Розділ IV Запаси корисних копалин

Загальні відомості[7]

Поняття “запаси корисної копалини” в даному родовищі включає масову або об’ємну кількість корисної копалини та її компонентів, характеристику її форми, умов залягання, розміщення властивостей, технологію переробки і використання, а також ступінь вивченості та підготовленості до видобування і умови проведення гірничих робіт.

Підрахунком запасів називають визначення кількості мінеральної сировини в надрах в межах всього родовища або його частини.

Підрахунок запасів корисної копалини є важливою і відповідальною операцією, яка завершує всебічне вивчення родовища і визначає його промислову цінність. Підрахунок запасів підпорядкований основній вимозі – строгому обліку багатств надр, раціональному і комплексному їх використанню.

Всі розвідані запаси копалин в надрах, котрі служать чи можуть служити сировинною базою для всіх підприємств, які проектуються, діють або реконструюються, підлягають обов’язковій державній експертизі і затвердженню Державною Комісією України по запасах (ДКУЗ).

Комісія по запасах є вищим державним органом з перевірки, визначення (підрахунку) і затвердження запасів всіх видів корисних копалин. Її рішення є обов’язковими для всіх установ, організацій і підприємств, які проводять гірничодобувні та геологорозвідувальні роботи незалежно від їх галузевого підпорядкування.[18]

Підрахунок запасів здійснюють на кожній стадії розвідки і розробки родовища. Він є заключним етапом проведення геологорозвідувальних робіт.

Підрахунок запасів проводять з метою:

– оцінки родовища і обґрунтування проекту підприємства;

– обґрунтування експлуатаційних кошторисів, виробничих і капітальних затрат;

– обліку руху запасів і планування видобутку;

– проведення практичних розрахунків при експлуатації родовища.

Основні завдання підрахунку запасів полягають у визначенні:

– кількості корисної копалини в надрах з поділом її за сортами і категоріями розвіданності;

– якості корисної копалини;

– технологічних властивостей корисної копалини;

– геологічних і гірничотехнічних умов залягання, які визначають правильний вибір способу і послідовність його відпрацювання;

– ступеня достовірності параметрів, які характеризують кількість і якість корисної копалини і її промислову цінність.

Запаси корисних копалин підраховують за наявністю їх в надрах без врахування втрат в процесі видобування, збагачення та перероблення. Склад і властивості корисної копалини визначають в її природному стані. Запаси супутніх корисних компонентів також підлягають обліку незалежно від видобування і подальшого перероблення.

4.1) Класифікація[7]

• За промисловим значенням запаси корисних копалин поділяються на балансові, умовно балансові і забалансові запаси родовища.

За господарським значенням 3.к.к. поділяють на: балансові — запаси, видобування і використання яких економічно доцільне і які повинні задовольняти кондиціям, встановленим для підрахунку запасів у надрах; забалансові — запаси, добування яких при досягнутому технічному рівні економічно недоцільне (внаслідок малої кількості, малої потужності покладу, низького вмісту корисних компонентів, особливої складності експлуатації або необхідності застосування дуже складних процесів переробки), але які надалі можуть бути об'єктом промислового освоєння; промислові — частина балансових запасів, що повинна бути вийнята з надр згідно з проектом або планом розвитку гірничих робіт; визначаються виключенням з балансових запасів проектних втрат і запасів, недоцільних до відробки.

До балансових запасів родовища належать запаси, які на момент оцінки згідно з техніко-економічними розрахунками можна економічно ефективно видобути і використати при сучаснійтехніці і технології видобутку та переробки мінеральної сировини, що забезпечують дотримання вимог раціонального, комплексного використання корисних копалин і охорони природи.

До умовно балансових запасів належать запаси, ефективність видобування і використання яких на момент оцінки не може бути однозначно визначена, а також запаси, що відповідають вимогам до балансових запасів, але з різних причин не можуть бути використані на момент оцінки.

