Surfer和A utoCAD软件在编制矿井瓦斯地质图中的应用＊

林海飞陈 勇李树刚成连华王红胜

(1.西安科技大学能源学院,陕西省西安市,710054; 2.兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿,山东省济宁市,272169)

★煤炭科技·地质与勘探 ★

Surfer和A utoCAD软件在编制矿井瓦斯地质图中的应用＊

林海飞1陈 勇2李树刚1成连华1王红胜1

(1.西安科技大学能源学院,陕西省西安市,710054; 2.兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿,山东省济宁市,272169)

通过交叉验证的方法,优选了格网内插方法,采用Surfer和AutoCAD软件绘制出了煤层瓦斯地质图中的瓦斯压力、含量及涌出量等值线,同时阐述了使用Surfer和AutoCAD软件绘制矿井瓦斯地质图中瓦斯含量等值线的方法及过程。

Surfer软件 AutoCAD软件 瓦斯地质图 等值线

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

矿井瓦斯地质图是瓦斯地质规律和瓦斯预测成果的直观表达和高度概括,是煤矿安全生产的一项重要基础工作,它可直接用于安全生产管理、瓦斯(煤层气)抽采利用和煤矿规划,是我国煤炭工业发展必不可少的技术图件。瓦斯地质图中瓦斯压力、含量及涌出量等值线是其中的重要内容,但传统手工绘制等值线图是一项非常繁琐的工作,不仅绘制速度慢、效率低,且不同水平的技术人员绘制的质量也存在较大差异。而通过 Surfer和Auto-CAD软件绘制,则可达到高效、高质的目的。

1 Surfer软件插值方法的优选

在利用Surfer软件生成等值线过程中,插值方法的选择对于生成的等值线的可靠性及合理性至关重要。

1.1 插值方法的评价

Surfer8.0软件包括加权反距离、克里金、最小曲率、最近邻点、改进谢别德、自然邻点、多元回归、径向基函数、线性插值三角网、移动平均、局部多项式和数据度量等12种插值法,在生成格网之前,可使用交叉验证来评价插值方法,使用交叉验证的统计结果评估空间变异性,从而分析各种插值方法的合理性,其评价步骤见图1。

1.2 交叉验证的统计指标

对变量的空间相关性进行分析,就是利用区域性变量理论和变异函数的概念进行空间变量的结构分析。

式中:n——数据总数;

Xi——数据值。

(2)标准误差。标准误差 (σ)是各测量值误差的平方和的平均值的平方根,又称为均方误差。

(3)平均偏差。平均偏差 ()是各单次测量偏差的绝对值之和与测量次数之比。

(4)标准偏差。标准偏差 (S)用以衡量数据值偏离算术平均值的程度。标准偏差越小,数据值偏离平均值就越少,反之亦然。

(5)变异系数。变异系数 (C.V)又称标准差率,是衡量各观测值变异程度的另一个统计量,变异系数可以消除单位和 (或)平均数不同对两个或多个资料变异程度比较的影响。

图1 插值优化步骤

1.3 插值方法的优选

采用 Surfer 8.0所支持的不同插值方法将XYZ数据文件格网化,生成相对应的格网文件,即.grd文件。然后通过不同插值方法,计算和统计各个格网文件的残差信息,利用上述公式(Surfer8.0软件会自动生成)求得各个模型对应的均值、标准误差、平均偏差、标准偏差和变异系数等统计指标值,最后进行不同插值方法的综合有效性评价。

2 绘制瓦斯地质图中等值线的步骤

利用Surfer和AutoCAD软件绘制瓦斯地质图中瓦斯压力、含量和涌出量等值线,主要包括数据源的建立、用 Surfer软件生成等值线、用Auto-CAD进行处理加工等步骤。

2.1 数据源的建立

瓦斯地质图中瓦斯压力、含量及涌出量等值线的绘制质量与数据的合理性及可靠性密切相关,因此对实测煤层瓦斯参数资料应逐个进行审核分析,舍弃不符合采样规程要求的资料。对于基本符合总体特征的采样点,可利用实测值内插连线。对于实测点分布少的区段,应依据瓦斯与地质因素 (如煤层埋深、底板标高、挥发分、煤厚等)的相关性分析,建立煤层瓦斯与地质因素的回归方程,计算出回归值,并以该值为基础来编制等值线。

