WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie

Transkrypt

1 WARSZTATY 24 z cyklu Zagożenia natualne w gónictwie Mat. Symp. st Jacek MUCHA*, Tadeusz SŁOMKA*, Wojciech MASTEJ*, Tomasz BARTUŚ*, Maek Waldema JOŃCZYK**, Ryszad FRANKOWSKI** *Akademia Góniczo-Hutnicza, Kaków **Kopalnia Węgla Bunatnego Bełchatów S.A., Rogowiec Modelowanie zmienności i dokładność oszacowania jakości węgla bunatnego w złożu Bełchatów (pole Bełchatów) Steszczenie Stosując metodę statystyczną i geostatystyczną, okeślono zmienność wybanych paametów chaakteyzujących jakość złoża węgla bunatnego: zawatości popiołu (A ), siaki (S t ), wilgoci (W t ) i watości opałowej (Q i ) we wschodniej części złoża węgla bunatnego Bełchatów (fagment pola Bełchatów). Obliczeń dokonano w opaciu o dane otwoowe. Stwiedzono odmienne stuktuy zmienności paametów A i S t w poównaniu ze stuktuami zmienności W t i Q i. Paamety A i S t chaakteyzują się większą zmiennością niż dwa pozostałe. Ponadto, w ich zmienności uwidacznia się nielosowość i anizotopia, podczas gdy zmienność W t i Q i jest głównie losowa i izotopowa. Okeślenie postaci geostatystycznych modeli zmienności paametów umożliwiło zastosowanie geostatystycznej poceduy kigingu do oceny wielkości błędów oszacowań paametów w blokach złoża. Stwiedzono zadowalającą dokładność szacowania paametów w dużych blokach (4x12 m) i niewystaczającą w małych blokach (6x12m). Osiągnięcie właściwej wiaygodności szacowania w małych blokach wymaga poszezenia zbiou danych podstawowych o dane uzyskane z pób buzdowych, pobieanych ze ścian wyobisk. 1. Wstęp Celem badań pezentowanych w niniejszej pacy było okeślenie modeli (stuktu) zmienności dla ważnych, z punktu widzenia paktyki geologiczno-góniczej, paametów jakości węgla bunatnego: zawatości popiołu (A ), siaki (S t ), wilgoci (W t ) i watości opałowej (Q i ) w stanie oboczym. Modele te posłużyły następnie do oceny błędów oszacowania śednich watości tych paametów w blokach, co ma ważne znaczenie w planowaniu stategii eksploatacji kopaliny. Obok klasycznego podejścia statystycznego, w badaniach posłużono się metodą geostatystyczną, któa ofeuje znacznie większe możliwości dogłębnego ozpoznania i opisu chaakteu zmienności badanych paametów. Ma ona od lat uguntowaną pozycję, zaówno od stony teoetycznej jak i paktycznej. Póby zastosowania metody geostatystyczej do okeślenia stuktuy zmienności paametów opisujących jakość węgla bunatnego w złożu Bełchatów były już pzepowadzane wcześniej (Boowicz i in badania wykonano na polu Szczeców). Niniejsza paca powstała w opaciu o niepublikowane badania Słomki i in. (22). Obliczenia pzepowadzono w opaciu o dane z otwoów wietniczych, wykonanych w polu złożowym Bełchatów (wschodnia część złoża bełchatowskiego), z pominięciem jego wschodniej, wyeksploatowanej części. 221

2 J. MUCHA. i in. Modelowanie zmienności i dokładność oszacowania jakości węgla Pozycja geologiczna złoża Złoże bełchatowskie jest jednym z największych spośód złóż węgla bunatnego w Polsce. Pokłady węgla znajdują się w mioceńskich osadach ilasto-mułkowo-piaszczystych, wypełniających ów Kleszczowa. Skały te podzielono na tzw. kompleksy, mające status ogniw litostatygaficznych. W kompleksie węglowym (ys. 2.1), wydzielony został pokład główny węgla (D), mający największe znaczenie gospodacze oaz nadległe pokłady C i B. Pokłady te osiągają na polu Bełchatów łączną miąższość zędu 6 m (Matl 2). W części wschodniej pola są one ozdzielone, a w części zachodniej złączone. Osady mioceńskie spoczywają bezpośednio na mezozoicznym podłożu (jua, keda) lub na paleogeńskiej zwietzelinie. KOMPLEKS ILASTO-PIASZCZYSTY CLAY-SAND COMPLEX KOMPLEKS ILASTO-WĘGLOWY CLAY-LIGNITE COMPLEX POKŁAD A SEAM A Ts-1 Ts-2 NEOGEN NEOGENE MIOCEN DOLNY LOWER MIOCENE KOMPLEKS WĘGLOWY LIGNITE COMPLEX POKŁAD B SEAM B POKŁAD C SEAM C POKŁAD GŁÓWNY (D) MAIN SEAM (D) Ts-3 Ts-4 Ts-1 MEZOZOIK MESOZOIC KOMPLEKS