СПБГУАП группа 4736

Геология 1. Задачи и этапы геологоразведочных работ на месторождениях полезных ископаемых до начала и во время разработки.

Цель геологоразведочных работ – наиболее продуктивно и полно использовать природные ресурсы на изучаемой территории. Для получения всесторонней объективной информации об их составе, разработаны нормативные документы и определены основные виды геологоразведочных работ.

Задачи – качественное и полноценное изучение участка (района), на основе которого формируется банк данных, подробные карты местности с количественной оценкой залежей, что выясняется при проведении определенных видов геологоразведочных работ. Это позволяет прогнозировать перспективы и экономическую рациональность добычи природных запасов.

С учетом цели, которую заказчик ставит перед геологами, поиск и изучение залежей полезных ископаемых делят на несколько этапов и стадий геологоразведочных работ:

региональный – подразделяют на две стадии – первая подразумевает прогноз, вторая – географический анализ зон накопления ресурсов;

поисково-оценочный этап включает в себя следующие стадии геологоразведочных работ – выявление локальных мест, участков поискового бурения, либо прокладки канав, шурфования (зависит от предполагаемой глубины разработки), затем подготовка к проведению буровых работ либо шурфованию, и собственно поисковые мероприятия по выявлению месторождений;

разведочный – пробная эксплуатация скважины.

Рассмотрим подробнее каждый из этапов геологоразведочных работ.

Региональный этап. Его проводят в малоизученных районах или при изучении отложений, которые не вызывали интерес промышленников раньше. На стадии прогнозирования проводится геологическое и географическое изучение территории, определяются физические закономерности формирования залежей, районирование и определение перспективных для подробного и глубокого исследования участков.

Стадия оценки подразумевает анализ территориального распространения и количественного изменения зон, с достаточной для разработки концентрацией запасов, их подсчет.

Основные виды геологоразведочных работ на этом этапе - площадные съемки (геологические, геофизические и др).

Поисковый этап. Целью этого этапа является нахождение неизвестных до настоящего времени залежей. На этой стадии проведения геологоразведочных работ создается перечень перспективных участков изучаемой территории, проводятся подготовительные работы для поискового бурения и на следующей стадии дается количественная оценка запасов для того, чтоб определить очередность их глубокого изучения (как правило, начинают с самых перспективных участков, по приблизительным оценкам имеющих наибольший экономический потенциал). Этот этап включает в себя следующие виды геологоразведочных работ – сейсмо- и электроразведка, непосредственно поиск с рытьем канав, шурфов, а также бурением скважин.

Разведочный этап – это итоговая стадия, которая подразумевает подготовку участка к промышленной разработке. По итогам предшествующего этапа уже известны и изучены места перспективных участков. Следующий шаг - это разведка месторождений, которая представляет собой разработку скважин до грунтовых слоев, эксплуатация которых экономически оправдана.

Плотность размещения разведочных выработок, выбор технологий и способов забора проб выбирают исходя из особенностей конкретного участка. При этом учитываются финансовые возможности и имеющиеся в распоряжении средства разведки.

По итогам проведенных этапов геологоразведочных работ и изысканий создается аналитический документ - технико-экономическое обоснование с приложением материалов, в которых подсчитан объем запасов и имеются

результаты их экономической оценки.

Без геологоразведочной деятельности не обойтись при поиске месторождений для будущей разработки. Геологоразведочные работы подразумевают выполнение шести этапов.

Первая стадия подразумевает выполнение региональных съемочных и геофизических работ. На этом этапе проводятся специализированные работы по поиску перспективных мест для разработки предположительных месторождений.

На второй стадии действий по геологоразведке выполняется поиск потенциальных мест залегания ископаемых. Для выполнения этой стадии работ проводится три этапа:

Общие работы по поиску

Более подробные детальные поиски

Работы по оценке месторождений

Выполнение общих поисков предполагает обнаружение участков, на которых предположительно могут располагаться ценные месторождения. К таким участкам относятся потенциальные месторождения, высокая вероятность которых обусловлена геологическими исследованиями. На этих площадях проводятся детальные поиски. Далее проводятся поисковооценочные работы, включающие в себя целый комплекс исследований: геохимических, геологических, геофизических.

