Metoda geostatystyczna w optymalizacji strategii rozpoznawania złóż węgla kamiennego

(1)

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: GÓRNICTWO z. 155

1987 Nr kol, 1021

Zbigniew KOKESZ

Instytut Hydrogeologii i Geologii Inżynierskie]

Akademia Górniczo-Hutnicza Kraków

ME TO DA GE OSTATYSTYCZNA W OPTYMALIZACOI STRATEGII ROZPOZ NA WA NI A ZŁÓŻ W Ę G L A KAMIENNEGO

S t re sz cz en ie. W artykule zwrócono uwagę na możliwość wykorzystania metody geostatystyczne] w optymalizacji strategii rozpoznawa

nia złóż węgla kamiennego. Metoda ta pozwala ustalić właściwę gę

stość i konfigurację siaci rozpoznania złoża z punktu widzenia oce

ny jego podstawowych parametrów (mięższości, parametrów jakościo

wych kopaliny, zasobów). Przedstawiono możliwy zakres wykorzystania tej metody, podajęc odpowiednie formuły obliczeniowe. Na bazie w y ników geostatystycznej oceny zmienności wybranych pokładów węgla dokonano analizy gęstości sieci rozpoznawczej. Przeprowadzone bada

nia umożliwiły sformułowanie ogólnych wy magań odnośnie do zagę

szczenia punktów opróbowania oraz pomiarów mięższości pokładów w wy ro biskach górniczych. Dak wynika z badań, zalecane w poszczegól

nych kategoriach rozstawy punktów rozpoznawczych zapewniaję na ogół dostatecznie dokładnę ocenę zasobów oraz wartości opałowej w ę gla, nie sę jednak wystarczajęce do poznania zróżnicowania zawarto

ści popiołu oraz zawartości siarki w węglu. Parametry te sę rozpo

znawane ze znacznie niższę dokładnościę. Dowodzi to istnienia po

trzeby zagęszczenia sieci rozpoznawczych lub przyjęcia niższych wymagań odnośnie dokładności oceny zawartości popiołu oraz zawar

tości siarki w węglu.

1. METODYKA RO ZPOZNAWANIA ZŁÓŻ WĘ G L A KAMIENNEGO

Metodyka rozpoznawania złóż węgla kamiennego określona jest Przepisa

mi o Ustalaniu Zasobów Złóż Kopalin Stałych i wynika z wymaganej gęsto

ści sieci rozpoznawczej. W wyniku nowelizacji przepisów w roku 1980 zmie

nione zostały obowięzujęce rozstępy otworów rozpoznawczych (tab. 1).

W myśl nowych przepisów zalecane sę nieco mniejsze odległości między punktami rozpoznania. Zwiększono wymagania odnośnie do rozpoznania gór

niczego w kategoriach B i A.

Dak wykazała praktyka, stosowane odległości między punktami stwier

dzeń przy dokumentowaniu złóż węgli kamiennych nie spełniaję wymagań sta

wianych przez górnictwo. Otrzymywany na etapie rozpoznawania obraz budo

wy złoża bardzo często nie znajduje potwierdzenia w danych uzyskiwanych

(2)

76 Z. Kokesz

Ta be la i Wymagane i proponowane zagęszczenia wyrobisk geologiczno-rozpoznawczych

dla udokumentowania złóż węgla kamiennego

Grupę złoża

Kategoria rozpoznania

C2 C1 B A

Zalecane w myśl Przepisów o Ustalaniu Zasobów obowięzujęcych od 1980 r.

I 4000-3000 3000-1500 1500-1000 wyrób. górn.

w odlagł. do 500 m

II 3000-1500 1500-1000 1000-500

w tym co najmn.

1 wyrób. górn.

wyrób. górn.

w odległ. do 3 0 0 m

III 1500-1000 1000-500 wyrób. górn.

500-250 m jw.

wg A. Musiała 1 3. Bednarza (1976)

Ix 1500-1000 1000-500 do 500 wyrób. górn.

z trzech stron

IIX 1000-700 700-500 do 500 wyr.

górn. z dwóch

stron 3«.

wg M. Niecia (1986)

jXX 5600XXX 2800 1000 wyrób.

górnicze

IIXX 2800 1400 500 3«.

IIIXX 1000 500 wyr.górn. 3».

Ix — złoża o tektonice us ko k o w e j ,

II — złoża o tektonice fa łd ow o-uskokowej, v

xx - podział na grupy w zależności od złożoności tektoniki, xxx - maksymalne odległ. mi ędzy otworami.

(3)

Metoda geostatystyczna.. 77

z późniejszych robót górniczych. Stosowanie systemów ścianowych wymaga szczagółowezego rozpoznawania złoża, rejestrowania nawet niewielkich na pozór zaburzeń tektonicznych czy sedymentacyjnych, które mogę zaburzać planowany rozwój eksploatacji.