До забалансових запасів родовища належать запаси, видобування і використання яких на момент оцінки є економічно недоцільним, але в майбутньому вони можуть стати об'єктом промислового значення. Якщо проектом доведена економічна доцільність відробки позабалансових запасів (або їхньої частини), то ці запаси повинні бути в установленому порядку переведені в балансові запаси.

• За ступенем розвіданості, вивченості якості корисної копалини і гірничо-геологічних умов розробки запаси підрозділяють на чотири категорії — А, В, C1 і С2. Достовірність визначення знижується послідовно від категорії А до С2.[5]

Категорія А — запаси, які розвідано детально, що забезпечує повне виявлення умов залягання, форми і будови тіл корисної копалини, а також її якості і технологічних властивостей.

Категорія В — запаси, розвідані і вивчені детально, що забезпечує з'ясування основних особливостей умов залягання, форми і характеру будови тіл корисної копалини, а також її якості й основних технологічних властивостей.

Категорія C1 — запаси, розвідані і вивчені детально, що забезпечує з'ясування загальних умов залягання, форми і будови тіл корисної копалини, а також його якості і технологічних властивостей.

Категорія С2 — запаси, попередньо оцінені; кількість корисної копалини визначено за одиничними пробами і зразками.

Крім запасів категорій А, В, C1 і С2 для оцінки потенційних можливостей рудних зон, полів, басейнів і районів на основі загальних геологічних уявлень визначаються прогнозні ресурси корисних копалин.

• За ступенем підготовленості до видобування запаси корисних копалин поділяються на розкриті, підготовлені та готові до виймання. В основу класифікації запасів корисних копалин за ступенем підготовленості до видобування покладено виконання певних видів гірничих робіт і проведення необхідних гірничих виробок.[1]

Розкриті -

1. При розробці родовищ підземним способом — це частина промислових запасів, для розробки яких не потрібні додаткові проведення капітальних гірничих розкривних виробок (шахтних стволів, штолень, капітальних квершлаґів, капітальних похилів і т.ін.).

2. При розробці родовищ відкритим способом — частина промислових запасів, для розробки яких виконано всі необхідні роботи з розкриття родовища або його ділянки, проведено дренажні виробки, нарізано уступи для укладання транспортних шляхів, пройдено траншеї і з'їзди і т.ін.

Із загальної кількості розкритих запасів за ступенем їх підготовленості до видобутку виділяють запаси підготовлені і готові до виїмки.

Підготовлені -

1. При розробці родовищ підземним способом — частина розкритих запасів, яку підсічено основними підготовчими виробками (штреками, або підняттєвими) і які не вимагають для подальшої підготовки до очисної виїмки проведення додаткових підготовчих виробок.

2. При розробці родовищ відкритим способом — частина розкритих запасів, не зачищених від породи, що залишилася після екскавації при розкривних роботах.

Готові до виїмки -

1. При розробці родовищ підземним способом — частина підготовлених запасів, для виїмки яких проведені всі підготовчі і нарізні виробки і закінчені роботи по підготовці очисних вибоїв.

2. При розробці родовищ відкритим способом — запаси, цілком зачищені, виїмка яких можлива без порушення правил технічній експлуатації і безпеки (збереження встановлених проектом ширини берм, повноти виїмки і т.ін.).

4.2) Оконтурювання родовищ корисних копалин

Контурами можуть бути:[3]

• природні межі тіл корисних копалин;

• лінія з нульовим вмістом корисного компонента;

• лінія з бортовим вмістом корисного компонента;

• лінія з мінімальною промисловою потужністю;

• лінії різних типів і сортів мінеральної сировини;

• лінії, які обмежують блоки тіла корисної копалини із запасами різних категорій;

• межі ділянок з різними гірничоексплуатаційними умовами розкриття і розробки родовища.

Установлення перелічених контурів на планах і розрізах за даними геологорозвідувальних і гірничих робіт називають оконтурюванням родовища.

Найчастіше родовища оконтурюють за бортовим вмістом корисного компонента або за мінімальною промисловою потужністю корисної копалини.

