автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Разработка методики оценки горно-геологической сложности на основе геометризации рудных месторождений для рациональной их отработки

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ КАК ОСНОВА ПЛАНИРОВАНИЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ И ГОРНЫХ РАБОТ. II

1.1.Геоматематическое моделирование месторождений полезных ископаемых. II

1.2.Поверхности, исследуемые в геометрии недр

1.2.1. Классификация топофункций.

1.2.2. Математике-статистическая характеристика топофункций.

1.3. Определение высоты сечения изолиний топо-поверхностей

1.4. Характеристика задач оптимизации параметров геологоразведочных сетей

1.4.1. Общие положения

1.4.2. Определение параметров геологоразведочных сетей.

1.5. Прогнозирование размещения геМгических факторов.■ V".

1.6. Геометризация на разных стадиях геологоразведочных работ.

Глава 2. ОЦЕНКА ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СЛОЖНОСТИ НА ОСНОВЕ

ГЕОМЕТРИЗАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

2.1. Основные положения системного анализа

2.2. Принцип движения системы "месторождение" в пространстве состояний.

2.3. Сложность как системная характеристика.

2.4. Принципы количественной оценки горно-геологической сложности.

2.4.1.Информационный подход к оценке горногеологической сложности.

2.4.2.Применение количественной оценки информации в модели горно-геологической сложности

2.5. Количественная оценка горно-геологической сложности

2.5.1. Общие положения.

2.5.2. Оценка изменчивости геологических факторов.

2.6. Определение значимых геологических факторов.

Глава 3. ПОСТРОЕНИЕ ТОПОФУНКЦИИ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ

СЛОЖНОСТИ КМЬИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СУБРа.

3.1. Краткая геологическая характеристика Кальин-ского месторождения СУБРа.

3.2. Выбор представительного участка месторождения

3.3. Выявление значимых геологических факторов для оценки горно-геологической сложности

3.4. Геометризация представительного участка.

3.4.1. Построение плана изомощностей залежи.

3.4.2. Построение плана изолиний кремневого модуля.

3.4.3. Построение плана топоповерхности мелкоамплитудной дизъюнктивной нарушенности массива.

3.5. Определение показателей изменчивости геологических факторов

3.6. Построение топоповерхности горно-геологической сложности.

3.7. Исследование топофункции горно-геологической сложности.

3.7.1. Определение погрешностей выявления топофункции горно-геологической сложности

3.7.2. Изменение средней горно-геологической сложности в зависимости от параметров геологоразведочной сети.

3.7.3. Определение геометрической изменчивости топофункции горно-геологической сложности

3.7.4. Установление зависимости между топофунк-цией горно-геологической сложности и топо-функциями геологических факторов

3.7,5, Оценка точности определения топофунк

- ции горно-геологической сложности . IOI

3.8. Классификация участков месторождения по степени горно-геологической сложности

Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ ТОПОФУНКЦЩ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ

СЛОЖНОСТИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ

РАЗВЕДКИ И ОТРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ.

4.1. Характеристика горных работ на месторождениях СУБРа.

4.2. Характеристика и особенности ведения эксплуатационной геологической разведки на

СУБРе.

4.3. Анализ выполнения плановых показателей горно-добычных работ.

4.4. Установление зависимости погрешности определения запасов от горно-геологической сложности.

4.5. Определение целевой функции для выбора рациональных параметров эксплуатационной геологоразведочной сети

4.6. Апробация предлагаемых решений.

4.7. Применение оценки горно-геологической сложности в условиях Зодского месторождения

Решениями ХХУ1 съезда КПСС предусматривается: "В цветной металлургии обеспечить укрепление сырьевой базы действующих предприятий, а также ее дальнейшее опережающее развитие. Совершенствовать технологию добычи и переработки руд и концентратов, повысить комплексность и полноту использования минерального сырья, ." /2, с.30/. Государственное, хозяйственное отношение к природным ресурсам определено сегодня законом, так, в Конституции СССР в статье 18 говорится: "В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр ." /I, с.9/.

Пути решения проблемы полноты извлечения из недр и комплексного использования полезных ископаемых связаны с повышением уровня маркшейдерского и геологического обеспечения подземной отработки рудных месторождений, в том числе месторождений с непрерывно-прерывистыми и прерывистым типом оруденения. Такие месторождения характеризуются высокой степенью изменения геологической обстановки.

Результаты маркшейдерско-геологических, горно-геометрических исследований, материалы эксплуатационной и предшествующих стадий разведки являются исходной информацией для выполнения эксплуатационной геометризации с целью эффективного осуществления текущего и оперативного планирования горных работ.Представительность и достоверность исходной информации зависит от плотности сети наблюдений; по мере развития разведочных и эксплуатационных работ уточняется и изменяется представление о характере размещения запасов полезного ископаемого в недрах, о качественных и количественных характеристиках месторождения, что влечет за собой корректировку параметров систем разработки и текущих планов ведения горных работ. В то же время, чем точнее исходная информация, тем менее значительны изменения в технологической цепи предприятия, что позволяет с меньшими затратами вырабатывать конечный продукт с заданными качественными свойствами и в планируемом количестве.