3uż w roku 1962 T. Kozubski wykazał, że zalecane odległości między otworami, zwłaszcza w kat. C^, są zbyt duZe, aby moZna było na ich pod

stawie interpretować tektonikę złóZ w sposób jednoznaczny. W roku 1976 A. Musiał i 3. Bednarz [li] zwrócili uwagę, że z punktu widzenia potrzeb projektowania górniczego zagęszczenie otworów rozpoznawczych powinno być wi ększe niż zalecane. Wyszli z załoZenia, że w kat. B powinny być rozpo

znane elementarne pola eksploatowane w cięgu jednego roku, a w kat. C2 pola eksploatowane w okresie pięciu lat. Każde takie pole, przy założeniu jego formy kwadratowej, powinno być rozpoznane czterema otworami odwier

conymi w jego narożach. Przy powyższych założeniach 1 danych dotyczęcych długości ścian i ich postępu przyjmowanych przy projektowaniu kopalni określili odległości między otworami, jakie powinny być stosowane przy rozpoznawaniu złóż węgla kamiennego (tabela 1). Zwraca uwagę niemal dwu

krotnie większe zagęszczenie otworów w stosunku do aktualnie zalecanych.

Inne nieco wymagania odnośnie do gęstości sieci rozpoznawczej zawiera propozycja M. Niacia [l2] .

w

opracowanej strategii rozpoznawania złóż węgla kamiennego jako podstawowy czynnik determinujący gęstość sieci autor przyjęł stopień skomplikowania tektoniki (tab. i), proponujęc po

dział złóż na grupy w zależności od jej złożoności. Gęstość sieci rozpo

znawczej i układ otworów sieci powinny być wg M. Niscia dobierane w za

leżności od oczekiwanej lub stwierdzonej tektoniki złoża.

Obowięzujęce w myśl przepisów zasady rozpoznawania złóż w sposób nie

zbyt precyzyjny formułuję wymagania dotyczące dokładności rozpoznania w poszczególnych kategoriach. Brak jest mierników ilościowych oceny do k

ładności rozpoznania złoża. Mówi się o zasobach "ustalonych", budowie geologicznej "wyjaśnionej w sposób jednoznaczny". Wprowadza to pewną d o wolność w interpretacji dokładności rozpoznania złoża. Poważną trudność przy wyborze gęstości sieci rozpoznawczej sprawia zwykle ustalenie grupy zmienności złoża, gdyż podział oparty jest na klasyfikacji opisowej. Oc e

na jest w i ę c w pewnym stopniu subiektywna.

Przedstawione uwagi odnośnie do obowiązującej metody dokumentowania złóż węgla kamiennego skłaniają do kontynuowania badań w zakresie wy pr a

cowania optymalnej strategii ich rozpoznawania. Pomocne tu mogą być me

tody geostatystyczne.

2. GE OSTATYSTYCZNA PROCEDURA 0PTYMALIZAC3I ROZPOZNAWANIA ZŁÓZ

Zasadniczym celem prac rozpoznawczych jest zbadanie wa runków geolo

gicznych, w jaKich będzie prowadzona przyszła eksploatacja złoża, okraś-

(4)

78 Z. Kokeśz

lenia jakości kopaliny oraz oszacowanie zasobów. Za miarę dokładności zbadania złoZa przyjmuje się zwykle dokładność oezacowania parametrów złoża, zwłaszcza tych, których znajomość jest niezbędna dla p l a n o w a n i a ‘i prowadzania eksploatacji.

W przypadku parametrów złoZa dajęcych się określić w sposób ilościowy dokładność ich rozpoznania możne ocenić na podstawie posiadanej informa

cji o ich zmienności.

Dokładność oszacowania średniej wartości parametru w przypadku losowe

go Jego zróżnicowania moZna ocenić na podstawie zaleZności !_ 5 l :

g d z i e :

t - parametr prawdopodobieństwa, z jakim dokonuje się oceny dokładno

ści (zwykle przyjmuje się dla prawdopodobieństwa 95%, t = 2), V - współczynnik zmienności parametru,

n - ilość punktów rozpoznawczych (otworów, próbek).

Badania przeprowadzone w polskich złożach węgle kamiennego wskazuję w większości przypadków na wzajemne skorelowanie parametrów pokładów, przede wszystkim mięższości oraz zasiarczenia węgla [8^. [lo] . W tych w a runkach do określenia dokładności oceny średnich wartości parametrów złożowych bardziej przydatna Jest metoda geostatystyczna uwzględniaJęca nielosowę zmienność parametrów geologicznych. W metodzie tej do opisu zmienności parametrów złożowych wykorzystuje się funkcję y(h), wyrsża- Jęcę strukturę ich zmienności (tzw. s e m i w a ri og ra m), ustalonę ze wzoru

nh

r i “ ) - 2k 2 <zi+h - V 2 . i*)

h . . i=l g d z i e :

Zi+^, Z^ - wartości parametru złożowego we wszystkich punktach pomia

rowych oddalonych o "h",

nh - liczba par pomiarów odległych o "h".

