煤炭资源_储量估算地质块段法误差及其改进方法_王卫东.pdf

第 42 卷 第 5 期 煤田地质与勘探 Vol. 42 No.5 2014 年 10 月 COAL GEOLOGY engineering distribution; accracy of resources/reserves estimation 煤炭资源/储量估算是煤炭地质勘查报告的重要 组成部分， 利用地质块段法[1]估算资源/储量是经实践 证明的一种成熟可靠的方法。地质块段法适用性强， 可用于任何产状、 形态的矿体， 它不需另作复杂图件， 计算方法简单，并能根据需要划分块段，所以应用广 泛。当勘探工程分布不规则，或用断面法不能正确反 映剖面间矿体的体积变化时，或厚度、品位变化不大 的层状或脉状矿体， 一般均可用地质块段法计算资源 量和储量。 在相关规范和规定中， 一般仅对不同类型资源量 块段的划分提出了基本要求， 而对于相同类型资源量 块段划分则未提出具体要求。针对同一勘查对象，相 同类型资源量中块段划分的具体方法不同， 所估算的 资源/储量结果与误差亦不同。然而，目前尚无完善 的误差估计方法。所以，选择最佳的块段划分方法， 是提高资源/储量估算结果准确度和减少误差的有效 途径。 1 地质块段法的优缺点 块段法估算煤炭资源/储量是将煤层分割为若干 较规则小块，估算出各个小块的体积，各小块的资源 /储量为其体积与密度的乘积，最后累加各小块的资 源/储量即为煤层总资源/储量。 相比其他资源/储量估算方法，地质块段法的优 点是简单明了，易于估算，便于实际运用，长期以 来是煤炭资源/储量估算中的一种重要方法。而地质 块段法的缺点表现在遇到探矿控制工程平面分布不 均匀等情况时，需要采用加权平均等手段估算，否则 会引起较大误差。 2 地质块段法的误差及其改进方法 2.1 地质块段法误差因素分析 地质块段法估算煤炭资源/储量基本公式为 Qρ 1 n ii i sh    ChaoXing 2 煤田地质与勘探 第 42 卷 式中 Q 为煤层资源/储量， t； ρ 为煤层视密度， t/m3； n 为块段数量；si为煤层块段面积，m2；hi为煤层块 段厚度，m。 引起煤炭地质块段法误差的因素有 3 点， 分别为 煤层的面积、厚度和视密度。下面对 3 种因素自身固 有误差进行分析。 a. 煤、泥炭地质勘查规范规定，煤层长度 类计量单位为 m， 精确 2 位小数。 煤层面积s由边界 拐点坐标计算，而边界拐点坐标测量最高精度为0.01 m， 煤层面积一般较大，其传递给资源/储量估算结果的 相对误差可以忽略不计。 b. 煤层厚度h测量最高精度亦为 0.01 m。煤层 厚度测量相对误差为1/h， 其传递给资源/储量估算 结果的相对误差亦为1/h。煤层厚度一般较小，所 以，煤层厚度测量误差传递给资源/储量估算结果的 误差不能被忽视。 c. 煤层视密度因素方面，以低变质阶段烟煤为 例， 煤层视密度 1.30 t/m3左右， 测试的煤层视密度值 精确至小数点后 2 位。所以，煤层视密度测量误差传 递给资源/储量估算结果的相对误差接近 1。 综上所述，视密度测量误差带给资源/储量估算 值相对误差基本是固定的； 而煤层厚度测量误差带给 资源/储量估算值相对误差是可变的，即煤层厚度越 薄，厚度测量相对误差越大，带给资源/储量估算值 相对误差自然也会增大。 对于薄–中厚煤层即h3.50 m， 煤层厚度与视密度两者的测量误差带给资源/储量估 算值累计相对误差值为 1.02.5；对于厚–特厚煤 层，煤层厚度与视密度两者的测量误差带给资源/储 量估算值累计相对误差值一般小于 1.0。由此可见， 引起煤炭地质块段法误差因素主要是煤层厚度误差。 2.2 地质块段法误差改进方法 2.2.1 探矿控制工程分布均匀 探矿控制工程平面分布比较均匀时， 块段法估算 煤炭资源/储量结果的准确性与块段划分的大小关系 密切。 以图 1 所示陕西省横山芦河井田详查某煤层为 例[2]，长度单位一律设为 m，面积单位为 m2，体积 单位为 m3。假设煤层底板水平，则可利用水平投影 对该煤层探明的内蕴经济[3]区域体积进行估算。 首先，为了获得煤层体积的近似准确值，理论上 可按照微积分原理， 求取煤层厚度等值线之间所夹面 积与厚度乘积之和，即可得到煤层体积。煤层厚度等 值线步长愈小，所求煤层体积愈接近真值。 图 1 中，煤层厚度等值线步长取作 0.10 m，煤层 厚度等值线之间所夹面积可利用 Mapgis 绘图软件[4] 直接得到。煤层体积估算结果见表 1。 