1. Опробование.

Опробование — практически единственный способ изучения качественных показателей полезного ископаемого. В большин­стве случаев оно представляет собой последовательный трехстадийный процесс: отбор, обработку и исследование проб.

Первая стадия заключается в отделении от массива тем или иным способом некоторой порции — пробы — полезного иско­паемого или породы, качественные показатели которых изуча­ются.

Вторая стадия (обработка проб) промежуточная. Ее назна­чение— подготовка пробы к дальнейшим исследованиям, испы­таниям, анализам.

Задача третьей стадии — получить количественное значение изучаемого показателя качества. Исследования вещества проб, которыми занимаются специальные лаборатории, не являются ( за исключением минералого-петро графических исследований) предметом наук геологического цикла, поэтому в данном курсе не рассматриваются.

В соответствии с назначением выделяются следующие ос­новные виды опробования:

1. химическое (определение химического — элементного и фазового — состава полезного ископаемого);

2. минералогическое (определение минерального состава по­лезного ископаемого и вмещающих пород);

3. технологическое (исследование обогатимости полезного ископаемого);

4. техническое (определение физических и горнотехнических свойств полезного ископаемого и вмещающих пород - плотно­сти, влажности, пористости, сопротивления сжатию, разрыву и сдвигу, абразивности, буримости и т. п.);

5) геофизическое (исследование физических свойств полез­ного ископаемого и вмещающих пород и на этой основе опре­деление содержания полезных и вредных компонентов и дру­гих показателей качества).

Основные цели разведочного опробования таковы:

1) характеристика качества полезного ископаемого и зако­ номерностей его распределения в объеме месторождения или тела;

2. определение количества полезных компонентов (подсчет запасов компонентов);

3. выявление физико-механических свойств полезного иско­паемого и вмещающих, пород для оценки горнотехнических ус­ловий разработки месторождения.

Для достижения этих целей и успешного решения задач раз­ведки опробование должно отвечать следующим основным принципам. Оно должно быть представительным, равномерным, а число проб — минимальным.

Опробование считается представительным, если, во-первых, установленные по данным всей системы опробования особен­ности распределения показателей качества соответствуют их истинному распределению в объеме месторождения, а во-вто­рых, значения показателей качества каждой отдельной пробы отвечают их значениям в пределах объема, характеризуемого этой пробой.

Первое положение этого принципа имеет геологический смысл. Оно означает, что расположение пунктов опробования должно соответствовать морфологическим, структурным, литолого-петрографическим особенностям полезного ископаемого и учитывать степень и характер его изменчивости. Второе поло­жение принципа представительности обусловлено кроме геоло­гических еще и технико-экономическими соображениями: раз­меры каждой пробы должны быть минимально необходимыми, так как увеличение массы пробы в арифметической прогрессии вызывает увеличение стоимости ее обработки в геометрической прогрессии.

Принцип равномерности опробования согласуется с принци­пом равномерности (равной достоверности) разведки. Пробы должны располагаться равномерно по площади и мощности тела полезного ископаемого, но, конечно, с учетом анизотро­пии его свойств.

Способы отбора проб определяются главным образом на­значением опробования и видом опробуемой выработки. Наи­более употребительными являются следующие способы отбора проб штуфной, точечный, бороздовый, задирковый, валовый, керновый, шламовый.

При штуфном способе от массива отделяется (откалывается или выпиливается) отдельный кусок или блок (штуф) породы или полезного ископаемого массой от 0,2—0,5 до 10—15 кг и более. Этот способ используется при минералогических и тех­нических исследованиях.

Точечный способ отбора проб заключается в следующем. На обнажение полезного ископаемого или навал отбитий горной массы накладывается реальная или воображаемая сетка с ква­дратной или прямоугольной формой ячеек. Из узлов ячеек или из их центров откалываются (отбираются) небольшие ку­сочки полезного ископаемого (частичные пробы), которые вме­сте составляют начальную пробу. При опробовании точечным способом навала разрыхленной горной массы в забое, отвалах или транспортных емкостях этот способ называется горстьевым, или вычерпывания.

