CC BY
15
УДК 622.831.322
Бобров Дмитрий Александрович
инженер,
Горный Институт УрО РАН, 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а e-mail: [email protected]
DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.012
Bobrov Dmitry A.
engineer,
The Mining institute UB RAS, 614007, Perm, 78a Sibirskaya st. E-mail: camdobr@yandex. ru
ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНАЯ СИСТЕМА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ И ГАЗОНОСНОСТИ ДЛЯ УСЛОВИЙ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ РУДНИКОВ ПАО «УРАЛКАЛИЙ»
INFORMATIONAL AND REFERENCE SYSTEM OF GAS AND DYNAMIC EVENTS AND GASSINESS FOR SLOPE MINES CONDITIONS OF THE PJSC "URALKALIY" MINES
Аннотация:
Статья посвящена проблемам газодинамических явлений и газоносности пластов Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Разработано приложение, позволяющее систематизировать обработку, просмотр и пополнение геологических данных, вести учет газодинамических явлений (ГДЯ), а также выделять вероятные зоны, опасные по ГДЯ.
Ключевые слова: газоносность, ГДЯ, геоинформационная система, прогнозные карты, Верхнекамское месторождение
Abstract:
The article is devoted both to gas and dynamic problems and seam gas content of Verkhnekam-sky deposit of potassium-magnesium salts. The supplement permitting to systematize processing, examination and stocking geological data and to perform gas and dynamic events account (GDE) as well as to mark out probable zones dangerous according to gas and dynamic events (GDE) is set forth.
Key words: gassiness, GDE, geo-informational system, forecasting maps, the Verkhnekamsky deposit
Общие положения
Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей в данный момент разрабатывается пятью рудниками, два из которых находятся в г. Березники и три - в г. Соликамск. Отработка месторождения осложнена ГДЯ, которые в первую очередь приводят к смерти и увечьям рабочих, повреждению дорогостоящего оборудования и остановке добычи полезного ископаемого. В связи с этим возникла необходимость сбора всех данных по ГДЯ, их систематизации, оцифровки для удобства пользования и планирования горных работ.
Разработанное приложение, написанное на языке программирования MapBasic для действующей на калийных рудниках геоинформационной системы, использующей формат MapInfo, может быть встроенным в готовые рабочие наборы или загружаться самостоятельной программой в ГИС MapInfo версии 4,5 и выше [1, 2].
Информационная справочная система «Газоносность, газодинамические характеристики, газодинамические явления и прогнозные карты зон, опасных по ГДЯ, в калийных ПАО «Уралкалий» (в дальнейшем ИСС «Газ и ГДЯ») предназначена для отображения текстовой и графической информации результатов исследований на шахтных полях калийных рудников, газоносности и газодинамических характеристик пород продуктивных пластов и междупластий, информации по зафиксированным на шахтных полях калийных рудников газодинамическим явлениям, построения изолиний средней газоносности пластов, а также для построения прогнозных карт зон, опасных по ГДЯ, с применением решающих правил для данных, полученных при геологоразведочных работах и шахтных экспериментальных исследованиях.
Приложение состоит из двух основных частей. Первая часть ИСС «Газ и ГДЯ» включает в себя интерактивное отображение информации по выбранному ГДЯ и построение прогнозных карт. Информационным наполнением первой части служит база данных по сведениям о зафиксированных газодинамических явлениях на шахтных полях
калийных рудников ПАО "Уралкалий" за весь период разработки Верхнекамского месторождения. Практически по всем зафиксированным на рудниках газодинамическим явлениям имеются оцифрованные зарисовки, которые расположены в отдельной директории и программно привязаны к базе данных по ГДЯ.
ИСС "Газ и ГДЯ" в автоматизированном режиме методом кригинга интерполирует координатно привязанные предварительно рассчитанные значения решающих правил, расположенных в отдельном файле формата MSExcel, разделяет значения на опасные (больше или равно 0) и неопасные (меньше 0), а также экспортирует в MapInfo Professional Interchange Format (MIF), из которого строятся прогнозные карты в ГИС, использующих MapInfo [3].
Вторая часть ИСС «Газ и ГДЯ» включает в себя интерактивное отображение информации по выбранной точке проведения замеров для изучения газоносности и газодинамических характеристик пород, а также построение изолиний средней газоносности пластов [4]. Информационным наполнением данной части являются базы данных результатов исследований газоносности и газодинамических характеристик пород продуктивных пластов и междупластий на шахтных полях калийных рудников ПАО "Уралкалий", проведенных за период с 2000 по 2015 гг. лабораторией геотехнологических процессов и рудничной газодинамики Горного института Уральского отделения Российской академии наук.
