2. Методы разведки.

Общепринятого определения понятия «методы разведки» в настоящее время нет. Нередко методами разведки называют те или иные способы расположения разведочных выработок или технические средства, что, конечно, не совсем верно. Наи­большим признанием пользуется трактовка основоположника советского геологоразведочного дела В. М. Крейтера, который, исходя из самого определения понятия «метод» (способ по­знания, изучения, исследования явления), предложил присваи­вать его таким разведочным мероприятиям, которые позво­ляют теоретически обоснованно решать главные задачи раз­ведки независимо от сложности и разнообразия используемых технических средств. В. М. Крейтер предлагал три основных метода разведки: создание системы разрезов, опробование по­лезного ископаемого и оценочное сопоставление.

Разведочные геологические разрезы являются до настоя­щего времени основным способом выяснения формы, внутреннего строения и условий

залегания месторождения. Разрезы могут быть вертикальными и горизонтальными, поэтому выде­ляется три разновидности метода разрезов: вертикальных разрезов, горизонтальных разрезов и комбинированный — вер­тикальных и горизонтальных разрезов.

В последние десятилетия приобрел самостоятельное значение еще один метод познания морфологических особен­ностей месторождений полезных ископаемых — геометризация месторождений с помощью ЭВМ и графопостроителя. Ранее, до внедрения ЭВМ в практику и теорию геологоразведочного дела, способы изучения формы и строения тел полезных иско­паемых с помощью построения изолиний мощности и других показателей были очень трудоемки и довольно приблизи­тельны. Поэтому они использовались главным образом в ка­честве вспомогательных, иллюстративных. Ныне существуют пакеты прикладных программ для ЭВМ с графопостроителями, позволяющие в короткие сроки и с точностью, соответствую­щей детальности разведки, получить исчерпывающую и на­глядную информацию о внутренних и внешних особенностях строения тел полезных ископаемых. Вполне возможно, что в будущем, этот метод вытеснит традиционный метод создания системы разрезов.

Опробование является единственным способом изучения качественных показателей полезного ископаемого. Вопросы, связанные с опробованием, рассматриваются далее.

Оценочное сопоставление представляет собой способ выяв­ления возможностей и условий использования месторождения по данным разведки. Промышленная оценка ведется в течение всего процесса разведки и заключается в сравнении парамет­ров разведуемого месторождения (значения которых меняются или уточняются с каждой новой выработкой, пробой, анализом и т. п.) с параметрами других подобных, но уже освоенных месторождений, а также в определении народнохозяйственной целесообразности дальнейшего освоения данного месторожде­ния полезных ископаемых.

3. Технические средства разведки.

Задачи разведки решаются с помощью технических средств, характеризующихся различной стоимостью и скоростью про­ведения работ, а также обладающих разной достоверностью получаемых данных.

Выделяется три группы технических средств разведки: раз­ведочные горные выработки, разведочные буровые скважины и геофизические работы.

Разведочные горные выработки позволяют получать наи­более полную и достоверную информацию, так как они обеспечивают непосредственный доступ исследователя к полезному ископаемому и поэтому исследования могут быть проведены в максимальном объеме и, в случае необходимости, повторены. Кроме того, горные выработки могут быть продолжены в лю­бом направлении.

Для целей разведки используются поверхностные и подзем­ные горные выработки. К поверхностным выработкам отно­сятся расчистки, закопушки, канавы, шурфы и дудки. Расчист­ками и закопушками обнажают полезное ископаемое при мощ­ности рыхлых отложений, перекрывающих полезное ископае­мое, не более 1 м. Чаще всего эти выработки применяются при поисковых работах.

Канавы представляют собой горизонтальные выработки трапециевидного поперечного сечения и глубиной не более 5 м. В зависимости от назначения среди них различают магистраль­ные и прослеживающие (собственно разведочные). Магист­ральные канавы служат для изучения геологического строения рудовмещающей толщи. Они проходятся вкрест простирания вмещающих пород и тел полезных ископаемых и имеют зна­чительную длину (до нескольких сотен метров), вскрывая вме­щающие породы на значительные расстояния от полезного ис­копаемого. Прослеживающие канавы проходятся также вкрест простирания, но их длина определяется видимой мощностью полезного ископаемого. Они располагаются на расстоянии от 20 до 50 м друг от друга. Если мощность рудного тела меньше ширины полотна канавы, то разведочные канавы ориентируют по его простиранию, прослеживая рудное тело вдоль. В этом случае длина канавы зависит от протяженности тела.

