научная статья по теме О КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СООТНОШЕНИЯХ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ В ЗОЛЕ УГЛЕЙ КАА-ХЕМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «О КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СООТНОШЕНИЯХ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ В ЗОЛЕ УГЛЕЙ КАА-ХЕМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ»

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2008, № 4, с. 54-60

УДК 662.74

О КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СООТНОШЕНИЯХ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ В ЗОЛЕ УГЛЕЙ КАА-ХЕМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

© 2008 г. Н. Н. Янчат, Л. X. Тас-оол

Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН, Кызыл

E-mail: tikopr@mail.ru Поступила в редакцию 20.08.2007 г.

Метод регрессионного анализа применен для исследования корреляционных соотношений минеральных составляющих углей. Установлены закономерности изменчивости содержаний отдельных золообразующих элементов с изменением зольности углей и с глубиной залегания пласта; представлены рентгеноспектральные характеристики золы углей и качественный состав их минералогических компонентов.

Каа-Хемское каменноугольное месторождение расположено на восточном крыле Кызыл-ско-Эрбекской мульды Улуг-Хемского бассейна, сложенного юрскими терригенными образованиями. Угленосными в пределах Каа-Хемского месторождения являются отложения эрбекской и салдамской свит. Эрбекская свита мощностью до 550 м вмещает шесть угольных пластов рабочей мощности. Салдамская свита мощностью не более 80 м содержит один маломощный пласт угля (0.65 м). Основное промышленное значение имеет повсеместно распространенный в Улуг-Хем-ском бассейне и выдержанный по мощности угольный пласт Улуг (эрбекская свита), средняя мощность которого составляет 6.2 м, коэффициент общей угленосности 1.67-5.43%, рабочей -1.17-3.71%. Угли гелитовые, с высоким содержанием витринита (70-90%), спекающиеся, имеют газовый (Г) и газово-жирный (ГЖ) марочный состав; являются малосернистыми (0.3%) и средне-

зольными (А^р = 10-15%) с низким содержанием аналитической влаги (= 0.9-2.3%) [1, 2].

В данной работе с использованием корреляционного и регрессионного анализов установлены закономерности изменений содержаний золообразующих элементов углей Каа-Хемского месторождения, а также определен минералогический состав золы методом рентгенофазовой спектроскопии.

В табл. 1 представлены минимальные (хмин), максимальные (хмакс) и средние (ц) значения зольности (на воздушно-сухое состояние угля) и весовых содержаний золообразующих элементов углей пласта Улуг Каа-Хемского месторождения, систематизированные авторами из отчетов гео-

логических служб Республики Тыва [10, 11] и результатов собственных исследований, а также матрица корреляции их парных взаимосвязей. Анализ содержаний компонентов в генеральных совокупностях измерений определен с достоверностью 95%.

Данные таблицы указывают на то, что угли среднезольные (А^р = 11.9%), хотя в краевых частях месторождения в зонах расщепления пласта и зонах окисления встречаются участки с резко повышенной (до 50.3%) зольностью. Главные зо-лообразующие элементы (за исключением фосфора, не обнаруженного в единичных случаях) определяются во всех отобранных пробах месторождения. Отличительной особенностью основной массы каа-хемских углей является относительно высокое содержание в составе золы оксидов железа (7-25%) и кальция (13-19%). Для сравнения: в золе углей Кузнецкого бассейна содержания оксидов железа и кальция не превышают соответственно 2-17 и 0.2-10%, Южно-Якутского бассейна - 2-10 и 1-3%, Подмосковного -5-8 и 0.2-0.8% [1, 3, 4]. Как известно [4, 5], заметные количества железа (2-52%) и кальция (262%) содержатся в бурых углях Канско-Ачинско-го бассейна, в основном в составе органомине-ральных соединений, особенно кальций - в виде комплексных гуматов.