Для осуществления всех типов исследований используются буровые скважины. На этом этапе проводится оценка масштабов выявленного месторождения. Если предположения о ценности месторождения неверны, и количество ископаемых не имеет промышленного значения, то участок отбраковывается. При положительном исходе проведенных исследований определяется количество запасов, которые можно отнести к категории С2, составляется обоснование об экономической важности проведения следующих этапов.

Определение масштабов найденного месторождения Третий шаг геологоразведочных действий включает предварительные работы по определению промышленных масштабов

найденного месторождения. На этом этапе определяются общие параметры участка, фракции ископаемого сырья, места и условия их залегания, общие параметры. По итогу выполненных разведочных работ количество и качество запасов

СПБГУАП группа 4736

подсчитывается по категориям С1 и С2, после этого разрабатывается экономическое обоснование необходимости выполнения работ для более детальных работ по исследованию.

Основной разведывательный этап Четвертая стадия — основной разведывательный этап. Это серьезные работы, требующие серьезной подготовки и

использования специальной техники, поэтому их выполнение начинается только после завершения третьего этапа, во время которого доказана целесообразность работ на конкретном участке. Последовательность четвертой стадии определяется после согласования с горнодобывающими органами и реализуется в соответствии с разработанным планом разведывательных работ объекта.

В процессе выполнения детальной разведки осуществляются подготовительные работы для промышленной работы на объекте. Определяется степень изученности участка, запасы классифицируются и распределяются по категориям А, В, С1 и

С2.

Доразведка месторождений Пятая стадия – это своеобразная доразведка месторождений. Работы выполняются на тех участках, которые не были

детально охвачены при выполнении предыдущей стадии. Подробно изучаются отдельные части месторождений, расположенные в пределах горного отвода и имеющие промышленное значение. Если участки не предполагается осваивать в дальнейшем, то доразведка таких месторождений не выполняется. Пятая стадия работ предполагает работы, не противоречащие основному плану, в соответствии с которым можно перевести запасы, относящиеся к категориям С1 и С2 на более ценные категории. Дополнительно проводится подсчет выявленного сырья на отдельных участках месторождений.

Эксплуатационная разведка

На шестой стадии выполняется эксплуатационная разведка совместно с подготовительными работами. Этап очень важен, так как проводится до очистных работ и является подготовительной стадией перед добычей полезных ископаемых. Эксплуатационная разведка позволяет получить более точные данные о строении, условиях залегания и качестве добываемых ископаемых.

Геологоразведочные действия позволяют получить все необходимые данные о запасах природного сырья. В процессе работ выясняется количество запасов, прогнозируются характеристики природных ресурсов, оцениваются выгоды от проведения разведывательных работ.

2. Горно-геологические и экономико-географические факторы, определяющие оценку месторождений полезных ископаемых.

Факторы оценки месторождений

Промышленная ценность месторождения определяется многими факторами, которые могут быть условно объединить в четыре группы:

-социально-экономические

-горно-геологические

-экономико-географические.

-экологические

К социально-экономическим факторам относятся:

1)значение полезного ископаемого и получаемого из него продукта для народного хозяйства и для обеспечения экономической независимости и обороноспособности страны;

2)степень обеспеченности страны данным видом полезного ископаемого.

Народнохозяйственное значение месторождения определяется потребностью народного хозяйства в данном виде минерального сырья. Поэтому при оценке месторождения в первую очередь рассматриваются балансы запасов данного вида сырья, а также балансы производства и потребления получаемой из него готовой продукции. Баланс сырья, а также производства и потребления готовой продукции увязывается в местном, республиканском и государственном масштабах применительно к действующим предприятиям или к планируемому объему потребления. На основе такого анализа определяются конкурирующие месторождения, из которых по результатам оценки отбираются первоочередные объекты для освоения. Как исключение, при остром дефиците особо важных видов полезных ископаемых в промышленное освоение могут вовлекаться месторождения даже при низкой эффективности их эксплуатации.

