煤礦勘探費用

本文格式為Word版，下載可任意編輯——煤礦勘探費用本文表達了空間最優(yōu)估計的理論根基、實現(xiàn)步驟及其特點，在分析煤礦地質(zhì)工程區(qū)域變量特點根基上，論述了空間最優(yōu)估計理論在煤礦地質(zhì)工程運用的可行性及遠大前景。從鉆孔優(yōu)化設(shè)計、儲量計算等方面細致闡述了其理論在煤礦地質(zhì)中的概括運用，并對其存在的問題舉行總結(jié)，提出了一些建議與展望。

空間最優(yōu)估計；煤礦地質(zhì)；地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)；區(qū)域化變量

1、引言

地質(zhì)體是在漫長的地質(zhì)時代經(jīng)過多種地質(zhì)作用而形成，其及其所附屬的參數(shù)在空間分布存在著不確定性和不平勻性，在確定的空間幾何領(lǐng)域內(nèi)具有空間變異性，目前采用的經(jīng)典概率統(tǒng)計理論和估值方法來描述此類問題展現(xiàn)以下方面問題：①經(jīng)典概率論要求研究樣本相互獨立，可無限次重復(fù)試驗，且按照某已知的概率分布，而地質(zhì)變量往往在空間上具有確定的相關(guān)性，只能一次實現(xiàn)，且在空間分布上具有方向和空間位置的布局差異性，即既有隨機性又有布局性；②經(jīng)典估值方法（線性差值，趨勢面分析等）都是沒有考慮到數(shù)據(jù)布局和其有效空間范圍，也沒考慮到觀測值本身的離散性。針對以上問題，上世紀70年頭提出一種以地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)為根基理論空間最優(yōu)估計方法，該方法是在對變量舉行區(qū)域統(tǒng)計和布局分析的前提下，確定參數(shù)據(jù)點的范圍后舉行的一種無偏最優(yōu)曲面估值。該方法引入我國后廣泛運用與油田、農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)普查、巖土勘查等領(lǐng)域中，本文就該方法在煤礦地質(zhì)工程中的運用作一些闡述。

2、空間最優(yōu)估計理論根基及其實現(xiàn)

2.1地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)理論

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)首先由南非礦山工程師D.GKrige提出，后經(jīng)法國學(xué)者G.Matheron整理創(chuàng)立，它是以區(qū)域化變量（RegionaliedVariable）為根基，以變異函數(shù)為（Variogram）為根本工具，以克里金法（Kriging）為根本方法，研究在空間分布上既有隨機性又有布局性的自然現(xiàn)象的空間信息統(tǒng)計學(xué)。

2.1.1區(qū)域化變量

區(qū)域化變量指以空間點x的三個直角坐標（xu，xv，xw）為自變量的隨機場Z（xu，xv，xw）=z（x）的變量。區(qū)域化變量在觀測前可以看作是一隨機場，觀測后可認為的隨機場在空間某點的一次實現(xiàn)，是一空間點的普遍實函數(shù)（即在概括的坐標上有一個概括的值），從而具有了二重性。

其隨機場均值函數(shù)可表示為：

（1）

方差函數(shù)為：

（2）

2.1.2變異函數(shù)

空間點x在一維x軸上變化時，把區(qū)域化變量在x、x+h處的值Z（x）與Z（x+h）的方差之半定義為區(qū)域化變量Z（x）在x軸方向上的變異函數(shù)，并記為，它是地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的根本計算工具，當Z（x）符合平穩(wěn)假設(shè)，即Z（x）在整個研究區(qū)域內(nèi)期望處在且等于一常數(shù)m，可用Z（x）的數(shù)學(xué)期望表示，即：

（3）

實際工作中得到的空間實現(xiàn)對是具有確定距離的離散點，被向量h分割的每一對數(shù)據(jù)[Z（x），Z（x+h）]可以看成是一對隨機變量Z（x1），Z（x2）的一個不同實現(xiàn)，變異函數(shù)的估計量—測驗變異函數(shù)可表示為：

（4）

測驗變異函數(shù)擬合成隨距離h變化的曲線常見模型如圖2所示，其中α為變程值，反映變量變化的影響范圍；C0為塊金常數(shù)，反映微觀布局變化和觀測誤差帶來的隨機成分；C為拱高，反映變量最大布局變化；C0+C為基臺值，反映在確定方向上變量布局變化和隨機變化的總和。

2.2布局分析

當研究的區(qū)域化變量是一平面二維或空間三維變量，且表現(xiàn)出各向異性和尺度效應(yīng)時，其變異函數(shù)不僅受距離h影響，而且在不同方向θ上表現(xiàn)也不同，因此要將不同距離和方向上的變異性組合起來舉行布局分析才能全面的了解區(qū)域化的變異性。平面布局分析可用圖2流程來概括：

2.3Kriging差值

對于位于x0處區(qū)域化變量Z（xi）的待估值Z*（x0）是周邊信息值Z（xi）的加權(quán)線性組合。即：

（5）

式中，待定權(quán)系數(shù)。求解要求得志無偏條件并保證估計方差最小。該條件極值問題求解通常要用拉格朗日乘數(shù)法：令

（6）

求F對λ和μ的偏導(dǎo)數(shù)，令其等于零有：

（7）

根據(jù)無偏條件解得：

（8）

此方程稱為普遍Kriging方程，其方程估計方差如下

（9）

3、煤礦地質(zhì)中主要運用

3.1煤礦地質(zhì)中區(qū)域變量分析

煤礦勘探和生產(chǎn)中也遇到好多區(qū)域變量問題，如地下水位、基巖標高、煤層厚度、巖石力學(xué)參數(shù)、水文地質(zhì)參數(shù)等，根據(jù)繁雜程度依次將此分為三類：（一）實現(xiàn)穩(wěn)定，但空間上隨機。如基巖標高、煤層厚度等。這類變量有鉆孔實現(xiàn)的可認為是一常量，但在沒有鉆孔操縱區(qū)域是隨機變量。（二）實現(xiàn)離散，空間上也隨機。如含水層組厚度、水文地質(zhì)參數(shù)、巖石力學(xué)參數(shù)等。這類變量由于我們的技術(shù)水平和個人閱歷不同造成在實現(xiàn)的的值也是一區(qū)間變量，在空間分布上更是隨機。（三）時—空上多元隨機。如地下水位、采動影響帶的各類參數(shù)。這一類參數(shù)不僅表現(xiàn)出空間上的隨機性，在不同時刻也是隨機變化的。

3.2主要運用

在實際煤礦地質(zhì)中可按圖3所示的流程舉行，以下就鉆孔布置優(yōu)化、勘探資料整合、儲量計算三個典型運用作分別表達。

3.2.1鉆孔布置優(yōu)化

在煤田勘探中鉆探是最為有效和切實的勘探手段，但其費用昂貴，并且其揭露的是離散的點信息，通過無限制擴大鉆探來揭露全區(qū)地質(zhì)信息是不切實際的。我們要通過有限的鉆孔來揭露最多的地質(zhì)信息，就要對鉆孔舉行合理布置。由于地質(zhì)構(gòu)造的存在，地質(zhì)信息表現(xiàn)處空間變異和地區(qū)差異，對于變異程度大的局部這就要求多數(shù)鉆孔來操縱。因此在勘探工程中，在一期鉆探工程終止后利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)對各地質(zhì)變量舉行變異分析，找出變異最為猛烈地區(qū)，確定好再添加鉆孔的最正確位置，為下一期鉆探布置供給指導(dǎo)，或?qū)υ胁贾迷O(shè)計舉行優(yōu)化。

3.2.2勘探資料整合

煤田勘探和生產(chǎn)中除了鉆探外，也要舉行地震勘探、電法勘探等間接輔佐勘探手段。這些物探方法可以線和面的形式連續(xù)的放映地質(zhì)信息，但由于物探的多解性使其揭露的信息具有很大的不確定性和變化區(qū)間，因此在實際工作中要對不同途徑的勘探信息舉行整合。物探可以認為反映的是區(qū)域化地質(zhì)變量隨機場在空間上的變異處境，即其布局性；鉆探可認為是變量隨機場在鉆孔處的一次實現(xiàn)。這樣就利用隨機場有限的操縱實現(xiàn)和空間的走勢規(guī)律就可推導(dǎo)出全區(qū)內(nèi)的該變量分布，達成多種勘探資料的整合分析目的。

3.2.3儲量計算

傳統(tǒng)的儲量計算方法是對煤層按構(gòu)造、煤層埋深水對等舉行塊段劃分，利用一塊段內(nèi)煤厚跨度中間值作為該塊段的煤厚代表值計算出各子塊段的儲量，將各子塊段的儲量累計即可得到全區(qū)儲量。儲量等級反映了儲量值的穩(wěn)當程度，主要由構(gòu)造密度、鉆孔密度及煤層布局等指標來抉擇。其實，煤炭儲量可認為是煤厚在確定分布面積上的累計，這樣我們就可以利用空間最優(yōu)估計方法對煤層厚度舉行高精度、高密度節(jié)點估值，生成一高次厚度曲面，此曲面在煤層面積上積分就是煤炭儲量。利用該方法實現(xiàn)了劃分塊段無限小的目的，其厚度值也是一塊段最優(yōu)估計值，從而計算出的儲量穩(wěn)當性要較傳統(tǒng)方法求取值高。同樣利用煤厚的估值殘差分布處境也可確定煤層的空間變異程度和煤厚的波動范圍，據(jù)此可確定儲量的等級分布和儲量計算誤差范圍。

4、結(jié)論與建議

綜上所