Сравнительный анализ методов графического и аналитического построения горно геометрических графиков

Введение

Построение горно-геометрических графиков – это основной инструмент решения задачи геометризации недр. Геометризация недр – это построение адекватной модели строения некоторого участка недр, отражающей полно и достоверно все необходимые для решения конкретной практической задачи параметры:
размещение залежей полезного ископаемого,
расположение дизьюнктивных нарушений,
геомеханические параметры,
инженерно-геологические параметры
гидрогеологические параметры.
Без качественной и достоверной геометризации невозможна успешная, экономически выгодная и безопасная эксплуатация недр.
Работа по геометризации недр требует применения сложного комплекса методов, которые подразделяются на графические, графоаналитические и графические. Для успешной геометризации требуется слаженная работа геологов и маркшейдеров.
Данные геометризации недр используются при разведке, подсчёте запасов, проектировании, строительстве горных предприятий, разработке месторождений и способствуют повышению эффективности использования недр.
Актуальность исследования методов построения горно-геометрических графиков и сопоставление графических и аналитических методов связано с одной стороны с развитием горно-информационных технологий и аналитических методов, с другой – с все возростающим неподтвержедением аналитических моделей и связанным с этим возрастающим критическим к ним отношением.


Глава I
1.1 Общетеоретические принципы геометризации недр
Получение информации, позволяющей провести геметризацию некоторого участка недр требует применения совокупности методов, таких как:
изучения обнажений на поверхности и в горных выработках
бурения,
геофизических исследований.
Исследования сопровождаются различным видом опробования и оформляются при составлении геолого-маркшейдерской документации.
Для каждой стадии изучения участка недр применяется свой набор методов и соответственно результатом каждой стадии является геометрическая модель, построенная с определенной, заранее заданной степенью точности. Переход к следующей стадии исследований, в целом, обусловлен необходимостью получения более точной и детальной информации. Вся совокупность выполненных работ в целом отражает процесс непрерывного изученияучастка недр.
Полученная в результате геолого-разведочных работ информация должна быть представлена в удобном для использования виде как в форме числовых массивов и баз данных, так и в виде наглядных графических моделей.
Графическая документация, подготовленная по результатам разведочных работ как правило включает:
вертикальные и горизонтальные разрезы,
гипсометрические планы,
планы изомощностей и изоглубин,
объёмные модели.
Разрезы характеризуют структуру участка недр в заданном вертикальном или горизонтальном сечении. Гипсометрические планы характеризуют поверхность залежи полезного ископаемого, условия залегания водоносных и водоупорных горизонтов, тектонические нарушения и т.д. Планы изомощностей отражают изменение мощностей в пределах рудного тела, а планы изоглубин характеризуют глубину залегания рудного тела от поверхности в любой его точке.
Объёмные графики и модели используют для характеристики наиболее сложных геологических структур и составляются по вертикальным и горизонтальным разрезам. В последние десятилетия объемные модели составляют для всего участка недр и используют для создания планов горных работ.
С повсеместным внедрением в практику работы горных предприятий компьютеров и специальных геоинформационных систем были разработаны новые математические методы обработки исходных данных: вариография, аналитические методы интерполяции.
В общем случае работа по геометризации недр включает следующие этапы:
сбор исходных данных
предварительная обработка исходных данных
систематизация исходных данных
оценка точности исходных данных
построение геолого-математической модели месторождения
построение геометрической модели месторождения
оценка качества построенной модели.
Для геометризации необходимо, чтобы все важные параметры участка недр, которые мы хотим видеть на модели, были выражены числом. некоторые параметры, такие как глубина залегания, мощность, содержание полезного компонента, исходно имеют численное выражение. Другие параметры, такие как название горной породы, степень проявленности вторичных изменений и им подобные – кодируют, присваивая каждому из выделенных наименований свой уникальный числовой код.
Предварительная обработка исходных данных включает их проверку, при возможности – рассчет и сопоставление контрольных сумм, в случае работ по геометризации месторождения твердых полезных ископаемых - обрезание ураганных значений, вероятностно-статистический математический анализ.
Какой бы метод не применялся для определения интересующих нас параметров, результат всегда содержит какую-то неизбежную погрешность. Специалисту необходимо знать не только выданное, наиболее вероятное значение определяемой величины, но и величину погрешности, с которой она определена. Крайне важно понимать, какова величина этой погрешности. Например, специалисту, принимающему решение, необходимо знать, с какой точностью оценено содержание металла в залежи: 0.1% или 1%.
Основные методы геометризации:
метод изолиний,
метод геологических сечений и профилей;
блочный метод.
Метод изолиний удобен для изображения реальных и условных поверхностей. Достоверность полученной смоделированной поверхности зависит, в первую очередь, от изменчивости отображаемого показателя, густоты разведочных точек, а также от масштаба плана.
Существенным недостатком данного метода является сложность, а порой и невозможность изображения тел некоторых морфологических типов, форма которой резко отлична от пластовой, а ограничивающие его поверхности не могут быть апроксимированы плоскостями.
Вторым недостатком метода, является ограниченность количества отображаемых параметров несколькими единицами.
Метод геологических разрезов позволяет графически изображать тела любой, сколь угодно сложной формы, одновременно с этим отображать положение тела во вмещающей его раме.
Совместное использование метода изолиний и метода геологических разрезов позволяет достичь большей наглядности и полноты изображения рудных тел, позволяет отобразить все необходимое число параметров руд. Построенные по методу изолиний плоскости и геологические разрезы являются часто исходными данными для построения более сложных графических моделей рудных тел и месторождений.
Для построения трехмерных моделей используют следующие виды проекций:
аксонометрические,
аффинные,
векторные,
стереоаксонометрические.
Исходными данными для построения служат планы, разрезы, профили, а также координаты характерных точек изображаемых объектов.
Графическая модель участка недр как правило включает геологические, структурные, петрографические, геохимические планы и карты и разрезы, проекции рудных тел, карты трещиноватости, технологические карты, блок-диаграммы и другие графические материалы