По содержанию других золообразующих элементов угли пласта Улуг мало отличаются от средних показателей, характерных для каменных углей ([8Ю2] = 22-50%; [А1203] = 15-17%; [М§0] > > 4%; [Ча20 + К20] = 1.5-2.5%; [ТЮ2] = 0.5-1.0%; [Р205] < 0.1%). В литературе отсутствуют сведе-

Таблица 1. Состав золы углей Каа-Хемского месторождения и коэффициенты парной корреляции

X К

К »

ч ш м ч и о ч о н о я а к

ш >

г

о о

Компонент А, м дй БЮг А1203 Ре203 СаО MgO 803 тю2 Ш20 К20 Ш20 + + к2о р2о5

Количество анализов 21 37 37 37 37 37 37 37 37 37 27 27 16

Содержание компонента, %:

среднее, 11.9 35.7 16.2 16.7 16.7 4.3 5.8 0.8 1.0 1.2 2.0 0.3

■^макс 50.3 67.4 27.8 32.0 38.4 9.3 13.8 1.7 3.2 2.9 3.3 1.4

■^мин 3.5 7.1 6.2 4.5 3.0 0.6 0.6 0.2 0.3 0.3 0.6 0.0

Стандартное отклонение, 5 11.10 13.20 5.59 7.47 9.67 2.19 3.22 0.37 0.67 0.66 0.72 0.42

Дисперсия, о2 123.21 174.24 31.24 55.80 93.50 4.79 10.36 0.14 0.45 0.44 0.52 0.18

Значимый коэффициент 0.41 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.37 0.37 0.47

парной корреляции, Гд^5

Усредненный коэффициент парной корреляции, г0 05:

Ай -0.44 1 0.65 0.29 -0.70 -0.37 0.08 -0.71 -0.21 -0.09 0.71 0.60 -0.03

БЮг -0.13 0.65 1 0.60 -0.79 -0.80 -0.53 -0.64 0.15 0.05 0.66 0.69 -0.23

А1203 -0.15 0.30 0.60 1 -0.45 -0.84 -0.55 -0.25 0.53 0.02 0.59 0.54 -0.52

Ре203 0.14 -0.70 -0.79 -0.45 1 0.41 0.27 0.52 0.03 0.03 -0.69 -0.55 -0.20

СаО 0.09 -0.37 -0.80 -0.84 0.41 1 0.57 0.36 -0.45 -0.11 -0.53 -0.64 0.56

MgO -0.05 0.08 -0.53 -0.55 0.27 0.57 1 0.07 -0.40 -0.16 -0.14 -0.23 0.14

803 0.51 -0.71 -0.64 -0.25 0.52 0.36 0.07 1 0.18 0.09 -0.58 -0.64 0.25

тю2 -0.23 -0.21 0.15 0.53 0.03 -0.45 -0.40 0.18 1 -0.06 0.17 0.14 0.26

Ш20 + К20 -0.07 0.60 0.69 0.54 -0.55 -0.64 -0.23 -0.64 0.14 0.49 0.52 1 -0.35

Р205 -0.03 -0.23 -0.52 -0.20 0.56 0.14 0.25 0.26 -0.83 0.92 -0.35 1

56

ЯНЧАТ, ТАС-ООЛ

Зольность, % 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5

10

20

30

40 50 Глубина, м

Рис. 1. Зависимость зольности (Ай) от глубины залегания пласта Улуг на территории Каа-Хемского месторождения.

ния о вещественном составе золы углей Каа-Хемского месторождения.

Анализ систематизированных данных показывает, что между глубиной залегания и содержаниями компонентов золы нет закономерных связей. Вместе с тем с углублением точки отбора пробы до 35 м заметно уменьшение суммарного содержания золообразующих компонентов или зольности Ай угля (рис. 1) и ее дисперсии (разброса); при дальнейшем углублении намечается возрастание зольности. Среди других месторождений некоторое снижение данного показателя с глубиной залегания установлено у углей Канско-Ачин-ского буроугольного бассейна [4].

Результатом решения задачи (с помощью аппарата регрессионного анализа [6]) наилучшей аппроксимации изменчивости показателя зольности (Ай) пробы угля с глубиной отбора (к) явилось уравнение полиминальной регрессии (1):

Ай = а0- а1к + а2к2; Я2 = 0.312

а0 = 45.093; а 1 = 2.098; а 2 = 0.031;

2 (1)

2

Я 2 = -^ = 1° А

-А (х).