PODWĘGLOWY SUB-LIGNITE COMPLEX PODŁOŻE BASEMENT Rys Pofil litostatygaficzny osadów tzeciozędowych w ejonie Bełchatów (według Czaneckiego i in. 1992; Matl 2); Ts paatonsteiny Fig Lithostatigaphic division of the Tetiay stata in the Bełchatów egion (afte Czanecki et al. 1992; Matl 2); Ts paatonsteins 3. Mateiał badawczy Głównymi źódłami infomacji o polu złożowym Bełchatów były dane z otwoów wietniczych, zapisane w kopalnianej bazie danych. Badaniom poddano pokład główny (D) we fagmencie wschodniej części pola złożowego Bełchatów i cały kompleks węglowy w części zachodniej pola (Słomka i in. 22). Stało się tak, ponieważ w części zachodniej pola, pokład D zasta się z wyżejległymi pokładami (B i C), czego konsekwencją jest niemożność ozdzielenia tych pokładów w kopalnianej bazie danych. Dlatego w dalszej części niniejszej pacy, na oznaczenie pokładu D lub B+C+D stosowany będzie temin pokład węgla. 222

3 WARSZTATY 24 z cyklu Zagożenia natualne w gónictwie Wykozystano pzede wszystkim otwoy złożowe dokumentacyjne i zagęszczające sieć ozpoznawczą, a podzędnie otwoy hydogeologiczne i otwoy typu pilot z baiey, łącznie 1157 otwoów (ys. 3.1). Otwoy są ozmieszczone nieegulanie, jako ezultat dwóch nakładających się faz ozpoznania pola. Z tego powodu, pzeciętna odległość między otwoami w części wschodniej obszau badań wynosi około 9 m, a w części zachodniej około 14 m. Rdzenie wietnicze z każdego otwou, w odcinkach o długości około 3 m, były opóbowywane w celu oznaczenia wyszczególnionych we wstępie, czteech podstawowych paametów jakości węgla. W podstawowym waiancie badań (waiant A), uwzględniano tylko te wastwy, któe leżały wewnątz ganic pokładu węgla. Z obliczeń eliminowano pzeosty skał płonnych, jeśli ich miąższość pzekaczała 1,5 m. Wyjątkiem były pzeosty wapieni jezionych, któe odzucano bez względu na miąższość. W dugim waiancie obliczeń (waiant B), uwzględniano tylko wastwy, któe znalazły się w pzystopowej części pokładu węgla, w tzw. plastze gónym (PLG), o miąższości 2 m. Miąższość tego plasta nawiązuje do wysokości pięta eksploatacyjnego. Powodem szczegółowej analizy plasta gónego była jego największa zmienność (ze względu na badane paamety) w stosunku do plastów położonych niżej (Słomka i in. 22). Końcowym etapem pzygotowania danych, było obliczenie dla każdego otwou, śednich watości paametów, ważonych miąższością uwzględnionych w otwoze wastw. 4. Metodyka badań Zgomadzone zbioy danych opacowano w piewszej kolejności za pomocą klasycznych metod statystycznych. Badane paamety zostały potaktowane jako zmienne losowe, któe posiadają swoje ozkłady pawdopodobieństwa. Rozkłady empiyczne pzedstawiano w fomie histogamów oaz opisano syntetycznie, za pomocą paametów liczbowych. Ze względu na cel niniejszej pacy, za podstawowy paamet chaakteyzujący zmienność pzyjęto współczynnik zmienności (iloaz odchylenia standadowego i watości śedniej). Ponadto obliczono współczynnik asymetii, będący miaą odchyłki od symetycznego ozkładu nomalnego. Stuktuę zmienności watości badanych paametów pzeanalizowano metodą geostatystyczną Matheona ( ), któej zasady pzedstawiono w wielu opacowaniach książkowych i publikacjach (np. Jounel i Huijbegts 1978; Isaaks i Sivastava 1989; Mucha 1994). Pomiezone w otwoach paamety jakości złoża węgla potaktowano tutaj jako tzw. zmienne losowe zegionalizowane, któych watości są ozmieszczone w pzestzeni dwuwymiaowej z pzypisanymi im współzędnymi otwoów. Metodę geostatystyczną można efektywnie stosować wtedy, gdy do pewnej odległości, zwanej pomieniem autokoelacji, watości zmiennej zegionalizowanej są ze sobą skoelowane. Geostatystyczna ocena watości paametów złożowych jest łatwa, gdy ich ozkłady pawdopodobieństwa są jednomodalne, symetyczne lub o małej asymetii, zaś zbioy danych podstawowych nie zawieają obsewacji anomalnych (watości paametów wielokotnie pzewyższająch watości śednie). W amach metody geostatystycznej, zmienność opisuje się za pomocą tzw. semiwaiogamów, któe ujmują zależność między zóżnicowaniem badanego paametu geologicznego (wyażonym śednim kwadatem óżnic) i śednią odległością między punktami jego pomiau (np. otwoami wietniczymi). W pzepowadzonych badaniach zastosowano semiwaiogamy elatywne (odpowiedniki współczynników zmienności w klasycznej statystyce), któe ujmują wielkość zóżnicowania watości paametów geologicznych odniesioną do ich watości śednich. 223