Metoda geostatystyczna umożliwia oceniać dokładność szacowania śr ed

nich wartości parametrów złoża (a tym samym zasobów) w dowolnym jego fragmencie. Do oceny dokładności niezbędna jest znajomość postaci modelu semiwariogramu opisujęcego zmienność badanego parametru. Metoda ta pozwa

la oceniać dokładność szacowania prowadzonego prostę metodę średniej arytmetycznej Jak również metodami średnich ważonych (met. odwrotnych o d ległości, kwadratów odwrotnych odległości) orazj procedurę krigingu.

(5)

Metoda geostatystyczna. . . 79

Pojedynczy błąd oceny średniej wartości parametru wyrażony wariancją (6?) ma postać [E ' 2]:

n n n

6e - 2 2 ai •

•

v)

- f(V,V)

- 2 2 ai * aj * *(Sv

^ sv.l

i=l 1 i=l j-1 3

(3) g d z i e :

n - liczba otworów (punktów opróbowania złoZa) uwzględnio

nych przy ocenie,

* - wagi przypisane poszczególnych obserwacjom,

F ( S ,V) - średnia wartość semiwariogramu dla wszystkich możliwych odcinków łączących punkt rozpoznania S z analizowanym fragmentem złoża V (ocenianym blokiem), 1

F(V,V) - średnia wartość semiwariogramu dla wszystkich możliwych odcinków zawartych w analizowanym fragmencie złoża (oce

nianym bloku),

F(S ,Sv ) - średnia wartość semiwariogramu dla wszystkich odcinków 1 J łączących punkty rozpoznania złoża i Sy .

W przypadku estymatora - średniej arytmetycznej - poprzedni wzór przyj

muje postać [2]:

e | 1 2 * < s v .v) - F( v, v) - ^ 2 2 * (v V {4)

i«l 1 n i=l j = l

Zminimalizowany przez zastosowanie krigingu błąd oceny średniej wartości parametru wynosi [2]»

fik ■ 2 ai • **y(sv.'V) ♦ * - r(v.v).** ( 5 )

1 = 1 1

gdzie :

K. - mnożnik Lagrange'a,

- pozostałe symbole jak we wzorze (3).

3eśli złoże rozpoznane jest regularną siecią otworów, aeostatystyczna ocena dokładności oszacowania parametru sprowadza się do wyliczenia błę

du oceny wartości średniej parametru w bloku przypisanym zgodnie z meto

dę wieloboków pojedynczym otworom ten traktowany jest jako

(6)

80 Z. Kokosz

błąd "przeniesienia” wartości stwierdzonej w otworze na przypisany mu blok. Oego wielkość wylicza się ze wzoru (4). Z uwagi na niewielkie roz

miary otworu, w stosunku do objętości przypisywanego mu bloku (V), otwór moZna traktować jako punkt pomiaru xQ . Wówczas błąd "przeniesienia” w y rażony wariancję wynosi:

Względnę dokładność oszacowania średniej wartości parametru w złożu (oce

nionym bloku) rozpoznanym “n ” otworami wiertniczymi można ocenić na pod

stawie zależności (2):

gdzie t, n, x - jak we wzorze (i).

W odróżnieniu od metody statystycznej przy geostatystycznej ocenie dokładności oszacowania wartości średniej parametru uwzględniana jest geometria sieci rozpoznania i geometria złoża (ocenianego bloku), ich w z a

jemne położenie, struktura zmienności analizowanych parametrów oraz s p o

sób szacowania. Metoda geostatystyczna umożliwia dzięki tanu w sposób dokładniejszy prognozować wielkość błędu oceny wartości średniej para

metru; tym samym pozwala na precyzyjnę ocenę stopnia rozpoznania złoża.

Porównywanie wielkości błędów oceny średnich parametrów złożowych przy różnych sieciach rozpoznawczych pozwala na wybór najkorzystniejszego z punktu widzenia minimalizacji błędu oceny oraz minimalizacji nakładów na rozpoznanie złoża, wariantu rozpoznania (gęstości i geometrii sieci rozpoznawczej otworów wiertniczych oraz sieci opróbowań wyrobisk górni

czych).

W przypadku złóż wielopoklądowych, jakimi sę złoża węgla kamiennego, zmienność podstawowych parametrów (mięższości, cech jakościowych kopali

ny) może przedstawiać się różnie w poszczególnych pokładach. W przypadku tego typu złóż zagadnienie wyboru metodyki rozpoznania staje się w pełni zadaniem typu optymalizacyjnego.

Za pomocą metody geostatystycznej można rozwiązywać następujące zada

nia z zakresu optymalizacji metodyki rozpoznawania złóż:

1. Ustalanie wymaganego zagęszczenia punktów rozpoznawczych przy z gó

ry założonej konfiguracji sieci. Tego typu zadania realizowane są naj

częściej przy optymalizacji sieci rozpoznania złoża w niskich kategoriach Cg, ewentualnie kat. B; sposób realizacji obliczeń przedstawiono w dalszej części artykułu.

