4. Źródła danych
4.1. Cyfrowe źródła danych geologicznych
Wykonane w pracy badania studialne i analizy dotyczyły złoża węgla kamiennego „X”
zlokalizowanego w Polsce. Na złożu tym prowadzona jest już eksploatacja w pokładach wyżej zalegających. Kopalnia „X” jest kopalnią dwupoziomową o szkielecie kamienno-wę-glowym, udostępnioną sześcioma szybami i siecią wyrobisk korytarzowych, które pełnią funkcję poziomów wydobywczych, wentylacyjnych i materiałowych. W kopalni dominuje system ścianowy z zawałem stropu.
W analizach użyto dane pochodzące z cyfrowego modelu geologicznego złoża „X”. Mo-del ten był wykonany i jest aktualizowany w Pracowni Pozyskiwania Surowców Mineral-nych IGSMiE PAN. W szczególności rezultaty badań opracowano i udokumentowano dla trzech pokładów, tj. pokładu C-1, C-2 oraz C-3. Przedmiotem szczegółowej analizy były również dane pozyskane z modelu dla pokładu C-0 (pokład, w którym powadzona jest eks-ploatacja), przy czym stanowiły one tylko bazę odniesienia i źródło dodatkowej informacji dla potrzeb wykonywanych analiz. Analizą nie objęto wszystkich pokładów złoża „X”, przy czym w tych istnieje możliwość prowadzenia dochodowej eksploatacji.
Model geologiczny złoża „X” został skonstruowany na bazie łącznie ponad 530 tys. re-kordów z informacją źródłową, w szczególności (Kopacz 2016):
— 97 otworów badawczych powierzchniowych z opisem wszystkich wydzieleń litolo-gicznych,
— 125 otworów badawczych dołowych, długich, wraz z opisem wszystkich wydzieleń litologicznych,
— 337 rekordów z profilowania ścian oraz 5809 z profilowania wyrobisk,
— 1336 zestawów analiz jakościowych.
Przekrój informacyjny danych pozyskanych z modelu geologicznego obejmował:
— miąższość pokładów (z przerostami i bez),
— miąższość węgla w pokładach (rozumianą jako miąższość pokładu bez przerostów),
— przerosty,
— gęstość przestrzenną węgla,
— wartość opałową,
— zawartość siarki całkowitej,
— zawartość popiołu w węglu analizowanych pokładów.
Próbka danych obejmowała zasadniczo rejon aktualnie eksploatowanych zasobów oraz projektowanego wydobycia węgla w tej kopalni.
Pokład C-1
Zgodnie z dokumentacją geologiczną złoża „X”, w pokładzie C-1, oprócz węgla typu 32 (węgiel płomienny) znajduje się węgiel typu 33. Zasoby bilansowe ogółem w tym pokładzie oszacowano na 149 mln Mg. Zasoby rozpoznane są w kategorii A+B (35%); C1 (55%) i C2 (10%). Udział zasobów pozabilansowych jest marginalny.
Pokład C-1 jest aktualnie eksploatowany, a stopień sczerpania zasobów przyjęto w ana-lizach na poziomie 50% (rys. 4.1).
W przypadku pokładu C-1 z cyfrowego modelu geologicznego złoża wyekstrahowano około 7480 rekordów opisujących zmienność analizowanych parametrów w siatce o śred-nich rozmiarach 75 × 75 m. Łączna powierzchnia złoża − zasobów operatywnych − została oszacowana na poziomie 40,8 km2.
