19.01.2021

Понятие о физико-геологических факторах добычи полезных ископаемых и методах их оценки


Под физико-геологическими факторами понимают движущие силы какого-либо процесса или же условия, в которых этот процесс протекает.

Для каждого месторождения, отрабатываемого геотехнологическим способом, существует свой перечень факторов, в различной степени влияющих на технико-экономические показатели добычи.

По характеру воздействия целесообразно различать факторы, влияющие на условия подготовки, основной технологический процесс, условия интенсификации, сопутствующие процессы. По степени влияния различают факторы решающие, главные и второстепенные.

Решающие факторы определяют саму принципиальную возможность применения метода добычи. От главных факторов зависят экономические показатели эксплуатации месторождений. Второстепенные факторы не влияют непосредственно на экономику, но только в том случае, если они правильно учтены при выборе системы разработки, технологического режима и технических решений. Чтобы определить рациональный объем и методику изучения месторождений для оценки условий их эксплуатации геотехнологическими методами, необходимо прежде всего знать, какие факторы будут играть определяющую роль.

Целесообразно по степени полноты получаемых представлений о роли тех или иных факторов выделять следующие стадии их изучения: 1) определение перечня факторов и качественного направления влияния каждого из них; 2) разделение факторов на решающие, главные и второстепенные и нахождение крайних значений, при которых геотехнологический процесс осуществим; 3) вскрытие зависимостей между природными факторами и технико-экономическими показателями процесса.

В соответствии с указанными стадиями могут применяться различные способы моделирования процесса: логическое (моделями служат расчетные схемы), лабораторное, натурное (опытные и опытно-промышленные установки), аналоговое (моделями служат предприятия на других месторождениях).

Логическое и лабораторное моделирование. Вопросы моделирования геотехнологических процессов в последнее время привлекают все большее внимание и освещены в ряде работ. Предприняты попытки дать полное математическое описание некоторых процессов с получением количественных зависимостей. Однако в большинстве случаев использовать аналитические решения возможно только для качественной оценки роли отдельных факторов. Для этого необходимо определить, из каких составляющих слагается технологический процесс, выписать уравнения, описывающие отдельные стороны процесса и их частные решения, найти связь между входящими в зависимости параметрами и характеристиками природной среды, поддающимися определению.

Логическое моделирование дополняют и проверяют путем физического моделирования. При этом должны соблюдаться следующие условия и правила моделирования: натурный объект и модель должны отвечать условиям геометрического подобия; уравнения, описывающие процессы в натурном объекте и модели, являются общими для всего интервала изменения параметров и переменных; краевые начальные условия в натурном объекте и модели, выраженные в безразмерной форме, должны быть одинаковыми, одноименные безразмерные параметры должны быть равными.

Надо сказать, что добиться точного подобия натуры и модели практически очень трудно. Так, при моделировании процесса подземной выплавки серы этого добиться невозможно. Поэтому в задачу экспериментальных исследований входит изучение и проверка правильности математического описания не процесса в целом, а отдельных его сторон.

Наиболее достоверные данные о параметрах технологического процесса и факторах, их определяющих, дает натурное моделирование.

Натурное моделирование. Перед исследователями, намечающими проведение натурных опытов, возникают вопросы: 1) на какой части рудной залежи следует проводить опыты; 2) каким по величине должен быть опытный участок; 3) каким образом расположить скважины на опытном участке.

Ответ на эти вопросы дает теория геологического подобия и моделирования. Геологическим подобием называется приближенное сходство обобщенных, существенных качеств (однородного в целом) при несхожести частностей (неоднородного в точке). На природные аналоги (натурные модели) распространяются все основные положения общей теории подобия.

С точки зрения теории подобия опытный участок следует рассматривать как модель системы отработки всей залежи (объекта). Опытный участок должен удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к модели, т. е. должно соблюдаться равенство критериев подобия и условий однозначности модели и объекта.

Для интерпретации полученных на модели результатов необходимо определить критерии подобия, что является весьма трудной задачей. При натурном моделировании эта задача значительно облегчается тем, что критерии, в которые входят показатели природных факторов, будут совпадать, остается только обеспечить равенство критериев, характеризующих искусственные факторы. Очевидно, если характеристики природных факторов модели будут соответствовать средним характеристикам для всего участка, то масштабные коэффициенты для перехода от модели к объекту будут равны единице. Чтобы обеспечить это условие, участок для проведения опыта должен быть типичным по геологическому строению и гидрогеологическим условиям, а относительная неоднородность его близка к неоднородности объекта.

Этими требованиями и определяются место проведения опыта и величина участка. Другими словами, участок должен включать все основные разновидности руд в соотношениях, характерных для всей залежи, а гидрогеологические параметры водоносного горизонта должны соответствовать средним значениям.

Методика определения критериев подобия опытного участка «натуре» подробно изложена в работе. Вывод критериев включает составление структурной схемы процесса, нахождение величин, определяющих инварианты и коваризиты первого порядка, составление в общем виде уравнения связи прогнозируемой величины с остальными и вывод критериев с помощью анализа размерностей.

Натурные эксперименты позволяют получить наиболее надежную информацию о влиянии природных факторов на результаты геотехнологического процесса, однако им свойственны и некоторые недостатки: 1) опытный участок не может характеризовать месторождение в целом, особенно при значительной изменчивости главнейших показателей; 2) для проведения опытов необходимо значительное время; 3) исключается возможность непосредственного наблюдения за процессом; 4) невозможно задавать различные значения факторов и, следовательно, установить влияние каждого из них.

Поэтому для уточнения роли природных факторов широко применяется также метод, основанный на обработке опытных данных при эксплуатации аналогичных месторождений и залежей. При этом существует два различных подхода к решению задачи. Один из них, развитый в работе, заключается в установлении аналогии между участками или месторождениями путем сравнения критериев геологического подобия. Результаты эксплуатации по отдельным участкам обрабатываются в виде, удобном для сравнения. В картотеке аналогов находят участок с наиболее близкими показателями и но результатам его отработки осуществляют прогнозирование.

Другой подход основан на установлении связен между входными величинами и результатами эксплуатации путем статистической обработки данных. Использование этого метода позволяет, не вскрывая внутренних закономерностей происходящих в недрах процессов, получить количественные оценки степени влияния природных факторов на результаты процесса.

Для этого прежде всего необходимо из общих представлений, опыта и интуиции выбрать перечень факторов, которые оказывают наиболее существенное влияние на процесс. Затем проводят сбор первичной информации, характеризующей отдельные участки или блоки отрабатываемого месторождения и полученные при их эксплуатации результаты.

Полученная информация обрабатывается на ЭВМ методом множественной корреляции, причем несущественные факторы могут автоматически отсеиваться до тех пор, пока не будет достигнут максимум коэффициента множественной регрессии.

Недостатком статистических моделей является невозможность переноса полученных результатов в геологические условия, существенно отличающиеся от модели. Так, например, при подземной выплавке серы в условиях Язовского месторождения одним из решающих факторов является приемистость серодобычных скважин. В то же время на Гаурдакском месторождении она практически неограничена и является второстепенным фактором.





Яндекс.Метрика