2. Wybór optymalnej (tzn. takiej, która gwarantuje osiągnięcie wy ma

ganej dokładności oceny złoża przy najmniejszych nakładach poniesionych

5 e “ “ 2T(V.V) (6 )

x . y n (7)

(7)

Metoda geostatystyczna. 81

na wykonania rozpoznania) metody rozpoznania drogę porównywania wielkości błędów ocen złoZa uzyskanych dis różnych wariantów rozpoznania (otworami wiertniczymi, wyrobiskami górniczymi); zadanie to dotyczy przede wszyst

kim optymalizacji metodyki rozpoznawania złoża w wysokich kategoriach, tj. B i A; informacje na temat sposobu obliczeń znaleźć można w publikacji 3. Muchy [9].

3. Wskazywanie lokalizacji nowych punktów rozpoznania (odwiertów) tak, aby maksymalny błęd oszacowania w danym bloku złoża nis przekroczył usta

lonej (dopuszczalnej) wartości. W tym zakresie przewiduje się wdrożenie metod geoetatystycznych do optymalizacji metodyki rozpoznawania złóż w ę gla kamiennego w Centralnym Ośrodku Informatyki Górnictwa (COIG) w Kato

wicach; prace realizowane sę w ramach Skomputeryzowanego Systemu Gospodar

ki Złożem i Ochrony Powierzchni I - GZOP [6],

3. AN A L I Z A GĘSTOŚCI SIECI WY MA G A N E J DLA ROZPOZNAWANIA PARAMETRÓW p o k ł a dOw WĘGLA.

Przez pojęcie gęstości si ec i rozpoznawczej rozumie się będź liczbę wyrobisk przypadajęcych na jednostkę powierzchni, będź odległość między wyrobiskami. Gęstość sieci rozpoznania zależy od założonej dokładności rozpoznania złoża, a także od jego naturalnej zmienności. Za miarę dok

ładności zbadania złoża przyjmuje się zazwyczaj dokładność oszacowania średnich wartości parametrów złoża (zasobów).|

Deśli zmienność parametrów złożowych ma charakter losowy, ilość otwo

rów (n), niezbędnę dla oceny średnich ich wartości z żędanę do kł ad n o ś c i ę , określić można z zależności (l).

Dla wyznaczenia gęstości sieci rozpoznawczej konieczne jest zdefiniowa

nie obszaru F, na którym ma być rozpoznane złoże z oczekiwanę dokładno

ścię [5]. Odległości między punktami rozpoznawczymi rozmieszczonymi w re

gularnej siatce kwadratowej ujmuje wzór:

gdzie t, V, £ - Jak we w z or ze (1).

Nielosowe zróżnicowanie parametrów złożowych uzasadnia stosowania do oceny gęstości sieci rozpoznawczej metody geostatystycznej. W metodzie tej ilość ot worów niezbędnę dla oceny średnich wartości parametrów złoża określa s i ę ze wzoru:

(8⁾

t • F(

e 2

n m a1 ' ■ — K • 100 ,

£ . X

gdzie ż, & m , £ , x - jak we wzorze (7).

O )

(8)

82 Z. Kokesz

Przy ocenie wykorzystuje s i ę Informacje o wzajemnym skorelowaniu ob

serwacji, które ilustruje wariograo. Zgodnie zs wzorem (6} błęd popełniał- ny wskutek *przenoszenia" wartości parametru, stwierdzonej w otworze na otaczaJęcę go strefę wpływu (6e ), jest funkcję rozstawu otworów d.

w miarę zwiększania się odległości pomiędzy otworami, rozmieszczonymi w regularnej siatce, zwiększaję się rozmiary stref wpływu, a tym samym wzrasta wartość popełnianego błędu oszacowania wartości średniej para

metru. Ola kwadratowej sieci rozpoznawczej przy liniowym modelu wario- gramu parametru, zdefiniowanym równaniem yih) ■ C '+ b a h, zalsZność te przyjmuje postać następujęcę (9):

6e - c0 + 0.244 b . d (10)

Optymalne zagęszczenie punktów rozpoznawczych (d) określa wzór:

d “ 100 . t . (Cc *+ 0.244 b . d) * ^

wielkość "d" ze wzoru (li) najłatwiej określić graficznie [7] w sposób przedstawiony na rys. 1.

Sazujęc na przedstawionych formułach określono dla wybranych pokładów węgla optymalne gęstości sieci rozpoznawczej nięzbędne dla oceny ich pod

stawowych parametrów.

Za zasadnicze parametry charakteryzujące pokład węgla przyjęto: mięż- szość, zawartość popiołu, wartość opałowę, zawartość siarki. Obliczenia Drzeprowadzono w oparciu o wyniki geostatystycznej analizy zmienności

n

Rys. 1. Graficzny sposób wyznaczania optymalnej gęstości sieci rozpozna

nia złoża

n - liczba otworów, d - rozstaw ot

worów w kwadratowej sieci rozpoznaw

czej, d. - optymalny rozstaw otworów Fig. 1. Grafie method of estimating of en exploratory grid optimal den

sity

n - number of boreholes, d - distan

ce between boreholes located in square grid, - optimal distance

between boreholes

(9)

Metoda geostatyatyczna.. 83

pokładów (omówione w pracy 3. Muchy i Z. Kokosze [id] ). Wybór formuły ob

liczeniowe] uzależniony był od charakteru zmienności parametru, w przy

padku losowego modelu zmienności parametru (na ogół dla zawartości po

piołu i wartości opałowe]) gęstość sieci ustalono na podstawie wzoru (8), natomiast przy nielosowym zróżnicowaniu parametru (dotyczyło to najczę

ściej mięższości pokładu i zawartości siarki) wykorzystano procedurę geostatystycznę.