Rys. 4.1. Mapa pokładu C-1 oraz umowna lokalizacja ścian Źródło: opracowanie własne
Fig. 4.1. Map of the seam C-1 and location of the longwalls
80
W tabeli 4.1 zestawiono współczynniki korelacji rangowej Spearmana pomiędzy po-szczególnymi parametrami złożowymi w pokładzie C-1. Widoczna jest silna ujemna kore-lacja wartości opałowej z zawartością popiołu (–0,87) oraz z gęstością przestrzenną węgla (–0,86). Zawartość popiołu jest ponadto silnie, zgodnie skorelowana z gęstością przestrzen-ną (0,81), co wydaje się logicznie odzwierciedlać skutki wzrostu zawartości popiołu w wę-glu. Korelacje pomiędzy pozostałymi zmiennymi zaliczyć można do średnich i słabych.
Z kolei w tabeli 4.2 zestawiono podstawowe statystyki opisowe miąższości pokładów (bez przerostów), parametrów jakościowych, gęstości przestrzennej węgla oraz przerostów w pokładzie C-1.
Analizując przedstawione w tej tabeli dane można zauważyć, że parametrami najmniej zmiennymi są wartość opałowa (υ = 6,1%) oraz gęstość przestrzenna (υ = 3 ,2%). Z kolei najwyższą zmiennością cechują się przerosty (97%). Ponadto rozkład przerostów cechuje ponadprzeciętna koncentracja obserwacji w przedziale (0;0,05) m, co wydaje się mało praw-dopodobne w praktyce. Wartości współczynnika zmienności dla zawartości procentowej po-piołu i siarki są na zbliżonym poziomie (rzędu 20–22%). Widoczna jest ponadto niewielka asymetryczność w rozkładach wartości opałowej (asymetria lewostronna), popiołu i siarki (asymetria prawostronna). Wysoką i ponadnormalną30 wartością kurtozy cechują się rozkła-dy prawdopodobieństwa miąższości (8,7) oraz przerostów (7,8).
Przy tej liczbie danych oszacowano odpowiednio wąskie zakresy przedziałów ufności dla wartości średniej poszczególnych parametrów złożowych, w szczególności dla (tab. 4.2):
— miąższości: 1,45 m [P = 0,95 ∈ (1,43;1,45)],
30 Dla rozkładu normalnego kurtoza wynosi 3.
Tabela 4.1 Korelacja wybranych parametrów złożowych w zbiorze danych pierwotnych w pokładzie C-1
Table 4.1 Correlation of selected deposit parameters in the seam C-1 (primary data)
Wyszczególnienie Miąższość*
* Miąższość pokładu bez przerostów.
Źródło: opracowanie własne.
— wartości opałowej: 25,15 GJ/Mg [P = 0,95 ∈ (25,09;25,21)],
— zawartości siarki całkowitej: 0,97% [P = 0,95 ∈ (0,96;0,98)],
— zawartości popiołu: 17,32% [P = 0,95 ∈ (17,18;17,47)],
— gęstości przestrzennej węgla: 1,41 g/cm3 [P = 0,95 ∈ (1,41;1,42)],
— przerostów: 0,05 m [P = 0,95 ∈ (0,05;0,06)].
Na rysunku 4.2 przedstawiono rozkłady statystyczne analizowanych parametrów wyge-nerowane na bazie danych pierwotnych pochodzących z modelu geologicznego.
Tabela 4.2 Podstawowe statystyki opisowe analizowanych zmiennych w pokładzie C-1
Table 4.2 Basic statistics of selected deposit parameters in the seam C-1
Wyszczególnienie Miąższość*
Średnia arytmetyczna 1,44 25,15 0,97 17,32 1,41 0,05
Mediana 1,44 25,12 0,93 16,82 1,41 0,05
Minimum 0,09 20,24 0,55 6,31 1,29 0,00
Maksimum 2,55 30,15 1,81 29,62 1,66 0,36
Kwartyl dolny 1,33 24,2 0,83 14,74 1,38 0,00
Kwartyl górny 1,59 26,22 1,06 19,59 1,44 0,09
Percentyl 5% 1,09 22,39 0,71 12,14 1,35 0,00
Percentyl 95% 1,82 27,41 1,35 24,74 1,49 0,13
Statystyki rozproszenia
Odchylenie standardowe 0,25 1,53 0,19 3,78 0,05 0,05
Współczynnik zmienności (υ) 17,4% 6,1% 20,1% 21,8% 3,2% 97,0%
Statystyki kształtu
Skośność –1,31 –0,07 0,83 0,48 0,4 1,51
Kurtoza 8,69 3,18 3,52 3,56 4,2 7,82
Pozostałe Przedział ufności dla średniej
(P = 0,95) 1,43–1,45 25,09–25,21 0,96–0,98 17,18–17,47 1,41–1,42 0,05–0,06 Błąd oszacowania średniej
(P = 0,95) 0,68% 0,24% 0,79% 0,86% 0,13% 3,80%
* Miąższość pokładu bez przerostów.