Метод прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям
Метод прогноза зон, опасных по ГДЯ, основан на многомерном дискриминантном анализе геологических показателей. Решающие правила для проведения прогноза зон, опасных по ГДЯ, получены путем реализации процедуры многомерного дискриминантного анализа на ПЭВМ. Для получения решающих правил использовались как классические, так и робастные (устойчивые) процедуры многомерного статистического анализа данных. Суть метода прогноза заключается в идентификации геологических условий в конкретно заданной точке шахтного поля и сравнении с геологическими условиями в местах возникновения ГДЯ.
Процедура прогноза зон, опасных по ГДЯ, заключается в подстановке значений геологических показателей в конкретной точке наблюдения в решающие правила и определении значения дискриминантной функции. На основании рассчитанных значений дискриминантной функции производится отнесение точки наблюдения к зоне, опасной или неопасной по ГДЯ. В случае, если подстановочное значение дискриминантной функции является положительным, точка наблюдения относится к зоне, опасной по ГДЯ, а при отрицательном значении - к зоне, неопасной по ГДЯ. Точками наблюдения могут служить поверхностные скважины детальной разведки, подземного разведочного бурения и бороздовые пробы.
В "Руководстве по прогнозу зон, опасных по газодинамическим явлениям, для условий рудников ОАО "Уралкалий" [5] применяются унифицированные решающие правила, которые позволяют проводить региональный и локальный прогнозы. Региональный прогноз проводится по данным, полученным при бурении геологоразведочных скважин с поверхности, а локальный - по данным эксплуатационной разведки и результатам бороздового опробования калийных пластов непосредственно в горных выработках.
В каждой точке опробования определяется численное значение решающего правила (Fp), которое заносится на карту с заданными координатами. Путем интерполяции между точками с полученными значениями решающего правила находится его нулевое значение, являющееся границей зон с положительным значением - опасной по ГДЯ, с отрицательным - неопасной.
Прогноз зон, опасных по ГДЯ, и построение прогнозных карт осуществляется отдельно для пластов Кр.П, АБ и В сильвинитового или смешанного состава геологическими службами рудников. Карты зон, опасных по ГДЯ, ежегодно
дополняются при составлении планов горных работ по каждой из планируемых к отработке и подготовке панелей или блоков и передаются на горные участки.
Порядок работы раздела информационно-справочной системы "Газоносность"
Для просмотра данных по газоносности и газодинамическим характеристикам пород продуктивных пластов и междупластий на шахтных полях калийных рудников ПАО "Уралкалий" в ГИС Мар1пГо в меню "Газ" необходимо выбрать требуемый пласт (на каждом руднике свои пласты). В этом случае в текущем окне карты добавится новый слой с точечными объектами, отмеченными звездочками, и соответствующими местами проведенных исследований газоносности и газодинамических характеристик пород.
Для просмотра данных по конкретной точке проведенных исследований необходимо воспользоваться обозначенным на инструментальной панели символом "О" и указать мышкой на карте на требуемую точку. В этом случае на экране откроется информационное окно, содержащее все данные по выбранной точке проведения исследований (рис. 1).
В информации по выбранной точке замеров показываются следующие сведения: координаты, дата проведения замера, исследуемый пласт, номер панели, блока, наименование горной выработки, количество выполненных замеров, максимальная начальная скорость газовыделения, максимальное газовое давление в массиве, рассчитанная средняя газоносность пород, рассчитанная средняя газоносность пород по условному метану, компонентный состав свободных газов в объемных процентах: СН4, Н2, СО2, N2, С2Н6, С3Н8, П-С4Н10, ьС4Ню, С5Н12 - и прочие газы.
Рис. 1 - Пример просмотра данных по газоносности и газодинамическим характеристикам пород пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3
Рис. 2 - Изолинии средней газоносности для пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3
Для построения изолиний средней газоносности потребуется пройти два этапа. На первом этапе осуществляется интерполяция зон для соответствующего пласта, для этого необходимо в меню "Газ" выбрать нужный пласт и нажать "Интерполяция зон пласта...". В этом случае автоматически запускается в свернутом режиме программа Surfer, которая, используя имеющуюся базу данных по результатам шахтных экспериментальных исследований, выполняет интерполяцию полученных значений средней газоносности в каждой точке наблюдения и импортирует полученные таблицы в готовые рабочие наборы в формате MapInfo. На втором этапе осуществляется импорт полученных зон для соответствующего пласта, для этого в том же меню выбираем "Импорт зон пласта ... ". В данном случае в автоматическом режиме карты газоносности, построенные на первом этапе, импортируются в ГИС Map-Info. При этом в текущее окно карты на верхний уровень добавляется новый слой, содержащий изолинии средней газоносности для выбранного пласта (рис. 2).
Просмотр сведений по газоносности и газодинамическим характеристикам пород можно также осуществлять непосредственно из файла формата MS Excel.