Під бортовим вмістом корисного компонента розуміють гранично низький промисловий вміст його в пробах, за яким оконтурюється родовище.

Мінімальний промисловий вміст корисної копалини - це така його величина в оконтуреному блоці або всьому родовищі, при якій дана сировина є промисловопридатною. Промисловий вміст вищий бортового.

Під мінімальною промисловою потужністю розуміють таку потужність, при меншій за яку розробка родовища практично недоцільна.

Розрізняють внутрішній і зовнішній контури (рис. 28.).

Рис.28. Побудова контурів покладу

Внутрішній контур - це лінія, яка з’єднує крайні розвідувальні виробки, які зустріли корисну копалину промислової кондиції за вмістом і потужністю.[4]

Зовнішній контур - це контур, який проходить через точки природної межі поширення корисної копалини. Часто - це лінія, де потужність дорівнює нулю. Тому її ще називають нульовим контуром.

Площу між внутрішнім і зовнішнім контурами називають між-контурною смугою.

4.3) Методи підрахунку площ

Основним параметром підрахунку запасів в об’ємній або масовій мірі є площа поширення покладу чи окремих його частин. Тому визначення площі є постійною операцією при підрахунку запасів будь-яким способом.[7]

Поверхні, площі яких підлягають визначенню, можуть бути плоскими і топографічними. Контури площ, які визначають, можуть бути ламаними або кривими лініями. Очевидно, що спосіб визначення площі зумовлюється характером поверхні покладу, формою обмежуючого контуру і способом підрахунку запасів.

Площу плоского контуру можна визначити одним із таких способів: аналітичним, геометричним - за формулами геометрично правильних фігур, планіметром, курвіметром і палеткою з паралельними лініями, палеткою точковою або квадратною.

Аналітичний спосіб[2]. Аналітично площу визначають за координатами х, у кутових точок контуру. На рис. 29 - це вершини 1-4 чотирикутника. Площа цієї фігури дорівнює алгебраїчній сумі площ трапецій, основами яких є ординати точок, а висотами - різниці абсцис. Площа трапеції дорівнює добутку півсуми основ на висоту. Враховуючи це, маємо:

Рис. 29. Аналітичний спосіб визначення площ

Геометрично площу визначають за формулами геометрично правильних фігур - трикутника, квадрата, прямокутника, трапеції тощо, на які розбивають шукану площу. Додаючи площі останніх і враховуючи масштаб креслення, одержують площу всієї фігури.

Великі площі криволінійних ділянок вимірюють за допомогою приладу - планіметра(Рис. 30.).[17]

Обчислюють площу, виміряну планіметром, за формулами:

S = c (N2-N1), якщо полюс знаходиться поза контуром фігури,

де N1 - показання лічильника планіметра до обведення контуру;

N2 - показання лічильника після обведення контуру шпилем планіметра;

с - ціна поділки планіметра або його коефіцієнт, який визначається шляхом вимірювання заздалегідь відомої площі в масштабі плану при певній довжині обвідного важеля планіметра і ділення цієї площі на різницю відліків до і після обведення контуру. Ціна поділки планіметра залежить від довжини обвідного важеля і масштабу плану;

Рис. 30. Планімер

При визначенні площ курвіметром(Рис. 31,а) і палеткою з паралельними лініями(Рис. 31,б), відстань між останніми мають дорівнювати 0,5; 1,0 або 2,0 см залежно від розмірів вимірюваної площі.[18]

Визначаючи площу цим способом палетку накладають так, щоб деякі дві її лінії дотикалися контуру в двох точках. Відрізки ліній палетки, які знаходяться в межах контуру послідовно прокочують (вимірюють) курвіметром. Їхні довжини цим приладом автоматично додаються і одержують площу контуру на плані в см2, якщо відстань між лініями палетки дорівнює 1 см. Після цього площу згідно з масштабом переводять в м².