图 1 陕西横山芦河井田详查某煤层厚度等值线图 Fig.1 The isopach of coal seam in the detailed survey in Luhe mine field in Hengshan,Shaanxi 表 1 陕西横山芦河井田详查某煤层体积估算表 Table 1 Estimation of coal seam volume in the detailed survey in Luhe mine field in Hengshan,Shaanxi 估算方法 估算面积 /m2 估算体积 /m3 与微积分法的 相对误差 δ/ 微积分法 29 652 9块段 29 817 0.6 3块段 30 144 1.7 1块段 17 885 31 120 5.0 实际中，为了方便生产利用，常以规则形态划分 块段来估算煤层资源/储量 [5]。块段面积是利用 Mapgis 等绘图软件直接得到的，块段厚度是参与该 块段估算所有钻孔煤层厚度的算术平均值。 当以勘查 线即钻孔水平连线与钻孔垂直连线将图 1 所示勘查 区划分为面积大致相等的 9 个块段、3 个块段时，估 算结果如表 1。 由表 1 可以看出当划分为 9 个块段时，体积估 算结果相对误差 δ0.6；当划分为 3 个块段时，体 积 估 算 结 果 相 对 误 差δ1.7 ； 当 把ZK101– ZK104–ZK401–ZK404 钻孔圈定范围作为 1 个块段 时，体积估算结果相对误差 δ5.0。由此可见块 段划分越小，相对误差越小；反之，相对误差越大。 2.2.2 煤厚分布均匀而探矿控制工程分布不均匀 探矿控制工程平面分布不均匀时， 理论上应该以 各个探矿工程控制的面积进行加权平均估算出块段 的平均厚度。加权平均估算略显复杂，如果块段划分 合理， 采用算术平均法计算的块段厚度依然可以估算 出较为准确的资源/储量结果值。 以图2所示陕西横山芦河井田普查某煤层为例， ChaoXing 第 5 期 王卫东等 煤炭资源/储量估算地质块段法误差及其改进方法 3 假设煤层底板水平， 利用水平投影对该煤层体积进行 估算。采用微积分法，煤层厚度等值线步长取0.10 m 时，获得该煤层体积近似准确值为35 606 m3 表2；当 把 ZK101–ZK104–ZK401–ZK404钻孔圈定范围作为1 个矩形块段时，求得该煤层体积值为33 410 m3；当以 三角形划分法，即三角形1ZK101–ZK102–ZK401、三 角 形 2ZK102–ZK401–ZK404 、 三 角 形 3ZK102– ZK104–ZK404划分为3个三角形时， 求得该煤层体积 值为36 158 m3。 图 2 陕西横山芦河井田普查某煤层厚度等值线图 Fig.2 The isopach of coal seam in reconnaissance of Luhe mine field in Hengshan,Shaanxi 表 2 陕西横山芦河井田普查某煤层体积估算表 Table 2 Estimation of coal volume in reconnaissance in Luhe mine field in Hengshan,Shaanxi 估算方法 估算面积 /m2 估算体积 /m3 与微积分法的 相对误差 δ/ 微积分法 35 606 矩形块段 33 410 –6.2 三角形块段 17 885 36 158 1.6 当采用矩形划分块段时， 体积估算结果相对误差 δ–6.2；当采用三角形块段时，体积估算结果相对 误差 δ1.6。因此可以看出当钻孔分布不均匀， 采用矩形划分块段时， 相对误差绝对值会随着不均匀 程度增大而增大；而利用三角形划分块段，能够有效 提高估算结果的准确性。 2.2.3 煤层存在最低可采边界 当煤层出现最低可采边界时， 采用块段法估算资 源/储量一般会引入内插点，所引入的内插点数量没 有强行规定。在此，通过实际，对引入的内插点具体 数量予以探讨。 图3所示陕西靖边海测滩井田详查[6]某煤层倾角 小于 1， 对于煤层最低可采边界线0.80 m与 ZK101– ZK201–ZK301–ZK302–ZK402 钻孔连线之间区域， 采 用水平投影来估算煤层资源/储量。 首先， 按照微积分原理， 近似求取该区域的体积。 利用煤层厚度等值线，取煤层厚度步长为 0.20 m，估 算结果如表 3。 