RozwaZania dotyczę trzech kategorii rozpoznania: C., B, A. Przyjęto zaproponowane wymagania odnośnie do dokładności rozpoznania [3],[8]:

- graniczne wielkości błędów oszacowania z prawdopodobieństwem 9 5 % dla kategorii: A - 10%, B - 20%, - 30%,

- rozpoznanie z powyZszę dokładnościę bloków (parcel) zapewniajęcych w y dobycie w o k r e s i e :

kategoria A - l roku B - 5 lat

C. - w granicach całego obszaru górniczego - do obliczeń

1 2

przyjęto wielkość obszaru F = 10 km .

Przy tych założeniach wielkość obszaru klasyfikowanego w kat. A i kat. B defi ni uj e wzór:

F „ ■■■ a-— r, (12)

*2. » * r c

gdzie :

P - przewidywana produkcja roczna,

a - okres w latach, po którym powinno następie zbilansowanie zasobów i produkcji (a «= 1, a « 5),

^ - wykorzystanie złoża, m - średnia mięższość pokładu,

T o - gęstość przestrzenna węgla = 1 , 4 g/cm3 .

Dla uproszczenia obliczeń przyjęto stałę, przeciętnę produkcję 1 min ton rocznie i 'i} ■ 0,8.

W celu przeanalizowania efektywności stosowania metody geostatystycznej dokonano porównania gęstości sieci ustalonej na bazie losowego i geostatystycznego modelu zmienności mięższości pokładów węgla (tab. 3).

Ustalone dla poszczególnych pokładów optymalne gęstości sieci rozpo

znawczej (rys. 2) wynikaję z przyjętej dokładności oceny i uzależnione sę od zmienności poszczególnych parametrów. Dowodzę konieczności różni

cowania gęstości 6ieci w zależności od stwierdzonej lub przewidywanej zmienności parametru. Zwraca uwagę wyraźne zróżnicowanie gęstości sieci niezbędnej dla oceny poszczególnych cech pokładu. Zagęszczenie obserwacji

(10)

84 Z. Kokasz

I X

o ®

M t «

I. «« ł *

g ^ ®

CD O-rl rl L. N O w © C

a so M o

- H O —*• ©

1 i J —- I I 1 i_ I i L 1 I i 1 I J —" C N © E M

jnuj H 8 O © 0 ®

- S o S' B Q® < w C - N > U E

S m . * m N O’ « Ł. Œ -H

^ ^ 3 O -H VI © Om

"»S-à* fl O » u i t - o T3 a E ® O ©

a N w -h © > .©

< , M O f - i U M

< X &. S O w - H — CD T J C O C r-4 ffl

j- © o w x 0 © © ©

N OO © 3 © u —•" ® « >» • t r c

— , g g O 0 m C i c

CD 0 -O C N «H JK r-4 O

— C J3 T 3 O a 0 -H

° N O 0 » - C - I O X

O © H*4 c © X O M

< O 0 -* © "O M ’

^ I N N O O V-

^ O w o O *0 « o ®

o <• Ł. •* E ©

= ? *H g 0 f . 0 © >

-H O r-4 O) © © t_

< <1 O « i n ? © -H ©

CO 2 • o > • o ©

, r Í\J V* N «- « 0 ©

U o • © O M- U Ł.

■“ ^ C M O 3 0 0 O L

g g l ë -s s s

° S ± ‘ m

«n

m

Bjr>

^ « -îi?

^

c

s * *°

S 6 inß ° 2

'»c»

fi

^u

■

o < - m

■ ü£ p

Sg-Î?3 s

1 o

<B

CXOT- R îf? »o® • o

r

■

<«3 _l

r i a

y e

<<>S 5 g s R

i j a

■

^■

< E O S s .j '

ai<J

« •

<1 ■ ® o

| o * Q 8 ^« ^*

° - S i

■ ■ «

t^tñS p CMû. *f?m

< m

■ m5 1

«»>

n<

r-tn oi

■ s * ï * 5

r E

' g | § s

NtL¿ ' ■ % " i -

? 83

■ <3 ©O S j?

3 o inlñp^

0<

~ E< ' ■ Id^%* fc «

O

s. SE

8 So • N ^ § .E

0Ï2Ç?

