勘探阶段煤层储量精确计算分析.pdf

第 3 2 卷 第1 2 期 煤 炭科 学 技 术 2 0 0 4 年l 2 月 勘探阶段煤层储量精确计算分析 许光泉，严家平 安徽理工大学 资源与环境工程系，安徽 淮南2 3 2 0 0 1 摘 要 针对 目前生产中对储量计算不适之处，提出在分析地质条件基础上，利用网格方法进行单 元细化，并通过插值方法来获取未知结点的值，通过煤层倾角、断层存在与否、煤质类型等不同控 制变量来获取不同块段、不同煤质类型的储量精确计算结果，为煤田勘探过程对资源储量分类评价 提供科学依据 关键词网格与单元； 控制变量；插值法；储量与分类 中图分类号 T D 1 7 7 ． 3 文献标识码 A 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 4 1 2 0 0 6 6 0 3 An a l y s i s o n a c c u r a t e c alc u l a t i o n o f s e a m r e s e r v e s a t c o al fie l d s u r v e y XU Gu a n g q u a n，YAN J i a p i n g D e p a r t m e n t o fR e s o u r c e s a n dE n v i r o n mentE n g i n e e r i n g ， A n h u i U n i v e r s h yofS c ie n c e a nd T e c h n o lo g y ， H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e o n t h e u n s u i t a b l e p o i n t o f t h e r e s e r v e s c a l c u l a t i o n f o r t h e p r e s e n t c o al p r o d u c t i o n a n d t h e a n a l y s i s o n t h e g e o l o g i c al c o n d i - t i o n s ，the p a p e r h as o b t a i n e d t h e a c c u r a t e c alc u l a t i o n r e s ult s o ft h e c o a l r e s e rve s i n d i ffe r e n t s e c t i o n a n d d i ff e r e n t c o al q u ali t y wi th the fi n i t e e l e me n t fin i n g b y t h e g ri d me thod ，the u n k n o wn po i n t v alu e f r o m t h e i n s e t v alu e me t h od ．t h e d i ff e ren t c o n t r o l v a r i a t i o n f r o m the s e 锄 i n c l i n a t i o n，f a ult ，c o al q u ali t y t o p r o v i d e the s c i e n c e r e f e r e n c e s t o r e s o u r c e s r e s e rve s c l ass i fi c a t i o n a n d e v alu a t i o n o f t h e c o al fi e l d e l o m- t i o n p r o c e s s i n g ． Ke y wo r d s d a n d e l e me n t ；c o n t r o l l e d v a r i a t i o n；i n s e t v alu e ；a n d res e r v e s and c l ass i fi c a t i o n 煤田在勘探阶段对于不同煤层的储量计算常采 用块段的方法进行分析与评估，而初查、详查及精 查的钻孔平面布置的密度 ，不一定能满足生产时的 储量计算要求。