图 3 陕西靖边海测滩井田详查某煤层厚度等值线图 Fig.3 The isopach of coal seam in the detailed survey of the Haicetan mine field in Jingbian,Shaanxi 表 3 陕西靖边海测滩井田详查某煤层体积估算表 Table 3 Estimation of coal seam volume in the detailed survey of the Haicetan mine field in Jingbian,Shaanxi 估算方法 估算面积 /m2 估算体积 /m3 与微积分法的 相对误差 δ/ 微积分法 34 753 1个内插点 46 346 33.4 2个内插点 42 518 22.3 3个内插点 39 647 14.1 4个内插点 37 414 7.7 5个内插点 35 627 2.5 6个内插点 34 166 –1.7 7个内插点 32 948 –5.2 8个内插点 31 917 –8.2 9个内插点 31 033 –10.7 10个内插点 244 36 30 268 –12.9 下转第 60 页 ChaoXing 60 煤田地质与勘探 第 42 卷 5 结 论 a. 应用模糊聚类分析的方法，从围岩失稳机理 的角度，分析了影响围岩稳定性的主要因素以及各 因素之间的关系。基于围岩稳定性动态聚类，在选 取合理阀值的基础上， 将围岩稳定性划分为 5 大类， 即极不稳定、不稳定、基本稳定、稳定及非常稳定。 b. 从定性分析向定量化计算是当前发展的主流趋 势。由于巷道围岩稳定性既有定量的因子又有定性的失 稳因素，要融合这些复杂的因素，需要建立合理的数学 区划模型，以准确快速实时地评价围岩稳定状态。 c. 本文研究结果与围岩稳定性的现场实测结 果基本吻合，表明灰色聚类分析这一数学模型在围 岩稳定性的实践研究上是完全可行的。 参考文献 [1] 刘怀恒， 熊顺成. 隧洞衬砌变形及安全预测[J]. 岩石力学与工 程学报，1990，927–11. 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[17] 罗厚枚， 王宏康. 用灰色聚类法综合评价土壤中重金属污染程 度[J]. 北京农业大学学报，1994，202197–202. 上接第 3 页 实际生产中， 用地质块段法估算某块段的煤层资 源/储量，是将若干个内插点与参与该块段的钻孔煤 层厚度数据共同算术平均得到该块段的煤层平均厚 度。 在此， 引入 110 个内插点， 结合 ZK101、 ZK201、 ZK301、ZK302、ZK402 共 5 个钻孔分别来估算一下 该区域的煤层体积，估算结果如表 3。 由表3可以看到 当引入1个内插点参与估算时， 估算的体积相对误差为33.4；当引入 2 个内插点 参与估算时，估算的体积相对误差为22.3；当引 入 5 个内插点参与估算时，估算的体积相对误差为 2.5；当引入 10 个内插点参与估算时，估算的体 积相对误差为–12.9。 即就是说， 当估算钻孔连线与 煤层最低可采边界构成区域的资源/储量时，应该引 进和参与本块段估算钻孔数量相当的内插点， 其估算 结果最为接近准确值。内插点数量越少于钻孔数量 时，会导致估算结果值越偏大；内插点数量越大于钻 孔数量时，会导致估算结果值越偏小。 以图 3 所示为例，6 个内插点实质上应该为钻孔 ZK101–ZK102 连线、 ZK201–ZK202 连线、 ZK301–ZK202 连线、 ZK202–ZK302 连线、 ZK302–ZK203 连线、 ZK402– ZK403 连线与煤层最低可采0.80 m边界线的交点。 3 结 论 a. 对于探矿工程平面分布均匀的勘查区，块段 划分越小，煤层资源/储量估算准确度越高。 b. 对于煤厚分布较均匀而探矿工程平面分布不 均匀的块段，采用三角形划分，可以有效降低煤层资 源/储量估算结果的误差。 c. 对于煤层最低可采边界与探矿工程之间构成 的块段，引入和参与本块段资源/储量估算探矿工程 数量相当的内插点，可近似求得煤层资源/储量。 d. 地质块段划分方法简单易行，易于在实际生 产中很好的实现。 参考文献 [1] 中华人民共和国国土资源部. DZ/T 02152002 煤、泥炭地质 勘查规范[S]. 北京地质出版社，2003. [2] 西安地质矿产勘查开发院. 陕西省陕北侏罗纪煤田榆横矿区芦河 井田勘探报告[R]. 西安西安地质矿产勘查开发院，200980–81. 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