4 J. MUCHA. i in. Modelowanie zmienności i dokładność oszacowania jakości węgla... Rys Rozmieszczenie otwoów w badanej części pola Bełchatów (stan: listopad 22.) i pzykłady bloków dla oceny śednich watości paametów Fig Distibution of boeholes in the studied pat of the Bełchatów mining field (stage: Novembe, 22) and examples of estimation blocks 224

5 WARSZTATY 24 z cyklu Zagożenia natualne w gónictwie Dodatkowo dla pzeanalizowania intensywności zmian badanych paametów w óżnych kieunkach złoża, okeślono postacie semiwaiogamów kieunkowych. Pzy konstuowaniu tych semiwaiogamów, uwzględnia się tylko te pay miejsc opóbowania, dla któych odcinki je łączące leżą w pewnym wybanym kieunku, z zadaną toleancją. Postępowanie takie umożliwia poznanie kieunkowej zmienności paametów i ozstzygnięcie czy zmienność ma chaakte izotopowy czy anizotopowy, co może mieć istotne implikacje w paktyce geologiczno-góniczej. Podsumowanie najważniejszych infomacji o stuktuze zmienności paametów geologicznych zawieają geostatystyczne modele zmienności (semiwaiogamy teoetyczne) będące pzybliżeniem semiwaiogamów za pomocą ciągłych funkcji analitycznych. Watość semiwaiogamu teoetycznego dla odległości bliskiej zeu opisuje zmienność lokalną paametu (C ). W ogomnej większości pzypadków semiwaiogamy paametów geologicznych cechuje tendencja wzostowa, aż do osiągnięcia watości C + C w odległości ównej pomieniowi autokoelacji paametu. Paamet modelu C, związany ze wzostem watości semiwaiogamu, jest miaą wielkości zmienności nielosowej. Odpowiednio dobane modele zmienności stanowią podstawę geostatystycznej poceduy kigingu, powadzącej do najdokładniejszego, na tle innych metod, oszacowania watości paametów geologicznych w blokach obliczeniowych. W poceduze kigingu, oszacowanie watości paametów dokonuje się za pomocą śedniej ważonej. Specyfika tej poceduy polega na sposobie okeślania współczynników wagowych, któych watości zależą od modelu zmienności ocenianych paametów złożowych, wzajemnego położenia punktów opóbowań i lokalizacji tych punktów względem bloku obliczeniowego. Z punktu widzenia niniejszej pacy, największe znaczenie miało zastosowanie kigingu do oceny błędów szacowania watości paametów. Uwzględnienie w tej poceduze elatywnych modeli zmienności powadzi bezpośednio do otzymania elatywnych standadowych błędów oszacowań, związanych z poziomem pawdopodobieństwa P = 68%. Oznacza to, że pzy założeniu nomalności ozkładu błędów, óżnica między pawdziwą i oszacowaną watością paametu nie pzekoczy w 68 pzypadkach na 1 wyliczonej metodą kigingu watości błędu standadowego. W Zasadach dokumentowania złóż kopalin stałych (Nieć 22) pzyjmuje się poziom pawdopodobieństwa najczęściej stosowany w paktyce geologicznogóniczej ówny 95%. Odpowiadający mu błąd, otzymywany (w pzybliżeniu) pzez podwojenie błędu standadowego, stanowi kyteium ilościowe kwalifikowania stopnia dwojenie ozpoznania zasobów i paametów złożowych do kategoii: A, B, C 1, lub C Chaakteystyka zmienności i geostatystyczne modele paametów jakościowych W piewszej kolejności pzebadano zmienność paametów jakościowych w obębie całego pokładu węgla (waiant A) na badanej części pola Bełchatów. Rozkłady pawdopodobieństwa paametów S t i A i Q i są jednomodalne (jedno maksimum), z silną dominacją klas modalnych (w pobliżu maksimum) i wyaźnie asymetyczne dodatnio, ze współczynnikami asymetii z pzedziału: 1,5 2,2 (ys. 5.1, tab. 5.1). Zawatość