2

0 АЛ

2 2 2 О ла = О / + О. а ;

4 1 А (х)

где а( - константы (объясняющие параметры) функции; Я2 - коэффициент детерминации или совокупный коэффициент корреляции; О^ - общая дисперсия зольности (табл. 1); 01 - дисперсия функции

регрессии; о й( ч - условная дисперсия

зольности (при фиксированных аг), обусловленная вкладом случайных неучтенных факторов.

Уравнение регрессии (1) как функция зависимости Ай от аргумента к наиболее точно (по оценке среднеквадратической ошибки) воспроизводит наиболее вероятное значение результирующего показателя зольности (см. рис. 1); величина коэффициента детерминации указывает, что 31% общей дисперсии зольности детерминируется совокупным влиянием контролируемых вариаций констант а, а также аргумента к в виде функции регрессии; оставшиеся "необъясненны-ми" 69% дисперсии определяют среднеквадратичную ошибку прогноза зольности угля Каа-Хемского месторождения по заданной глубине его залегания. Оценку значения Я2 = 0.312 правомерно считать достаточно значимой для статистически обоснованного вывода о наличии корреляционной связи между Ай и к, так как для объема исследованной выборки, равного 21, при доверительной вероятности Р = 95% и фиксированных значениях трех параметров (аг) или 18 степенях свободы / = 21-3) расчетный критерий ^-Фишера полиминальной регрессии (/расч = 4.12) больше табличного /табл = 3.55).

Точность прогноза зольности по регрессионному уравнению (1) относительно невелика (не более 31%), тем не менее на основании изложенного выше можно сделать заключение, что почти третья часть структуры многофакторного причинного признака, определяющего степень минерализации или показатель зольности углей Каа-Хемского месторождения, обусловливается исключительно глубиной их залегания.

Кроме того, из анализа данных табл. 1 следует, что усредненные абсолютные значения коэффициентов парной корреляции (без учета совместного влияния других параметров) для Ай, с одной стороны, и [БЮ2], [Бе203], [Са0], №20 + К20], [Б03] в отдельности - с другой, превышают величину значимого коэффициента их парной корреляции: г кр05 = 0.32. Регрессионный анализ показывает, что между числовыми значениями содержаний перечисленных оксидов (за исключением [№20 + К20]) и показателем зольности существуют корреляционные связи в виде регрессионных уравнений (2)-(5); регрессии имеют статистически значимые величины коэффициентов линейной (г) и совокупной (Я2) корреляции, поскольку для генеральной совокупности данных, полученных из результатов анализа 37 проб, расчетные критерии ¿-Стьюдента линейных корреляционных уравнений при Р = 0.95 и / = 35 имеют более

высокие значения (= 5.05; гСа0 = 2.33), чем

табличный (¿табл = 2.03); расчетные значения критерия /-Фишера уравнений полиномиальной регрессии при Р = 0.95 и / = 34 также превышают (/к;2о3 = 22.35; /^ = 41.22) соответствующее его табличное значение /табл = 3.25):

[БЮ2] = 27.316 + 0.805 • А4, г = 0.649, (2) [СаО] = 19.925 - 0.315 • А4, г = 0.366, (3)

[Бе203] = 21.146-1.183 • А4 + 0.016 •(А4)2, Я2 = 0.568,

[Б03] = 10.095-0.509 • А4 + 0.007 •(А4)2, Я2 = 0.708.

(4)

(5)

Содержание, % 35

30 25 20 15 10 5

Из представленных данных следует, что небольшая степень прогноза (менее 40%) с ошибкой =64% или слабая связь между содержанием компонента и зольностью (за счет вклада неконтролируемых факторов) наблюдается в случае [СаО]; степень прогноза весовых содержаний других указанных оксидов по заданной зольности >57%.

Согласно линии тренда регрессионного уравнения (2), при увеличении зольности от 3.5 до 50.3% содержание оксида кремния возрастает более чем в 2 раза, что обусловливае

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком