способ определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород

Формула изобретения

Способ определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород, включающий бурение скважин, отбор керна с последующим определением содержания полезного ископаемого в нем на участках скважин, построение геологических блоков в залежи и суммирование количества полезного ископаемого в этих блоках, отличающийся тем, что верхние и нижние грани блоков каждой залежи моделируют двумя непрерывными и сглаженными поверхностями, проходящими соответственно через верхние и нижние граничные точки залежи с породой на участках скважин, а затем эти верхние и нижние грани в каждом блоке линеаризируют, при этом величину содержания полезного ископаемого в нем определяют путем взвешивания концентраций полезного ископаемого проб, взятых на участках скважин, являющихся вершинами замкнутого контура, который имеет минимальную площадь и охватывает данный блок.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород.

Известен метод геологических блоков для подсчета запасов полезных ископаемых, заключающийся в определении количества полезного ископаемого в каждом блоке с последующим их суммированием и экономической оценкой целесообразности их добычи [1].

Недостатком данного способа является малая точность определения количества полезного ископаемого для залежи со значительными изменениями ее мощности.

Известен также способ определения количества полезных ископаемых месторождения, включающий бурение скважин, отбор керна с последующим определением содержания полезного ископаемого в нем на участках скважин, построение геологических блоков в залежи и суммирование количества полезного ископаемого в этих блоках [2]. Данный способ взят нами в качестве прототипа.

Недостатком этого способа является то, что при определении количества полезного ископаемого в заданной части месторождения путем построения подсчетных блоков необходимо использование одного из известных геологических методов определения содержания полезного ископаемого в каждом подсчетном блоке. Многие из них сложны и трудоемки, а более простые методы подсчета количества полезного ископаемого в массиве горных пород имеют недостаточную точность при описании месторождений со сложной формой залегания тел полезных ископаемых.

Задачей предложенного способа является повышение точности определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород.

Это достигается тем, что в способе определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород, включающем бурение скважин, отбор керна с последующим определением содержания полезного ископаемого в нем на участках скважин, построение геологических блоков в залежи и суммирование количества полезного ископаемого в этих блоках, верхние и нижние грани блоков каждой залежи моделируют двумя непрерывными и сглаженными поверхностями, проходящими соответственно через верхние и нижние граничные точки залежи с породой на участках скважин, а затем эти верхние и нижние грани в каждом блоке линеаризируют, при этом величину содержания полезного ископаемого проб, взятых на участках скважин, являющихся вершинами замкнутого контура, который имеет минимальную площадь и охватывает данный блок.

Построение верхних и нижних граней блоков, как предложено выше, позволяет аппроксимировать рельеф кровли и почвы залежи с достаточно высокой точностью, в результате чего совокупность геологических блоков адекватна объему залежи. Взвешивание концентраций полезного ископаемого проб, взятых на участках определенных скважин, обеспечивает достоверную оценку содержания полезного ископаемого в каждом блоке. Таким образом повышается в целом точность определения количества полезного ископаемого в залежи.

На фиг. 1 показан разрез залежи.

На фиг. 2 показаны геологические блоки в залежи.

На фиг.3 показана проекция залежи на координатную плоскость xOy с построенными на двух ее участках многоугольниками.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

В массиве горных пород 1 бурят скважины 2 (фиг.1). В процессе бурения скважин отбирают из них керн с последующим определением содержания полезного ископаемого в нем. Затем выделяют в залежи 3 участки 4 скважин, содержащие полезное ископаемое, и определяют координаты граничных точек 5 и 6 залежи с вышележащими и нижележащими породами. По координатам граничных точек 5 и 6 строят аналитические модели поверхностей кровли 7 и почвы 8 залежи с использованием сглаживающего интерполяционного метода на ЭВМ. По геолого-маркшейдерским данным определяют контур 9 залежи, который проецируется на одну из координатных плоскостей, например xOy, с получением проекции 10 залежи (см. фиг. 2, 3). После чего на этой поверхности выделяют участки 11, 12 однородных геологических зон и каждый участок разбивают на правильные выпуклые многоугольники 13, 14 одинаковой площади S₁ и S₂, например шестиугольники. Количество многоугольников на участке зависит от степени изменчивости рельефа поверхности залежи. Часть многоугольников, соприкасающихся с границей участка, могут иметь усеченную форму и, соответственно, неполную площадь S₁ или S₂. Затем строят геологические блоки 15, 16, имеющие сечение соответственно S₁ и S₂, а верхние и нижние грани которых являются частями смоделированных аналитических поверхностей кровли и почвы залежи, причем оси блоков параллельны направлению проецирования. Далее верхние и нижние грани каждого блока линеаризируют с использованием, например, способа численного интегрирования по методу Гаусса на ЭВМ [3]. Высоту каждого блока h_i определяют как проекцию отрезка оси блока между линеаризированными верхней и нижней гранями последнего на ось Oz. Объем блока с сечением S₁ равен V_1i = k_iS₁h_i, а с сечением S₂ - V_2i = k_iS₂h_i, где k_i - коэффициент "полноты" сечения (0 k_i 1). В результате этого объем залежи V₃ будет равен сумме объемов составляющих ее блоков где j - номер участка залежи, i - номер блока на участке залежи.