wilgoci cechuje ównież ozkład jednomodalny, lecz asymetyczny ujemnie, ze współczynnikiem asymetii 1,4 (tab. 5.1). Ze względu na jednomodalność ozkładów, pomimo ich wyaźnej asymetii, można oczekiwać łatwości modelowania geostatystycznego zmienności paametów. Watości współczynników zmienności ozpatywanych paametów jakościowych, są wyaźnie zóżnicowane (tab. 5.1). Zmienność A i S t (około 4%), jest około dwukotnie większa niż zmienność Q i i W t (około 2%). Te dwa piewsze paamety, jako najbadziej zmienne, będą więc decydować o dokładności szacowania jakości kopaliny w polu Bełchatów. 225

6 J. MUCHA. i in. Modelowanie zmienności i dokładność oszacowania jakości węgla... Rys Histogamy watości badanych paametów jakości węgla bunatnego (waiant A) Fig Histogams of the lignite quality paametes (vaiant A) Obaz stuktuy zmienności ozpatywanych paametów jakościowych, zilustowany za pomocą semiwaiogamów elatywnych i ich modeli teoetycznych (ys. 5.2), potwiedza ujawnione metodą statystyczną óżnice w intensywności zmienności i dodatkowo pokazuje odmienny jej chaakte. Dwa najbadziej zmienne paamety: A i S t cechuje silny wzost zóżnicowania watości ze wzostem odległości między punktami opóbowań. Oznacza to występowanie w całkowitej, obsewowanej zmienności tych paametów, silnie zaznaczonego składnika nielosowego zmienności, wyażającego pawidłowości zmian w pzestzeni złożowej. Semiwaiogamy Q i i W t zachowują się inaczej - wzost zóżnicowania ich watości waz odległością jest niewielki, co dowodzi dominacji losowego składnika zmienności oaz świadczy o pzypadkowych i nieupoządkowanych zmianach watości tych paametów w złożu. Zasięgi wzostu watości semiwaiogamów, tożsame z zasięgami autokoelacji paametu, wynoszą od 13 do 2 m. Geostatystycznym modelem zmienności wszystkich badanych paametów może być tzw. model sfeyczny, któego ównania (óżne dla poszczególnych paametów jakości węgla) podano na ysunku 5.2. Ustalenie postaci modelu umożliwiło ilościowe oszacowanie maksymalnego udziału składnika nielosowego zmienności w zmienności całkowitej ze wzou: U N = [C/(C +C)]*1%. Wynosi on odpowiednio: 74% dla A, 6% dla S t, 2% dla Q i i 13% dla W t (dopełnienie do 1% to udział składnika losowego w zmienności całkowitej U L = [C /(C +C)]*1). Podane watości wskazują, że w paktyce zmienność paametów Q i i W t może być taktowana jako losowa, dlatego do szacowania ich śednich watości może być stosowana klasyczna metoda statystyczna. 226

7 WARSZTATY 24 z cyklu Zagożenia natualne w gónictwie Tabela 5.1. Statystyki opisowe zmienności paametów technologicznych węgla w pokładzie węgla (waiant A) i gónym plastze (waiant B) Table 5.1. Desciptive statistics of vaibility of the lignite quality paametes in the lignite seam (vaiant A) and in the uppe slice (vaiant B) Paamet Paamete Liczba Otwoów Numbe of boeholes Minimum Minimum Maksimum Maximum Współczynnik zmienności Vaiation coefficient Współczynnik asymetii Assymety coefficient W t (PW) [%] ,1 58,4 2% -1,4 A (PW) [%] ,2 36,2 42% 1,48 Q i (PW) [kcal/kg] % 1,48 S t (PW) [%] 131,15 2,89 4% 2,16 W t PLG [%] ,2 6,1 21% -1,31 A PLG [%] 988 3, % 1,7 Q i PLG [kcal/kg] % 1,45 S t PLG [%] 88,12 2,9 47% 2,92 PW pokład węgla, PLG plaste góny, Wt wilgotność całkowita, A zawatość popiołu, Qi watość opałowa, St zawatość siaki całkowitej. PW the lignite seam (i.e. the main seam o the lignite complex), PLG the uppe slice, Wt moistue, A ash content, Qi caloific value, St sulphu content..2 A Semiwaiogam elatywny R (h) Wt S t model (h)= sph(h/18m) A model (h)= sph(h/13m) Qi model (h)= sph(h/2m) St model (h)= sph(h/2m) Q i W t Odległość h [m] Rys Semiwaiogamy elatywne izotopowe zmienności poziomej paametów jakości węgla waz z modelami sfeycznymi (waiant A). Zgenealizowane ównanie modelu sfeycznego ma postać: (h) = C+Csph(h/a); gdzie: C waiancja zmienności lokalnej (składnik losowy zmienności), C waiancja zmienności pzestzennej (składnik nielosowy zmienności), a zasięg modelu (autokoelacji paametu) Fig Relative omnidiectional semivaiogams of hoizontal vaibility of the lignite quality paametes and thei spheical models (vaiant A). Equation of spheical model: (h) = C+Csph(h/a) C nugget vaiance, C spatial vaiance, a ange of spheical model 227