При оценке должны быть учтены и перспективы использования данного вида сырья: внедрение новых видов минерального сырья, замена одних его видов другими, внедрение искусственных заменителей минерального сырья, перспективы развития технологии разработки месторождения и использовании полезного ископаемого.

Горно-геологические факторы представляют собой совокупность данных, предопределяющих масштабы горнорудного предприятия, горнотехнические условия разработки месторождения, а также технологическую схему переработки полезного ископаемого и получения из него готового продукта. Эта группа включает важнейшие данные о месторождении запасы, содержания полезных и вредных компонентов, морфологию, строение и условия залегания скоплений полезных ископаемых, технологические свойства минерального сырья и горно-геологические условия эксплуатации месторождений.

Качество полезных ископаемых определяется совокупностью химических, физических, технических и технологических свойств, обеспечивающих возможность его промышленного использования.

Качественная характеристика минерального сырья зависит прежде всего от содержания в нем полезных компонентов, а также от физических и других специфических свойств. Содержание полезных компонентов в минеральном сырье, в частности содержание металлов в добытых рудах, оказывает большое влияние на себестоимость конечного продукта. Достоверное определение среднего содержания металла имеет исключительно важное значение для правильной оценки большинства рудных месторождений.

Оценка месторождения должна предусматривать комплексное использование сырья, а также извлечение всех содержащихся в нем компонентов, если это извлечение является рентабельным.

СПБГУАП группа 4736

Для месторождений цветных и черных металлов, в особенности для месторождений железа и марганца, очень важно при определении качества минерального сырья установить наличие и содержание вредных примесей, а также поведение этих примесей в процессе переработки.

Количество полезных ископаемых. Суммарные запасы месторождения определяют годовую производительность будущего горного предприятия и капитальные вложения в освоение месторождения.

Качественная и количественная характеристики запасов полезных ископаемых тесно связаны между собой и взаимообусловлены. Изменение качественной характеристики полезного ископаемого приводит к изменению запасов полезных компонентов и полезного ископаемого. Повышение нижнего предела содержания полезного компонента улучшает качество полезного ископаемого, но приводит к сокращению его запаса.

Единство и взаимообусловленность качественной и количественной характеристик минерального сырья требуют при геолого-экономи-ческой оценке месторождений их одновременного учета.

Технологические свойства минерального сырья, определяющие возможность и экономическую целесообразность его переработки, зависят от совокупности качественных показателей, из которых, кроме содержаний компонентов, первостепенное значение имеют:

-минеральный состав сырья, распределение полезных компонентов и вредных примесей по отдельным минералам, формы и размеры полезных минералов, характер их срастаний друг с другом, породообразующими и жильными минералами, текстуры и структуры минеральных агрегатов;

-физические свойства минерального сырья и слагающих его полезных минералов, их твердость, хрупкость, удельные массы;

-химический и минеральный состав вмещающих пород.

Для оценки месторождения большое значение имеют схемы технологических процессов обогащения и металлургической переработки минерального сырья, степень изученности и достигнутые при этом технико-экономические показатели - коэффициенты извлечения основного и сопутствующих полезных компонентов, расход материалов, реагентов, выход продукта и др. Каждый добавочный процент извлечения полезного компонента имеет существенное экономическое значение, т.к. увеличивает количество добытого металла и снижает его себестоимость.

Горно-геологические условия эксплуатации месторождения, определяющие возможность и экономическую целесообразность его разработки, включают изучение следующих основных факторов:

-размеров, морфологических особенностей, строения и условий залегания технологически сплошных скоплений полезных ископаемых;

-продуктивности месторождения и его отдельных участков, характеризующей степень концентрации в них полезного ископаемого;

-гидрогеологических условий месторождения;

-физико-механических и инженерно-геологических свойств полезного ископаемого и вмещающих его пород; их устойчивость, трещиноватость, крепость, твердость, буримость, кусковатость, влажность и др.;

-факторов, осложняющих ведение эксплуатационных работ и требующих проведения специальных мероприятий, например, развитие карста, повышенная газоносность месторождения, склонность пород к самовозгоранию или к оплыванию в увлажненном состоянии и др.