Źródło: opracowanie własne.
82
Rys. 4.2. Rozkłady parametrów złożowych pokładu C-1
A) miąższość pokładu (bez przerostów) [m], B) przerosty [m], C) wartość opałowa [GJ/Mg], D) zawartość popiołu [%], E) zawartość siarki całkowitej [%], F) gęstość przestrzenna węgla [g/cm3]
Źródło: opracowanie własne
Fig. 4.2. The distributions of deposit parameters in the seam C-1
A) coal thickness [m]; B) thickness of partings [m], C) calorific value [GJ/Mg]; D) ash content [%], E) sulphur content [%], F) spatial density of coal [g/cm3]
Pokład C-2
W przypadku pokładu C-2, bazując na informacjach zawartych w dokumentacji geolo-gicznej złoża „X” można stwierdzić, że w pokładzie tym, oprócz węgla typu 32 (węgiel pło-mienny) oraz 33 znajdują się również niewielkie ilości węgla typu 34.1. Zasoby bilansowe ogółem oszacowano na około 102 mln Mg, przy czym zasoby rozpoznane w kategorii A+B stanowią niecałe 8%; C1 – około 81% i C2 blisko 11%. Udział zasobów pozabilansowych jest znaczący (powyżej 33 mln Mg).
Rysunek 4.3 stanowi graficzną ilustrację miąższości pokładu C-2 oraz poglądowej loka-lizacji ścian.
W przypadku pokładu C-2 z modelu geologicznego złoża wyekstrahowano około 3880 rekordów opisujących zmienność analizowanych parametrów w siatce o średnich rozmia-rach 75 × 75 m. Łączna powierzchnia zasobów mogących być przedmiotem efektywnej ekonomicznie eksploatacji została oszacowana na 21,8 km2.
Rys. 4.3. Mapa pokładu C-2 oraz umowna lokalizacja ścian Źródło: opracowanie własne
Fig. 4.3. Map of the seam C-2 and location of the longwalls
84
Wzajemne korelacje (współczynniki rho-Spearmana) analizowanych parametrów złożo-wych prezentuje tabela 4.3. Widoczna jest silna ujemna korelacja wartości opałowej z za-wartością popiołu (–0,90) oraz z gęstością przestrzenną węgla (–0,90). Zawartość popiołu jest ponadto silnie, zgodnie skorelowana z gęstością przestrzenną (0,94). Korelacje pozosta-łych parametrów zaliczyć można do grupy średnich i słabych.
Tabela 4.3 Korelacja wybranych parametrów złożowych w zbiorze danych pierwotnych w pokładzie C-2
Table 4.3 Correlation of selected deposit parameters in the seam C-2 (primary data)
Wyszczególnienie Miąższość*
* Miąższość pokładu bez przerostów.
Źródło: opracowanie własne.
W tabeli 4.4 zestawiono podstawowe statystyki opisowe miąższości pokładu (bez przero-stów), parametrów jakościowych węgla, gęstości przestrzennej oraz przerostów w pokładzie C-2. Można zauważyć, że parametrami najmniej zmiennymi są wartość opałowa (υ = 5,3%) oraz gęstość przestrzenna (υ = 3,2%). Z kolei najwyższą zmiennością odznaczają się prze-rosty (υ = 119%). Wartość współczynnika zmienności dla zawartości procentowej popiołu kształtuje się na poziomie 36%, natomiast siarki skalkulowano odpowiednio na 17%. Wi-doczna jest niewielka lewostronna asymetria w rozkładach miąższości, wartości opałowej oraz zawartości procentowej siarki, natomiast prawostronna asymetria w rozkładach przero-stów, zawartości procentowej popiołu oraz gęstości przestrzennej węgla.
Rozkład miąższości wydaje się silnie zróżnicowany i nieregularny, z wykształconą drugą modą oraz koncentracją wartości w przedziałach 1,2–1,5 oraz 2,0–2,4 m. Rozkład przero-stów cechuje ponadprzeciętna koncentracja obserwacji do 5 cm, co wydaje się być mało realne. W rozkładzie zawartości procentowej siarki widoczna jest silna redukcja obserwacji niższych od średniej oraz wysoka wartość kurtozy rzędu 6,6.
Na bazie danych empirycznych określono również wartości średnie i przedziały ufności dla:
— miąższości: 1,77 m [P = 0,95 ∈ (1,75;1,79)],
— wartości opałowej: 27,21 GJ/Mg [P = 0,95 ∈ (27,16;27,27)],
— zawartości siarki całkowitej: 1,42% [P = 0,95 ∈ (1,42;1,43)],
— zawartości popiołu: 12,08% [P = 0,95 ∈ (11,9;12,25)],
— gęstości przestrzennej węgla: 1,37 g/cm3 [P = 0,95 ∈ (1,37;1,38)],
— przerostów: 0,08 m [P = 0,95 ∈ (0,08;0,09)].
Tabela 4.4 Podstawowe statystyki opisowe analizowanych zmiennych w pokładzie C-2
Table 4.4 Basic statistics of selected deposit parameters in the seam C-2
Wyszczególnienie Miąższość
Średnia arytmetyczna 1,77 27,21 1,42 12,08 1,37 0,08
Mediana 1,78 27,35 1,4 11,59 1,36 0,04
Minimum 0,02 23,84 0,26 2,76 1,3 0,00
Maksimum 2,73 29,82 2,23 23,07 1,49 0,42
Kwartyl dolny 1,36 26,17 1,28 8,83 1,34 0,00
Kwartyl górny 2,18 28,35 1,56 15,14 1,4 0,15
Percentyl 5% 1,09 24,55 1,19 5,47 1,31 0,00
Percentyl 95% 2,52 29,19 1,85 19,98 1,45 0,28
Statystyki rozproszenia
Odchylenie standardowe 0,49 1,43 0,24 4,39 0,04 0,1
Współczynnik zmienności (υ) 27,9% 5,3% 16,5% 36,4% 3,2% 118,5%
Statystyki kształtu
Skośność –0,23 –0,36 –0,48 0,3 0,59 0,99
Kurtoza 2,43 2,18 6,57 2,53 2,51 2,85
Pozostałe Przedział ufności dla średniej
(P = 0,95) 1,75–1,79 27,16–27,27 1,42–1,43 11,90–12,25 1,37–1,37 0,08–0,09 Błąd oszacowania średniej
(P = 0,95) 1,09% 0,21% 0,65% 1,42% 0,13% 4,65%
* Miąższość pokładu bez przerostów.
Źródło: opracowanie własne.