因为煤炭开采是以采区或工作面为 单元；煤层本身受外部构造如褶皱、不同性质的断 层以及火成岩侵入等影响 ，使得煤层的煤质、煤层 厚度、煤层的形态等在空间分布具有不均匀 ，以往 利用球积仪的块段方法进行计算较为粗糙 ，如何利 用～种行之有效的计算过程来分门别类地对不同煤 质的煤进行储量评价 ，对于正确评估煤田的开采价 值有着重要 的意义。本文从该角度进行分析与探 讨，可供参考。 1 计算条件与方法 为了精确地分类计算 井田范围内的煤层储量 ， 利用已有钻孔资料，在查清井田范围内评价煤层空 间分布及构造分布基础上，对研究区进行 网格细 基金项目安徽省 “ 十五”科技攻关项 目 0 2 0 1 3 0 5 5 6 6 分 ，然后利用编程对此进行分门别类统计计算。 1 ． 1 查明地质条件 查清研究区的地质条件 ，包括地层的分布特 点、构造展帮晴况、煤层厚度、走向及倾向以及陡 缓程度 、受火成岩侵入的范围、煤层的煤质变化范 围等等。 1 ． 2 网格单元的划分 网格的形式可采用三角形和四边形网格 ，采用 何种形式取决于煤层在空间分布以及受外界影响， 对于煤层倾角较陡的位置 、断层带及受火成岩侵入 煤质变化较大的范围内，网格较为小而致密，对于 煤质变化不大，且倾角较缓的地带 ，网格较为大而 疏。因此，主要从满足计算精度要求出发。 1 ． 3 结点的分布 网格结点的分布受网格的分布控制 ，布置在勘 探线上的钻孔为已知结点，而非勘探线上为未知结 点 ，此外在较疏的勘探线间也可插入未知结点 ，结 点的编号可分为已知钻孔编号和未知插入点编号 2 维普资讯 第 3 2 卷 第1 2 期 煤 炭 科学 技 术 2 0 0 4 年1 2 月 种，任意编号的顺序。 1 ． 4 计算具备的参数 计算时具备的参数必须有 煤层的顶板标高、 底板标高 ，不同网格范围内煤层的倾角，煤层与断 层相交的平面范围带。参数类型的多少，如倾角相 同的若干个单元煤层为一种类型，这种类型的多少 主要根据煤层倾角的变化来定；若干个单元煤层的 煤质类型相同为同一种类型，这种类型的多少主要 根据煤层煤质的变化来定；是否为断层 ，可将整个 煤田分为正常区，即非断层带范围内；正断层 区， 该范围内没有煤层分布；逆断层区，该范围内煤层 厚度是正常的 2倍。参数类型顺序控制非常重要， 一 般 ，先控制煤层倾角，然后控制是否为断层 ，再 控制不同煤质类型，最后分Il J l 类进行统计计算。 1 ． 5内插方法 用已知点的值获得未知点的值，主要采用内插 法 ，该方法包括距离倒数乘方格网化方法 、克里金 法 、最小曲率法、多元回归法 、径向基本 函数法 、 谢别德法 、三角网格插值法等多种方法。 本次使用三角网格插值法 ，该方法是通过在数 据点之间连线以建立起若干个三角形来工作的。原 始数据点的连结方法是这样所有三角形的边都不 能与另外的三角形相交。其结果构成了一张覆盖格 网范围的、由三角形拼接起来的网。每一个三角形 定义了一个覆盖该三角形内格网结点的面，三角形 的倾斜和标高由定义这个三角形的3个原始数据点 确定。给定三角形内的全部结点都要受到该三角形 的表面的限制。通过已知的煤层顶底板的标高或者 厚度及煤层倾角大小 ，来对未知点值进行内插性预 报，获取未知结点上的顶底板标高或厚度及倾角大 小值。 2 计算流程及实现 利用计算机编程，如 F O R T R A N 9 0 ，V B等语 言可对以上进行编程计算 ，分为数据的输入部分、 计算部分以及输出部分 ，其流程如图 1 所示。 其关键是单元储量的计算，它受到单元倾角的 大小 、厚度 、构造以及煤质的影响。因此 ，只有设 置不同的控制变量来划分不同的类型进行读人控 制 ，才能正确分门别类地进行储量累计计算。为 此 ，设计的计算流程如图2所示。 K B Z 1 、K B Z 2 、⋯⋯、K B Z n分别为不 同单元 煤 的容 重 控 制变 量 ；K T H T A 1 、K T H T A 2 、⋯⋯、 ___ 结 点坐标卜 一 无断层带 一 元面积计算 煤层顶、 底l l 板 标 高r _ 倾 角 类 型h - ． 