а) б)

Рис.31 Вимірювання площі за допомогою курвіметра і палетки[16]

Часто для вимірювання площ використовують точкову або квадратну палетку (рис.32).[7]

Палетку накреслюють на прозорому папері. Відстань між точками приймають 0,5; 1,0 або 2,0 см залежно від розміру ділянки. Для невеликих площ - 3-4 дм² використовують сантиметрову палетку, в інших випадках - двосантиметрову. Бажано, щоб всередині контуру, площа якого визначається, було не менше 50 точок палетки.

а) б)

Рис.32. Палетки для визначення площі:

а - точкова; б - квадратна

Для вимірювання площі палетку довільно накладають на контур плану і підраховують кількість точок чи квадратів всередині контуру (n) і кількість точок, що знаходяться на самому контурі (k). Площа, обмежена контуром, дорівнює Дійсну площу обчислюють за формулою:

,

де а – сторона квадрата в масштабі плану.

Площу, зазвичай, визначають двічі, по-різному орієнтуючи палетку, відносно контуру, і знаходять середнє арифметичне цих трьох визначень. Його й приймають за шукану площу.[3]

4.4) Способи підрахунку запасів корисних копалин

Багато які задачі, пов’язані з підрахунком запасів, розв’язують маркшейдерська і геологічна служби гірничих підприємств.[7]

Проекти розробки шахтного поля або поля розрізу ґрунтуються на балансових запасах, затверджених ДКУЗ і підрахованих за результатами детальної розвідки родовища. Указані балансові запаси шахти (розрізу) є вихідними для керування запасами на гірничому підприємстві. Оцінка їх надійності має ґрунтуватися на знанні матеріалів розвідки і застосованих способів підрахунку.

В практиці підрахунку запасів родовищ твердих корисних копалин застосовують більше 20 способів. Із них найпоширенішими є такі: середнього арифметичного, геологічних блоків, експлуатаційних блоків, розрізів (вертикальних і горизонтальних), багатокутників, трикутників, ізоліній, ізогіпс, середнього кута падіння, ділянок однакових кутів падіння.[1]

Слід відзначити, що названі способи не вичерпують всіх можливих способів підрахунку запасів. Тому в практиці підрахунку запасів не виключена можливість застосування поряд з названими інших способів або їх комбінацій.

Більшість покладів корисних копалин обмежена складними поверхнями. Точне відтворення і визначення їх за даними розвідки неможливо. Тому всі способи підрахунку запасів, які спираються на матеріали розвідки, ґрунтуються на принципі трансформації складних тіл в простіші, в межах яких і проводиться підрахунок запасів.

Способи підрахунку

1. При підрахунку запасів способом середнього арифметичного рудне тіло, обмежене складними поверхнями прирівнюють до покладу з постійною середньою потужністю (рис. 33.).

Запаси корисної копалини в об’ємній і масовій мірах, корисного компонента у масовій мірі підраховують за формулами:

Підрахунок запасів внутрішнього контуру

V_вк=S_ср.вк·m_ср, м³

V_вк - об’єм корисної копалини в межах внутрішнього контуру;

S_ср.вк - середня площа корисної копалини в межах внутрішнього контуру;

m_ср – середнє значення потужності;

m_ср=( )/n

Q_вк=V_вк·γ, т

Q_вк – маса корисної копалини в межах внутрішнього контуру;

γ – об’ємна вага;

P_вк= т

P_вк – маса корисного компонента в межах внутрішнього контуру;

– середнє значення вмісту корисного компоненту;

=(с₁+ с₂+с₃+…+с_n)÷n

Підрахунок запасів міжконтурної смуги

V_мк=S_мк·m´_ср, м³

m´_ср=( )/2n

Q_мк=V_мк·γ, т

P_мк= т

=(с₁+ с₂+с₃+…+с_n)÷2n

Рис. 33. Підрахунок запасів способом

середнього арифметичного

2. Спосіб геологічних блоків є різновидом способу середнього арифметичного і відрізняється від нього тим, що середні значення потужності і вмісту обчислюють не для всього родовища в цілому, а для окремих частин, які називають геологічними блоками[7]. При цьому способі поклад корисної копалини розчленяють на окремі геологічні блоки і підраховують запаси в межах кожного з них способом середнього арифметичного. Загальний запас за категоріями знаходять додаванням запасів окремих блоків. Тіло корисної копалини в даному випадку ніби перетворюється в сукупність зімкнених рівновеликих фігур, висота яких дорівнює середній потужності кожного блока (рис.34.).