86
Rys. 4.4. Rozkłady parametrów złożowych pokładu C-2
A) miąższość pokładu (bez przerostów) [m], B) przerosty [m], C) wartość opałowa [GJ/Mg], D) zawartość popiołu [%], E) zawartość siarki całkowitej [%], F) gęstość przestrzenna węgla [g/cm3]
Źródło: opracowanie własne
Fig. 4.4. The distributions of deposit parameters in the seam C-1
A) coal thickness [m]; B) thickness of partings [m], C) calorific value [GJ/Mg]; D) ash content [%], E) sulphur content [%], F) spatial density of coal [g/cm3]
Przy tej liczbie danych dla analizowanych parametrów złożowych oszacowano niskie wartości błędów dla średniej (poniżej 5%) i odpowiednio wąskie zakresy przedziałów ufno-ści (tab. 4.4).
Z kolei na rysunku 4.4 przedstawiono rozkłady statystyczne analizowanych zmiennych wygenerowane na bazie danych pierwotnych pochodzących z modelu geologicznego.
Pokład C-3
W pokładzie C-3, oprócz węgla typu 32 i 33, znajduje się również węgiel typu 34 (34.1 i 34.2). Zasoby bilansowe w tym pokładzie ogółem oszacowano na 169 mln Mg. Zasoby rozpoznane w kategorii B stanowią około 15%, C1 – 79% i C2 – 6%. Mapę pokładu C-3 z wrysowaną poglądową lokalizacją ścian o miąższości powyżej 1,2 m stanowi rysunek 4.5.
Z geologicznego modelu złoża dla pokładu C-3 wyekstrahowano 7 800 rekordów opi-sujących zmienność analizowanych parametrów w siatce o średnich rozmiarach 75 × 75 m.
Rys. 4.5. Mapa pokładu C-3 oraz umowna lokalizacja ścian Źródło: opracowanie własne
Fig. 4.5. Map of the seam C-3 and location of the longwalls
88
Łączna powierzchnia złoża w obrębie zasobów przemysłowych została oszacowana na 43,9 km2. Tabela 4.5 zawiera podstawowe statystyki opisowe analizowanych parametrów złożowych w pokładzie C-3.
Analizując przedstawione dane można zauważyć, że podobnie jak w przypadku pokła-dów C-1 i C-2 parametrami najmniej zmiennymi są wartość opałowa (współczynnik zmien-ności 3,6%) oraz gęstość przestrzenna (2,1%). Najwyższą zmienzmien-nością cechuje się natomiast grubość przerostów (128%). Wartości współczynnika zmienności dla zawartości
procento-Tabela 4.5 Podstawowe statystyki opisowe analizowanych zmiennych w pokładzie C-3
Table 4.5 Basic statistics of selected deposit parameters in the seam C-3
Wyszczególnienie Miąższość*
Średnia arytmetyczna 2,07 28,53 1,32 9,17 1,34 0,05
Mediana 2,26 28,66 1,28 8,31 1,34 0,03
Minimum 0,1 24,82 0,17 3,39 1,27 0,00
Maksimum 2,98 30,51 2,63 18,94 1,45 0,51
Kwartyl dolny 1,76 27,86 1 7,34 1,32 0,00
Kwartyl górny 2,48 29,32 1,6 10,66 1,36 0,08
Percentyl 5% 1 26,61 0,75 5,86 1,3 0,00
Percentyl 95% 2,7 29,97 1,98 14,92 1,39 0,17
Statystyki rozproszenia
Odchylenie standardowe 0,57 1,02 0,4 2,72 0,03 0,06
Współczynnik zmienności 27,3% 3,6% 30,3% 29,7% 2,1% 128,4%
Statystyki kształtu
Skośność –1,05 –0,69 0,39 1,19 0,68 2,05
Kurtoza 3,53 3,29 2,89 4,33 3,55 9,54
Pozostałe Przedział ufności dla
średniej (P = 0,95) 2,05–2,09 28,49–28,57 1,30–1,33 9,07–9,28 1,34–1,34 0,05–0,05 Błąd oszacowania średniej
(P = 0,95) 1,07% 0,14% 1,19% 1,16% 0,08% 5,03%
Źródło: opracowanie własne.