1 单 元 厚 度 计 算 l 煤层分类储量 l 1 - ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一 l单 元 编 号b 煤 质 类 型 呻 元 储 量 计 蚌 I l 图1 煤层储量计算流程 图2 单元储量计算流程 K T H T A n分 别 为 不 同单 元 煤 层 倾 角控 制 变量 ； K D C 1 为正断层单元控制变量；K D C 2为逆断层单 元控制 变量 ；K D C 0为非断 层带 单元控 制变 量； K C D 1 、K C D 2 ⋯⋯K C D n分别为煤质类 型 1 、煤质 类型 2 、⋯⋯、煤 质 类 型 n控 制 变 量；T O L l 、 T O L 2 、⋯⋯、T O L n分别为逆断层和非断层带内不 同煤 质 类 型 的 累 计 量；rl T L O 1 、T Y L O 2 、⋯⋯、 T I Z O n分别为不同煤质类型的累计量 ；rl T O L为总 的累计量。 3 实例计算 3 ． 1 基本概况 以某小型煤田为例 ，煤田勘探面积为 5 0 k m ， 为二叠系煤系地层，发育 4号 、1 1号、1 3号三层 煤 ，其 中可采煤层为 l 3号，该煤层倾角为 1 0～ 1 5 。 ，厚度在 0～ 3 ． 5 2 n l ，煤层北部变化较陡，而 6 7 维普资讯 第 3 2 卷 第1 2 期 煤 炭科 学 技 术 2 0 0 4 年l 2 月 南部较缓 ，发育一条大的正断层和一条逆断层 ，落 差为 5 ． 1 7 ． 0 m，勘探期间共施工 7条勘探线， 4 5 个钻孔，如图3所示。 1 O 9 8 7 E 6 艇 5 量 怪 4 3 2 1 内插孔点 一。 钻 孔 点 1 2 3 4 东 西 向 距 离 ／ k m 图3 计算三角形单元网格剖分及 内插结点分布情况 A 一煤质类型 1 ； 一煤质类型 2 ；c _ 一 煤质类型3 ； 一 煤质类型4 3 ． 2 网格划分 根据该研究区煤层的倾角变化、煤质类型及煤 层与断层交叉位置分布情况，利用三角形网格对此 进行剖分 ，单元剖分的密度北部较大 ，而南部 较为稀疏，断层带内用三角形网格进行剖分，使得 形成一个完整的条带 ，此外 ，单元网格分布还充分 考虑到四种煤质类型质在空间的变化特点，共分 7 6个结点，其中 3 1 个为内插结点。共分 1 1 8个三 角形单元 图3 。 3 ． 3 插值法对未知结点值的求取 利用已知 4 5个钻孔煤层厚度及倾角大小，利 用三角形插值的方法 ，编程对未知结点进行求取 ， 所获取的值如图4所示。 图4三角形 内插单元结点煤层厚度 3 ． 4 参数选取 倾角类型在变化不大的情况 ，可用控制变量来 控制单元分区，如果变化较大也可与厚度一样用插 值的方法进行求取，即单元煤层厚度及倾角取三角 形三个结点的平均值 ，煤质容重 P与煤质类型基本 一 致 ，用单元分区的方法 ，用煤质类型控制变量进 行划分 ，分为4种P K c D 1 1 ． 5 9 t ／ m ，P K c D 2 1 ． 4 8 t ／ m ，PK c D 31 ． 3 t ／m ，P K c D 4 1 ． 3 8 t ／ m 。 3 ． 5 计算结果 为了对比三角形网格计算的精度 ，同时运用四 边形网格 5 7个单元 ，对该煤 田4种不同煤质类 型储量分别进行计算 ，其结果见表 1 。 表 1 两种 网格计算储量对比 t 由于地质条件复杂，运用三角网格计算煤层储 量的精度往往高于四边形网格。 4 结 语 实际过程 ，煤层分多层 ，且赋存状态较为复 6 8 杂。一般浅部勘探程度较高，而深部勘探程度相对 较低 ，因此 ，利用这种方法与过程不仅使浅部储量 得到精确计算 ，而且使深部储量在评价上有较高的 可信度，另外利用编程计算效率较高。还可以用可 下转第 5 7页 烯 D 维普资讯 第 3 2 卷 第 l 2 期 煤炭科学技术 2 0 0 4 年1 2 月 径为4 1 7 时 ，对铁的去除率为 9 3 ％，其后随粒 径的减小 ，去除率增大 的幅度不大 在以下 的实 验中选择粒径为 4 1 7 m的活性炭 。 2 向 5个装有 1 0 0 m L 、含 F e 浓度为 2 O m g ／ L的模拟废水的烧杯 中，分别加入不同量的活 性炭，考察活性炭的用量对铁去除率的影响 ，结果 如图 7 所示。