表1 某矿煤层瓦斯含量测值

在Surfer软件中数据源结构至少包括3个字段,通常前两个字段是该点的坐标 (x,y),第三字段是该点的属性 (可为瓦斯含量、压力或涌出量)。表1为收集的绘制某矿煤层瓦斯含量测点的离散点数据,第一列为该区域内测点的x坐标,第二列为y坐标,第三列为瓦斯含量值。将数据源输入到Excel,建立数据库,以便增减离散点数据,重新生成等值线图。

2.2 利用Surfer软件绘制等值线

(1)建立网格文件。网格文件是 Surfer软件绘制等值线图的基础,在Surfer软件中选择菜单命令“网格”→“数据”选择数据源,在对话框“数据列”栏中选择 x、y方向,z列中选择要估值的指标,如绘制瓦斯含量等值线图需输入瓦斯含量值数据列,单击查看数据,可查看数据格式。在网格化方法中选择插值方法,在高级选项中对估值方法的参数进行设置。根据需要输入完对话参数后,生成网格文件。

通过对某矿煤层瓦斯含量测点网格化时,不同模型的均值、标准误差、平均偏差、标准偏差和变异系数等统计指标的有效性评价,综合结果表明,使用克里金插值法优于其他方法 (如表2所示)。

表2 各种插值方法的有效性评价指标

(2)生成等值线。在 Surfer中选择菜单命令“地图”→“等值线图”→“新建等值线图”或单击工具栏上的“新建等值线图”按钮,对话框出现后,选择并打开前面生成的网格文件＊.grd,即绘制成了初始等值线。

(3)修改等值线。根据所绘制的等值线图,打开等值线属性对话框,然后修改等值线 (如等值线之间填充颜色、增减或移动等值线标注及等级、更改坐标轴属性等)。

(4)输出等值线图。等值线绘制、修改符合要求后,选择菜单命令“文件”→“输出”保存成AutoCAD识别的图形文件＊.dxf。

2.3 利用AutoCAD软件完善等值线图

(1)启动AutoCAD软件,打开原有的采掘工程平面图或煤层底板等高线图作为基础图。

图2 某矿最终绘制的瓦斯含量等值线图

(2)打开瓦斯含量等值线图文件＊.dxf,把该图复制到基础图中,将其图层名改为瓦斯含量等值线,并置为当前图层,利用AutoCAD的图形编辑功能,通过线形处理,利用旋转、移动、缩放或对齐命令,把多幅图合成一幅。

(3)利用打断、延长或修改等命令进行等值线的修改,即得到需要的最终等值线图。某矿最终绘制的瓦斯含量等值线图见图2。

3 结语

(1)通过交叉验证法得到,利用 Surfer绘制煤矿瓦斯地质图中瓦斯压力、含量及涌出量等值线图时,最优的插值方法是克里金方法。

(2)阐述了使用Surfer和AutoCAD软件绘制矿井瓦斯地质图中瓦斯含量等值线的方法及过程,瓦斯压力及瓦斯涌出量等值线图的绘制方法及过程与其类似。

(3)用Surfer和AutoCAD软件绘制煤矿瓦斯地质图,不但节省时间、提高效率,而且避免人为误差,提高了瓦斯地质图绘制质量,具有重要意义。

[1]张子敏,张玉贵.三级瓦斯地质图与瓦斯治理 [J].煤炭学报,2005(4)

[2]张子敏,张玉贵.矿井瓦斯地质图编制 [J].煤炭科学技术,2005(8)

[3]陈欢欢,李星,丁文秀.Surfer8.0等值线绘制中的十二种插值方法[J].工程地球物理学报,2007(1)

[4]武俊红,汪云甲.基于Surfer的煤矿等值线空间插值方法有效性评价 [J].中国矿业,2007(1)

[5]王涛,黄文涛.井田煤层瓦斯地质图的编制方法[J].中国煤田地质,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

林海飞 (1979-),男,山西大同人,讲师,博士,主要从事矿山安全与瓦斯灾害防治技术的研究。

(责任编辑 张艳华)

国家自然科学基金项目 (50874089),高等学校博士学科点专项科研基金 (20096121110002),西安科技大学培育基金 (2009008)