Гидрогеологические условия месторождений характеризуются степенью обводненности рудовмещающих пород, режимом подземных и поверхностных вод, фильтрационными свойствами пород и руд и другими показателями.

При рассмотрении инженерно-геологических условий месторождения учитывается степень устойчивости горных пород в

подземных горных выработках или откосах карьеров, а также пород кровли. Основные показатели, характеризующие инженерногеологические условия месторождения, существенно влияют на себестоимость продукции.

Совокупным влиянием перечисленных условий определяются способы вскрытия и системы разработки месторождений, удельная себестоимость добычи минеральною сырья и полезных компонентов, вероятные потери и разубоживание руд и другие экономические показатели горнодобычных работ.

Экономико-географические факторы представляют собой совокупность данных, характеризующих природные и экономические условия района месторождения: удаленность от заводов-потребителей, обжитость района, транспортные и энергетические условия, водный режим, наличие местной базы других полезных ископаемых и материалов, рельеф местности, климат и др.

Транспортные условия района месторождения характеризуются расстоянием до существующей или намечаемой к сооружению железной дороги, наличием автомобильных дорог, возможностью использования водных путей и эксплуатации дорог в различные времена года. Также необходимо учитывать расположение месторождений по отношению к районам потребления: близкое расстояние сократит объемы и сроки транспортных перевозок, ускорит оборачиваемость средств и т.д. Энергетические условия района месторождения оцениваются исходя из возможности получения электроэнергии для промышленного предприятия от внешней энергосистемы, что исключает необходимость строительства собственной электростанции, сокращает капитальные вложения и сроки строительства предприятия. При таких обстоятельствах следует учитывать только капитальные затраты на сооружение линий электропередачи к предприятию. В случае же сооружения для предприятия собственной электростанции нужно принимать в расчет топливные ресурсы данного района (угли, торф, сланцы, природный газ, древесное топливо, гидроресурсы), а также капитальные затраты на строительство электростанции местного значения.

Климатические условия и рельеф местности оказывают существенное влияние на условия эксплуатации месторождения и строительства промышленного комплекса в его пределах. Для предприятий, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями, сокращается число рабочих дней в году. Тяжелые климатические условия приводят к значительным простоям и повышенному износу оборудования, к большому расходу денежных средств на транспорт и заработную плату.

Водные ресурсы. Наличие в районе оцениваемого месторождения водных ресурсов для производственных и бытовых целей является обязательным условием оценки месторождения. Особенно большое значение водные ресурсы имеют в тех случаях, когда полезные ископаемые требуют применения мокрых способов обогащения (гравитационного, флотационного).

СПБГУАП группа 4736

Трещины по генезису делятся на тектонические и нетектонические, а последние — на первичные (петрогенетические) и вторичные (экзогенно-гравитационные и искусственные). Петрогенетические трещины возникают при формировании горных пород в связи с релаксацией механических полей напряжений, обусловленных остыванием магматического расплава или диагенезом осадка. Вторичные трещины — выветривания, оползней, обвалов, провалов, расширения пород при разгрузке — развиваются в поверхностных зонах под действием экзогенных процессов и сил гравитации.

Тектонические трещины формируются в результате напряжений, проявляющихся при складчатых или разрывных нарушениях. Среди них различают трещины с разрывом сплошности (отрыва и скалывания) и кливаж (складчатый и приразломный).

Деформирование и разрушение массива твердых горных пород протекают при активном участии трещин. При этом порода в монолите блока и в зоне трещин ведет себя по-разному. Монолитная порода деформируется за счет изменения меж-узельных расстояний и кристаллической решетки минерала, а в зоне трещин — за счет их сближения или расхождения.

Геометрия трещин — их густота, ширина, протяженность, элементы залегания — важные характеристики при оценке инженерно-геологических условий. Микротрещины почти не влияют на сплошность массива, крупные — резко снижают его прочность. Тонкие трещины не увеличивают водопроницаемость массива, но при проведении горных выработок по ним происходит их разуплотнение. Важное значение имеют состав заполнителя трещин и вид их поверхности.

