На правах рукописи

Рогова Тамара Борисовна

ГОРНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

ДОСТОВЕРНОСТИ ЗАПАСОВ

УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ КУЗБАССА

Специальность: 25.00.16 –

«Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология,

геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург–2013 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева»

Научный консультант – доктор технических наук, доцент Шаклеин Сергей Васильевич

Официальные оппоненты: Гальянов Алексей Владимирович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», профессор кафедры маркшейдерского дела Калинченко Владимир Михайлович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет», заведующий кафедрой маркшейдерского дела и геодезии Редькин Геннадий Михайлович, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет имени В.Г. Шухова», заместитель заведующего кафедрой прикладной математики

Ведущая организация – ОАО «Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела – Межотраслевой научный центр ВНИМИ»

Защита состоится « 19 » декабря 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат диссертации разослан «_» 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Багазеев В. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Утвержденная Правительством Российской Федерации долгосрочная Программа развития угольной промышленности России на период до 2030 года предусматривает ориентацию международной деятельности по обеспечению развития сырьевой базы угольной промышленности и рационального недропользования на гармонизацию международных и национальных стандартов в области учета и подсчета ресурсов и запасов углей. Решение поставленной задачи должно обеспечить эффективное стимулирование инвестиционного процесса при максимальном использовании потенциальных конкурентных преимуществ российских угольных компаний.

Требования действующей Классификации запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых Российской Федерации по обязательному использованию при оценке достоверности запасов количественных методов позитивно оцениваются мировым сообществом оценщиков недр и закреплены в согласованном 31.10.2011 Комитетом по разработке международных стандартов публичной отчетности о запасах твердых полезных ископаемых (CRIRSCO) Российском Кодексе публичной отчетности о результатах геологоразведочных работ, ресурсах и запасах твердых полезных ископаемых, имеющем международный статус.

Однако применительно к угольным месторождениям известные подходы к количественной оценке достоверности запасов ориентированы только на анализ информации по вновь разведанным месторождениям и исключают возможность учета имеющегося опыта ведения горных работ в условиях действующих предприятий. Поэтому оценку достоверности горно-геометрического моделирования угольных месторождений необходимо развивать в направлении возможности их применения именно в условиях эксплуатируемых месторождений, что обеспечит объективную геолого-промышленную оценку запасов и повышение эффективности опережающего геологического изучения недр (эксплуатационной разведки) в пределах горных отводов.

Специфика горного производства, состоящая в непрерывном перемещении фронта горных работ в пространстве переменных условий подземной среды, предопределяет необходимость постоянной адаптации методики оценки достоверности запасов к изменяющимся условиям на основе накопления и анализа результатов сопоставления данных разведки с фактическими данными эксплуатации.

Особо значима эта задача для Кузбасса, минерально-сырьевая база действующего шахтного и карьерного фонда которого преимущественно развивается путем прирезки новых запасов к существующим полям предприятий.

В связи с этим современное состояние и стратегия дальнейшего развития угольной отрасли Кузбасса и России позволяют рассматривать разработку методов горно-геометрической оценки достоверности запасов действующих угледобывающих предприятий, направленных на получение объективных, постоянно уточняемых по мере развития горных работ оценок состояния их минерально-сырьевой базы, в качестве актуальной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение.

Объект исследования – минерально-сырьевая база действующих угледобывающих предприятий Кузбасса.

Предмет исследования – степень соответствия (достоверности) геометрических представлений о месторождении, полученных по данным геологоразведочных работ с фактическими данными отработки (эксплуатации).

Цель работы – исследование зависимости достоверности горногеометрических моделей угольных пластов от неоднозначности, проявляющейся при их построении.

Идея работы состоит в использовании зависимости геометрической интерпретации полей геологических показателей от плотности разведочной сети и сложности строения геологического объекта, интегральным показателем совместного влияния которых является неоднозначность горно-геометрической модели.

Задачи исследований:

– установить зависимость погрешности горно-геометрической модели от уровня ее неоднозначности в условиях эксплуатируемых угольных месторождений;

– разработать методику количественного определения достоверности запасов угледобывающих предприятий, обеспечивающую непрерывную оценку состояния их сырьевой базы;

– разработать методику прогнозирования значимых для угольных месторождений факторов: погрешности среднего значения признака блочной модели;

полноты изучения дизъюнктивной нарушенности; погрешностей планового положения изолиний признаков; объема списаний запасов;

– разработать рекомендации по использованию результатов теоретических исследований по оценке достоверности запасов на угледобывающих предприятиях Кузбасса;

– разработать нормативное и программное обеспечение оценки достоверности запасов угледобывающих предприятий и обучающий компонент его кадрового сопровождения.

Соответствие темы диссертации требованиям паспорта специальности подтверждается пунктами 9, 10 и 17 области исследований специальности 25.00.16 «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр».

Научные положения, выносимые на защиту:

– достоверность горно-геометрических моделей угольных пластов, количественно оцениваемая с учетом производственной значимости их абсолютных или относительных погрешностей, находится в прямой линейной зависимости от степени неоднозначности моделей, оцениваемой погрешностями интерполяции, параметры которой имеют индивидуальные значения для различных месторождений;

– уровень занижения дизъюнктивной нарушенности месторождений Кузбасса, оцениваемой отношением суммарной протяженности нарушений к площади участка (коэффициентом А. С. Забродина), находится в прямой зависимости от степени неоднозначности моделей гипсометрии пластов;

– использование количественных оценок неоднозначности моделей гипсометрии, построенных по данным пунктов маркшейдерских сетей, позволяет прогнозировать местоположение и амплитуды разрывных нарушений.

Научная новизна работы заключается:

– в установлении прямой линейной зависимости погрешности горногеометрической модели от степени ее неоднозначности, проявляющейся еще на стадии горно-геометрического моделирования;

– в разработке метода оценки погрешности горно-геометрических моделей угольных пластов по степени их неоднозначности для эксплуатируемых месторождений, позволяющего адаптироваться к конкретным горно-геологическим условиям;

– в разработке ранговых оценок достоверности запасов угледобывающих предприятий, отличающихся формализованной системой учета опыта эксплуатации при оценке погрешности горно-геометрических моделей и уровня их промышленной значимости;

– в разработке методов прогнозирования значимых для угольных месторождений факторов, отличающихся использованием количественных оценок степени неоднозначности моделей и возможностью их адаптации к конкретным горно-геологическим условиям действующих угледобывающих предприятий;

– в разработке метода прогнозирования разрывных нарушений угольных пластов путем уравнивания сети наблюдений, отличающегося использованием координат пунктов маркшейдерских сетей, линейной интерполяции отметок пласта и многократного перекрытия оценочных блоков.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий:

– анализ и обобщение научно-технической информации в области количественной оценки достоверности запасов твердых полезных ископаемых;

– методы построения моделей скрытых топографических поверхностей;

– методы математической статистики и распознавания образов для установления зависимостей погрешностей моделей, объемов списания запасов и полноты выявления дизъюнктивной нарушенности геологоразведочными работами от степени неоднозначности горно-геометрических моделей;

– методы теории погрешностей измерений для оценки достоверности горно-геометрических моделей и прогноза разрывных нарушений угольных пластов;

– обработку информации с выполнением многоэтапных и циклических расчетов с использованием компьютерных программ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:

– использованием в качестве основы оценки неоднозначности горногеометрических моделей подходов, подтвердивших свою эффективность в результате широкого опыта внедрения и признанных органами государственной геологической экспертизы;

– применением апробированных методов математической статистики и корреляционного анализа к представительному объему статистических материалов результатов разведки и эксплуатации по объектам, расположенным в семи геолого-экономических районах Кузбасса;

– удовлетворительной степенью сходимости расчетных и фактических значений оценок погрешностей моделей и удовлетворительным (60–95 %) совпадением положения фактических и прогнозируемых разрывных нарушений.