■ a>(ofl

O t

1« äs I I

^ r ¿ 1 ’ 1 "ł 1

x E §1 ro

A S

est

1 8 • f—J ł , i i i

c

CD

CL _ w _

U N 1 o - t cn u. c o o

> - 0 -© s o ® o o ®«*-

-> fy - O r t E H *rl m - a>>» a. m i ©

^ © > * © • * X 0 rH

< ^ © » e g • e w .o

CD < L <3 > © -H - Í ©

c_T 7? ü n ü «*- m • ©

‘i : >h O © ® O © ^ C

Q n g -n © * ®

< CD -H 0,0 © • w Q .

fl) LU —I M l - ©

— L— * 3 8 >* H O rH -rt

° C O N 3 H- © TJ

5 8 £ O Ł. • O C

o O « © O -H

Z, g »—I L.fH

C 0 M g M C > * a >

ł «H N * H C -O i.

< <1 C O ' - ' D O C O X

r- «ri m ® —I

c T r-4 N 3 -H 0 O Q .W -H

I CL © r-i © O

o • 0 ) 0 . >«M M

< CM 8 - H CD- O) L. C _D

, ■ >* N <M O L. O à ? k OC O L. > • • O U

0 *© o c

N • O t - H O 0 3-1

C w —j >*®

0)3 g T Í r ~'' O

g O I- C **—' O

>*t4 m © X

S O © " D m©

O E C

(11)

Metoda gaoa ta ty st yc zn a.. 85

z punktu widzenia oceny parametrów Jakościowych, takich Jak zapopielanie węgla, zawartość 8ierki winno być znacznie większe niż w przypadku oceny miężazości (zasobów) i wartości opałowej węgla. Odległości między punkta

mi rozpoznawczymi powinny być niemal trzykrotnie mniejsze; przy rozpozna

waniu analizowanych pokładów winny wynosić odpowiednio: 1940 - 640 m w kat. Cj, 800 - 210 m w kat. B, 360 - 65 n w kat. A (tab. 2).

Tabela 2 Zbiorcze zestawienie wyników oceny gęstości

sieci rozpoznawczej

Parametr

Wymagane zagęszczenia punktów rozpoznawczych dla oceny parametrów analizowanych pokładów

(m)

kat. kat. B kat. A

Mięższość

(z a s o b y ) 5270 - 1740 (2000)1400 - 700 660 - 215 Wartość opało

wa węgl a do ok. 4700 1760 - 1220 555 - 380

Zawartość

popiołu 1940 - 640 800 - 230 360 - 70

Zawartość

siarki (2840)1700- 690 760 - 210 270 - 65

(2000) - pojedyncza wartości ekstremalne

Z punktu widzenia oceny zasobów i wartości opałowej węgla wystarczaję- ce jest rozpoznanie pokładów rzadszę siecię wyrobisk o rozstawach od po

wiednio: 5270 - 1740 m w kat. C^, (2000) 1400 - 700 m w kat. B , 660 - 215 m w kat. A (tab. 2). Rozstawy te sę zbliżone do zalecanych w przepisach o ustalaniu zasobów (tab. 1). Obowięzujęce w poszczególnych kategoriach zagęszczenia punktów rozpoznawczych zapewniaję na ogół odpowiednia dok

ładność oceny zasobów oraz wartości opałowej, jednak nie sę wystarczające dla poznania z tę sarnę dokładnościę parametrów jakościowych kopaliny w _po

kładzie, takich jak: zawartość popiołu, zawartość siarki. Oysponujęc małę ilościę informacji, naleZy się liczyć z większym ryzykiem oceny jakości węgla. Osięgane przy tych rozstawach dokładności oceny zapopielenia i zasiarczenia węgla wynoszę odpowiednio: ok. 80 % w kat. C^, ok. 6 0 % w kat.

B, ok. 30 % w kat. A (rys. 2). Sugerowałoby to potrzebę zagęszczenia w i e r ceń badawczych, z czym więżę się wysokie koszty rozpoznania lub przyjęcie niZszych niż w stosunku do oceny zasobów wymagań dotyczęcych dokładności oceny parametrów jakościowych pokładu, co z kolei pocięga za sobę straty z tytułu niedostatecznego zbadania złoża. Za przyjęciem gęstszych sieci rozpoznania przemawia konieczność sz czegółowszago rozpoznania tektoniki

(12)

86 Z. Kokeśz

złota, no co zwracali uwagę między innymi T. Kozubski £4], A. Musiał, 3. Bsdnarz [li] , M. Nieć [l2] , A. Czekaj, A. Obtułowicz [l].

Ustalenia ścisłych wymagań odnośnie do zagęszczania s i a d otworów w niskich kategoriach rozpoznania jest zadaniem trudnym ze względu na wielo- pokładowę budowę złóż węgla kamiennego. Zagadnienie to upraszcza się przy rozpoznaniu w kat. A, gdzie każdy pokład traktowany jest oddzielnie.

Umożliwia to ustalanie dla każdego pokładu z osobna optymalnego kroku opróbowanla oraz wymaganego rozstawu obserwacji mięZszoścl na podstawie wyników geostatystycznej analizy zmienności parametrów pokładu, zgodnie z przedstawione wcześniej procedurę.

Obserwuje się wyraźne różnice w ocenie gęstości sieci przy uwzględnia

niu losowego i geostatystycznego modelu zmienności mięZszoścl pokładów węgla (tab. 3).

