54. Химическое опробование. Способы отбора проб в горных выработках. Химическое опробование

Процесс химического опробования состоит из трех основных звеньев; 1) отбора (взятия) начальных проб, осуществляемого с таким расчетом, чтобы качество и количество минерального сырья было охарактеризовано с необходимой точностью; 2) обработки проб, заключающейся а доведении массы каждой начальной пробы или группы проб до величины, необходимой для соответствующих исследований, и 3) испытания (анализа, исследования) проб.

Способ отбора проб определяется геологическими (промышленный тип месторождения, элементарный и минеральный состав руд, мощность, форма, размеры и внутреннее строение тел полезного ископаемого, размеры его зерен, степень неравномерности распространения полезных минералов, крепость руд) и общими (представительность проб, задачи опробования, объем работ, условия и срочность производства работ, участие пробоотбора в проходческом цикле) факторами.

Отбор проб из горных выработок. Существует семь способов отбора проб в горных выработках: штуфной, точечный, вычерпывания, бороздовый, шпуровой, задирковый и валовой. Наиболее целесообразным является тот способ, который обеспечивает наибольшую представительность (репрезентативность), высокую производительность и наименьшую стоимость работ по опробованию.

Штуфной способ. Это простейший способ отбора проб, сущность которого состоит в отбойке отдельных кусков породы (руды) массой 0,5—2 кг. Применяется для установления качества простейших полезных ископаемых или для получения хотя бы приблизительной их характеристики, обычно в период поисков. Способ опробования применяется редко; обычно он проводится для минералографического изучения руд.

Точечный способ заключается в откалывании кусочков полезного ископаемого примерно равного объема из середины клеток или углов сетки, предварительно размеченной в опробуемой выработке. Отбитые кусочки вместе составляют начальную пробу. Сетка может быть прямоугольной, квадратной или ромбической. Применяется при опробовании мощных тел полезных ископаемых с относительно равномерным распределением полезных компонентов, а также при опробовании рудных тел средней мощности.

Горстьевой способ (способ вычерпывания) заключается в отборе частичных проб (порций) из навала породы после отладки руды в забое по сетке (так же, как и при точечном способе) и объединении частичных проб в начальную пробу. Количество частичных проб (порций) может колебаться от 10 до 20, а масса их от 50 до 100 г. Отсюда следует, что масса начальной пробы может колебаться от 0,5 до 2 кг. Установлено, что лучше составлять начальную пробу из большого числа частичных проб малой массы, чем из малого числа частичных проб большой массы.

Отбор проб горстьевым способом целесообразно применять в вы­работках, пройденных по сплошной руде с хорошо развитой трещиноватостью, обеспечивающей при отбойке однородную кусковатость средней и малой крупности.

Бороздовый способ состоит в проведении на обнаженной поверхности рудного тела борозды, форма и размеры которой зависят от мощности тела и характера распределения в нем полезных компонентов и вредных примесей. Форма и размеры сечения борозды должны быть сохранены на всем ее протяжении неизменными. Борозды необходимо располагать по направлению наибольшей изменчивости содержания исследуемых компонентов в рудных телах. Это направление обычно совпадает с линией мощности, поэтому во многих учебных руководствах и статьях рекомендуется проводить борозду по мощности. Однако не всегда возможно определить линию истинной мощности рудного тела (косое сечение тела в горной выработке, расплывчатые контакты). Значительно удобнее в подавляющем большинстве случаев применять горизонтальные и вертикальные борозды. Первые применимы к телам полезных ископаемых, падающим под углом 90-45°, а вторые — к телам с углом падения 45-0°.