Личный вклад автора состоит:

– в постановке задачи, сборе исходных материалов и установлении зависимости погрешностей горно-геометрических моделей угольных пластов от степени их неоднозначности;

– в разработке метода оценки достоверности запасов эксплуатируемых угольных месторождений, алгоритмов компьютерной программы его реализации и их апробации;

– в установлении зависимостей погрешностей планового положения изолиний, полноты изучения малоамплитудной дизъюнктивной нарушенности, оценки погрешности среднего значения признака, определенного по малому числу измерений, оценки ожидаемого объема списаний и неподтверждений запасов от степени неоднозначности горно-геометрических моделей;

– в обосновании дополнительного ограничения на вытянутость оценочных блоков;

– в определении допустимого для конкретного предприятия ранга (категории) достоверности запасов с использованием предложенного порядка определения их технологичности;

– в разработке метода прогнозирования разрывных нарушений угольных пластов на основе использования координат пунктов маркшейдерских сетей;

– в формировании государственных и корпоративных направлений использования результатов горно-геометрического мониторинга, в том числе по созданию промышленной классификации достоверности запасов;

– в разработке нормативного обеспечения и обучающего компонента кадрового сопровождения мониторинга достоверности запасов.

Научная значимость результатов работы состоит:

– в формировании концепции оценки достоверности запасов эксплуатируемых угольных месторождений, основанной на установленной связи между погрешностями горно-геометрического моделирования и неоднозначностью его результатов;

– в разработке метода оценки фактической нарушенности угольных пластов и метода прогнозирования местоположений и амплитуд разрывных нарушений;

– в развитии ранговой оценки достоверности запасов угледобывающих предприятий.

Практическая значимость работы состоит:

– в разработке Методических рекомендаций по проведению количественной оценки степени соответствия геологических моделей месторождения угля его истинному состоянию, рекомендованных к практическому применению протоколом ЭТС ФБУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых»

от 22.07.2007 и протоколом ЭТС Российского центра персональных компетенций в области недропользования «Общество экспертов России по недропользованию»

от 17.05.2011, согласование которого является обязательным условием практического применения количественных методов оценки достоверности запасов при проведении международной их экспертизы в соответствии с требованиями п. Российского Кодекса публичной отчетности о результатах геологоразведочных работ, ресурсах и запасах твердых полезных ископаемых;

– в разработке Методики горно-геометрического прогнозирования разрывных нарушений угольных пластов в контуре подготовленного выемочного столба, утвержденной в 2009 г. Институтом угля и углехимии СО РАН и Научно-исследовательским институтом горной геомеханики и маркшейдерского дела – Межотраслевым научным центром ВНИМИ;

– в разработке методики оценки достоверности запасов угледобывающих предприятий, отвечающей требованиям международной системы оценки горного бизнеса и исключающей возможность занижения инвестиционной привлекательности национальной угольной промышленности;

– в возможности использования результатов исследования для обеспечения надлежащего исполнения угледобывающими предприятиями государственных требований по опережающему геологическому изучению недр, обеспечению их безопасного и рационального освоения, а также для организации государственного контроля исполнения указанных требований;

– во внедрении полученных научных результатов разработанного нормативного и компьютерного обеспечения в учебный процесс и в подготовке более 120 выпускников Кузбасского государственного технического университета к практической реализации технологии мониторинга достоверности запасов.

Реализация работы. Разработанные методы, алгоритмы и программное обеспечение использовались для выполнения оценки достоверности запасов при подготовке прошедших государственную геологическую экспертизу геологических отчетов по 12 участкам Кузбасса: «Ананьинский Западный», «Виноградовский», «Глушинский», «Ерунаковский IV», «Заречный Беловский», «Колмогоровский Глубокий», «Латышевский», «Лутугинский», «Поле шахты Майская», «Беловский Первоочередной», «Шахта № 12» и «Щегловский», а также при выполнении оценок запасов в интересах отечественных и турецких бизнесс-структур по участкам «Комаровский», «Поле шахты Плотниковская», «Шахта Денисовская», «Жерновский-1», «Шахта КолмогоровскаяШахта Ольжерасская», «Новоказанский-2», «Степановский».

Метод прогноза дизъюнктивных нарушений применялся Кемеровским Представительством ВНИМИ при подготовке заключений по готовности к вводу в действие более 30 новых выемочных столбов шахт: «Анжерское шахтоуправление», «Антоновская», «Егозовская», «Красноярская», «Костромовская», «Кыргайская», «Ольжерасская», «Талдинская-Южная», «Томская», «Чертинская Коксовая», «Чертинская Южная».

Научные результаты исследований используются в учебном процессе Кузбасского государственного технического университета при изучении дисциплин «Горно-геометрический мониторинг геотехногенных систем», «Оценка риска пользования недрами». Содержащие их учебные пособия «Оценка риска пользования недрами» (с грифом УМО, 2009), «Подсчет запасов угольных месторождений» (с грифом УМО, 2010) используются в учебном процессе студентами специальностей горного профиля ГУ КузГТУ и специалистами геолого-маркшейдерских служб угледобывающих предприятий.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на всесоюзной научно-технической конференции «Теория и практика проектирования, строительства и эксплуатации высокопроизводительных подземных рудников» (Москва, 1990), VIII Международной научно-практической конференции «Перспективные технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2001), Х Всероссийской конференции с участием иностранных ученых «Проблемы мониторинга окружающей среды» (Кемерово, 2009), Восьмой Международной научно-технической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов (Красноярск, 2010), XII научнопрактической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности (Кузбасский международный угольный форум–2010)» (Кемерово, 2010), VI Российско-Китайском симпозиуме «Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений» (Кемерово, 2010), Международной конференции «Россия и международные стандарты отчетности о ресурсах/запасах твердых полезных ископаемых»

(Москва, 2010), научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2011), ХIII Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. СИБРЕСУРС 2010» (Кемерово, 2010), IX Международной научно-практической конференции «Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования» (Новочеркасск, 2010, 2011), Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2011), III Международной научно-технической конференции «Горная геология, геомеханика и маркшейдерия» (Донецк, 2011), Двадцатом Международном симпозиуме по планированию горных работ и выбору оборудования «MPES 2011»

(Алматы, 2011).

Публикации. Автором опубликованы 104 научные работы. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 43 научных работах, из которых 21 (объемом 4,57 печатных листа автора) – в рецензируемых научных журналах и изданиях перечня ВАК, 15 – в материалах международных конференций и симпозиумов (3,72 печатных листа автора) и в одной монографии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, изложена на 322 страницах машинописного текста, содержит 97 рисунков, 30 таблиц, список литературных источников из 179 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современные подходы к оценке достоверности запасов Кузнецкий угольный бассейн является основным угледобывающим регионом России, нераспределенный фонд разведанных участков которого попрежнему обладает высоким потенциалом. Горно-геологические условия залегания угольных пластов бассейна весьма разнообразны и по многим направлениям вобрали в себя весь потенциально возможный для угольных месторождений спектр геологических и технологических особенностей, что позволяет использовать полученные в ходе исследований результаты и методические подходы к оценке достоверности запасов и в иных регионах страны.

Качество используемых при проектировании и планировании развития горных работ горно-геометрических моделей фактически полностью определяет уровень соответствия принятых проектных и технологических решений реальным условиям подземной среды, а, следовательно, и эффективность угледобывающего производства.

Оценка точности горно-геометрических моделей месторождений является обязательным завершающим этапом их геометризации и формирует представления о достоверности запасов полезных ископаемых, которую принято характеризовать в форме присвоения им интегральной ранговой характеристики – категории разведанности.

Многолетняя работа отечественных и зарубежных ученых, таких как П. П. Бастан, В. А. Букринский, Г. И. Вилесов, А. В. Гальянов, В. М. Гудков, В. В. Ершов, В. М. Калинченко, В. И. Кузьмин, Д. Крайг, А. М. Марголин, Ж. Матерон, З. Д. Низгурецкий, А. И. Осецкий, Л. М. Петровский, И. И. Попов, П. А. Рыжов, П. К. Соболевский, И. Н. Ушаков, И. В. Францкий, С. В. Шаклеин, И. П. Шарапов и другие, привела к созданию ряда эффективных методов численной оценки достоверности горно-геометрических моделей. Значительный вклад в изучение проблемы оценки достоверности геологоразведочной информации и ее вероятностного характера внесли В. В. Богацкий, М. Н. Денисов, А. В. Гальянов, А. Б. Каждан, Л. П. Кобахидзе, И. Д Коган, Н. И. Поздняков, С. Н. Регентов, Г. М. Редькин, Е. О. Погребицкий, Г. С. Поротов, В. И. Терновой, Ю. Т. Усиков, М. С. Хитрик, Л. И. Четвериков и многие другие.