Для каждого блока определяют концентрацию полезного ископаемого C_i путем взвешивания концентраций полезного ископаемого проб, взятых на участках скважин, являющихся вершинами замкнутого контура, который имеет минимальную площадь и охватывает данный блок. Для этого измеряют расстояния от каждой скважины до конкретного блока, и эти расстояния выстраивают в ряд a₁, a₂, .. ., a_n в порядке увеличения их величин. Первые две скважины с расстояниями a₁ и a₂ являются вершинами отстраиваемого контура, которые соединяют между собой линией. В случае, если эта линия пересекает блок, то вместо члена a₂ в качестве второй вершины контура принимают последующий член ряда, линия соединения которого с a₁ не пересекает блок. Следующей вершиной контура является скважина, имеющая минимальное расстояние из оставшихся членов ряда и расположенная по одну сторону с блоком относительно предыдущей линии контура. После каждого последующего построения линии контура производят проверку на пересечение ею блока. И в случае его пересечения осуществляют замену этой вершины аналогично описанному выше. Последней вершиной контура является скважина, которую соединяют с первой, не пересекая данный блок. В результате такого выбора скважин взвешивание проб из них позволяет оценить концентрацию полезного ископаемого в блоке с большей достоверностью, поскольку эти пробы имеют максимальное суммарное значение их весовых коэффициентов с устранением искажения концентрации полезного ископаемого в блоке, вызываемого наличием загущения проб в одной зоне залежи. Если проба взята с участка скважины, находящейся внутри блока, то имеет место вырождение контура в точку и содержание полезного ископаемого в блоке принимается равным содержанию в этой пробе. Затем для каждого блока определяют количество полезного ископаемого K_i в нем как произведение его объема V_i концентрации C_i и удельного веса полезного ископаемого K_i= C_iV_i. Количество полезного ископаемого в залежи определяют суммированием его по блокам При наличии в залежи нескольких видов полезных ископаемых определение их количества проводится по каждому виду полезного ископаемого в отдельности или комплексно.

Пример реализации данного способа.

Для определения количества полезного ископаемого нами взят участок залежи медносульфидных руд. По геолого-маркшейдерским данным этот участок в проекции на горизонтальную плоскость xOy имеет контур 10 (фиг.3) площадью 12500 м². Данный участок залежи разделен на две однородные геологические зоны 11 и 12. В пределах каждой зоны построены шестиугольники со сторонами 5 м для зоны 11 и 10 м - для зоны 12 и площадями S₁ = 64,94 м² и S₂ = 259,8 м² соответственно. Участок разведан 30 скважинами, пробуренными по сетке 25 x 25 м с параметрами, приведенными в табл. 1 (см. в конце описания) где x, y - координаты скважин по x и y; z_k и z_p - граничные точки залежи с породами кровли и почвы, соответственно; m_i - мощность залежи в месте заложения скважины; C_i - концентрация меди.

По величинам z_k и z_p моделируют аналитические поверхности кровли z_k = f_k(x, y) и почвы z_p = f_p(x,y) методом интерполяции со сглаживанием их с помощью кубических сплайн-функций, описанных, например, в [4]. Далее отстраивают шестигранники с сечениями S₁ = 64,94 м² и S₂ = 259,8 м², соответственно, и вертикальными боковыми гранями. Верхними гранями шестигранников являются участки аналитической поверхности кровли z_k = f_k(x,y), а нижними гранями z_p = f_p(x, y). Для каждого блока - шестигранника поверхности его верхней и нижней граней линеаризируют с получением линейных поверхностей, координаты точек пересечения которых с осью блока и другие параметры блоков приведены в табл. 2, 3 (см. в конце описания). При этом z_ko и z_po - координаты z точек пересечения оси с поверхностями кровли и почвы, соответственно, h_i, S_i и V_i - высота, сечение и объем блока, соответственно, C_i и K_i - концентрация и количество меди в нем, соответственно.

Объемы участков залежи и количество содержащегося в них полезного ископаемого получают суммированием соответствующих величин по блокам участка, а для залежи в целом - суммированием соответствующих величин по ее участкам. В нашем случае V₃ = 69214,73 м³ и K₃ = 12718,31 т.

Сравнительный анализ определения количества полезного ископаемого в залежи описанным способом и известным, взятым в качестве прототипа, показал, что для залежи со сложной структурой строения точность определения количества полезного ископаемого повышается в среднем на 9-12%.

Список использованной литературы

1. Коган И.Д. Подсчет запасов и геолого-промышленная оценка рудных месторождений, М., Недра, 1974, с. 199-201.

2. Авторское свидетельство N 883431 по кл. E 21 C 39/00 (прототип).

3. Левшиц В.М., Литвин Б.Ф. Приближенные вычисления и программирование на ЭВМ "Наири-2", М., Машиностроение, 1977, с. 153-161.

4. Автоматизация геолого-маркшейдерских графических работ /В.В. Ершов, А.С. Дремуха и др., М., Недра, 1991.