随着活性炭用量的不断增大，对铁 的 去除率也不断增大 ，吸附量不断减小。当活性炭的 用量为 6 g ／ L时 ，对铁的去除率为9 5 ％；当活性炭 的用量为 2 g ／ L ，其吸附量为 7 9 ． 6 m g ／ g 。 图7 活性炭 的用量对铁去除率的影响 3 在 1 0 0 m L含铁浓度不同的模拟废水 中分 别加入 0 ． 5 g 的活性炭 ，考察含铁浓度 的大小对活 性炭吸附性能的影响，结果如图8所示。在实验范 围 内 ， 随着 F e 初 始浓度 的增 大 ， 活性 炭对铁 的 去除率不断减小，说 明活性炭适合 于含 F e 浓度 较低的废水的深度处理。 3结 论 1 改性粉煤灰和活性炭对铁离子都有很好的 吸附性能 ，但前者对铁的去除效果更好。在 3 0 0 r ／ m i n 条件下搅拌 3 0 m i n后 ，用 3 m o l／ L的盐酸改 性粒径为 1 4 7 m的粉煤灰 ，其对铁的吸附量可达 8 8 m g ／ g 以上。对浓度为 2 0 m g ／ L的含铁废水 ，当 粉煤灰 用 量 为 6 g ／ L 时 ，对 铁 的 去 除 率 高 达 9 9 ． 2 ％；在相同的条件下 ，当活性炭 的用量为 6 g ／ L时 ，对铁的去除率为9 5 ％。 2 与活性炭相 比，用粉煤灰处理含铁废水， 不仅来源广、价格低廉，而且还实现了以废治废、 充分利用 自然资源的 目标。治理废水后 的粉煤灰 ， 还可用做建筑材料或修路、回填 ，对环境不造成二 次污染。 参考文献 [ 1 ] 何文杰，韩宏大 ．酸性含铁废水处理 回用研究 [ J ] ．中国 给水排水，1 9 9 4 2 ． [ 2 ] 瞿建国，张晓旗，夏曙演 ．高浓度酸性含铁废水处理 的试 验研究 [ J ] ．上海环境科学 ，2 0 0 1 9 ． [ 3 ] 叶桂林 ．酸性废水处理 工艺及运转 [ J ] ．实验环境化学 ， 1 9 9 0 1 ． [ 4 ]T a k a i T a k e s h i ． N e w t r e a t m e n t m e t h o d f o r a c i d i c w a s t e w a t e r c o n r a i n i n g f e r r o u s ， i r o n ， n e w m a s t e r ，p r o c e s s e s[ J ] ．E l e c t r o c h e m T e c h n o 1 ． ，1 9 8 1 1 ． 作者简介胡巧开 1 9 6 5一 ，女，湖北麻城人，高级讲师， 现主要从事环境工程的教学与研究工作。 图8 含铁浓度的大小对活性炭吸附性能的影响 收稿 日期2 0 0 4 0 8 0 2 ；责任编辑刘军娥 上接第 6 8页 视化编程手段来展示煤层的赋存状态以及储量在空 间的分布情况 ，为未来煤矿生产提供简洁、直观的 基础技术资料。 参考文献 [ 1 ] 徐士良．F O R T R A N常用算法程序集 [ M] ．北京 清华大 学出版社 。1 9 9 1 ． [ 2 ] 张启锐．地质趋势面分析 [ M] ．北京科学出版社 ，1 9 9 0 ． [ 3 ] 孙洪泉 ，唐永 尚，杜惠芝 ．实用地质统计学程序集 [ M] ． 北京地质出版社，1 9 9 7 ． [ 4 ] 刘刚．V I S U A L B A S I C 6 ． 0程序设计 [ M] ．北京 中国民 航出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 5 ] 孙明明．利用图形属性数据计算煤层储量 的方法 [ J ] ．煤 田地质与勘探 ，1 9 9 9 1 2 ． [ 6 ] 李智学 ，冯勤科．大佛寺煤 田 4煤层地 质技 术经济评 价 [ J ] ．中国煤田地质，2 0 0 1 2 ． 作者简介 许光泉 1 9 6 7一 ，男 ，安徽六安人 ，博士 ，副教 授，安徽省地质学会理事，主要从事矿井突水灾害与防治、水资源 开发与保护、环境规划与保护等方面的教学与科研工作。 收稿 日期 2 0 0 4 0 7 0 8 ；责任编辑 曾康生 5 7 维普资讯