Большой вклад в разработку вопросов геометризации месторождений и обоснования плотности геологоразведочной сети внесли маркшейдеры-геометры: проф.,д.т.н. В.А.Букринский, Г.И.Виле-сов, В.М.Гудков, В.В.Ершов, В.И.Кузьмин, А.М.Осецкий, П.А.Рыжов, Е.П.Тимофеенко, И.Н.Ушаков, И.В.Францкий, Е.Ф.Фролов, проф. к.т.н. Б.И.Беляев, к.т.н. В.М.Калинченко, Ю.В.Коробченко, Л.И. Четвериков и др. Тем не менее, вопрос об оптимальных параметрах сети эксплуатационной разведки остается одним из наиболее важных, и интерес к нему за последнее время значительно возрос.

По существующим методикам выбор параметров эксплуатационных геологоразведочных сетей производится на основе анализа изменчивости мощности залежи полезного ископаемого или содержания полезных компонентов без количественного учета влияния комплексов геологических факторов, которые определяют горногеологическую сложность месторождения и отдельных его участков. Поэтому научная задача по разработке методики количественной оценки горно-геологической сложности рудных месторождений на основе их геометризации для рационального ведения геологоразведочных и горно-добычных работ является актуальной.

- !

Цель работы заключается в установлении закономерностей размещения значимых геологических факторов и определении их показателей изменчивости для разработки методики количественной оценки горно-геологической сложности рудного месторождения, позволяющей улучшить планирование геологоразведочных и горнодобычных работ.

Идея работы состоит в комплексном определении изменчивости значимых геологических факторов с учетом их информативности для разработки количественной оценки горно-геологической сложности системы "месторождение" и выражении ее функцией топографического порядка.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна: разработана методика количественной оценки горно-геологической сложности системы "месторождение" на основе комплексного показателя пространственной изменчивости геологических факторов, новизна которого заключается в выражении его функцией топографического порядка; предложена детализация существующей классификации функций топографического порядка, новизна которой заключается в разделении родов топофункций на виды по условиям их выявления и контроля, а также по соотношению природной и наблюдаемой изменчивости; установлено впервые, что топофункция горно-геологической сложности рудного месторождения линейно связана с топофункция-ми значимых геологических факторов и соответствует определенному типу оруденения, при этом с увеличением прерывистости оруде-нения возрастают значения горно-геологической сложности.

Обоснованность и достоверность научных положений и вы- 1 водов подтверждается: удовлетворительной сходимостью результатов расчетов методами математической статистики связи между топофункциями значимых геологических факторов и горно-геологической сложностью рудного месторождения с экспериментальными данными (теснота линейной корреляции 0,62-0,71 при уровне надежности 0,95); положительными результатами внедрения разработанных методических рекомендаций по выбору рациональных параметров эксплуатационной геологоразведочной сети на Кальинском бокситовом месторождении Северного Урала, где улучшено выявление средних значений геологических факторов, при этом общая относительная погрешность подсчета запасов руды уменьшена в среднем на 5,8% и снижена до уровня 10%, уменьшена погрешность выявления поверхности изомощностей в среднем в 1,5 раза.

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении количественной оценки горно-геологической сложности рудных месторождений по комплексу геологических факторов и выражения ее функцией топографического порядка.

Практическое значение работы состоит в разработке "Методических рекомендаций по определению рациональных параметров эксплуатационной геологоразведочной сети на Кальинском месторождении СУБРа" применение которых позволяет обосновать рациональные дифференцированные параметры эксплуатационной геологоразведочной сети и допустимые уровни погрешностей подсчета запасов в зависимости от горно-геологической сложности участков месторождения на основе геометризации выявленных значимых геологических факторов и экономического критерия.

Реализация работы. "Методические рекомендации по определе нию рациональных параметров эксплуатационной геологоразведочной сети на Калышском месторождении СУЕРа" внедрены на СевероУральском бокситовом руднике с экономическим эффектом 80,5 тыс. руб.в год.

Результаты исследований по разработке методики количественной оценки горно-геологической сложности используются в учебном процессе в Московском горном институте при изучении студентами курсов "Маркшейдерское дело", "Геометрия недр" и отражены в методических разработках и учебном пособии автора.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались: на Всесоюзной научно-технической конференции "Рудник будущего при механизированной подземной разработке мощных месторождений крепких руд" (г.Москва, МГИ, февраль, 1979 г.); на IX конференции молодых ученых по проблемам разработки и обогащения полезных ископаемых (г.Москва, ИПКОН АН СССР, апрель, 1979 г.); на Всесоюзном семинаре "Совершенствование техники и технологии маркшейдерских работ" (г.Ленинград, ВНИМИ, июль, 1979 г.); на заседании секции "Рациональное использование и охрана недр" научно-технического совета института "ВНИПИгорцветмет" (г.Москва, ВНШШгорцветмет, декабрь, 1982 г.); на технических совещаниях при главном инженере Северо-Уральского бокситового рудника (г.Североураль-ск, Свердловской обл., СУБР, декабрь 1982, 1983 гг.); на Ш областном семинаре "Приложение математических методов и ЭВМ в геологии" (г.Новочеркасск, НПИ, июнь, 1983 г.); на встрече специалистов по вопросу "Совершенствование нормирования, определения и учета потерь и разработка мероприятий по снижению потерь полезных ископаемых при их добыче" (г.Москва, ВДНХ, октябрь, 1983 г.).

Основные положения выполненных исследований опубликованы в четырех работах.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю проф., д.т.н. В.А.Букринскому и коллективу кафедры маркшейдерского дела и геодезии МШ за помощь, доброжелательность и поддержку во время работы над диссертацией.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи - разработки методики количественной оценки горно-геологической сложности рудных месторождений, пoзвoлiзro-

щее улучшать планирование геологоразведочных и горно-добычных работ.Основные выводы по работе заключаются в следующем:

1. Разработан комплексный показатель изменчивости, который количественно оценивает горно-геологическую сложность системы "месторождение" и выражается функцией топографического порядка, учитывающей пространственную изменчивость и информативность зна чимых геологических факторов; мощность рудной залежи, наличие безрудных зон, мелкоамплитуднуго разрывную нарушенность, гипсо метрию почвы, содержание глинозема, содержание кремнезема (для условий Кальинского месторождения ОЗГБРа),

2. Предложена детализация существующей классификации функ ций топографического порядка, заключающаяся в разделении родов топофункций (реальные, производные от реальных, условные) на виды по условиям иж выявления и контроля, а также по соотноше нию природной и наблюдаемой изменчивости (контролируемые, свя занные с контролируемыми, ограниченно контролируемые, косвенно

контролируемые). На основе предложенной детализации установлены особенности выполнения эксплуатационной геометризации рудного месторождения по значимым геологическим факторам.3. Топофункций значимых геологических факторов линейно связаны с топофункцией горно-геологической сложности рудного месторождения (для Кальинского месторождения СУБРа теснота J

линейной корреляции 0,62-0,71), что позволило улучшить прогно зирование наличия безрудных зон, мелкоамплитудной разрывной нарушенности и средних значений геологических факторов по дан ным детальной геологической разведки для выемочных единиц -

эксплуатационных блоков.4. Установленные зависимости между горно-геологической сложностью месторождения и погрешностями подсчета запасов полез ного ископаемого позволили разработать рекомендации по определе нию рациональных параметров эксплуатационной геологоразведочной сети на отдельных участках месторождения с использованием эко номического критерия: минимум затрат на эксплуатационную развед ку и ожидаемого ущерба горного предприятия от недоразведанности местороздения. Для Кальинского месторождения ОУЕРа уровень по грешностей подсчета запасов должен составлять 6-10% и только на очень сложных участках, со значением горно-геологической слож ности более 7 бит, с прерывистым типом оруденения может превы шать 10%.5. "Методические рекомендации по определению рациональных параметров эксплуатационной геологоразведочной сети на Кальинс ком месторождении СУЕРа" внедрены на Северо-Уральском бокситовом руднике с экономическим эффектом 80,5 тыс.рублей в год.Результаты исследований по разработке методики количест венной оценки горно-геологической сложности используются в учебном процессе в Московском горном институте при изучении студентами курсов "Маркшейдерское дело", "Геометрия недр" и отражены в методических разработках и учебном пособии автора.

1. Построение, последующее корректирование и пополнение информационной системы "месторождение" на основании геолого-маркшейдерских данных. Поступление исходных данных происходит в процессе разведки, доразведки, опробования и ведения горных работ.

2. Разделение руд на геолого-промышленные типы с применением методов математической статистики, теории распознавания образов. Производится уточнение контуров геолого-промышленных типов и разновидностей руд.

3. Определение степени разведанности участков месторождения методами теории информации и количественных оценок качественных признаков.

4. Уточнение тектонической нарушенности и трещиноватости рудных залежей и вмещающих пород методами геометризации.

5. Изучение и выявление пространственных закономерностей размещения полезных и вредных свойств руд, прогнозирование закономерностей размещения по направлениям на основании анализа пространственной изменчивости.

6. Построение обобщающей модели месторождения. Установление состояний системы "месторождение" и выявление закономерностей перехода из одного состояния в другое.

7. Изучение состава и свойств горных пород, слагающих геологический объект.

8. Выявление естественной структуры геологического объекта: выделение естественных геологических тел, определение их формы, размеров и положения в пространстве, изучение тектонической нарушенности и др.