Особенно глубоко разработаны в настоящее время вероятностностатистические и геостатистические методы, которые весьма эффективно применяются в условиях рудных и россыпных месторождений. Однако в связи со спецификой оцениваемых признаков и незначительным объемом имеющейся информации в качестве подхода, наиболее приемлемого для оценки достоверности запасов угольных месторождений, следует признать геометрический подход, ориентированный на изучение в пределах малоразмерного участка некоторых наперед известных геометрических условий.

Практическая необходимость оценки достоверности запасов малоразмерных участков привела к разработке крайне малочисленных специальных методов, в той или иной степени реализующих идеи, заложенные в теории геохимического поля П. К. Соболевского. Наиболее значимыми из них являются «красные числа» А. И. Осецкого и критерии разведанности С. В. Шаклеина. Подход последнего, состоящий в определении количественной степени неоднозначности анализируемой модели и последующем переходе к ранговой оценке ее достоверности, прошел успешную апробацию и признан российской горногеологической общественностью и органами государственной геологической экспертизы.

Этот подход ориентирован на оценку достоверности запасов только по геологоразведочным данным и не предусматривает возможность использования опыта последующей эксплуатации.

Анализ современного состояния проблемы оценки достоверности запасов угольных месторождений позволяет сделать следующие основные выводы:

– существующие количественные геометрические методы оценки достоверности моделей пластов угольных месторождений не позволяют учесть полученный в ходе эксплуатации опыт ведения горных работ и не обеспечивают выполнение оценки ряда значимых для угольной отрасли факторов (объема списаний запасов, погрешностей планового положения изолиний, погрешности среднего значения признака блочной модели, полноты изучения дизъюнктивной нарушенности), что снижает эффективность их применения для условий действующих предприятий;

– учет полученного в ходе эксплуатации опыта ведения горных работ при выполнении количественной оценки достоверности запасов возможен только за счет использования зависимости между неоднозначностью горногеометрической модели и ее погрешностью:

– оценку достоверности запасов действующих угледобывающих предприятий целесообразно осуществлять на основе организации специального горно-геометрического мониторинга достоверности запасов с целью обеспечения адаптации методики прогноза погрешности горно-геометрической модели к постоянно изменяющимся горно-геологическим условиям конкретных предприятий.

Метод прогнозирования погрешности горно-геометрической модели Для выполнения оценки достоверности запасов эксплуатируемых месторождений предложен подход, обеспечивающий установление:

– взаимосвязи между степенью неоднозначности (критериями разведанности) и погрешностями моделей;

– уровня погрешностей, соответствующего требованиям различных категорий запасов в условиях конкретного предприятия с учетом «чувствительности» применяемых технологий к погрешностям используемых горногеометрических моделей.

Прогнозирование погрешности горно-геометрической модели можно осуществлять с использованием полученных по геологоразведочным данным критериев разведанности С. В. Шаклеина ( – ламбда-критерия для гипсометрии, – абсолютного дельта-критерия для остальных признаков):

где Kg и Kр – коэффициенты перехода от степени неоднозначности к погрешности модели, величина которых для конкретного геологического объекта определяется заданным уровнем вероятности.

Значения коэффициентов Kg и Kр определяются на основе обработки результатов сопоставления данных горных и разведочных работ. Для этого в пределах отработанного контура по каждому из выделяемых для расчета критериев разведанности оценочных блоков, представляющих собой четырехугольные ячейки сети разведочных скважин, рассчитываются критерии разведанности и фактические погрешности горно-геометрической модели RF.

В качестве фактической погрешности RF принята величина, характеризующая степень несовпадения построенной по данным разведки горно-геометрической модели признака с его реальным размещением, установленным в ходе ведения горных работ. Собственно величина RF определяется как среднеквадратическое отклонение ожидаемой топоповерхности признака от фактической.

Расчет ожидаемых погрешностей R осуществляется по формуле (1) при различных значениях коэффициентов Kg или Kр. По результатам расчетов для каждого варианта значений коэффициента подчитывается число блоков (частота), для которых фактическая погрешность не превышала расчетную, а также частость этого события, которую можно рассматривать как эмпирическую вероятность. Затем осуществляется построение графика зависимости вероятности от принятой величины коэффициента (рисунок 1). По графику, задаваясь требуемым уровнем вероятности, можно определить соответствующее ему значение коэффициента Kg (Kр).

Реализация приведенной схемы определения коэффициентов Kg и Kр предполагает обязательный учет и исключение имеющих место систематических погрешностей в геологоразведочных данных.

Установлено, что существующие требования к приемлемой форме четырехугольника сети геологоразведочных измерений, в пределах которого производится расчет критериев разведанности, не являются исчерпывающими, что в ряде случаев приводит к существенному и неоправданному завышению уровня достоверности запасов. Предложено дополнить перечень ограничений понятием «вытянутость» оценочного блока В, под которой понимается отношение длин самых протяженных его сторон к длинам коротких.

Для определения предельной вытянутости блоков были использованы материалы по пластам шахт «Антоновская», «Березовская», «Первомайская», «Красноярская», «Ольжерасская», «Костромовская», которые имеют различные сложность строения, нарушенность и разведанность.

только одна из ветвей которой отвечает зависимости значения критериев от площади оценочных блоков. Вторая, «горизонтально» расположенная ветвь формируется «случайными» значениями критериев. Между двумя ветвями объективно присутствует переходная зона. В качестве предельно допустимой вытянутости В предложено использовать величину, соответствующую точке перехода первой ветви в переходную зону, которая по результатам исследований никогда не превышает вытянутость В, равную 4. Введение понятия «вытянутость» оценочного четырехугольного блока сети скважин повышает достоверность оценок, расширяет возможность применения критериев разведанности вплоть до стадии оценочных работ.

Установление необходимого объема статистического материала для определения коэффициентов перехода от степени неоднозначности к погрешностям модели выполнено на основе изучения динамики коэффициентов по мере роста количества используемых оценочных блоков, начиная с четырех (рисунок 3).

Представленный на рисунке пример отображения результатов исследований в графическом виде иллюстрирует общую выявленную закономерность, состоящую в том, что по мере роста количества использованных блоков, значения коэффициентов Kg и Kр, достаточно резко изменяющиеся при малом количестве блоков, стабилизируются при использовании 20 и более блоков.

Предложенная схема определения коэффициентов Kg и Kр учитывает наличие технических погрешностей в исходных параметрах и предполагает, что их значения объективно не могут быть меньше некоторых наперед известных значений. В связи этим обучающая выборка, служащая основой для определения коэффициентов, фактически включает две группы разнородных данных:

с высоким уровнем технических погрешностей (группа малых критериев) и с незначимой степенью их влияния. В работе обоснована верхняя граница значений малых критериев L для гипсометрии (2–4 м в зависимости от глубины залегания и углов падения), мощности пластов (0,3 м и для весьма тонких и тонких – 0,1 м), а также выхода летучих компонентов, толщины пластического слоя, зольности угля и пласта.

Доказано, что в случае наличия в выборке каждой группы представительных по количеству сопоставлений, коэффициенты перехода должны индивидуально рассчитываться для каждой из них: для «малых» Kм и «больших» Kб значений критериев. Если объем выборки не позволяет осуществить ее разделение на две, то определяется единственное значение коэффициента при предварительной замене всех «малых» критериев на граничное значение L.

Учитывающий результаты исследований алгоритм выполнения оценки точности геологоразведочных работ представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Алгоритм определения ожидаемой погрешности горно-геометрической модели гипсометрии угольного пласта В качестве исходных данных для прогноза погрешностей R используются критерии разведанности, а также их граничное значение L, которое, при отсутствии разделения массива на «малые» и «большие» критерии, в алгоритме условно принято равным нулю.

Доказано что результаты сопоставления данных горных и разведочных работ в оценочных блоках, внутри которых расположены выявленные геологоразведкой разрывные нарушения, следует использовать для расчета коэффициентов перехода от степени неоднозначности к погрешности только при соблюдении определенных условий. Не должны учитываться оценочные блоки, в пределах которых расположены выявленные геологоразведкой разрывные нарушения с вертикальной амплитудой, превышающей рассчитанную на основании установленной зависимости между погрешностью гипсометрического плана и амплитудой нарушения.