Количественная оценка трещиноватости заключается в установлении ее типов и систем, замере элементов залегания, протяженности и раскрытия трещин, расстояний между ними в системах, в определении характера и степени заполнения трещин, общего объема трещинной пустотности (%), размера отдельностей (блоков) в массиве, а также удельной трещиноватости (м-1) и акустического показателя (табл. 3.57). Последний представляет собой отношение квадратов скоростей распространения продольных волн в массиве и в образце данной породы.

Наиболее существенно инженерно-геологические условия массивов горных пород изменяются на границах тектонически обособленных частей земной коры. Поэтому систематика массивов основана на геотектонических принципах. В соответствии с этим различают массивы платформенные, горно-складчатые и активизированных зон, а среди них — группы и подгруппы по приуроченности к структурным элементам и геологическим структурам более низких порядков. Так, среди массивов платформенного типа выделяются группы массивов, принадлежащих к областям щитов, плит и перикратонных опусканий, среди массивов горно-складчатого типа — группы массивов мегантиклинориев, мегасинклинориев и срединных поднятий. Группы массивов в сводово-глыбовых и блоковых структурах относятся к типу массивов активизированных зон. Инженерно-геологические условия месторождений полезных ископаемых зависят преимущественно от особенностей состава, строения и состояния горных пород основного горногеологического яруса массива и глубины его залегания. В соответствии с приуроченностью месторождений к конкретным типам, группам и подгруппам массивов горных пород находятся инженерно-геологические характеристики основных ярусов, вмещающих тела полезных ископаемых. Таким образом, главными факторами, определяющими инженерно-геологические условия месторождений, являются тип массива, его горно-геологическая ярусность, состав и внутреннее строение ярусов, а также свойства слагающих массив горных пород. Эти факторы с учетом их изменения в ходе геологических процессов позволяют прогнозировать комплексные показатели месторождений для целей разработки полезных ископаемых — устойчивость пород в горных выработках и разрабатываемость.

Геолого-структурные факторы определяются особенностями инженерно-геологического массива месторождения.

При освоении месторождений полезных ископаемых основным объектом инженерно-геологических исследований является массив горных пород. Инженерно-геологический массив – это участок земной коры, находящийся в сфере инженерного воздействия. Массив занимает определенную геолого-структурную позицию, характеризуется определенным составом и строением. Свойства массивов обусловлены: 1)свойствами слагающих их горных пород; 2)внутренним строением массивов; 3)тектонической нарушенностью; 4)обводненностью; 5)газоносностью.

Массив нельзя отождествлять только со слагающими его горными породами. Свойства горных пород в образцах и в массиве существенно различаются. Такие свойства, как трещиноватость, гидрогеологические условия, окружающие породы – присущи только массивам.

СПБГУАП группа 4736

Массивы могут быть открытые, если рудное тело выходит на поверхность, и закрытые, если руды перекрыты более молодыми породами.

По особенностям состава и внутреннего строения в пределах массива могут быть выделены горно-геологические ярусы. Они представляют собой структурно-обособленные комплексы горных пород с разным вещественным составом и внутренним строением, то есть с разными горнотехническими условиями. Выделяют массивы одно-, двух-, трех- и многоярусные. При этом ярус, содержащий рудные тела, называют основным, нижележащий комплекс горных пород – подстилающим. Самый верхний породный комплекс, прилегающий к поверхности земли, носит название покровного, а толщи, расположенные между основным и покровным ярусами– промежуточными.

Массивы различаются также по тектоническому строению. Например, выделяют массивы с горизонтальным залеганием пород, с моноклинальным залеганием, с моноклинальным залеганием и разрывными нарушениями, массивы складчатого строения, с разрывными нарушениям и дайками магматических пород, массивы крупных магматических тел с ореолом контактовых изменений пород и др.

Трещиноватость – важнейший фактор внутреннего строения массивов.