При бороздовом способе отбора проб на обнаженной поверх­ности тела полезного ископаемого вручную (зубилом и молот­ком) или с помощью механического пробоотборника режущего типа с электрическим или пневматическим приводом выбива­ется или вырезается канавка — борозда — прямоугольного, тре­угольного или трапециевидного поперечного сечения. Этот спо­соб является самым распространенным как при разведке, так и при разработке месторождений различных видов (главным образом металлических) полезных ископаемых. Размеры попе­речного сечения (ширина и глубина) прямоугольных борозд за­висят от степени равномерности распределения оруденения и мощности рудного тела (табл. 5).

В процессе детальной разведки и особенно эксплуатации, когда отбирается очень большое число Проб и допустимо неко­торое снижение точности определения показателей качества в каждой из них, ради сокращения затрат на опробование и облегчение обработки проб допускается либо уменьшение се­чения борозд, либо даже применение так называемой «пунк­тирной борозды» (по линии определенного направления и размера

Таблица 5

Примерные сечения борозд (в см) при опробовании рудных месторождений

	Мощность рудных тел, м
Характер оруденения	>2,5-2	От 2,5-2 до 0,8-0,5	<0,5
Весьма равномерный и равномерный Неравномерный Весьма и крайне неравномерный	5х2 8х2,5 8х3	6х2 9х2,5 10х3	10х2 10х2,5 12х3

отбивается серия кусочков полезного ископаемого, кото­рые и составляют пробу). Следует заметить, что пунктирная борозда дает результаты довольно низкой точности, поэтому, несмотря на высокую производительность и малую стоимость этого способа опробования, использование его, оправдано лишь при эксплуатации месторождений с хорошо изученным и отно­сительно равномерным распределением полезных компонентов.

При опробовании угольных месторождений размер борозды варьирует от (10-16)х(3-5) см для однородных углей до (25-30) х (3-5) см для углей сложного и неустойчивого пет­рографического состава. На россыпях и месторождениях мно­гих нерудных полезных ископаемых (цементное сырье, кирпич­ные глины, песчано-гравийные смеси и др.) применяются бо­розды сечением (25-30) х (10-20) см.

Борозды располагаются перпендикулярно мощности рудного тела и в пределах одного минерального или промышленного типа полезного ископаемого, В случае очень большой мощности или сложного строения полезное ископаемое опробуется секци­ями длиной 0,7—1,5 м (рис. 8). Каждая секция затем обраба­тывается и анализируется как отдельная самостоятельная проба.

Рис. 8. Расположение борозд при опробовании сложного по составу рудного тела: 1 – вмещаюшие породы; 2 – 3 – руды: 2 – галенитовые, 3 – сфалерит-галенитовые; 4 - борозды

Задирковый способ отбора проб заключается в том, что с обнаженной поверхности полезного ископаемого по всей площади выработки сдирается тонкий (обычно не более 2 - 5 мм) слой полезного ископаемого. Этот способ используется только в случае крайне неравномерного распределения полез­ных компонентов и малой мощности полезного ископаемого или в качестве контрольного для бороздового и точечного оп­робования.

При валовом способе в пробу отбирается либо вся горная масса, полученная при проходке данного интервала разведоч­ной выработки по полезному ископаемому, либо какая-то часть, например, каждая вторая, третья, пятая (и т. д.) лопата, вагонетка, ковш и др. Масса валовой пробы может достигать нескольких тонн, поэтому данный способ опробования предна­значен главным образом для проведения технологических ис­пытаний или для контроля других способов опробования, а также при разведке россыпных месторождений драгоценных металлов и алмаза.

Керновое опробование производится следующим образом. Керн буровой скважины раскалывается. вдоль длинной оси. Одна половина его идет в пробу, вторая остается Для конт­роля и минералогических исследований. Если диаметр керна недостаточен для того, чтобы из его половинки была получена представительная проба, то отбирается весь керн. Этот спо­соб опробования широко применяется при разведке всех видов полезных ископаемых.

При шламовом способе отбора в пробу поступают кусочки породы или руды и пыль (шлам), образующиеся при бурении шпуров и скважин. Иногда при низком выходе керна этот спо­соб дополняет керновый.

Помимо упомянутых основных способов опробования су­ществует несколько путей определения качества полезного ис­копаемого без отбора отдельных проб. К ним относятся геофизические способы опробования, фотоопробование и визуальное (определение содержания полезного компонента «на глаз»). В этих случаях используются различные свойства полезного ископаемого, отличающие его от вмещающих пород.

Геофизическое опробование в последние годы быстро раз­вивается и находит все более широкое применение. В допол­нение к таким широко известным способам геофизического оп­робования, как магнито- (определение содержания железа в магнетитовых рудах) и радиометрия (определение содержа­ния урана и тория путем измерения уровня естественной радио­активности) добавляется значительная группа ядерно-физиче­ских методов, среди которых выделяется два типа: гамма-ме­тоды, основанные на измерении искусственных (наведенных) источников гамма-излучения, и нейтронные, регистрирующие ин­тенсивность нейтронного или связанного с ним гамма-излуче­ния. С помощью ядерно-физического опробования возможно определение содержания железа, свинца, ртути, вольфрама, сурьмы, бария, цинка, молибдена, висмута, олова, хрома, ни­келя, марганца, меди, алюминия, бериллия и других компонен­тов во многих (но, к сожалению, не во всех) типах руд.

Фотоопробование заключается в фотографировании обнаже­ния (забоя или стенки выработки) и подсчете площадей, заня­тых полезным минералом. Этот способ опробования дает по­ложительные результаты, если по оптическим свойствам полез­ное ископаемое достаточно резко отличается от вмещающих пород. В таких случаях может применяться и визуальное оп­робование, с помощью которого при достаточном опыте на­блюдателя могут быть получены довольно точные результаты.

Следует заметить, что фотоопробование и визуальное опробование носят вспомогательный характер для приближенной оценки качества полезного ископаемого, так как их точность (особенно визуального опробования) зависит от многих субъек­тивных факторов.

Выбор способа опробования обусловлен двумя группами факторов: геологическими и общими. Главными являются гео­логические факторы, а именно, промышленный тип месторож­дения, текстурно-структурные характеристики полезного иско­паемого, тип распределения полезных компонентов в руде, размер рудных тел, их мощность и крепость полезного ископае­мого. Массивные и равномерно-вкрапленные руды значитель­ной мощности могут опробоваться любым способом, но пред­почтительно применение, шламового или точечного опробова­ния. Полосчатые, прожилковые и неравномерно-вкрапленные полезные ископаемые рациональнее опробовать бороздовым способом при ориентировке борозды перпендикулярно полосча­тости. Крепкие и весьма крепкие полезные ископаемые опробу­ются либо шламовым (если распределение полезных компонен­тов относительно равномерное), либо точечным и задирковым способами, так как в подобных полезных ископаемых выбивать правильную борозду очень трудно.

Среди общих факторов, влияющих на выбор способа опро­бования, следует выделить следующие: задачи опробования, объем работ и применяемые системы разработки (при опробовании эксплуатируемых месторождений). Задачи опробования иногда являются решающим фактором. Так, для определения физико-механических свойств полезного ископаемого иного спо­соба, чем штуфной (выпиливание правильных кубиков), приме­нить нельзя, а для оценки технологических свойств полезного ископаемого требуется большое количество материала, следо­вательно, необходимо проводить валовое опробование и т. д.

Объем работ по отбору проб также может иметь важное значение при выборе способа опробования. Если отбирается сравнительно небольшое число проб, то следует использовать, невзирая на трудоемкость, способы опробования, обеспечиваю­щие максимальную достоверность результатов. Напротив, при больших объемах работ по опробованию предпочтение отдается наиболее простым и дешевым способам отбора проб в ущерб высокой точности результатов по каждой пробе (например, пунктирная борозда вместо обычной).