Горно-геометрический мониторинг достоверности запасов Оценка возможности прогнозирования коэффициентов перехода от степени неоднозначности к погрешности модели была выполнена по материалам горных работ 15 пластов, в пределах которых коэффициенты изменялись в широких пределах: Kg от 0,5 до 1,55; Kр от 1,1 до 3,5.

В результате исследований не установлено каких-либо значимых зависимостей коэффициентов от степени изменчивости признаков и плотности сети наблюдений, что предполагает необходимость их индивидуального определения для каждого предприятия в режиме мониторинга.

Установление значения погрешностей, соответствующих требованиям различных категорий запасов в условиях конкретного предприятия, является необходимым в связи с тем, что одному и тому же уровню погрешности модели может, в зависимости от применяемых горных технологий, соответствовать различная категория достоверности запасов. Поэтому установление допустимого уровня погрешности горно-геологической модели для различных категорий разведанности рассматривается как одна из ключевых задач мониторинга достоверности запасов.

Решение этой задачи предполагает наличие обучающего модуля (обеспечивающего получение необходимых данных по материалам отработанной части пласта) и модуля прогноза (обеспечивающего применение полученных в первом модуле данных для уточнения оценок в пределах неотработанной части пласта). Обучающий модуль должен, опираясь на опыт эксплуатации, установить уровень погрешностей моделей (а, соответственно, и величин критериев разведанности), при котором они не сказывались на результатах ведения горных работ. Запасы такой степени разведанности следует квалифицировать по категории А.

В качестве признака незначимости погрешностей геометризации всей совокупности используемых моделей принят критерий: достижение техникоэкономических показателей работы, предусмотренных проектом.

Порядок поиска таких предельных погрешностей, например, для условий подземной добычи угля состоит в том, что на план горных работ наносятся все оценочные четырехугольные блоки, в пределах которых не было отмечено значимого влияния погрешности признака на уровень расчетных техникоэкономических показателей работы очистного забоя. Значения ожидаемых погрешностей каждой из используемых моделей определяются по результатам мониторинга, исходя из полученных критериев разведанности и коэффициентов перехода. Предельная допустимая погрешность геометризации каждого признака для категории А устанавливается по наибольшему значению, отмеченному во всех отработанных оценочных блоках, в пределах которых плановые показатели соответствовали ожидаемым.

Уровень предельной погрешности изучения запасов категории В (контура запасов с повышенным горным риском освоения) предлагается устанавливать с учетом ранее принятого отношения значений критериев, являющихся границами между категориями, т. е. путем умножения полученного для категории А максимального значения на коэффициент 1,9.

Распространение полученных в пределах отработанного контура рекомендуемых границ между категориями запасов на еще не отработанные участки правомерно только в случае близости их геологических условий и технологии ведения горных работ. Особое значение доказательство такой правомерности имеет для условий подземной добычи угля, осуществляемой в Кузбассе преимущественно с использованием длинностолбовой системы разработки с оснащением очистного забоя высокопроизводительными механизированными комплексами, составляющей около 93 %.

В качестве «строгого» критерия такой правомерности предложено использовать близость уровня технологичности запасов отрабатываемого и оцениваемого контуров. Традиционно под технологичностью запасов понимают степень соответствия природных условий разработки угольных пластов требованиям наиболее экономичной и эффективной технологии их выемки. Собственно технологичность определяется совокупностью горно-геологических факторов, осложняющих, в зависимости от их проявления или сочетания, процесс угледобычи.

Для целей установления степени технологичности запасов предлагается использовать методику автора, которая прошла успешную апробацию в условиях Кемеровского, Анжерского и Ленинского геолого-экономических районов Кузбасса, характеризующихся широким диапазоном изменения горно-геологических условий. Методика ориентирована на количественную оценку технологичности, что повышает уровень объективности формируемых суждений.

Показатель технологичности участка пласта Т определяет величина, представленная в относительном виде. Значения технологичности в интервале от 0 до 0,2 характерны для нарушенных участков угольного пласта, когда одновременно с тектонической сложностью проявляются повышенные водопритоки при относительно неустойчивой кровле и низкой несущей способности почвы.

Участкам пласта со степенью технологичности более 0,6 соответствует низкая информативность большинства горно-геологических факторов, при одновременном проявлении не более двух из них.

Установленные линейные зависимости (рисунок 5) между показателями технологичности пласта (Т) и технико-экономическими показателями работы механизированных забоев позволяют определить диапазон показателя технологичности Т, в пределах которого технико-экономический показатель изменяется незначимо, а запасы в пределах этого диапазона являются технологически и геологически однородными.

Рисунок 5 – Зависимости технико-экономических показателей от технологичности запасов Т: а – нагрузки на очистной забой Н; б – производительности труда рабочего на выход П Учитывая степень отклонения фактической и расчетной технологичности запасов для одного и того же технико-экономического показателя, среднее значение Т можно принять равным 0,3. Наглядно характер изменения технологичности на площади пласта представляет ее топоповерхность (рисунок 6). При Т, равном 0,3, запасы между изолиниями 0,2–0,5 и 0,5–0,8 следует считать технологически однородными и в расчеты коэффициентов перехода Kg и Kр принимать оценочные блоки в пределах выделенного участка. Полученные коэффициенты могут распространяться на неотработанные контуры, имеющие аналогичный уровень технологичности. Расчеты и построение топофункций технологичности запасов достаточно трудоемки. Поэтому для объектов относительно низкой и постоянной сложности на практике допустимо использовать более простой подход. Он состоит в выделении в пределах участка недр контуров с близкими геологическими условиями (углами падения, мощностями, степенью нарушенности и т. д.), отработка которых предусмотрена по одинаковым технологическим схемам.

Рисунок 6 – Фрагмент топофункции технологичности угольного пласта:

величина сечения изолиний технологичности 0, Такие контуры могут признаваться равнотехнологичными и использоваться как для обучения, так и для прогноза. Дополнительным критерием однородности геологических условий может служить близость значений критериев разведанности в пределах участков обучения и прогноза, полученных при сопоставимой плотности сети разведочных скважин.

Общая схема мониторинга достоверности запасов реализует предложенную систему динамичной оценки достоверности запасов (рисунок 7) и обеспечивает:

– адаптацию методики количественной оценки достоверности запасов к горно-геологическим условиям конкретного участка недр;

– установление допустимого уровня погрешности геологической информации для условий конкретного участка недр и принятой технологии его отработки.

В рамках мониторинга производится количественная оценка достоверности только разведочных данных, а затем оценка достоверности этих же данных на основе их сопоставления с результатами горных работ. В итоге выявляются параметры ранее описанных закономерностей, позволяющие осуществить переход от значений критериев разведанности к погрешностям, т. е. адаптировать методику количественной оценки достоверности к условиям участка.

Рисунок 7 – Схема мониторинга достоверности запасов Кроме того, анализ результатов сопоставления горных и разведочных работ должен выявить приемлемый для объекта уровень погрешностей геологической информации, т. е. учесть особенности принятой технологии ведения горных работ и сформировавшейся на предприятии технической культуры производства. Сформированная с использованием данных горных работ методика оценки впоследствии применяется к геологоразведочным данным, имеющимся по еще неотработанной части участка недр, в результате чего качество оценки его запасов повышается.

В ходе выполнения мониторинга достоверности запасов на предприятии, помимо прочего, формируется геолого-маркшейдерский банк знаний, ориентированный на последующее использование при решении как чисто корпоративных задач, так и задач обеспечения взаимодействия с государственными и финансовыми структурами.

Количественная оценка достоверности горно-геометрических моделей особо значимых для угольной отрасли факторов Для выполнения оценки достоверности особо значимых для угольной отрасли факторов были выполнены исследования по установлению зависимости между погрешностью и степенью неоднозначности их моделей.

Такие зависимости были установлены на основе сопоставления данных разведки и эксплуатации, что является необходимым условием возможности их дальнейшей адаптации к конкретным горно-геологическим условиям, т. е. реализации идеи горно-геометрического мониторинга. Погрешность подсчитанного количества запасов определяется точностью горно-геометрических моделей месторождения.

