо недостоверные, сомнительные и искаженные результаты анализов. На разрабатываемых месторождениях аналитически рассчитанные или графически определенные по данным керновых проб средние величины объемной массы углей следует сопоставлять с полученными по пробным вырубкам.
Подготовка исходных данных для подсчета запасов попутных полезных ископаемых и компонентов проводится в соответствии с действующими инструктивными указаниями и методическими пособиями по соответствующим видам минерального сырья.