Эффективность открытых горных работ зависит от горно-геологических параметров, основными из которых можно являются мощность вскрышных пород, пластов угля и междупластий.
Для более полного представления характера изменения мощности вскрышных пород и пластов угля проведено моделирование строения Черногорского месторождения, при котором в качестве исходных материалов использованы геологические разрезы по профильным линиям.
В результате замеров расстояний от дневной поверхности до кровли и почвы пластов составлена таблица исходных данных. На профилях были выделены пласты: «Двухаршинный», «Великан-1», «Великан-2», «Безымянный», «Мощный» и «Гигант».
Моделирование строения черногорской свиты осложнено наличием нескольких пластов, поэтому выдвинута гипотеза о взаимозависимости между их мощностями, составляющих свиту, что позволило бы упростить задачу.
Для выяснения этого произведен множественный регрессионный анализ исходных данных с помощью программы Statistica 6.0. Используя матрицу диаграмм распределения мощностей угольных пластов и междупластий были визуально оценены и предварительно намечены исследуемые показатели и функции их зависимости. Анализ матрицы показал на существование линейной связи между мощностями пластов угля и породными междупластьями.
В результате статистической обработки выявлено, что мощности пластов и междупластий подвержены автокорреляции, причем показатели, характеризующие тесноту связи и надежность достаточны, для их использования в виде математической модели условий залегания угольных пластов в пределах Черногорского разреза.
Так, например, мощности пластов «Двухаршинный», «Великан-2» и «Безымянный», а также междупластий «Двухаршинный» - «Великан-1», «Великан-1» - «Великан-2», «Великан-2» - «Безымянный» и «Безымянный» - «Мощный» можно функционально связать с мощностью пласта «Великан-1», используя выражение (1)
, м, (1)
где m, h -, мощность, соответственно, пласта и междупластья, м; b 0, b 1 -коэффициенты регрессии (табл. 1);
m Вел-1 - мощность пласта «Великан-1», м.
Мощности остальных пластов и междупластий, составляющих свиту, а также суммарные мощности междупластий (∑h), и общая мощность угольных пластов и междупластий (П) взаимосвязаны между собой, согласно следующим выражениям
, м, (2)
, м, (3)
, м, (4)
, м, (5)
, м, (6)
где 
- мощности пластов, соответственно, «Мощный», «Гигант», «Безымянный» и междупластий «Двухаршинный» - «Великан-1», «Мощный» - «Гигант», м.
Показатели, характеризующие тесноту связи и надежность полученных выражений (2) - (6), приведены в табл. 2.
Таблица 1. Результаты обработки данных
|
|
Коэффициенты регрессии |
Коэффициент корреляции |
Критерий Фишера |
Средняя квадратичная ошибка |
Средняя ошибка коэффициента регрессии |
||
|
b 0 |
b 1 |
||||||
|
пласты |
|||||||
|
«Двухаршинный» |
0,577 |
0,415 |
0,78 |
299,39 |
0,17 |
0,0358 |
|
|
«Великан-2» |
3,44 |
-0,44 |
0,809 |
363,42 |
0,16 |
0,034 |
|
|
«Безымянный» |
1,25 |
-0,18 |
0,788 |
313,44 |
0,07 |
0,015 |
|
|
междупластья |
|||||||
|
«Двухаршинный» - «Великан-1» |
10,69 |
4,55 |
0,777 |
290,86 |
1,9 |
0,4 |
|
|
«Великан-1» - «Великан-2» |
0,5 |
0,836 |
0,793 |
324,24 |
0,33 |
0,07 |
|
|
«Великан-2» - «Безымянный» |
6,6 |
1,07 |
0,785 |
307,24 |
0,435 |
0,09 |
|
|
«Безымянный» - «Мощный» |
-2,09 |
3,58 |
0,835 |
440,82 |
1,21 |
0,25 |
|
Таблица 2. Статистические характеристики полученных выражений (2) - (6)
|
Формула |
Коэффициент корреляции |
Критерий Фишера |
Средняя квадратичная ошибка |
|
(2) |
0,805 |
351,96 |
0,24 |
|
(3) |
0,812 |
370,64 |
0,33 |
|
(4) |
0,81 |
363,98 |
1,22 |
|
(5) |
0,894 |
763,66 |
2,6 |
|
(6) |
0,99 |
14814 |
0,68 |
Для проверки значимости коэффициентов корреляции и регрессии использованы оценочные показатели:
- при исследовании значимости коэффициента корреляции - табличное значение критерия Фишера;
- при исследовании значимости коэффициентов регрессии - табличное значение t-критерия Стьюдента.
Результаты проверки на значимость показали, что все полученные зависимости адекватно представляют исходные данные, а их коэффициенты корреляции являются значимыми. Так, например, при исследовании значимости коэффициента корреляции табличное значение критерия Фишера составило 253,92, а расчетные находились в пределах от 290,86 до 14814, при исследовании значимости коэффициентов регрессии табличное значение t-критерия Стьюдента 1,65, расчетные - от 7,08 до 121,71 (без учета знака «минус»).
Таким образом, исследования показали, что в условиях Черногорского разреза при составлении математической модели условий залегания свиты пластов достаточно иметь сведения о распределении мощностей пласта «Великан-1» и вскрышных пород над свитой.
Основываясь на вышесказанном, моделирование условий залегания исследуемого месторождения произведено на ЭВМ. В качестве аппарата моделирования использован геоинформационный программный пакет SURFER 6.04. Ее применение в данных целях достаточно корректно, что подтверждено назначением программы.
При этом модели представлены:
планами изомощностей надугольной толщи, угольных пластов и междупластий;
планами изолиний рельефа земной поверхности.
С их помощью в дальнейшем определены границы применения традиционной открытой разработки угольных пластов Черногорского месторождения и рассматриваемой в качестве альтернативной технологии выемки угля из бортов образованного ранее разреза. Предшествующими операциями установлены эмпирические зависимости значения экономического критерия с мощностью угольных пластов и вмещающих пород для двух исследуемых технологий добычи угля. Конечный результат представлен планом, на котором в качестве изолиний показано изменение величины экономического критерия по карьерному полю Черногорского месторождения каменного угля.
Работа представлена на научную конференцию с международным участием «Технические науки и современное производство» (Греция, г. Лутраки, 5-12 октября 2003 г.)