Исходя из этого, изучалась связь доли действительно существующих запасов Дф и критериев разведанности, определяющих категорию разведанности запасов. Для этого был собран статистический материал по 291 отработанному геологическому подсчетному блоку (с долей Дф от 100 до 26,8 %) месторождений Ленинского, Кемеровского и Беловского районов Кузбасса.

Обработка материалов методом множественной корреляции позволила построить следующую модель оценки доли действительно существующих запасов для высокомеханизированных шахт (коэффициент множественной корреляции 0,71), %:

где у– среднее удельное значение критерия разведанности гипсометрии пласта;

– среднее значение относительного критерия разведанности мощности.

На основании опыта ведения горных работ предложены аналогичные формулы оценки доли Дф для шахт, применяющих камерные системы разработки, и для угольных разрезов.

Кроме того, разработан алгоритм построения разделяющих поверхностей на основе методов распознавания образов, позволяющий классифицировать месторождения на три группы (с долями действительно существующих запасов от 90 и более, от 89 до 75 и менее 75 %), используемый при построении картограмм подтверждаемости запасов.

В результате статистической обработки фактических данных установлено наличие тесной корреляционной связи между значением коэффициента нарушенности А. С. Забродина K д, полученным по результатам горных работ, его величиной, оцененной по разведочным данным K д, и удельным значением ламбда-критерия разведанности, что позволяет прогнозировать ожидаемый уровень нарушенности:

Ожидаемая степень подтверждаемости запасов и нарушенности может использоваться при выполнении технико-экономических расчетов при подготовке проектной документации, оценке риска организации недропользования и оценке достаточности геологической информации для проведения государственной экспертизы запасов.

Исследование возможности оценки погрешностей планового положения изолиний Т осуществлялось на материалах отработки угольных пластов Кондомского, Томь-Усинского, Беловского и Кемеровского районов Кузбасса, в результате чего установлена тесная зависимость (коэффициент корреляции 0,9) где L – среднее арифметическое расстояние между геологическими замерами, используемыми при интерполировании в ходе построения изолинии, м;

– среднее арифметическое значение дельта-критериев разведанности, характеризующее случайную составляющую изменчивости признака; – среднеквадратическое отклонение значений признаков от их среднего значения, характеризующее общую изменчивость признака.

С помощью зависимости (4) можно предрассчитывать погрешность положения изолиний с последующим ее использованием при построении возможных вариантов состояния горно-геологической обстановки: для оценки точности установления границ кондиционных и высокотехнологичных значений признаков, выделения границ присечки боковых пород или оставления пачек угля в кровле и почве пласта, границ зон распространения окисленных углей и др.

Для оценки погрешности среднего значения признака в заданном контуре предлагается использовать принцип, состоящий в оценке многовариантности получаемых результатов на основе создания косвенных избыточных определений, не предполагающий наличия значительных по объему статистических данных с последующим переходом от степени неоднозначности среднего значения к его погрешности.

Варианты частных средних признака устанавливаются на основании разрежения сети наблюдений при формировании групп используемых значений по правилам комбинаторики. Для выполнения оценки погрешности среднего значения автор рекомендует использовать не степень неопределенности, а ожидаемую погрешность значения признака. На основании результатов сопоставления автором данных горных и геологоразведочных работ по угольным месторождениям и аналогичным сопоставлениям, выполненным С. В. Шаклеиным для россыпного месторождения золота, было установлено, что погрешность среднего значения признака статистически связана с уровнем неоднозначности U и не превышает c заданной вероятностью величины KпU. Значение коэффициента пропорциональности Kп зависит как от требуемого уровня достоверности оценки, так и от количества использованных измерений признака.

В связи с актуальностью задачи прогнозирования разрывных нарушений автором была выполнена коренная модернизация метода прогнозирования разрывных нарушений в контуре подготовленного выемочного столба на основе уравнивания сети геологических наблюдений. Ранее существовавший вариант не удавалось применить на практике из-за отсутствия необходимого комплекта исходных данных.

В результате модернизации прогноз нарушений в лаве стал возможным исключительно по координатам пунктов маркшейдерских опорных и съемочных сетей. При реализации предложенного подхода в качестве «невязок» стали использоваться значения критериев разведанности, вычисленные на основе линейной интерполяции высотных отметок пласта между маркшейдерскими пунктами при одновременном применении многовариантной квадриангуляции сети замеров (оба решения ранее считались недопустимыми).

Практическое применение предложенной методики Кемеровским Представительством ВНИМИ по шахтам Анжерского, Ленинского, Беловского, Ерунаковского, Байдаевского и Томь-Усинского геолого-экономических районов Кузнецкого угольного бассейна при проведении геомеханического анализа вмещающих пород кровли в целях выявления аномальных тектонических зон показало высокую ее эффективность (степень подтверждения прогнозов от 60 до 95 %).

Направления использования результатов мониторинга достоверности запасов Использование принципов мониторинга при подготовке геологического отчета с подсчетом запасов возможно в случае, когда при выполнении геологоразведочных работ на части предназначенного к освоению месторождения создаются участки детализации, обладающие избыточной плотностью разведочной сети. Наличие таких участков позволяет выполнить построение горногеометрических моделей в двух вариантах: с использованием всех имеющихся данных и с использованием только их части, выделяемой путем разрежения сети скважин до плотности, соответствующей за пределами участка детализации.

Рассмотрение моделей первого варианта сети в качестве условно безошибочного (аналога результатов горных работ) позволяет реализовать динамичный подход к оценке достоверности, т. е. адаптировать методику оценки достоверности к условиям участка.

В настоящее время запасы подавляющего большинства находящихся в эксплуатации угольных участков недр России оценены до 2008 года, в связи с чем, например, к «измеренным» по международным оценкам запасам на сегодня относятся отечественные категории А и, частично, категории В. Принятое в 2010 году Руководство по гармонизации стандартов отчетности России и CRIRSCO и Кодекс НАЭН 2011 года предполагают возможность отнесения к «измеренным» запасам уже всей совокупности запасов категорий А, В и С1, но только при условии их классификации по требованиям вступившей в силу с 2008 года Классификации запасов твердых полезных ископаемых 2006 года.

Эти требования включают в себя обязательность выполнения количественной оценки достоверности запасов. Следовательно, организация системы мониторинга достоверности запасов для действующих предприятий позволит в полной мере реализовать преимущества, заложенные в указанных документах, вне зависимости от того, в какой период времени их запасы проходили государственную экспертизу. Это повысит долю «измеренных» запасов и, соответственно, стоимостную оценку сырьевых активов бизнеса. Даже в достаточно простых условиях (рисунок 8) применение технологии мониторинга достоверности обеспечивает 30 % рост капитализации компании по сырьевому направлению.

При оценке влияния достоверности геологической информации на кредитоспособность предприятия рекомендуется иметь в виду два обстоятельства, ныне не учитываемых банковским сообществом.

Рисунок 8 – Результаты оценки достоверности запасов пласта 10:

а – по данным государственной геологической экспертизы;

б – по результатам мониторинга достоверности запасов Во-первых, погрешность информации в пределах намечаемых к отработке контуров не постоянна, что вызвано перемещением горных работ в пространстве недр. Подтверждение достоверности представлений о геологии месторождения в контуре отработки прошедшего периода совершенно не означает, что они будут такими же и в будущем. В связи с этим используемые многими банками процедуры скоринга, в основе которых лежит анализ кредитной истории заемщика, не могут обеспечить объективной оценки кредитоспособности угледобывающих предприятий.

Во-вторых, оценка достоверности обладает эффектом масштаба. Погрешности информации, наблюдаемые в пределах контура, например, пятилетнего срока отработки запасов, могут являться вполне приемлемыми (за счет взаимной компенсации положительных и отрицательных погрешностей), тогда как в границах годовой отработки части этого же контура они могут достигать критических величин.

Оба указанных обстоятельства указывают на то, что результаты мониторинга достоверности следует использовать в качестве элемента, дополняющего традиционную процедуру скоринга.

К числу государственных требований, предусмотренных к исполнению недропользователями в соответствии со статьей 23 ФЗ «О недрах», относится «проведение опережающего геологического изучения недр, обеспечивающее достоверную оценку запасов полезных ископаемых».

Данное требование обязательно включается в условия лицензионных соглашений к лицензиям на право пользования недр, а его выполнение подлежит контролю со стороны органов Росприроднадзора.