8 J. MUCHA. i in. Modelowanie zmienności i dokładność oszacowania jakości węgla... Dalszych infomacji o stuktuze zmienności badanych paametów dostaczają semiwaiogamy kieunkowe, pzedstawione w fomie map izoliniowych (ys. 5.3). Śednie, bezwzględne zóżnicowanie paametu dla dowolnego kieunku i odległości miedzy punktami złoża można ustalić na mapie, odmiezając od punktu o zeowych współzędnych (zlokalizowanego w centum mapy) odcinek o odpowiedniej długości i oientacji. Analiza pzebiegu izolinii jednoznacznie dowodzi, że paamety A i S t cechuje silnie anizotopowy chaakte zmienności izolinie twozą silnie wydłużone elipsy w kieunku najmniejszej zmienności (W-E), nawiązującym do pzebiegu owu Kleszczowa. Paamety Q i i W t mają natomiast chaakte izotopowy izolinie genealnie twozą figuy zbliżone do okęgów. Istnienie anizotopii uzasadniało celowość i konieczność dokonania powtónego modelowania geostatystycznego dla kieunków minimalnej i maksymalnej zmienności A i S t (ys. 5.4). W pzypadku A dobano sfeyczny model zmienności o zasięgach autokoelacji 39 m (w kieunku W-E) i 15 m (w kieunku N-S), natomiast w pzypadku S t tzw. model Gaussa o zasięgach autokoelacji 35 m (w kieunku W-E) i 16 m (w kieunku N-S). 1 W t A [m] 1 Q i S t [m] [m] Rys Mapy izoliniowe watości semiwaiogamów (waiant A) Fig Contou maps of semivaiogam sufaces (vaiant A) [m] W następnej kolejności wykonano badanie statystyczne i modelowanie geostatystyczne (z pominięciem badania anizotopii) dla gónego wycinka (PLG) pokładu węgla (waiant B). Watości współczynników zmienności (tab. 5.1) wskazują wbew oczekiwaniom, że zmienność paametów jakościowych w PLG nie jest znacząco większa od zmienności w całym pokładzie węgla, pomimo znacznie mniejszej miąższości PLG w stosunku do miąższości pokładu i w konsekwencji znacznie słabszego uśednienia danych z póbek elementanych w kieunku pionowym. Ujawnia się to ównież w wynikach analizy geostatystycznej. Zadowalające 228

9 Semiwaiogam R (h) WARSZTATY 24 z cyklu Zagożenia natualne w gónictwie pzybliżenie semiwaiogamów uzyskuje się bowiem za pomocą paktycznie takich samych modeli zmienności jak dla całego pokładu węgla (ys. 5.5). Pzyczyny tego zjawiska można, pzynajmniej częściowo, upatywać w silnej nielosowej zmienności badanych paametów w kieunku pionowym, wzdłuż osi otwoów wietniczych. Pokazują to uśednione dla wszystkich otwoów semiwaiogamy zmienności pionowej obliczone dla elementanych póbek o długości około 3 m pobanych z dzeni wietniczych (ys. 5.6)..3 A N - S (h)= sph(h/15).25.2 S t N - E (h)= Gauss(h/16m) Semiwaiogam (h) [% 2 ].2.1 W - E (h)= sph(h/39) Semiwaiogam (h) [% 2 ].15.1 W - E (h)= Gauss(h/35) Odległość h [m] Odległość h [m] Rys Semiwaiogamy kieunkowe poziomej zmienności zawatości popiołu A i siaki całkowitej St wzdłuż kieunku maksymalnej zmienności (N S) i wzdłuż kieunku minimalnej zmienności (W E) waz z modelami (waiant A) Fig Diectional semivaiogams of hoizontal vaiability of ash and sulphu content vaiabilities along N S diection of maximum vaiability and W E diection of minimum vaiability and thei models (vaiant A).35 A.3.25 S t Wt model (h)= sph(h/15m) A model (h)= sph(h/15m) Q i model (h)= sph(h/14m) St model (h)= sph(h/23m) Q i W t Odległość h [m] Rys Semiwaiogamy elatywne izotopowe zmienności poziomej paametów jakości węgla w plastze gónym (PLG) waz z modelami sfeycznymi (waiant B) Fig Relative omnidiectional semivaiogams of hoizontal vaiability of lignite qualitative paametes in the uppe slice (PLG) and thei spheical models (vaiant B) 229

