林海飛陳 勇李樹剛成連華王紅勝

(1.西安科技大學能源學院,陜西省西安市,710054; 2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧三號煤礦,山東省濟寧市,272169)

★煤炭科技·地質與勘探 ★

Surfer和A utoCAD軟件在編制礦井瓦斯地質圖中的應用＊

林海飛1陳 勇2李樹剛1成連華1王紅勝1

(1.西安科技大學能源學院,陜西省西安市,710054; 2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧三號煤礦,山東省濟寧市,272169)

通過交叉驗證的方法,優(yōu)選了格網內插方法,采用Surfer和AutoCAD軟件繪制出了煤層瓦斯地質圖中的瓦斯壓力、含量及涌出量等值線,同時闡述了使用Surfer和AutoCAD軟件繪制礦井瓦斯地質圖中瓦斯含量等值線的方法及過程。

Surfer軟件 AutoCAD軟件 瓦斯地質圖 等值線

AbstractOn the basis of cross p roof method,grid interpolation method is selected.Surfer and AutoCAD softwares are used to compile themine gasp ressure isoline,mine gas concentration isoline and gas in-flow isoline.A t the same time,this paper also deals w ith the method and p rocedures of draw ing the gas concentration isoline in the mine gas geology map w ith the app lication of Surfer and AutoCAD softwares.

Key wordsSurfer softw are,AutoCAD softw are,gas geology map,isotope line

礦井瓦斯地質圖是瓦斯地質規(guī)律和瓦斯預測成果的直觀表達和高度概括,是煤礦安全生產的一項重要基礎工作,它可直接用于安全生產管理、瓦斯(煤層氣)抽采利用和煤礦規(guī)劃,是我國煤炭工業(yè)發(fā)展必不可少的技術圖件。瓦斯地質圖中瓦斯壓力、含量及涌出量等值線是其中的重要內容,但傳統(tǒng)手工繪制等值線圖是一項非常繁瑣的工作,不僅繪制速度慢、效率低,且不同水平的技術人員繪制的質量也存在較大差異。而通過 Surfer和Auto-CAD軟件繪制,則可達到高效、高質的目的。

1 Surfer軟件插值方法的優(yōu)選

在利用Surfer軟件生成等值線過程中,插值方法的選擇對于生成的等值線的可靠性及合理性至關重要。

1.1 插值方法的評價

Surfer8.0軟件包括加權反距離、克里金、最小曲率、最近鄰點、改進謝別德、自然鄰點、多元回歸、徑向基函數、線性插值三角網、移動平均、局部多項式和數據度量等12種插值法,在生成格網之前,可使用交叉驗證來評價插值方法,使用交叉驗證的統(tǒng)計結果評估空間變異性,從而分析各種插值方法的合理性,其評價步驟見圖1。

1.2 交叉驗證的統(tǒng)計指標

對變量的空間相關性進行分析,就是利用區(qū)域性變量理論和變異函數的概念進行空間變量的結構分析。

式中:n——數據總數;

Xi——數據值。

(2)標準誤差。標準誤差 (σ)是各測量值誤差的平方和的平均值的平方根,又稱為均方誤差。

(3)平均偏差。平均偏差 ()是各單次測量偏差的絕對值之和與測量次數之比。

(4)標準偏差。標準偏差 (S)用以衡量數據值偏離算術平均值的程度。標準偏差越小,數據值偏離平均值就越少,反之亦然。

(5)變異系數。變異系數 (C.V)又稱標準差率,是衡量各觀測值變異程度的另一個統(tǒng)計量,變異系數可以消除單位和 (或)平均數不同對兩個或多個資料變異程度比較的影響。

圖1 插值優(yōu)化步驟

1.3 插值方法的優(yōu)選

采用 Surfer 8.0所支持的不同插值方法將XYZ數據文件格網化,生成相對應的格網文件,即.grd文件。然后通過不同插值方法,計算和統(tǒng)計各個格網文件的殘差信息,利用上述公式(Surfer8.0軟件會自動生成)求得各個模型對應的均值、標準誤差、平均偏差、標準偏差和變異系數等統(tǒng)計指標值,最后進行不同插值方法的綜合有效性評價。

2 繪制瓦斯地質圖中等值線的步驟

利用Surfer和AutoCAD軟件繪制瓦斯地質圖中瓦斯壓力、含量和涌出量等值線,主要包括數據源的建立、用 Surfer軟件生成等值線、用Auto-CAD進行處理加工等步驟。

2.1 數據源的建立

瓦斯地質圖中瓦斯壓力、含量及涌出量等值線的繪制質量與數據的合理性及可靠性密切相關,因此對實測煤層瓦斯參數資料應逐個進行審核分析,舍棄不符合采樣規(guī)程要求的資料。對于基本符合總體特征的采樣點,可利用實測值內插連線。對于實測點分布少的區(qū)段,應依據瓦斯與地質因素 (如煤層埋深、底板標高、揮發(fā)分、煤厚等)的相關性分析,建立煤層瓦斯與地質因素的回歸方程,計算出回歸值,并以該值為基礎來編制等值線。