Поэтому опережающее геологическое изучение недр должно опираться на оценку достоверности имеющейся геологической информации, установление ее достаточности и, в случае необходимости, – на выбор и реализацию мероприятий, направленных на повышение достоверности геологических представлений за счет эксплуатационной разведки скважинами и выработками, геофизическими методами, методами горно-геометрического и горно-геологического прогнозирования и т. п.

В качестве основного принципа проведения такого изучения предлагается использовать известный принцип последовательных приближений, реализуемый с учетом результатов мониторинга достоверности запасов.

Предполагается, что перед началом выполнения работ по опережающему геологическому изучению недр недропользователь, уже на стадии проектирования, должен осуществить количественную оценку достоверности запасов и выделить локальные участки с пониженной степенью разведанности. Уточнение геологических условий на таких участках и должно явиться целью последующего опережающего изучения недр, обеспечивающего планирование развития горных работ. По мере отработки запасов, ведения мониторинга и выполнения работ по опережающему геологическому изучению недр оценка достоверности запасов неотработанной части месторождения будет постоянно актуализироваться, а сама достоверность – приближаться к рациональному уровню.

Следовательно, принимая за основу опережающего геологического изучения участки пониженной разведанности, можно рассматривать мониторинг достоверности запасов как квалиметрическую, качественно новую основу планирования опережающего геологического изучения недр, направленную на обеспечение рационального использования государственной собственности – недр Российской Федерации.

Результаты мониторинга могут быть использованы при решении актуальной государственной задачи повышения уровня промышленной безопасности горных работ на угольных шахтах. Внедрение международных принципов оценки достоверности запасов, ориентированных на обеспечение экономической безопасности бизнеса, в практику отечественного недропользования объективно приведет к идее объединения существующих ныне категорий А, В и С1 в единую.

Однако автор полагает, что ориентация категорий только на оценку экономического риска совершенно не исчерпывает все направления использования геологоразведочной информации.

Ошибочная или недостоверная геологоразведочная информация влечет за собой принятие неверных и промышленно опасных технических решений. Аварии на шахтах «Тайжина» (2004 г. – 53 пострадавших) и им. В. И. Ленина (2008 г. – пострадавших), свидетельствуют, что в настоящее время уже наметились предпосылки к возникновению совершенно новой проблемы обеспечения промышленной безопасности, а именно недостаточный уровень достоверности геологической информации, используемой при планировании и проектировании горных работ.

Поэтому качественная оценка достоверности геологической информации становится в настоящее время одной из главных назревающих проблем обеспечения безопасности горного производства и горного бизнеса.

Поэтому представляется целесообразным выделение запасов, достоверность которых обеспечит принятие обоснованных технических решений по безопасному ведению горных работ. Такие запасы рекомендуется условно обозначить как запасы категории «ПА», они должны выделяться на месторождениях всех групп сложности. Эта категория должна выделяться преимущественно по результатам опережающего геологического изучения недр, выполняемого в том числе с использованием эксплуатационной разведки. Контур таких запасов должен постоянно перемещаться в пространстве недр, несколько опережая фронт развития горных работ. Контур запасов этой категории следует ежегодно официально корректировать в ходе государственной экспертизы оперативного изменения запасов, представляемого горнодобывающими предприятиями. Такой подход дополнительно обеспечит и государственный контроль по выполнению обязательств недропользователя по осуществлению опережающего геологического изучения недр.

Из сказанного следует, что действующую Классификацию запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых необходимо дополнить Промышленной классификацией запасов твердых полезных ископаемых, которая определит конкретные требования к степени разведанности запасов категории «ПА», обеспечивающей безопасное ведение горных работ. Методологической основой выделения запасов категории «ПА» должна стать количественная оценка достоверности запасов, выполняемая в режиме динамичного подхода, то есть на основе предложенной технологии мониторинга.

Запасы, степень достоверности изучения которых обеспечивает надлежащий уровень решения вопросов рационального использования недр, следует квалифицировать по категории, условно именуемой «ПВ», придав ей соответствующее целевое назначение. Контур запасов категории «ПВ» должен циклически перемещаться в пространстве недр, гарантируя надлежащий уровень геологического обеспечения подготовки отдельных панелей, горизонтов и т. д. Отнесение запасов к категории «ПВ» является официальным подтверждением того, что недропользователь выполнил свои обязательства по опережающему геологическому изучению недр.

Запасы предлагаемых категорий «ПА» и «ПВ» должны выделяться только на осваиваемых месторождениях с учетом результатов опережающего геологического изучения недр и определять границы участка месторождения, для которого достигнута степень разведанности, обеспечивающая исполнение всех требований по промышленной безопасности (категория «ПА») и рациональному использованию недр (категория «ПВ»). В качестве основы категоризации запасов по промышленным категориям разведанности следует рассматривать результаты их количественной оценки, выполненной по результатам мониторинга достоверности запасов.

Нормативно-методическое, программное и кадровое обеспечение Нормативно-методическое обеспечение мониторинга достоверности запасов направлено на создание свода требований и правил, определяющих последовательность действий инженерно-технического персонала при внедрении технологии мониторинга достоверности запасов в практику работы угледобывающих предприятий. В связи с этим были разработаны относящиеся к мониторингу достоверности разделы Методических рекомендаций по проведению количественной оценки степени соответствия геологических моделей месторождения угля его истинному состоянию, основным из которых является раздел 10 «Порядок ведения мониторинга достоверности запасов действующих угледобывающих предприятий». Данные рекомендации прошли соответствующее рассмотрение, имеют два грифа утверждения:

– «Рекомендованы к применению решением ОЭРН – протокол ЭТС ОЭРН от «12» мая 2011 г. Председатель ОЭРН М. И. Щадов»;

– «Рекомендованы к практическому применению протоколом ЭТС ФГУ «ГКЗ» от «22» мая 2007 г. Генеральный директор ФБУ «ГКЗ» Ю. А. Подтуркин».

Программное обеспечение мониторинга достоверности запасов служит для снабжения инженерно-технического персонала соответствующим инструментом, снижающим трудозатраты по осуществлению мониторинга достоверности запасов.

Разработанные автором алгоритмы реализованы в компьютерной программе «MDZ», правомочность применения которой подтверждена протоколами экспертно-технических советов ФГУ «ГКЗ» и ОЭРН. Данная программа обеспечивает выполнение работ по оценке достоверности как в статичном, так и в динамичном (в режиме мониторинга) режимах и имеет дружественный интерфейс, ориентированный на непрофессионального пользователя.

Личный вклад автора в создании программы состоял в разработке интерфейса, алгоритмов, контрольных примеров и тестирования. При этом результаты работы по алгоритмическому обеспечению мониторинга достоверности запасов, по разработке всех контрольных примеров и тестированию принадлежат исключительно автору. Реализация разработанных теоретических предложений в форме алгоритмов, не являющихся, строго говоря, научной задачей, позволила выявить и устранить все возможные неопределенности действий и, в ряде случаев, потребовало их научного обоснования. В целом наличие компьютерного обеспечения мониторинга достоверности запасов позволило перевести данную разработку из научно-исследовательской стадии в инженерную.

Кадровое сопровождение мониторинга достоверности запасов является необходимой предпосылкой его быстрого и качественного внедрения, так как реальное полномасштабное внедрение полученных результатов в практику работы угольной отрасли могут обеспечить только ее работники.

В связи с этим естественной стадией разработки системы мониторинга является стадия профессиональной подготовки обеспечивающих выполнение мониторинга инженерных кадров. Такая подготовка осуществляется в Кузбасском государственном техническом университете в рамках «опережающего»

профессионального обучения студентов специальности «Маркшейдерское дело», имеющего целью подготовку будущих молодых специалистов к решению еще только назревающих проблем. Для получения необходимых знаний было инициировано включение в перечень учебных дисциплин регионального компонента двух дисциплин: «Оценка риска пользования недрами» и «Горногеометрический мониторинг геотехногенных систем».

В рамках первой из них студенты изучают основные факторы риска осуществления недропользования на различных этапах развития горных предприятий, порядок принятия государственных и корпоративных решений по организации недропользования, особенности действующей российской классификации запасов, международный шаблон отчетности о ресурсах и запасах CRIRSCO, принципы и методы количественной оценки риска пользования недрами по фактору неполноты горно-геометрических знаний о состоянии недр.