Шурфы и дудки — это вертикальные выработки прямо­угольного (шурфы) или круглого (дудки) поперечного сечения. Их глубина достигает 20—30 м. Шурфы обычно проходят с креплением стенок и на большую (>10 м) глубину или в не­устойчивых породах, поэтому их сечения довольно значи­тельны— 1,5—3,5 м² и более, а дудки — в крепких устойчивых породах, поэтому их сечения, как правило, не превышают 1 м². Вертикальные поверхностные выработки предназначены для разведки верхней части полезного ископаемого, перекрытого наносами большой мощности. С этой целью из шурфов и ду­док проходят небольшие горизонтальные выработки — рас­сечки, располагаемые как по простиранию тела полезного ис­копаемого, так и вкрест его.

К подземным горным выработкам относятся шахты, квер­шлаги, штреки, орты, восстающие и штольни. Разведочные шахты представляют собой вертикальные выработки прямо­угольного сечения площадью от 5 до 12 м², начинающиеся у поверхности и имеющие большую глубину. Из стволов шахт проводится система горизонтальных подземных выработок, включающая квершлаги, проходимые диагонально или вкрест простирания пород и полезного ископаемого для полного пе­ресечения продуктивной толщи, штреки, ориентированные па­раллельно простиранию тел полезных ископаемых, орты, отхо­дящие от штреков и позволяющие получить полное пересече­ние рудного тела по мощности. Для прослеживания полезного ископаемого по восстанию или падению из горизонтальных вы­работок— штреков, квершлагов или ортов — проходят наклон­ные или вертикальные выработки — восстающие (снизу — вверх) или уклоны и слепые стволы (сверху — вниз).

Штольни — это горизонтальные выработки, проходимые с поверхности по простиранию тела полезных ископаемых (продольные) или вкрест его- (поперечные). Они применяются в условиях гористого рельефа местности.

В зависимости от способа откатки отбитой горной массы — скреперными лебедками, рельсовым транспортом или самоход­ными горными машинами — и вида крепления сечения гори­зонтальных горных выработок колеблются от 3,5 до 7,1 м².

Скорости проходки горных выработок зависят от способа-проходки, крепости и условий залегания пород, от площади се­чения и. вида выработки. Для поверхностных горизонтальных выработок (канав)—это сотни метров в месяц, для поверхно­стных вертикальных — десятки метров, подземных горизон­тальных— до 100 м в месяц, для подземных вертикальных — от 15 (стволы шахт) до 40 м (восстающие). Стоимость про­ходки горных выработок определяется теми же факторами, что и скорость проходки, и изменяется от нескольких сотен рублей за метр для поверхностных выработок, до нескольких тысяч— для подземных и даже до 15—20 тыс. руб.— для ство­лов шахт.

Буровые скважины — это вертикальные, наклонные или горизонталь- ные выработки цилиндрического сечения небольшого (от 36 до 250 мм) диаметра и значительной (до 2-2,5 км и более) глубины.

По способу разрушения породы различают вращательное, ударно-вращательное и ударное бурение. При вращательном бурении порода разрушается либо по всему забою скважины (бурение сплошным забоем), либо по внешнему кольцу (ко­лонковое бурение); во втором случае в центре скважины оста­ется цилиндрический столбик неразрушенной породы, называе­мый керном.

Колонковое бурение является главным видом разведочного бурения, так как оно позволяет непосредственно (по керну) изучать полезное ископаемое и вмещающие породы, а в случае отбора ориентированного керна — довольно точно определять условия залегания пород даже по единичным скважинам. По виду применяемого бурового наконечника (коронки) различают алмазное, твердосплавное и дробовое колонковое буре­ние. Частицы разрушенной породы удаляются из забоя сква­жины промывочной жидкостью или сжатым воздухом. Основ­ным показателем качества колонкового бурения считается выход керна — отношение длины полученного керна к длине про­буренного интервала, выраженное в процентах. Данные по скважинам, в которых выход керна не превышает 50—70%, обычно в расчет не принимаются (скважины бракуются). Для подсчета запасов по высшим категориям (А и В) учитываются данные по скважинам, в которых выход керна по полезному ископаемому составляет не менее 85:—90 %.

Бурение скважин сплошным забоем может быть вращатель­ным, ударно-вращательным и ударным. При этом виде буре­ния керн не получают, порода измельчается на мелкие кусочки и пыль — шлам, который выносится на поверхность сжатым воздухом, промывочной жидкостью или удаляется из сква­жины специальным сосудом — желонкой. Шлам имеет смешан­ный состав и поступает на поверхность с некоторой задерж­кой—уже после проходки соответствующего интервала, по­этому определение состава пород и оценка качества полезного ископаемого в данном случае весьма затруднены, а выявление условий залегания пород и текстурно-структурных характери­стик полезного ископаемого вообще невозможно. Эти виды бурения применяются главным образом при эксплуатационной разведке для общей оценки качества полезного ископаемого в больших объемах.