.
Геометрическая модель месторождения не ограничивается графическими материалами, но включает также их анализ. Суммарный комплект документации, полученный в результате моделирования, отражает закономерности размещения определенных свойств исследуемого участка недр, а также установленные аналитические зависимости между разными признаками.
Наиболее сложной задачей при построении геометрической модели участка недр, является выбор ограниченного числа признаков, достаточных для проектирования горно-добывающего предприятия, или подземного сооружения, составления среднесрочных и долгсрочных планов его работы, планирования горных работ, в случае геометризации месторождения полезного ископаемого - обоснования кондиций, подсчета запасов. На основе геометризации также выполняется прогнозирование возможного присутствия полезного ископаемого на неразведанных участках лицензионной площади, и в целом обеспечивает рациональное использование недр.
При разведке месторождений твердых полезных ископаемых в зависимости от этапа изучения месторождения, конкретных задач и масштабов составления горно-геометрических чертежей, различают следующие виды геометризации месторождений:
региональный,
детально разведочный
эксплуатационный.
Региональную геометризацию поизводят на этапе предварительных поисков по данным поисковых работ, космической, аэрофотографической, геологической и геофизической съемок. На этапе региональной геометризации составляют планы, карты, разрезы и схемы в масштабах от 1:50000 до 1:500000. Региональная геометризация используется для прогнозирования месторождений и выделения районов для детальной разведки.
Детально-разведочную геометризацию проводят на основе данных детальной разведки, геологической, структурно-геологической и геофизической съемок. На этой стадии составляют различные горно-геометрические графики формы, условий залегания залежи, размещения в них компонентов в масштабах от 1:5000 до I: 50000. Результаты детально разведочной геометризации производят первую технико-экономическую оценку месторождения, подсчитывают запасы полезного ископаемого, проектируют горно-добывающие предприятия.
Эксплуатационная геометризация производится паралельно с разработкой месторождения, детализирует структуру размещения рудных тел и качество полезного ископаемого, позволяет строить прогнозы на ближайшие участки недр и планировать рациональную их разработку. Документы, получаемые в результате эксплуатационной геометризации составляют в масштабах 1:100- 1:5000. В основе эксплуатационной геометризации лежит информация, получаемая при проходке подготовительных и очистных горных выработок.