Иногда не обязательно проходить сплошную борозду. Например, на медных и некоторых других рудниках Урала опробование забоев с успехом ведется методом точечной или пунктирной борозды. На месторождениях, содержащих руды с полосчатой, слоистой и некоторыми другими текстурами, иногда требуется охарактеризовать каждую полосу (слой, прослоек) или смежные группы их отдельно. Для этого борозда разбивается на секции, число которых соответствует количеству подлежащих исследованию разностей руд. Размеры борозд и масса проб с 1 м зависят от механических свойств руды, изменчивости содержания металла в руде и ценности металла. Отбойка бороздовых проб производится механическим и ручным способами. При ручном способе инструментами для отбойки проб являются кирка, зубило, молоток. Отбиваемый из борозды материал падает на расстеленный брезент или желоб из листового железа. Затем пробу ссыпают в мешок. Механическая отбойка бороздовых проб более производительна. С этой целью используются пробоотборник ПО-40 и пневматические молотки.

Задирковый способ заключается в отбойке (задирке) ровного слоя полезного ископаемого со всей площади обнаженного в забое, кровле или почве горной выработки рудного тела. Глубина задирки 5—10 см. Этот способ дорогой, требует больших затрат времени, поэтому его следует применять, когда другие способы не дают надежных результатов: 1) в процессе разведки канавами жильных месторождений малой мощности с весьма неравномерным распределением исследуемых компонентов; 2) при опробовании тонких жил в подземных горных выработках и при контрольном опро­бовании жильных рудных тел средней и малой мощности; 3) при опробовании выходов золоторудных месторождений, характеризующихся наличием самородков золота. Для обеспечения точности анализа необходимо, чтобы задирка была одинаковой глубины по всей площади опробования.

Шпуровой способ заключается в сборе буровой муки или шлама в процессе бурения шпуров. Достоинствами шпуровых проб являются возможность опробования руды в целике впереди забоя, полная механизация процесса отбора проб, тонкое измельчение материала пробы при ее взятии и другие факторы: недостатками — невозможность зарисовки забоя по длине шпура и отбора секционных проб, потери буровой муки или шлама при бурении трещиноватых пород и др.

Используются шпуры, пробуриваемые для проходки выработок, или же задаются специальные шпуры вкрест простирания рудного тела, позволяющие вести опробование для оконтуривания рудных тел. Для оконтуривания и опробования мощных рудных тел применяются специальные колонковые перфораторы, которыми бурят шпуры длиною до 50—70 м.

Валовой способ применяется, когда полезный компонент распределен в рудных телах чрезвычайно неравномерно и описанные способы химического опробования не дают удовлетворительных результатов (некоторые рудные месторождения золота, платины, редких металлов, валунчатые железные руды, металлоносные конгломераты, месторождения асбеста и слюды). При этом способе в пробу поступает вся рудная масса, добываемая при движении забоя. Иногда пробу сокращают в определенное число раз (кратная выдача вагонетками).

В условиях весьма равномерного и равномерного оруденения число валовых проб, отбираемых на месторождении, должно составлять 6—8, в случае неравномерного оруденения — 15—20, а при весьма неравномерном и крайне неравномерном — 30—40.

Наибольшее значение валовой способ отбора проб имеет для технологических испытаний, требующих больших количеств полезного ископаемого; незаменим он при испытаниях физико-механических свойств (объемной массы, пористости, кусковатости, коэффициента разрыхления и т.п.) полезного ископаемого и вмещающих пород.

Расстояние между пробами. В выработках, проходимых вкрест простирания, пробы отбираются непрерывно по мощности тела полезного ископаемого. В выработках, проходимых по простиранию и падению (восстанию) рудных тел, пробы берутся через некоторые интервалы (промежутки).

Расстояния (интервалы) между пробами зависят от степени не­равномерности оруденения. Чем неравномернее оруденение, тем интервалы должны быть меньше, и, наоборот, чем равномернее оруденение, тем расстояния между пробами могут быть больше.

55. Химическое опробование. Отбор проб из скважин. Отбор проб из разведочных скважин. Колонковое бурение. Основным материалом, из которого отбираются пробы при колонковом бурении, является керн. При недостаточном выходе керна или его отсутствии в пробу идут соответственно керн и шлам или один шлам. Минимально допустимый выход керна по пересечению полезного ископаемого (по инструкциям ГКЗ) составляет: для железа, марганца, хромита, меди, свинца, цинка, олова, молибдена, никеля, кобальта, коренного золота, редких металлов (из коренных месторождений) 70%; для борного сырья, гипса, ангидрита, самородной серы, фосфоритов, магнезита, мусковита, флогопита, вермикулита 80%; для барита, витерита 75%; для каменной соли 85%.