Трещины по генезису делятся на тектонические и нетектонические. Среди нетектонических трещин, в свою очередь, различают первичные (петротектонические) и вторичные (экзогенно-гравитационные и искусственные). Петротектонические трещины возникают при формировании горных пород, например, при остывании магматических расплавов, при диагенезе осадков. Вторичные трещины развиваются под действием экзогенных процессов в поверхностных зонах. Это трещины выветривания, оползней, обвалов, провалов и т.д.

Тектонические трещины формируются в результате тектонических движений. Среди них различают трещины с разрывом сплошности (отрывы и сколы) и кливаж (складчатый и приразломный).

Монолитные и трещиноватые породы по-разному ведут себя в процессе разрушения. Деформация монолитных пород происходит за счет изменения межузельных расстояний в кристаллической решетке минералов, а трещиноватые породы деформируются за счет сближения и расхождения трещин.

Большое значение имеет геометрия трещин – их густота, ширина, длина, элементы залегания. Микротрещины почти не влияют на сплошность массива, крупные – резко снижают его прочность. Тонкие трещины не увеличивают водопроницаемость массива, но при проходке горных выработок по ним происходит разуплотнение. Состав заполнения трещин, форма их поверхности также влияют на свойства массива.

В связи с этим, изучение трещиноватости – один из важнейших видов инженерно-геологических работ. Оценка трещиноватости заключается в установлении типов и систем трещин, замере их элементов залегания, протяженности и раскрытия трещин, расстояния между ними в системах, в определении характера и степени заполнения трещин, общего объема трещинной пустотности (в %) и др.

Газоносность горных пород – важный фактор инженерно-геологических условий массивов. Горные породы могут содержать метан, углекислый и сернистый газы, тяжелые углеводородные и инертные газы, азот, водород, оксид углерода, сероводород, радон и т.д. Из них наиболее важны метан, углекислый газ и азот.

Распределение газов на месторождениях зависит от многих факторов: свойств горных пород; условий их залегания; тектонической нарушенности, водо- и газопроницаемости и др.

Наиболее газоносными являются угольные месторождения, где распределение газов зависит, в первую очередь, от состава углей и угленасыщенности стратиграфического разреза.

Выделение газов может происходить:непрерывно из визуально невидимых пор в породах, углях и рудах; в виде суфляров, то есть концентрированных струй, выходящих из видимых трещин и пустот; в виде внезапных прорывов, нередко сопровождающихся выбросами масс горных пород, угля и других полезных ископаемых.

Современные геологические процессы могут сопровождаться: 1)интенсивным изменением состава и строения или разрушением горных пород; 2)смещением и смятием их; 3)мощным динамическим воздействием на горнотехнические сооружения.

К таким процессам относятся речная и овражная эрозия, абразия, оползни, обвалы, сели, мерзлотно-динамические и карстовые деформации земной поверхности, сейсмические процессы.

Большое значение имеют также длительно протекающие геологические процессы, такие как выветривание, осадконакопление, неотектонические движения и др.

При выветривании происходит механическая дезинтеграция горных пород и химическое разложение слагающих их минералов и образование новых. Глубина зоны выветривания может достигать 1 км. В зоне выветривания по степени изменений в направлении сверху вниз выделяются подзоны: 1)монолитная; 2)глыбовая; 3)мелкообломочная (щебенистая); 4)полного дробления.

Породы в этих подзонах существенно различаются по своим свойствам.

Специфические инженерно-геологические условия существуют в областях вечной (многолетней) мерзлоты. Здесь наблюдаются мерзлотно-динамические явления, связанные с замерзанием и оттаиванием воды. К ним относятся пучение, гидролакколиты, наледи, термокарст, солифлюкция и др. При оттаивании мерзлых пород происходит их деформация в виде просадок и осадок. При промерзании пород наблюдается значительное неравномерное увеличение объема пород, развиваются морозобойные трещины.

Поверхностный сток вызывает смыв, размыв и оврагообразование, селевые потоки, размыв русел, подмыв берегов и т.д. Воды подземного стока производят выщелачивание пород, карстообразование, фильтрационноеразрушение пород. Совместное действие поверхностных и подземных вод и гравитационных процессов вызывает оползни.