1.2. Методы геометризации недр

Основные методы геометризации:
метод изолиний,
метод геологических разрезов (сечений) и профилей;
метод объемных наглядных графиков и моделирования с использованием компьютеров.
В практике горных работ эти методы как правило применяют в комбинации. .
Методом изолиний при геометризации недр изображают реальные и условные поверхности. Сложность отображения зависит от геологических факторов. Достоверность полученного изображения зависит от изменчивости отображаемого показателя, густоты и соответствия разведочных точек (определений, измерений) характерным точкам отображаемого показателя, а также от размера, ориентировки проб и масштаба составляемтого плана.
Недостатки метода изолиний:
трудность одновременного изображения литологии пород, окружающих полезное ископаемое
сложность, вплоть до невозможности отображать тела трубообразной, и других сложных форм, а также горизонтально или вертикально залегающие слои правильной формы.
Способ геологических разрезов позволяет отображать форму тела полезного ископаемого и представлять его положение среди вмещающих пород в вертикальном, горизонтальном или наклонном сечении. Исходными данным для построения геологических разрезов являются параметры геологоразведочных скважин и горных выработок.
Сочетание методов изолиний и методов геологических разрезов позволяет получить полное и наглядное изображение, облегчают взаимное построение и построение других горно-геометрических графиков и моделей.
Метод объемных наглядных графиков применяют для повышения наглядности изображения формы, свойств залежей и горных выработок со сложным характером их размещения в недрах. Эти графики строят в аксонометрических, аффинных, векторных, стереоаксонометрических проекциях. Метод построения объемных графиков как правило является завершающим этапом геометризации, и в качестве исходных данных для их построения используют планы, разрезы, профили, а также координаты характерных точек изображаемых объектов.

1.3. Краткие сведения о маркшейдерской съемке

Под маркшейдерской съемкой понимают совокупность геодезических измерений, замеров, зарисовок и вычислений, необходимых для составления планов горных выработок и другой графической горно-геологической документации, а также для аналитического решения различных геометрических и горно­технических задач. В результате маркшейдерских съемок получают: координаты пунктов; комплект планов и карт, отражающих пространственное положение горных и геологоразведочных выработок; комплект чертежей, связанных с обслуживанием строительства горного предприятия; комплект горно­геометрических графиков, отражающих геологию месторождений, свойства полезного ископаемого и т.д.
При производстве съемок горных выработок, камеральных работ и составлении различных графических материалов применяются основные принципы геодезии. При этом используются следующие основные положения.
Ориентирование линий. Под ориентированием линии понимают определение ее направления относительно некоторого другого, принятого за исходное. В качестве исходных направлений обычно используют одно из следующих:
направление магнитного меридиана,
направление истинного (географического) меридиана
направление меридиана зоны (ось X).
Ориентировать какую-либо сторону съемки - значит определить ориентирующие углы: магнитный (АМ) и истинный (А) азимуты и дирекционный угол. Как азимуты, так и дирекционный угол могут быть от 0° до 360° и отсчитываются по ходу часовой стрелки от северного направления меридианов до данного направления.
Геометрическая основа всех графических материалов строится по координатам маркшейдерской съемки, поэтому правильный выбор системы координат и направления координатных осей критически важен для построения корректной и удобной в практической работе геолого-маркшейдерской службы модели участка недр. Неудачный выбор системы кооринат может привести к обесцениванию работы маркшейдерской службы.
К системе координат предъявляются следующие требования:
Единство и долговечность