Tabela 3 Gęstość sieci rozpoznawczej przy uwzględnieniu

losowego i. geostatystycznego modelu zmienności mięZszoścl pokładów węgla

Pokład Kopalnia

Wymagane zagęszczenia punktów rozpoznawczych (m) orz założeniu

losowego mode

lu zmienności mięższości po

kładu

przy uwzględ

nieniu sk or el o

wania obserwacji (met. geoetatyst.)

119/2 "Oanina" 420 1020

205/4 "Piast" 640 1220

206/1 "Piast” 410 1400

207 "Piast" 1350 2000

349 "Lenin" 790 1340.

358/1 "Sośnica" 510 760

364 "Staszic" 1100 1300

401 "Lenin" 700 700

403/1 "Manii. Lipc. 1250 1250

404/5 "Staszic" 800 1200

405 “Staszic" 680 1100

406/2 "Sośnica" 930 1100

4C7/1 "Sośnica" 650 740

Według oceny geostatystycznej dla zapewnienia żędanej dokładności oce

ny zasobów wystarczajęce jest rozpoznanie pokładów rzadszę siecię otworów niż wynikałoby to z obliczeń metodami Btatystyki matematycznej. Oest to możliwe ze względu na wzajemne skorelowanie obserwacji, co uwzględnia m e

(13)

Metoda gaostatystyczna...

r ... 8 7

toda gaostatystyczna. Wyniki te dowodzę efektywności stosowania aetody geostatystycznej w zakresie optymalizacji metodyki rozpoznawania złóż węgla kamiennego.

4. WNIOSKI

1) Wyniki badań uzasadniaję wykorzystanie metody geostatystycznej przy optymalizacji rozpoznawania złóż węgla kamiennego.

2) Obowięzujęce w poszczególnych kategoriach zagęszczenia wyrobisk geologiczno-rozpoznawczych gwarantuję na ogół odpowiednię dokładność oce

ny zaeobów oraz wa rt oś ci opałowej węgla, jednak nie sę wystarczajęce dla poznania z tę sarnę dokładnościę parametrów jakościowych kopaliny, takich jak: zawartości popiołu, zawartości siarki. Dowodzi to potrzeby zagę

szczenia sieci rozpoznawczych lub przyjęcia niższych wymagań odnośnie do dokładności oceny tych parametrów.

3) Gęstość sieci opróbowanie i pomiarów mięższości w wyrobiskach gór

niczych powinna być ustalona oddzielnie dla każdego pokładu na podstawie wyników geostatystycznej oceny zmienności jego podstawowych parametrów.

Sak wynika z pr zeprowadzonych badań, zagęszczenie sieci opróbowania winno wynosić ok. 360-65 m. Powinna to być sieć regularna, co umożliwia wy kr y

cie prawidłowości zróżnicowania jakości kopaliny. Rozstaw punktów pomiaru mięższości pokładów węgla wi ni en wynosić ok. 660-215 metrów.

4) Istnieje potrzeba sprecyzowania wymagań dotyczęcych dokładności rozpoznania tak w przypadku szacowania zasobów, jak i średnich wartości parametrów jakościowych pokładu, a także sprecyzowania wymagań odnośnie do wielkości bloków, w obrębie których złoże ma być rozpoznawane z zęda- nę dokładnościę. Zwracano na to już uwagę [l2] , a przeprowadzone badania potwierdzają słuszność tych wcześn ie js zy ch propozycji.

5) Klasyfikowanie zasobów do odpowiedniej kategorii powinno być prze

prowadzone na podstawie oceny dokładności rozpoznania. Umożliwia to meto

da gaostatystyczna,

LITERATURA

[1] Czekaj A., Obtułowicz A.: Problemy i kierunki postępu w dokumentowa

niu geologicznym złóż węgla kamiennego Zesz. Nauk. Polit. ś l . , s.

Górnictwo, z. 149. Gliwice 1986.

[2] Dournel A . G . , Huijbregts C h . 3 . : Mining Geostatistics. London, New York, San Francisco 1978.

[3] Kokesz Z. : Geostatystyczna metoda określania geologicznego rozpozna

nia złóż węgla kamiennego. Maszynopis. IHiGI AGH, Kraków. GIG, Kato

wice 1986.

[4] Kozubski F.: Za ga dn ie ni e dokładności rozpoznania tektoniki złóż za pomocę wierceń w świetle potrzeb projektowania górniczego. Przeględ Geolog., 1962, nr 12.

(14)

B8 Z. Kokosz

[5j Krajewski R . : Określenie zmienności złoża i stopnia rozpoznania za

sobów metodę rachunku statystycznego. Prace IG, 1962, t. 30, cz.III.

[6] Mikrut 0.: Możliwości i korzyści ze stosowania metod geostatystycz- nych w geologii. Zesz. Nauk. Polit. Sl. , s. Górnictwo, z. 149. Gli

wice 1986.

[7~] Mucha 0.: Metodyka określania gęstości opróbowania na podstawie geostatystycznego modelu zmienności (na przykładzie rud Zn-Pb).