10 J. MUCHA. i in. Modelowanie zmienności i dokładność oszacowania jakości węgla....6 Semiwaiogam elatywny R (h) Wt A model (h)= sph(h/4m) A model (h)= sph(h/35m) Qi model (h)= sph(h/4m) St model (h)= sph(h/22m) S t.1 Q i W t Odległość h [m] Rys Semiwaiogamy elatywne zmienności pionowej paametów jakości węgla w pokładzie węgla waz z modelami sfeycznymi (waiant A) Fig Relative semivaiogams of vetical vaiability of lignite quality paametes in the lignite seam and thei spheical models (vaiant A) 6. Dokładność szacowania paametów jakości węgla bunatnego W wykonanych badaniach oszacowano dokładność oceny śednich watości czteech ozpatywanych paametów dla dwóch wielkości bloków obliczeniowych o poziomych ozmiaach: 4x12 m i 6x12 m, zoientowanych dłuższymi bokami zgodnie z kieunkiem N-S, będącym jednocześnie kieunkiem największej zmienności A i S t (ys. 3.1). Oientacja i geometia bloków jest genealnie zgodna z kieunkiem i postępem fontu eksploatacji, zaś ich wielkości nawiązują do wielkości obszau ocznej eksploatacji złoża i obszau złoża pzeznaczonego do bezpośedniego wydobycia w kótkim okesie czasu. Dla pzyjętej oientacji bloków, błąd oszacowania paametów jakościowych powinien być większy niż dla innych położeń bloków obliczeniowych, a w szczególności dla takiej oientacji bloków, kiedy dłuższy bok jest ównoległy do kieunku minimalnej zmienności W-E. W tym sensie, uzyskane badziej pesymistyczne oceny dokładności można uważać za bezpieczne. W pzypadku dużych bloków, ocenę dokładności szacowania dla całego pokładu węgla wykonano dwukotnie, wykozystując za piewszym azem modele geostatystyczne uśednione dla wszystkich kieunków, tzw. izotopowe (ys. 5.2), a następnie modele uwzględniające anizotopię zmienności A i S t (ys. 5.4). Dla pzystopowej patii złoża (PLG) o gubości 2 m (waiant B), obliczenia wykonano wyłącznie dla modeli izotopowych (ys. 5.5). W pzypadku małych bloków, pzedmiotem oceny były wyłącznie paamety jakości węgla w obębie gónego wycinka pokładu węgla (PLG). Pocedua obliczeń wyglądała następująco. Na mapę ozpoznania wietniczego pola Bełchatów naniesiono w odpowiedniej skali kontuy bloków obu odzajów a następnie, dla kolejnych ich lokalizacji wyznaczono pocentowe elatywne błędy oceny śednich watości paametów jakości. Obliczenia wykonano oddzielnie dla części wschodniej i zachodniej obszau badań w polu Bełchatów, óżniących się wyaźnie gęstością ozpoznania wietniczego złoża (ys. 3.1). W zastosowanej do oceny błędów poceduze kigingu blokowego, uwzglę- 23

11 WARSZTATY 24 z cyklu Zagożenia natualne w gónictwie dniono dane pochodzące z otwoów, któe znalazły się w obębie bloków obliczeniowych lub w ich bezpośednim sąsiedztwie, tak jak to zaznaczono pzykładowo na ysunku 3.1. Patia złoża Mine pat PW PW* PLG PLG Błędy względne standadowe (%) oceny śednich watości paametów jakości węgla bunatnego w blokach obliczeniowych o óżnej wielkości Relative standad eos (%) of mean values estimations of lignite quality paametes in the mining blocks with diffeent size Zawatość popiołu Zawatość siaki Watość opałowa Ash content Sulphu content Caloific value Blok obliczeniowy Block fo computation (m) 4x12 4x12 4x12 6x12 Tabela 6.1. Table 6.1. Zawatość wilgoci Moistue W E W E W E W E 6.5 (5-8) 6.9* (6-8)* 8.5 (7-1) 17.3 (11-28) 4.5 (4-5) 4.8* (4-6)* 5.9 (5-7) 13.9 (1-44) 5.8 (5-7) 5.5* (4-7)* 6.9 (6-8) 15.1 (9-25) 4.3 (3-5) 4.8 (4-6) 2.8 (2-4) 4.4 (4-6) 2.5 (2-3) 3.8* (3-5)* no no no no (4-6) (4-6) (2-4) (4-6) (2-4) (1-38) (7-22) (5-22) (6-2) (4-2) PW pokład węgla, PLG góna część pokładu węgla o miąższości 2 m (plaste góny); * obliczenia wykonane dla anizotopowego modelu zmienności, no nie obliczano; W, E odpowiednio: zachodnia i wschodnia część badanego obszau pola Bełchatów; ( ) zakes zmienności błędów. PW the lignite seam, PLG the uppe pat of the lignite seam (i.e. uppe slice; thickness 2 m) * computation fo anisotopic model of vaiability, no not calculated; W, E elatively: the west and