Необходимо учитывать также воздействие эндогенных геологических процессов – сейсмических, неотектонических и т.п. Эти процессы являются неуправляемыми. Поэтому возможность их проявления следует прогнозировать и создавать соответствующие схемы разработки полезных ископаемых.

Разрабатываемость горных пород. Оценка разрабатываемости горных пород основана на определении сопротивления породы различным воздействиям, меняющим их состояние, главным образом, механическим. Различают естественное и искусственное изменение состояния горных пород (взрыв, механическое дробление и др.). Следует также рассматривать

СПБГУАП группа 4736

отдельно свойства пород в естественном залегании – в забое, при ведении очистных работ, и свойства искусственно измененных пород – при дроблении, погрузке, перемещении, складировании и пр.

Для оценки разрабатываемости горных пород пользуются так называемымигорнотехнологическими параметрами – комплексными показателями, которые характеризуют их поведение при воздействии определенным инструментом, механизмом или при определенном технологическом процессе. Эти параметры устанавливаются эмпирическим путем при проведении контрольных испытаний в стандартных исходных условиях.

Горнотехнологические параметры подразделяются на следующие группы:

1)характеризующие общую разрушаемость горных пород механическим способом; это, например, твердость, вязкость, дробимость, хрупкость и пластичность; 2)показывающие разрушаемость горных пород некоторыми механизмами; это буримость, взрываемость, сопротивляемость резанию и т.д.;

3)оценивающие воздействие породы на инструмент; например, абразивность; 4)устанавливающие производительность других процессов (кроме разрушения), например, экскавируемость.

Твердость пород обусловливает сопротивляемость внедрению в них острого инструмента. Используются показатели статической и динамической твердости, определяемые соответственно вдавливанием или ударом.

Наиболее трудны для разрушения вязкие породы. Для них характерен высокий предел прочности и большая зона пластической деформации. Общепринятого метода определения вязкости не существует, часто ее оценивают сравнением с вязкостью известняка, принятого за эталон.

Дробимость пород – величина, обратная вязкости. Дробимость это обобщающий параметр многих механических свойств – упругих, прочностных, пластических. Она выражает энергоемкость процесса дробления при динамической нагрузке. Дробимость обычно определяют через удельный расход энергии на дробление определенного объема породы.

Хрупкость определяется через предел прочности при одноосном сжатии. Пластичность – обратный хрупкости показатель. Буримость характеризует сопротивляемость горных пород разрушению в процессе бурения. Она оценивается скоростью, временем и энергоемкостью бурения единицы длины скважины или шпура при стандартных условиях проведения опыта для каждого типа буровой машины. Буримость ухудшается с увеличением плотности, прочности, твердости, вязкости, абразивности горных пород. В практике используется классификация горных пород по буримости, в которой выделяется 20 категорий, объединенных в группы: 1)легкобуримые (каменный уголь); 2)среднебуримые (мергель); 3)труднобуримые (габбро); 4)весьма труднобуримые (кварциты). Буримость определяет всю технологию буровых работ.

Взрываемость отражает сопротивляемость горных пород разрушению при взрыве и количественно выражается расходом взрывчатых веществ (ВВ) на дробление 1 м3 породы в массиве (удельным расходом ВВ). Взрываемость зависит от прочности, вязкости, плотности, упругих и пластических свойств, а также от их структурно-текстурных особенностей и трещиноватости. Среди массивов горных пород по взрываемости различают легко-, средне-, трудно- и весьма трудновзрываемые. Этот показатель определяет технологию взрывных работ.

Сопротивляемость пород резанию (скалыванию) характеризуется, главным образом, работой, необходимой для измельчения породы. Этот показатель физически отражает сопротивление срезу (сколу) при сжатии, поэтому его можно оценивать величиной прочности на сжатие и на растяжение. Сопротивляемость резанию является наиболее важным параметром применительно к углям, так как большинство угольных пластов разрабатывается угольными комбайнами, стругами и другими механизмами, к основным процессам при работе которых относится резание.

