勘探阶段煤层储量精确计算分析

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: TD17713 　　文献标识码: A 　　文章编号: 0253 - 2336 (2004) 12 - 0066 - 03
　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, 如何利用一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分, 然后利用编程对此进行分门别类统计计算。
111 　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、构造展布情况、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。
112 　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。
113 　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种, 任意编号的顺序。

114 　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, 最后分门别类进行统计计算。
115 　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FORTRAN90 , VB 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入控制, 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。
　　KBZ1、KBZ2、．．．、KBZn 分别为不同单元煤的容重控制变量; KTHTA1、KTHTA2、．．．、KTH2TA n 分别为不同单元煤层倾角控制变量; KDC1 为正断层单元控制变量; KDC2 为逆断层单元控制变量; KDC0 为非断层带单元控制变量; KCD1、KCD2 ．．．KCD n 分别为煤质类型1、煤质类型2、．．．、煤质类型n 控制变量; TOL1、TOL2、⋯⋯、TOL n 分别为逆断层和非断层带内不同煤质类型的累计量; TTLO1、TTLO2、．．．、TTLO n 分别为不同煤质类型的累计量; TTOL 为总的累计量。
3 　实例计算
311 　基本概况
　　以某小型煤田为例, 煤田勘探面积为50 km2 ,为二叠系煤系地层, 发育4 号、11 号、13 号三层煤, 其中可采煤层为13 号, 该煤层倾角为10～15°, 厚度在0～3152 m , 煤层北部变化较陡, 而南部较缓, 发育一条大的正断层和一条逆断层, 落差为511～710 m , 勘探期间共施工7 条勘探线, 45个钻孔.

312 　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76 个结点, 其中31 个为内插结点。共分118 个三角形单元 。
313 　插值法对未知结点值的求取
　　利用已知45 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.

314 　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ρ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: ρKCD1 = 1159 t/ m3 , ρKCD2 =1148 t/ m3 , ρKCD3 = 113 t/ m3 , ρKCD4 = 1138 t/ m3 。

315 　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(57 个单元) , 对该煤田4 种不同煤质类型储量分别进行计算.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:
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