Виділення контурів геологічних блоків виконують за такими ознаками:[3]

– оконтурюють блоки, обмежені диз’юнктивними порушеннями, розмивами корисної копалини та іншими природними межами;

– оконтурюють площі різних сортів корисної копалини;

– оконтурюють площі запасів з різним ступенем розвіданості;

–оконтурюють площі, які підлягають відпрацюванню як окремі експлуатаційні одиниці або призначені до відпрацювання в певній послідовності.

Рис.34. Розбиття тіла корисної копалини на геологічні блоки

3. Способом експлуатаційних блоків підраховують запаси руди і металу багатьох родовищ. При цьому тіло розчленовують розвідувальними і підготовчими гірничими виробками на окремі блоки і підраховують запаси по окремих блоках. Загальний запас ділянки або покладу знаходять як суму запасів окремих блоків(Рис. 35.)[2]

Рис. 35. Підрахунок запасів блока

Для визначення запасу металу, що знаходиться в даному блоці, необхідно знайти дійсну площу блока, його середню потужність, середню густину руди і середній вміст металу. Дійсну площу визначають з врахуванням кута падіння покладу. Потім обчислюють середню потужність по кожному перерізу блока. Знаючи середні потужності по перерізах, обчислюють середню потужність блока як середнє зважене по довжинах виробок.[7]

Аналогічно визначають середній вміст, тобто спочатку знаходять середній вміст по перерізах, а потім середній вміст по блоку.

4. При підрахунку запасів способом трикутників всі розвідувальні виробки на плані в межах підраховуваного контуру з’єднують прямими. Причому ці лінії мають не перетинатися. Внаслідок цього одержують сітку зімкнених трикутників (рис. 36,а). Якщо уявно через сторони цих трикутників перпендикулярно до площини проекції провести площини, то увесь поклад розіб’ється на сукупність зімкнених прямих косозрізаних трикутних призм, (рис. 36,б) загальний об’єм яких рівновеликий об’єму тіла корисної копалини. Довжини ребер цих призм визначаються потужністю покладу, зафіксованою у відповідних виробках.[1]

а) б)

Рис. 36. Схема підрахунку запасів способом трикутників

5. Спосіб багатокутників називають також способом найближчих районів або способом А. К. Болдирьова за ім’ям професора Петроградського гірничого інституту, який в 1914 р. запропонував його для підрахунку запасів. Суть цього способу полягає у виділенні навколо кожної точки перетину корисної копалини розвідувальною виробкою ділянки, всі точки якої ближчі до цієї виробки, ніж до будь-якої іншої.(Рис. 37.)[5]

V=S·

Рис. 37. Побудова способу наближених районів

Способи підрахунку запасів пластових родовищ

1. Спосіб середнього кута падіння.При підрахунку запасів пластових родовищ, переважно вугільних, кількість корисної копалини установлюють у масовій мірі.

За умови, коли падіння пласта зберігає приблизно свою величину по всій площі підрахунку, то вона являє собою прямокутник, в межах якого спостереженнями установлюють: середній кут падіння _ср пласта, середню нормальну потужність m_ср його і густину _ср корисної копалини (рис. 38.)

При цьому запас корисної копалини в об’ємній мірі знаходять за формулою:

V= ср

де S_діл – площа блока в площині пласта, яку в свою чергу визначають за формулою

тут В – площа виділеного блока (ділянки на плані).

С – площа виділеного блока на вертикальній проекції.

Рис.38. Гіпсометричний план з витриманим кутом

падіння пласта[2]

У масовій мірі запаси корисної копалини знаходять за відомою формулою:

Q = V_cp, т.

Розглянутий спосіб дістав назву спосіб середнього кута падіння.