Порядок работы раздела информационно-справочной системы " Газодинамические явления "
Для просмотра данных по газодинамическим явлениям в ГИС MapInfo в меню "ГДЯ" необходимо выбрать "Показать ГДЯ" (рис. 3). В этом случае в текущем окне карты добавится новый слой с точечными объектами, отмеченными красными звездочками и соответствующими местам зафиксированных ГДЯ, а также станет доступным инструмент просмотра информации по ГДЯ - кнопка с изображением «глаза» на инструментальной панели "Операции ". Если в данный момент не было открыто ни одного окна карты, то откроется новое окно. На карте будут показаны места зафиксированных
ГДЯ тех рудников, для которых в папке \GDP находятся соответствующие файлы баз данных в формате EXCEL.
Рис. 3 - Пример просмотра данных по газодинамическим явлениям для пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3
Для просмотра данных по конкретному ГДЯ необходимо воспользоваться инструментом «глаз» и указать мышкой на карте на место зафиксированного ГДЯ. В этом случае на экране появится форма, содержащая информацию по выбранному газодинамическому явлению, а место данного ГДЯ обозначится более крупной желтой звездочкой. Если на экране два и более места газодинамических явлений расположены слишком близко, то при использовании инструмента «глаз» программа может предложить изменить масштаб карты на экране и повторить выбор места ГДЯ. Если для данного ГДЯ в базе имеется зарисовка, то внизу формы будет доступна кнопка "Зарисовка". В противном случае эта кнопка будет недоступна. При нажатии на кнопку "Зарисовка" запустится windows-приложение для просмотра растровых изображений, в котором откроется зарисовка выбранного ГДЯ.
Просмотр сведений по газодинамическим явлениям можно также осуществлять непосредственно из формы, путем выбора номера ГДЯ из списка. При этом произойдет центрирование карты по выбранному ГДЯ. В списке номеров газодинамических явлений будут присутствовать только номера для того рудника, который указан в поле "Рудник". Для просмотра данных по другому руднику необходимо в поле "Рудник" выбрать необходимый рудник. В этом случае в форме автоматически отобразится информация по последнему газодинамическому явлению, зафиксированному на выбранном руднике.
Прогнозные карты
Построение прогнозных карт осуществляется в два этапа. На первом этапе в меню "ГДЯ" необходимо выбрать "Интерполяция зон ..." для соответствующего пласта. В этом случае автоматически запустится в свернутом режиме прикладная программа Surfer, которая, используя имеющуюся базу данных по результатам геологоразведочных работ (файл Выбросоопасность.хЪ), выполнит интерполяцию полученных значений решающих правил в каждой точке наблюдения методом кригинга и импортирует полученные таблицы в готовые рабочие наборы в формате MapInfo. Необходимо дождаться окончания работы программы Surfer (процесс интерполяции может длиться до нескольких минут).
+ - газодинамические явления: - опасные по ГДЯ зоны
Рис. 4 - Прогнозная карта зон, опасных по ГДЯ, для пласта АБ шахтных полей рудников СКРУ-1, СКРУ-2, СКРУ-3
На втором этапе в меню "ГДЯ" необходимо выбрать "Импорт зон ..." для соответствующего пласта. В данном случае в автоматическом режиме прогнозные карты зон, построенные на первом этапе, импортируются в ГИС Map-Info. При этом в текущее окно карты на верхний уровень добавляется новый слой, содержащий прогнозные зоны ГДЯ (рис. 4). Если не было открыто ни одного окна, то создается новая карта с прогнозными зонами. При необходимости можно изменить порядок расположения слоев рабочей карты, используя операцию "Управление слоями".
Литература
1. Mapbasic. Среда разработки. Руководство пользователя: пер. с англ. ЭСТИ-М. - Troy, NewYork: MapInfoCorporations, 2000. - 284 c.
2. Mapping Information Systems Corporation. MapInfo. Система настольной картографии. Справочник: пер. с англ. ЭСТИ-М: - Troy, New York: MapInfo Corporations, 1992.- 454 c.
3. Руководство по региональному и локальному прогнозам потенциально выбро-соопасных зон по геологическим данным для условий Верхнекамского месторождения калийных солей. - Пермь: АО «Галургия», 1996. - 21 с.
4. Полянина Г.Д. Экспериментальные исследования распределения газа в при-контурном массиве при разработке калийного пласта / Г.Д. Полянина, А.Н. Земсков // Разработка соляных месторождений. - Пермь, 1977. - С. 120 - 123.
5. Руководство по прогнозу зон, опасных по газодинамическим явлениям, для условий рудников ОАО "Уралкалий" // Специальные мероприятия по безопасному ведению горных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей в условиях газового режима в ОАО "Уралкалий" (технологический регламент). - Пермь-Березники, 2012.