表1 某礦煤層瓦斯含量測值

在Surfer軟件中數據源結構至少包括3個字段,通常前兩個字段是該點的坐標 (x,y),第三字段是該點的屬性 (可為瓦斯含量、壓力或涌出量)。表1為收集的繪制某礦煤層瓦斯含量測點的離散點數據,第一列為該區(qū)域內測點的x坐標,第二列為y坐標,第三列為瓦斯含量值。將數據源輸入到Excel,建立數據庫,以便增減離散點數據,重新生成等值線圖。

2.2 利用Surfer軟件繪制等值線

(1)建立網格文件。網格文件是 Surfer軟件繪制等值線圖的基礎,在Surfer軟件中選擇菜單命令“網格”→“數據”選擇數據源,在對話框“數據列”欄中選擇 x、y方向,z列中選擇要估值的指標,如繪制瓦斯含量等值線圖需輸入瓦斯含量值數據列,單擊查看數據,可查看數據格式。在網格化方法中選擇插值方法,在高級選項中對估值方法的參數進行設置。根據需要輸入完對話參數后,生成網格文件。

通過對某礦煤層瓦斯含量測點網格化時,不同模型的均值、標準誤差、平均偏差、標準偏差和變異系數等統(tǒng)計指標的有效性評價,綜合結果表明,使用克里金插值法優(yōu)于其他方法 (如表2所示)。

表2 各種插值方法的有效性評價指標

(2)生成等值線。在 Surfer中選擇菜單命令“地圖”→“等值線圖”→“新建等值線圖”或單擊工具欄上的“新建等值線圖”按鈕,對話框出現后,選擇并打開前面生成的網格文件＊.grd,即繪制成了初始等值線。

(3)修改等值線。根據所繪制的等值線圖,打開等值線屬性對話框,然后修改等值線 (如等值線之間填充顏色、增減或移動等值線標注及等級、更改坐標軸屬性等)。

(4)輸出等值線圖。等值線繪制、修改符合要求后,選擇菜單命令“文件”→“輸出”保存成AutoCAD識別的圖形文件＊.dxf。

2.3 利用AutoCAD軟件完善等值線圖

(1)啟動AutoCAD軟件,打開原有的采掘工程平面圖或煤層底板等高線圖作為基礎圖。

圖2 某礦最終繪制的瓦斯含量等值線圖

(2)打開瓦斯含量等值線圖文件＊.dxf,把該圖復制到基礎圖中,將其圖層名改為瓦斯含量等值線,并置為當前圖層,利用AutoCAD的圖形編輯功能,通過線形處理,利用旋轉、移動、縮放或對齊命令,把多幅圖合成一幅。

(3)利用打斷、延長或修改等命令進行等值線的修改,即得到需要的最終等值線圖。某礦最終繪制的瓦斯含量等值線圖見圖2。

3 結語

(1)通過交叉驗證法得到,利用 Surfer繪制煤礦瓦斯地質圖中瓦斯壓力、含量及涌出量等值線圖時,最優(yōu)的插值方法是克里金方法。

(2)闡述了使用Surfer和AutoCAD軟件繪制礦井瓦斯地質圖中瓦斯含量等值線的方法及過程,瓦斯壓力及瓦斯涌出量等值線圖的繪制方法及過程與其類似。

(3)用Surfer和AutoCAD軟件繪制煤礦瓦斯地質圖,不但節(jié)省時間、提高效率,而且避免人為誤差,提高了瓦斯地質圖繪制質量,具有重要意義。

[1]張子敏,張玉貴.三級瓦斯地質圖與瓦斯治理 [J].煤炭學報,2005(4)

[2]張子敏,張玉貴.礦井瓦斯地質圖編制 [J].煤炭科學技術,2005(8)

[3]陳歡歡,李星,丁文秀.Surfer8.0等值線繪制中的十二種插值方法[J].工程地球物理學報,2007(1)

[4]武俊紅,汪云甲.基于Surfer的煤礦等值線空間插值方法有效性評價 [J].中國礦業(yè),2007(1)

[5]王濤,黃文濤.井田煤層瓦斯地質圖的編制方法[J].中國煤田地質,1995(4)

Application of Surfer and AutoCAD softwares in the compilation of mine gasgeologymap

Lin Haifei1,Chen Yong2,Li Shugang1,Cheng Lianhua1,Wang Hongsheng1
(1.School of Energy Resource,Xi’an University of Science and Technology,Xi’an,Shaanxi p rovince 710054,China; 2.Ji,ning No.3 Coal M ine,Yanzhou Coal Co L td,Jining,Shandong p rovince 272169,China)

A

林海飛 (1979-),男,山西大同人,講師,博士,主要從事礦山安全與瓦斯災害防治技術的研究。

(責任編輯 張艷華)

國家自然科學基金項目 (50874089),高等學校博士學科點專項科研基金 (20096121110002),西安科技大學培育基金 (2009008)