Влияние применяемых систем разработки при выборе спо­соба опробования сказывается преимущественно в возможно­сти и длительности присутствия людей в выработанном про­странстве (если доступ в очистное пространство свободный, то можно применять любой способ опробования, если нет — шла­мовый или керновый), т. е. в доступности полезного ископае­мого для взятия пробы.

Правильность определения качественных особенностей по­лезного ископаемого обусловлена не только способом опробо­вания, но и параметрами его сети. В этом вопросе главными являются геологические факторы — неравномерность распреде­ления полезного компонента и изменчивость формы тел. Рацио­нальные расстояния между пробами, подтвержденные большим опытом разведки, приводит В. М. Крейтер (табл. 6).

Почти при всех видах опробования после отбора проб про­изводится их обработка. При минералогическом опробовании обработка заключается в изготовлении прозрачных и полированных шлифов для изучения полезного

ископаемого оптиче­скими методами или же в дроблении вещества проб для иссле­дования минерального состава под бинокуляром.

Обработка проб технического опробования зависит от кон­кретного назначения этого вида опробования. Для выявления физико-механических свойств и объемной массы — это распи­ловка отобранных штуфов на правильные геометрические фи­гуры: кубики, балочки, а для оценки качества индустриаль­ного сырья — сортировка, рассеивание, отмывка и т. п.

Наиболее сложна обработка проб для химического анализа, особенно многокомпонентных (комплексных) руд. Для произ­водства собственно анализа достаточно обычно 50—200 г веще­ства, а начальная масса представительной пробы превышает 3—5 кг.

Кроме того, полезные компоненты неравномерно рас­пределены в массе пробы, а полезные минералы находятся в сростках с жильными. Поэтому обработка химических проб выполняется с целью, во-первых, отделения (раскрытия) руд­ных минералов от жильных и, во-вторых, обеспечения равно­мерности, гомогенности вещества пробы с тем, чтобы содер­жание компонентов в лабораторной навеске было таким же, как и в исходной пробе. Эта цель достигается рядом последо­вательных повторяющихся циклов измельчения, перемешива­ния и сокращения исходного материала пробы. Степень сокра­щения пробы в конце каждого такого цикла определяется размером частиц (степенью дробления или измельчения) и сте­пенью неравномерности распределения компонентов.

Таблица 6

Расстояния между пробами (по простиранию) на месторождениях разных типов

Характер распределения компонентов	Месторождения	Расстояния, м
Равномерный (коэффи­циент вариации 5—40 %)	Простые углей, горючих сланцев, строительных материалов, флюсов, цементного сырья, серы, каменных и калийных солей, некоторых желез­ных и марганцевых руд, глин, коалинов и др.	50—6
Неравномерный (40— 100 %)	Гидротермальные медных и полиме­таллических руд, скарновые золото­рудные, вольфрамовые, молибдено­вые	6—4
Весьма неравномерный (100— 150 %)	Некоторые полиметаллические, боль­шинство оловорудных, вольфрамо­вых, молибденовых, многие золото­рудные	4—2,5
Крайне неравномерный (коэффициент вариации >150 %)	Многие редких металлов, золоторуд­ные, платиновые	2,5—2

Наиболее употребительной формулой для расчета необходимой массы пробы после очередного этапа дробления и перемешивания (и, тем самым, возможной степени сокращения начальной массы) является формула Г. О. Чечотта:

Q=К d²

где Q — масса пробы после сокращения, кг; d — диаметр ча­стиц максимальной фракции, мм; K—коэффициент, завися­щий от степени неравномерности распределения компонентов. Для различных полезных ископаемых его значение меняется от 0,05 до 1.

На основе этой формулы составляется схема обработки пробы, в которой указываются количество этапов дробления, измельчения и истирания материала пробы, количество и сте­пень сокращения на каждом этапе измельчения.