the east pat of the studied aea fom the Bełchatów field ( ) ange of eo vaiability W większych blokach pokładu węgla (waiant A), błędy te (tab. 6.1) dla geostatystycznego modelu izotopowego i anizotopowego, óżnią się w nieznacznym stopniu, co sugeuje możliwość stosowania do ich oceny postszego modelu izotopowego. Genealnie, dokładność oszacowań z małymi względnymi błędami standadowymi (dla poziomu pawdopodobieństwa P = 68%) z zakesu 2 8 %, można uznać za wysoką i z fomalnego punktu widzenia pzypoządkować ją, w zależności od ozpatywanego paametu, do kategoii B lub A ozpoznania. Zbliżone wyniki uzyskano dla plasta gónego (waiant B), dla któego błędy standadowe z zakesu 2 1% są tylko nieznacznie większe niż dla całego pokładu węgla i w sensie fomalnym nie powodują zmiany kategoii ozpoznania. W pzypadku bloków 6x12 m stwiedza się spodziewane, znaczące obniżenie dokładności oszacowań śednich watości paametów jakości węgla, związane z tzw. egesem dokładności waz ze zmniejszeniem powiezchni bloków. W poównaniu z blokami 4x12 m, następuje blisko tzykotny wzost pzeciętnych błędów, a ozzut skajnych błędów jest badzo szeoki i wyznacza pzedział: 4 44%. Dokładność oszacowania najbadziej zmiennego paametu jakim jest A, z błędami względnymi standadowymi od 11 do 28%, odpowiada zaledwie wymaganiom stawianym w kategoiach: C 1, C 2 lub D 1. Dowodzi to niedostatecznej dokładności pognozowania śednich watości paametów jakościowych w pacelach pzewidzianych bezpośednio do eksploatacji, wyłącznie na podstawie ozpoznania otwoowego. Dla uzyskania zadowalającej dokładności oszacowania konieczne jest uwzględnienie wyników opóbowania buzdowego ścian eksploatacyjnych zlokalizowanych wewnątz lub w pobliżu obszau szacowania. 231

12 J. MUCHA. i in. Modelowanie zmienności i dokładność oszacowania jakości węgla Podsumowanie i wnioski 1. Wśód czteech ozpatywanych paametów opisujących jakość kopaliny w badanej części złoża węgla bunatnego Bełchatów (pole Bełchatów), można wyóżnić dwie gupy paametów, óżniące się intensywnością zmienności i jej stuktuą. Do piewszej gupy można zaliczyć zawatość popiołu i siaki, cechujące się większą zmiennością (współczynnik zmienności około 4%), wyaźnymi pawidłowościami zmian i anizotopowym chaakteem zóżnicowania watości w pzestzeni złożowej. Do dugiej gupy należy natomiast watość opałowa i zawatość wilgoci, chaakteyzujące się mniejszą zmiennością (współczynniki zmienności około 2%), losowym, lub zbliżonym do losowego, zóżnicowaniem oaz izotopową stuktuą zmienności w złożu. O globalnym ozpoznaniu jakości kopaliny winna więc decydować dokładność szacowania najbadziej zmiennych paametów zawatości popiołu i siaki. 2. Geostatystyczna stuktua zmienności paametów jakościowych może być łatwo opisana za pomocą modeli sfeycznych, któe odzwieciedlają, za pomocą składnika nielosowego zmienności, siłę pawidłowości zmian paametów, zaówno w płaszczyźnie poziomej jak i pionowej złoża. Z punktu widzenia zmienności hoyzontalnej w pokładzie węgla (pokład główny lub pokłady B+C+D), badane paamety można uszeegować zgodnie z malejącym udziałem składnika nielosowego w całkowitej zmienności w następującej kolejności: zawatość popiołu (74%), zawatość siaki (6%), watość opałowa (2%) i zawatość wilgoci (13%). Zestawienie to pozwala stwiedzić, że efektywność geostatystycznej poceduy kigingu jest najwyższa pzy szacowaniu śednich zawatości popiołu i siaki, natomiast szacowanie śednich watości opałowych i zawatości wilgoci może być ównie efektywnie wykonywane pzy wykozystaniu postszej, klasycznej metody statystycznej. Podobne ezultaty uzyskano dla pzystopowej części pokładu węgla o miąższości 2 m. 3. Szacowanie śednich watości paametów jakościowych w dużych blokach obliczeniowych odpowiadających patiom złoża o wielkości poównywalnej z obszaem ocznej eksploatacji złoża (o powiezchni około,5 km 2 ), opate na wynikach ozpoznania wietniczego, cechuje się wysoką dokładnością ze śednimi błędami względnymi standadowymi (dla poziomu pawdopodobieństwa P = 68%) najbadziej zmiennych paametów (zawatości popiołu i siaki) zędu 5%. Dostatecznej dokładności nie zapewnia natomiast podobne szacowanie, wykonane dla pzygotowywanych do bieżącej eksploatacji małych patii złoża (o powiezchni około,7 ha), dla któych śednie błędy względne standadowe oszacowania śedniej zawatości popiołu i siaki wynoszą około 15% tzn około 3% dla poziomu pawdopodobieństwa P =,95. Możliwości zwiększenia dokładności należy w tym pzypadku upatywać w wykozystaniu, w poceduze szacowania, danych pochodzących z opóbowania buzdowego ścian eksploatacyjnych. Skuteczność takiego postępowania wymaga jednak pzeanalizowania wielu waiantów ozmieszczenia miejsc opóbowania i ilości pobieanych pób. Podziękowania Paca wykonana została w amach badań statutowych Zakładu Geologii Ogólnej i Matematycznej oaz Katedy Geologii Kopalnianej AGH. 232

13 WARSZTATY 24 z cyklu Zagożenia natualne w gónictwie Liteatua [1] Boowicz A., Specylak J., Ślusaczyk G., Kawalec W. 1996: Wstępna ocena złoża węgla bunatnego Bełchatów pole Sczeców pzy użyciu techniki komputeowej. Gónictwo Odkywkowe. Instytut Poltego, Wocław, XXXVIII, 3, [2] Czanecki L., Fankowski J., Kuszneuk J. 1992: Syntetyczny pofil litostatygaficzny utwoów tzeciozędu w złożu Bełchatów. Mateiały XV Symp. Geol. Fomacji Węgl. Polski. Wyd. AGH, Kaków, [3] Isaaks E. H., Sivastava R. M. 1989: An Intoduction to Applied Geostatistics. Oxfod Univesity Pess, New Yok, 561 p. [4] Jounel A. C., Huijbegts Ch. J. 1978: Mining Geostatistics. Academic Pess., London, 6 p. [5] Matl K. 2: Wybane elementy budowy geologicznej złoża Bełchatów. W: Chaakte petogaficzny i waunki sedymentacji wybanych kompleksów litologicznych z pofilu miocenu w złożu węgla bunatnego Bełchatów. Pace Geol. PAN, 147: [6] Matheon G : Taîté de géostatistique appliquée. T. 1 (1962), s.334, T.2 (1963), s.172, Editions Technip, Pais. [7] Mucha J. 1994: Metody geostatystyczne w dokumentowaniu złóż. Skypt, Kateda Geologii Kopalnianej, AGH, Kaków, s [8] Nieć M.(ed.) 22: Zasady dokumentowania złóż kopalin stałych. Ministestwo Śodowiska, KZK, Waszawa. [9] Słomka T., Mucha J., Mastej W., Batuś T., Dolik M., Słomka E., Leśniak T. 22: Geostatystyczna analiza głównych paametów jakościowych węgla bunatnego pola Bełchatów. Kaków, listopad 22; Ach. KWB Bełchatów. Geostatistical modelling and estimation of lignite quality in the Bełchatów deposit (Poland) The basic souces of infomation on the Bełchatów lignite deposit ae boeholes. Dill coes fom about 12 boeholes had been sampled and assayed fo ash and sulphu content, moistue and caloific value in ow coal. These basic paametes contol the quality of lignite. The study aimed to detemine the accuacy of mean values estimations of quality paametes fo mining fields of diffeent sizes: 4x12 m (the fields scheduled fo extaction duing one yea) and 6x12 m (mining units scheduled fo cuent extaction). Pediction of accuacy was caied on with the block kiging pocedue based on detailed geostatistical analysis and modelling of paametes vaiability peceded by classical statistical analysis. The obtained esults demonstate that elative vaiability of studied paametes expessed by the coefficient of vaiation is distinctly divesified. Vaiabilities of the ash and sulphu contents ae twice highe than those of caloific value and moistue. The semivaiogams showed diffeent natue of the stuctue of paamete vaiability expessed fist of all by the non-andom and anisotopic vaiability of the ash and sulphu contents, and andom and isotopic vaiability of the caloific value and moistue. It was found that pesent boehole gid ensues satisfactoy accuacy of the mean estimation of quality paametes within blocks: 4x12 m and insufficient accuacy of the ash and sulphu contents estimations fo blocks: 6x12 m. Pzekazano: 25 kwietnia