Скорость и стоимость бурения разведочных скважин зави­сят от его вида, крепости (буримости) пород, глубины и угла наклона скважины и варьируют в широких пределах: ско­рость— от сотен до тысяч метров в месяц, стоимость — от де­сятков до сотен рублей за метр (но она во всех случаях значи­тельно ниже, чем стоимость проходки горных выработок в тех же условиях).

Высокие скорости проведения разведочных работ, их от­носительная дешевизна обусловили широкое применение буре­ния в качестве основного (а иногда и единственного) техниче­ского средства при разведке месторождений горючих ископае­мых, строительных материалов, агрохимического сырья, черных и некоторых типов месторождений цветных ме­таллов.

Повсеместное использование разведочного бурения в каче­стве главного технического средства сдерживается рядом не­достатков, присущих этому виду работ.

Во-первых, небольшой объем керна часто не позволяет по­лучить достаточное для всестороннего изучения полезного ис­копаемого количество вещества. Кроме того, полный выход керна — явление достаточно редкое, а какими причинами вызвано разрушение керна и на каком именно интервале, выяс­нить удается далеко не всегда.

Во-вторых, в процессе бурения ствол скважины отклоня­ется от заданного направления и в горизонтальной (азиму­тальное искривление), и в вертикальной (зенитное искривле­ние) плоскостях.

Точно установить истинное положение его в пространстве довольно трудно. Искривления скважин вызываются как гео­логическими (неоднородность физических свойств горных по­род, их трещиноватость, слоистость, сланцеватость), так и тех­ническими (перекос направляющей трубы, неправильная забурка скважины, неудачно выбранный режим бурения и т. п.) причинами.

В-третьих, нередки случаи искажения содержания полез­ного компонента в керне вследствие его избирательного исти­рания. Если полезное ископаемое по физико-механическим свойствам и (или) текстурно-структурным особенностям раз­рушается в процессе бурения легче или, наоборот, труднее вме­щающих пород, то может произойти, либо обеднение, либо обо­гащение керна полезным ископаемым по сравнению с истин­ным содержанием его в массиве. В тех случаях, когда степень обеднения или обогащения керна установлена, ошибка опре­деления показателей качества по керну может учитываться с помощью поправочного коэффициента. Однако гораздо чаще удается выявить лишь общую тенденцию искажения, но не его величину.

Чтобы свести к минимуму влияние указанных недостатков бурения, скважины обязательно заверяются горными выработ­ками. Лишь в том случае, когда доказано, что получаемая в результате бурения геологическая информация достаточно полна и достоверна, разрешается использовать буровые сква­жины в качестве главного технического средства разведки. В противном случае, а также тогда, когда заверочные горные работы не проводятся, разведочное бурение рассматривается в качестве вспомогательного средства для оценки общих усло­вий и перспектив месторождения.

Геофизические работы в процессе разведки месторождений применяют для решения следующих основных задач:

1. выяснения общей геологической структуры района и оконтуривания перспективных участков;

2. изучения внутреннего строения месторождения — про­слеживания и приближенного оконтуривания тел полезных ис­копаемых или характерных (маркирующих) пород, тектониче­ских нарушений;

3. приближенного (а для урановых руд, а также некото­рых типов руд меди, свинца, олова и других — точного) опре­деления содержания полезных и вредных компонентов;

4. определения физических свойств пород и полезного ис­копаемого (плотность, водонасыщенность, упругие характери­стики и др.);

5. исследования и контроля буровых скважин (измерение искривления — инклинометрия и каротаж).

Каротаж скважин и инклинометрия осуществляются в обя­зательном порядке, тогда как другие геофизические работы выполняются при наличии благоприятных условий (заметного отличия в значениях тех или иных физических свойств раз­личных геологических образований). Под геофизическим каротажом понимаются исследования естественных и искусствен­ных физических полей по стволу скважины. С его помощью устанавливается состав пород и уточняется положение их гра­ниц, определяется мощность полезного ископаемого и его ка­чественные характеристики, изучаются температурный режим, водо-, газоносность и другие явления, влияющие на условия разработки месторождения. С помощью скважинных геофизи­ческих работ выявляется зенитное и азимутальное искривление скважин.

По сравнению с бурением и проходкой горных выработок стоимость геофизических работ в несколько раз меньше, а ско­рость их проведения в несколько раз больше. Но интерпрета­ция геофизических данных далеко не всегда однозначна, по­этому геофизические работы используются обычно в качестве вспомогательного средства.

ЛЕКЦИЯ № 6.

ТЕМА: «СИСТЕМЫ РАЗВЕДКИ И РАЗВЕДОЧНЫЕ СЕТИ»