Дисциплина «Горно-геометрический мониторинг геотехногенных систем» направлена на получение студентами знаний о содержании и технологии ведения горно-геометрического мониторинга достоверности запасов, получение практических навыков использования нормативных документов и программного обеспечения.

Представленные дисциплины регионального компонента подготавливают молодых специалистов к практическому решению задачи оценки достоверности горно-геометрических моделей. К настоящему времени в Кузбассе уже подготовлено более 120 специалистов, которые в состоянии ее решать.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований решается научная проблема оценки достоверности запасов эксплуатируемых угольных месторождений на основе постоянно уточняемой по мере развития горных работ зависимости между неоднозначностью и погрешностью горно-геометрических моделей пластов, имеющая важное хозяйственное значение для угольной отрасли на современном этапе развития экономики.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Установлено, что применение известных горно-геометрических методов оценки достоверности запасов угля обеспечивает получение объективных результатов только в случае, если расстояния между линиями разведочных скважин не более чем в четыре раза превышают расстояния между скважинами в этих линиях, что позволяет применять их на ранее исключаемой из рассмотрения стадии оценочных работ.

2. Выявлено, что объемы списаний и неподтверждений запасов угля, достигающие по отдельным подсчетным блокам 73 %, могут прогнозироваться до начала ведения горных работ на основе существующей их зависимости от степени неоднозначности горно-геометрических моделей мощности и гипсометрии пласта.

3. Установлено, что уровень занижения дизъюнктивной нарушенности на стадии геологоразведочных работ может достигать в Кузбассе 14 раз, что существенно больше общепризнанной их трехкратной величины, но может прогнозироваться на основе ее зависимости от степени неоднозначности горногеометрической модели гипсометрии пласта.

4. Установлено, что средняя плановая погрешность положения изолинии мощности или показателя качества угля, построенной по данным разведочных работ, может достигать 300 м и статистически зависит от расстояния между скважинами, изменчивости признака и степени неоднозначности горногеометрической модели признака.

5. Моделирование процесса разведочных работ в форме комбинаторного разрежения сети замеров обеспечивает возможность оценки погрешности среднего значения признака, определенного по малому числу (более 5) измерений признака.

6. Замена данных геологических наблюдений на данные маркшейдерских сетей в сочетании со считавшимися ранее недопустимыми к применению в методе уравнивания сети наблюдений линейной интерполяцией отметок пласта и многократными перекрытиями оценочных блоков обеспечивают реальную возможность прогнозирования дизъюнктивных нарушений угольных пластов в контуре подготовленных выемочных столбов со степенью подтверждения результатов от 60 до 95 %.

7. Установлено что между погрешностью горно-геометрических моделей угольных пластов и степенью их неоднозначности существует прямая линейная вероятностная зависимость, параметры которой устанавливаются исходя из заданного уровня вероятности оценки. Коэффициенты такой зависимости при уровне вероятности 0,68 изменяются по шахтным и карьерным полям отдельных угледобывающих предприятий от 0,5 до 1,55 для гипсометрии пластов и от 1,1 до 3,5 для их мощности и показателей качества угля и должны устанавливаться с учетом выявленных геологоразведочными работами дизъюнктивных нарушений, наличия систематических погрешностей геологических измерений при различном порядке учета отличающихся по величине характеристик степени неоднозначности горно-геометрических моделей.

Минимальное количество отработанных оценочных четырехугольников сети разведочных скважин, достаточное для определения параметров рассматриваемой зависимости, составляет 20 единиц.

8. Переход от категоризации достоверности запасов по степени неоднозначности горно-геометрических моделей к категоризации по их ожидаемой погрешности обеспечивает возможность постоянной адаптации методики выделения категорий запасов к условиям конкретного осваиваемого месторождения, реализуемой в форме горно-геометрического мониторинга запасов, в совокупности учитывающего геологоразведочные и горно-эксплуатационные данные.

9. Определение допустимых для конкретного предприятия величин погрешностей горно-геометрических моделей возможно на основе анализа стабильности темпов отработки пластов, а распространение полученных в отработанном контуре оценок – только на неотработанные участки, близкие к ним по технологичности (при отличии величины предложенного коэффициента технологичности не более чем на 0,3 единицы).

10. Выполнение оценки достоверности запасов на основе технологии горно-геометрического мониторинга позволяет обеспечить непрерывную актуализацию оценок состояния сырьевой базы предприятий, повысить их объективность и создает информационную базу, исключающую возможность занижения стоимости государственной собственности – распределенного фонда недр угольных месторождений Российской Федерации – в ходе международной экспертизы запасов.

11. Оценка достоверности запасов на стадии разведки в режиме горногеометрического мониторинга позволяет уточнить параметры взаимосвязей погрешностей горно-геометрических моделей и степени их неоднозначности на материалах участков детализации.

12. Результаты мониторинга достоверности запасов обеспечивают возможность их использования при подготовке публичных отчетов горнопромышленных компаний о ресурсах и запасах угля, определении кредитоспособности предприятий, оптимизации работ по опережающему геологическому изучению недр и создают предпосылку разработки промышленной классификации достоверности запасов угля, направленной на организацию контроля надлежащего исполнения недропользователями государственных требований по обеспечению безопасного и рационального освоения недр.

13. Разработанные дружественные алгоритмы проведения оценки достоверности запасов, их тестирование и реализация в форме прикладной программы для персонального компьютера обеспечивают автоматизацию всех вычислительных процедур и снижают затраты труда на ее выполнение до приемлемого любому угольному предприятию уровня.

14. Разработанное и согласованное органами государственной геологической экспертизы и национальным центром персональных компетенций в области недропользования методическое и программное обеспечение горногеометрического мониторинга достоверности запасов в сочетании с созданным на основе разработанного обучающего компонента кадровым обеспечением гарантирует эффективное внедрение полученных научных результатов в практику работы угледобывающих предприятий.

отражающих основные научные результаты диссертации:

1. Рогова, Т. Б. Оценка полноты изучения дизъюнктивной нарушенности угольных пластов / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Маркшейдерия и недропользование. – 2012. – № 1. – С. 20–22.

2. Рогова, Т. Б. Программное обеспечение мониторинга достоверности запасов угледобывающих предприятий / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Вестник КузГТУ. – 2012. – № 1. С. 20–26.

3. Рогова, Т. Б. Оценка точности гипсометрических планов с учетом опыта ведения горных работ / Т. Б. Рогова // Маркшейдерский вестник. – 2011. – № 6. – C. 29–32.

4. Рогова, Т. Б. Оценка риска кредитования предприятий угольной отрасли / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Менеджмент и бизнес-администрирование. – 2011. № 2. – С. 7785.

5. Рогова, Т. Б. Направления совершенствования российской системы оценки достоверности запасов твердых полезных ископаемых в контексте обеспечения безопасности горных работ / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление – 2010.– № 6. – C. 19–24.

6. Рогова Т. Б. Подготовка инновационно ориентированных инженерных кадров Кузбасса на основе «опережающего» профессионального обучения / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Недропользование XXI век. – 2010. – № 6. – С. 64–67.

7. Рогова, Т. Б. Недропользование в Кузбассе: уроки мирового финансовоэкономического кризиса / Т. Б. Рогова, М. В. Писаренко, С. В. Шаклеин // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. – 2010. – № 4. – C. 38–45.

8. Рогова, Т. Б. Мониторинг достоверности запасов угледобывающего предприятия – квалиметрическая основа опережающего геологического изучения недр / Т. Б. Рогова // Маркшейдерия и недропользование. – 2010. – № 3. – С. 19–21.

9. Рогова, Т. Б. Роль горно-геометрического мониторинга достоверности запасов в обеспечении безопасности горных работ / Т. Б. Рогова // Вестник КузГТУ. – 2010. – № 3. – C. 35–38.

10. Рогова, Т. Б. Метод горно-геометрического прогнозирования тектонических нарушений в контуре подготовленного выемочного столба / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Маркшейдерия и недропользование. – 2010. – № 2. – С. 60–62.

11. Рогова, Т. Б. Мониторинг достоверности запасов и его использование для оценки сырьевой базы угольных компаний / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. – 2009. – № 4. – C. 35–38.

12. Рогова, Т. Б. Оценка достоверности блочных моделей месторождений / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Маркшейдерия и недропользование. – 2005. – № 3. – С. 55–57.

13. Рогова, Т. Б. Экспресс-оценка риска пользования недрами при добыче угля / Т. Б. Рогова, Л. П. Кечкин, С. В. Шаклеин // Маркшейдерский вестник. – 2002. – № 3. – C. 36–39.

14. Рогова, Т. Б. Оценка погрешности гипсометрического плана угольного пласта / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Маркшейдерия и недропользование. – 2002. – № 1. – С. 43–45.

15. Рогова, Т. Б. Определение размеров лицензионных объемов добычи угля с учетом достоверности геологоразведочных данных / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Маркшейдерский вестник. – 2001. – № 4. – C. 30–34.

16. Рогова, Т. Б. Формирование геолого-маркшейдерских баз знаний на угольных шахтах / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2001. – № 5. – C. 13–15.

17. Рогова, Т. Б. Метод комбинаторных разрежений для выделения ураганных проб / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Разведка и охрана недр. – 1999. – № 4. – C. 22–23.

18. Рогова, Т. Б. Прогнозирование объемов списания запасов угля из-за их неподтверждения и нерентабельности извлечения / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Маркшейдерский вестник. – 1998. – № 1. – C. 31–33.

19. Рогова, Т. Б. Предрасчет погрешности планового положения изолинии признака / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Уголь. – 1997. – № 11. – С. 53–54.

20. Рогова, Т. Б. Представления работников шахт Кузбасса о допустимых погрешностях геометрических моделей формы и структуры угольного пласта / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Маркшейдерский вестник. – 1995. – № 1. – С. 38.

21. Рогова, Т. Б. О влиянии достоверности исходной геологической информации на воссоздание очистных забоев при планировании горных работ / Т. Б. Рогова, О. С. Курзанцев, В. Д. Храмченко // Уголь. – 1990. – № 10. – С. 53–56.

в материалах международных конференций и симпозиумов:

1. Рогова, Т. Б. Информационная основа мониторинга достоверности запасов угледобывающих предприятий / Т. Б. Рогова // Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования: материалы X междунар. науч.-практ. конф., Новочеркасск, 24 дек. 2011 г. / Юж.-Рос. гос.

техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЛИК, 2012. – С. 144148.

2. Рогова, Т. Б. Нормативное обеспечение горно-геометрического мониторинга достоверности запасов угледобывающих предприятий / Т. Б. Рогова // III мiжнародна науково-технiчна конференцiя «Гiрнича геологiя, геомеханiка и маркшейдерiя». – Донецк: Науковi працi УкрНДМI НАН УКРАIНИ. – 2011. – № 9. – частина I. – С. 212–222.

3. Rogova, Т. B. Mining-geometrical monitoring of reserves’ reliability is the basis of leading geologic analysis of mineral resources studying / Т. B. Rogova // Twentieth International Symposium on Mine Planning and Equipment Selection МPES 2011:

Program and Abstracts Volume. Almaty, October 12–14, 2011. – P. 425–426.

4. Рогова, Т. Б. Горно-геометрический мониторинг достоверности запасов – основа опережающего геологического изучения недр / Т. Б. Рогова // Труды Двадцатого междунар. симпозиума по планированию горных работ и выбору оборудования MPES 2011. – Алматы: Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан. – 2011. – С. 1266–1276.

5. Рогова, Т. Б. Оценка достоверности запасов действующих угледобывающих предприятий в режиме горно-геометрического мониторинга / Т. Б. Рогова // Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования: материалы IX междунар. науч.-практ. конф., Новочеркасск, 20 дек. 2010 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск:

ЮРГТУ, 2011. – С. 226230.

6. Рогова, Т. Б. Оценка достоверности и учет технологичности запасов в режиме горно-геометрического мониторинга / Т. Б. Рогова // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. сб. науч. статей междунар. науч.-практ. конф. – Новокузнецк, 2011. – С. 91–96.

7. Рогова, Т. Б. «Опережающая» профессиональная подготовка студентовмаркшейдеров в Кузбасском государственном техническом университете / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела: материалы междунар. науч.-практ. конф., 810 нояб. 2010 г. / Уральский гос. горный ун-т. – Екатеринбург: УГГУ, 2011. С. 1016.

8. Рогова, Т. Б. Горно-геометрический мониторинг достоверности запасов угледобывающих предприятий / Т. Б. Рогова // Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела: материалы Международной научно-практической конференции, 810 нояб. 2010 г. / Уральский гос. горный ун-т. – Екатеринбург:

УГГУ, 2011. С. 7377.

9. Рогова Т. Б. Определение погрешностей горно-геометрических моделей в режиме мониторинга достоверности запасов угледобывающих предприятий / Т. Б. Рогова // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. СИБРЕСУРС 2010: материалы ХIII междунар. науч.-практ. конф., 28–29 окт. 2010 г. / ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2010. – С. 16–18.

10. Рогова Т. Б. Влияние мирового финансово-экономического кризиса на состояние угледобывающей отрасли Кузбасса / Т. Б. Рогова, М. В. Писаренко, С. В. Шаклеин // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угледобывающей промышленности: труды междунар. науч.-практ. конф. – Кемерово: КВК «Экспо Сибирь», 2010. – С. 261–264.

11. Рогова, Т. Б. Промышленная классификация достоверности запасов с целью обеспечения промышленной безопасности угледобычи и рационального использования недр / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Энергетическая безопасность России.

Новые подходы к развитию угледобывающей промышленности: труды междунар.

науч.-практ. конф. – Кемерово: КВК «Экспо Сибирь», 2010. – С. 66–68.

12. Рогова, Т. Б. Мониторинг достоверности запасов угледобывающих предприятий / Т. Б. Рогова // Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений: материалы VI Российско-Китайского симпозиума, Кемерово, 28 сент. 2010 г. / Кузбасс. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 2010. – С. 218–223.

13. Рогова, Т. Б. Динамическая оценка достоверности запасов угольных пластов / Т. Б. Рогова // Современные технологии освоения минеральных ресурсов. Вып. 8: материалы 8-й междунар. науч.-техн. конф. г. Красноярск, 23– апр. 2010 г. – Красноярск: ИПК СФУ, 2010. – С. 59–62.

14. Рогова, Т. Б. Актуальные проблемы геометризации угольных месторождений Кузбасса / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Проблемы геометризации недр: материалы междунар. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения Г. И. Вилесова, г. Екатеринбург, 17–19 мая 2002 г. / Урал. гос. горно-геолог.

акад. – Екатеринбург, 2002. – С. 58–66.

15. Рогова, Т. Б. Основные задачи

оптимизации запасов по степени готовности к выемке в условиях рынка / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Перспективные технологии разработки и использования минеральных ресурсов : сб. науч.

тр. VIII междунар. науч.-практ. конф., г. Новокузнецк, 13 июня 2001 г. / Сибирский гос. индустр. ун-т. – Новокузнецк, 2001. – С. 187–188.

1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013614006. DRU – Достоверность разведки угольного пласта / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин. – Заявка № 2013611666; заявл. 06.03.2013; зарегистр. 22.04.2013.

2. Рогова, Т. Б. Новые подходы к оценке качества геолого-маркшейдерского обеспечения промышленной безопасности и охраны недр / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Сборник научных трудов ВНИМИ. – СПб., 2012. – С. 352–359.

3. Рогова, Т. Б. Оценка степени геологической изученности шахтного (карьерного) поля при подготовке проектной документации / Т. Б. Рогова, С. В.

Шаклеин // Рациональное освоение недр. – 2012. – № 6. – С. 32–35.

4. Рогова, Т. Б. Риски компаний России, действующих в сфере недропользования / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Менеджмент и бизнес-администрирование. – 2010. – № 1. – С. 90–95.

5. Рогова, Т. Б. Методы оценки достоверности разведанных запасов участков угольных месторождений / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Недропользование XXI век. – 2007. – № 6. – С. 25–29.

6. Рогова, Т. Б. Methods of reliability estimation of the established resources of some coal field areas in Russia / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин // Russian Mining.

– 2007. – № 3/4. – Р. 22–24.

Рогова, Т. Б. Достоверность запасов угольных месторождений. Количественная оценка и мониторинг / Т. Б. Рогова, С. В. Шаклеин. – Saarbrcken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. – 508 c.