wej siarki oraz popiołu kształtują się na poziomie zbliżonym (około 30%). Widoczna jest lewostronna asymetria w rozkładach miąższości oraz wartości opałowej oraz prawostronna w pozostałych przypadkach. Rozkład miąższości cechuje wysoka koncentracja obserwacji w przedziale wartości 1,2–1,4 m, co może być traktowane jako słabo wykształcona druga moda w tym rozkładzie. Pozostałe rozkłady również cechuje wyraźna nieregularność i wi-doczne koncentracje obserwacji w określonych przedziałach wartości. Wysoką wartością kurtozy cechuje się rozkład przerostów (9,54). Podobnie jak w poprzednich przypadkach, tak znaczący udział przerostów do 5 cm w praktyce wydaje się mało prawdopodobny.
Oszacowano następujące wartości średnie i przedziały ufności dla:
— miąższości: 2,07 m [P = 0,95 ∈ (2,05;2,09)],
— wartości opałowej: 28,53 GJ/Mg [P = 0,95 ∈ (28,49;28,57)],
— zawartości siarki całkowitej: 1,32% [P = 0,95 ∈ (1,30;1,33)],
— zawartości popiołu: 9,17% [P = 0,95 ∈ (9,07;9,28)],
— gęstości przestrzennej węgla: 1,34 g/cm3 [P = 0,95 ∈ (1,34;1,35)],
— przerostów: 0,05 m [P = 0,95 ∈ (0,05;0,06)].
Podobnie jak poprzednio, przy tej liczbie danych, dla wszystkich parametrów skalkulo-wano niskie wartości błędów dla średniej (poniżej 5,1%).
Natomiast w tabeli 4.6 zaprezentowano wyliczone wartości współczynników korelacji rangowej Spearmana dla poszczególnych parametrów złożowych w pokładzie C-3. Widocz-na jest ujemWidocz-na korelacja wartości opałowej z zawartością popiołu (–0,69) oraz z gęstością przestrzenną węgla (–0,53). Zawartość popiołu jest silnie, zgodnie skorelowana z gęstością przestrzenną (0,76). Korelacje pozostałych zmiennych są średnie i słabe.
Tabela 4.6 Korelacja wybranych parametrów złożowych w zbiorze danych pierwotnych w pokładzie C-3
Table 4.6 The correlation of selected deposit parameters in the seam C-3 (primary data)
Wyszczególnienie Miąższość*
Miąższość* [m] 1,00 –0,15 0,27 0,36 0,16 0,28
Wartość opałowa [GJ/Mg] –0,15 1,00 0,00 –0,69 –0,53 –0,15
Zawartość siarki [%] 0,27 0,00 1,00 0,20 0,09 0,02
Zawartość popiołu [%] 0,36 –0,69 0,20 1,00 0,76 0,03
Gęstość przestrzenna [g/cm3] 0,16 –0,53 0,09 0,76 1,00 0,04
Grubość przerostów [m] 0,28 –0,15 0,02 0,03 0,04 1,00
* Oznaczono miąższość pokładu bez przerostów.
Źródło: opracowanie własne.
90
Rys. 4.6. Rozkłady parametrów złożowych pokładu C-3
A) miąższość pokładu (bez przerostów) [m], B) przerosty [m], C) wartość opałowa [GJ/Mg], D) zawartość popiołu [%], E) zawartość siarki całkowitej [%], F) gęstość przestrzenna węgla [g/cm3]
Źródło: opracowanie własne
Fig. 4.6. The distributions of deposit parameters in the seam C-1
A) coal thickness [m]; B) thickness of partings [m], C) calorific value [GJ/Mg]; D) ash content [%], E) sulphur content [%], F) spatial density of coal [g/cm3]
Rysunek 4.6 przedstawia rozkłady statystyczne analizowanych zmiennych wygenerowa-ne na bazie danych pierwotnych z modelu geologiczwygenerowa-nego.