В пробу идет половина керна, расколотого по длинной оси, другая половина оставляется как дубликат. Деление керна осуществляется на керноколе. При опробовании залежей растворимых солей в пробу берут центральную часть керна. Для этого керн просверливают по длинной оси. Полученный в результате сверления порошок является пробой. В случаях массового опробования керна при больших объемах бурения рекомендуется распиливать керн вдоль на камнерезном станке.

Опробование шлама при разбуривании рудных месторождений производится при низком выходе керна (менее 60-80%), но может оказаться необходимым, если есть основание подозревать систематическое обогащение или разубоживание керна, брать пробы шлама и при высоком выходе керна. Для улавливания шлама у устья скважины устанавливают желоб с перегородками и приемный чан . Шлам, собранный у устья скважины и извлеченный из шламовой трубы, помещается для сушки на железные листы (противни). Проба шлама составляется из материала, собранного у устья скважины и полученного из шламовой трубы. Истертая дробь извлекается из шлама магнитом, если в материале нет магнитных минералов.

Длина проб при колонковом бурении определяется в зависимости от характера оруденения и его мощности.

Ударно-вращательное бурение. В зависимости от крепости полезного ископаемого пробы из скважин отбирают буровой ложкой, змеевиком или желонкой. Буровая ложка применяется в неустойчивых зонах полезного ископаемого, например при разведке кварцевых и других песков, суглинков с незначительными по размерам включениями бурых железняков и других пород. Проба набирается с отдельных зарубок, материал которых предварительно просушивается.

Пробы глин и глиноподобных материалов берутся змеевиком. Снимаемая со змеевика проба отскабливается от буровой грязи и просушивается. Соединять материал нескольких подъемов в одну общую пробу при значительных колебаниях качества полезного ископаемого нельзя.

При извлечении полезного ископаемого желонкой проба представляет собой обычно жидкую буровую грязь, которую выливают в баки. После отстаивания воду сливают, а осадок высушивают в печи или на солнце.

Ударно-канатное бурение. При ударно-канатном и роторном бурении пробой служит буровая грязь, поднимаемая с забоя обычной или пневматической желонкой. Для предотвращения обогащения или разубоживания проб за счет соскабливания рудного материала со стенок скважины канатом скважину крепят обсадными трубами. Масса сухой пробы с 1 м колеблется в зависимости от диаметра скважины от 45 до 220 кг. Большая масса начальных проб и относительно сильное измельчение рудного материала долотом обусловливают необходимость и возможность сокращения проб непосредственно у скважины. Для этого используют шламоприемные ящики, из которых пробы берут ручными пробоотборни­ками.

Во избежание ошибок опробования необходимо обращать внимание на фактические веса проб, сравнивая их с расчетными. В целях наиболее полной очистки забоя на границах участков, с которых рудный материал поступает в отдельно анализируемую пробу, по окончании первых подъемов желонки в скважину заливают воду, причем в несколько приемов. Когда вода, поднимаемая желонкой, станет чистой, приступают к дальнейшему долочению. Отбор из старых отвалов проводится с целью определения в них содержания полезных компонентов и установления возможности их извлечения. Чтобы правильно оценить качественный состав отвалов, проводится его разведка шурфами, буровыми скважинами, а при небольшой мощности канавами. Опробуют чаще всего валовым способом, причем из шурфов пробы отбирают с каждого полуметрового или метрового выкида; затем путем квартования их сокращают до определенной массы (30-150 кг) в зависимости от характера полезного ископаемого. Отвалы рыхлых пород (например, шлам от обога­тительной фабрики) опробуют буром-щупом, если мощность отвала не превышает 3-4 м. Количество проб и система их расположения определяются в каждом конкретном случае.