Surfer和A utoCAD軟件在編制礦井瓦斯地質圖中的應用＊

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)抽采利用和煤礦規劃,是我國煤炭工業發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 交叉驗證的統計指標

對變量的空間相關性進行分析,就是利用區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 插值優化步驟

1.3 插值方法的優選

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段,應依據瓦斯與地質因素 (如煤層埋深、底板標高、揮發分、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計指標的有效性評價,綜合結果表明,使用克里金插值法優于其他方法 (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,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)