Przeględ Geol. nr 4. Warszawa 1981.

[e] Mucha 0., Nieć M . , Kokssz Z., Górecki 0., Blajda R . : Geostatystyczns analiza zmienności pokładów węgla kamiennego. Maszynopis IHiGH A G H - GIG, Katowice 1984.

[9J Mucha 0.: Optymalizacja rozpoznania eksploatacyjnego i oceny para

metrów złożowych. Gospod. Surowe. Minerał, t. 1, z. 2, 1985.

[10] Mucha 0., Kokosz Z.: Zastosowanie geostatystyki i krigingu w ustala

niu zasobów węgla kamiennego i prognozowaniu parametrów złoża. Zesz.

Nauk. Polit. S l . , s. Górnictwo, z. 149. Gliwice 1986.

[llj Musiał A., Bednarz 0.: Ustalenie optymalnych siatek rozpoznawczych dla złóż węgla kamiennego, [w:] Optymalizacja siatek wiertniczych przy dokumentowaniu złóż surowców stałych. Warszawa 1976.

R e c e n z e n t : D o 9. dr hab. inż. Dózef BENDKOWSKI

wpłynęło do Redakcji w lutym 1987 r.

rEOCIATHHECKHii ŁtETOJl B 0nTHtiH3AI5ffl CTPATEFHH PAS BEJU®

SAJTEHEfl KAMEHHOrO yrJEH

P e 3 d u e

B c r a i b e oópaneHO BHHMaHze Ha bo3mozbocti> HcnoJib30BaHHJr re o c T a T H C ia le c K o r o MeTóxa b onTHMHsanzH c i p a i e r a z pasBe^KK s a n e z e f i K aaeHH oro y r-n a . M e io x ot ot a a e i bo3mozhoctb y ct aH obht b HCTHHHym hjiotboctb z K O H izrypanzio

p a3BexoBaTeaBHofl c e r a M e c io p o z x e H z a c tohkh sp e in ta oneHKH e r o óchobhhz n a p a u e r p o s I to jiu b h h , K a H eciB e sB H i n a p au e T p o B n ecT opoxxeH H Ji, p e c y p c o B ) . y x a3a b u n p exejiH H cn o jib30BaHHJi a i o r o n e to w a z npexcT aB aeH H cooTBeTCTBymuHe p a c z e iH H e $ opuyjiH . Ha o cao B e p e s y z b ia T O B reocT aT H C T iujecK oa oueHKK B3neH>iH- bocth BuOpaHHŁu juiacTOB yrzfl, npoBexeH aH ajiz3 hjiothooth p a3BexotjHofi cstb.

npóBexfeKBue BCczexoBaHHH n03b o ż h ż h cifopuyjiH poB aTb oOmze TpeOoBaHHH n o y m o r H e H r o onpoóoBoaHUJc nyHKioB z H3i«epeHHB t ojothhu n a a c T o s b ropHofi BupaO oTK e.

KaK noK aanaawr zocjiexoBaHHa, peKOMeHAysaue no or^ejibHHM KaieropHJUi pacTosHHa ue*xy pa3BexoiHHMH n e p e c e z e H z a u z , no3BajiaioT a a oTHocziejibHo TotHym oneHJcy pecypcoB ■ KajtopzftHocTH y r z a . He jłbjihjotgb ohh oaHaico x o c i a i o - hhumh x z a pa3BexK« AwJxJ>epeHnHaicHH KOZBneciBa 3ozu a l a n z e KOJizzeoiBa c e p a b y r a e . I la p a u e ip a o t* onpe^ejieH u 00 3HaHBTezbHo ueHbmefi to^hoctbe. Sto jSojcasuBaeT H eoS zoiK uocib b ynjioTHeHZH pa3Bexo<jHo8 ceT z hjih a e npzHJiTM nemkHMż TpeóOBŁHzS n o T o to o c ih opeHKH KOJtzaecTBa 304U H . i a i H W c e p a b yrze.

(15)

Metoda geostatystyczna.» 89

GEQSTATXCAL METHOD IN T H E OPTIMIZATION OF EXPLORATORY STRATEGIES FOR COAL DEPOSITS

S u m m a r y

The paper presents possibility of the use of gestatistical method in the optimization of exploratory strategies of the coal doposits. The method enables finding of the proper density and configuration for the exploratory grid from the point of view of the basic parameters estima

tion. Possible range of the application of the method is presented, respective calculation formulas are given. Busing on the results of geostatlcal estimation of the variation of particular coal seams the analysis of the density of the exploratory grid was made. The investi

gations enabled formulation of general needs dealing with the sampling interval and thickness measurements of the seams in the mine workings.

Oistances between exploratory points as recommended in particular cate

gories ensure in general reserves estimation accurate ensugh as well as good calericity evaluation. But they are not sufficient for recognition of differentiation of ash content and sulphur content in the coal.

. T he se parameters are explorated with much lower accuracy. It proofs that the exploratory grid should be more dense o(r the assumed accuracy of the estimation of ashes content and sulphur content in the coal must be loiwer.