Абразивность отражает способность пород изнашивать при трении контактирующие с ними твердые тела (детали горных машин, инструмент и т.п.). Она обусловлена в основном прочностью, размерами и формой минеральных зерен, слагающих породу. Оценивают ее по степени износа инструмента при сверлении или резании, а также по степени истирания пород абразивными материалами. Наиболее абразивны корундсодержащие породы, порфирит, диорит, гранит. Абразивность влияет на эффективность бурения, резания, скалывания, черпания горных пород.

При работе экскаваторов и других копающих агрегатов выемка породы, то есть копание, производится последовательным отделением стружек в слое. Трудоемкость процесса выемки определяется величиной удельного сопротивления копанию (в

Н/м2). Для сопоставления пород по экскавируемости применяется относительный показатель трудности экскавации

породы.

Свойства пород определяют их поведение при транспортировании. Для сопоставления пород по сопротивляемости их перемещению принимается относительный показатель трудности транспортирования породы. Выделяются 5 классов горных пород по трудности транспортирования.

Для сравнения разных пород по разрушаемости используется шкала М.М. Протодьяконова. Показатель относительной крепости пород, или коэффициент крепостиПротодьяконова обозначается f). Его значение пропорционально пределу прочности пород на сжатие. В классификации выделяется 10 категорий горных пород. К первой категории относятся наиболее крепкие породы – кварциты, базальты, к десятой – наиболее слабые плывучие породы.

Общая относительная оценка сопротивления породы разрушению проводится по методике В.В. Ржевского с учетом напряжений сжатия, растяжения и сдвига в виде показателя трудности разрушения. По величине его различают 5 классов пород и 25 категорий.

4. Понятие «минерал», «горная порода». Основные типы и генезис горных пород.

Минералы - природные химические соединения или самородные элементы, которые являются продуктами физикохимических процессов, протекающих в земной коре или на ее поверхности.

Минералогия (от лат.minera-руда, logos-учение) - наука, изучающая минералы, их происхождение (генезис), строение, состав и свойства.

По разным сведениям известно от 2000 до 10000 минералов и их разновидностей.

Главными или породообразующими называют минералы, которые широко распространены в земной коре и являются обязательной составной частью горных пород. Содержание каждого из них должно составлять более 5% от общего

СПБГУАП группа 4736

объёма породы. Например: гранит состоит из породообразующих минералов (%): полевые шпаты, роговая обманка, биотит, кварц.

Второстепенные (акцессорные) минералы встречаются в породах в небольших количествах, но могут оказать отрицательное влияние на их строительные свойства. Например: включения пирита.

Большинство минералов встречается в земной коре в твердом состоянии. Однако есть жидкие (самородная ртуть Hg) и даже газообразные минералы (углекислый газ СО2, сероводород Н2S). Поразительно разнообразны внешние признаки, по которым минералы отличаются друг от друга. Одни из них прозрачны, другие мутны, полупрозрачны или совершенно не пропускают свет.

Минералы образуются при сложных физико-химических процессах, протекающих в недрах земной коры или на ее поверхности.

Вотличие от минералов, горные породы чаще всего не однородны. Это как бы агрегаты, состоящие из различных минералов. Но при всем многообразии, эти агрегаты, как и слагающие их минералы, закономерно повторяются в земной коре. При этом не только состав входящих в них минералов, но и структура и другие свойства зависят прежде всего от того, где, на какой глубине и в каких условиях они образовались.

Горные породы - природные минеральные агрегаты, возникшие в глубине земной коры или на ее поверхности в результате различных геологических процессов.

Петрография (гр. petrа - скала, камень, grapho - пишу) - наука, изучающая горные породы.

Внастоящее время в земной коре известно более 1000 пород.

Минеральный состав горных пород определяется содержанием главных породообразующих минералов. Полиминеральные горные породы состоят из нескольких минералов, например: гранит - из кварца, ортоклаза, роговой обманки, биотита.

Мономинеральные породы - из одного минерала, например: мрамор - из кальцита. Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой.

Структура породы определяется состоянием минерального вещества (кристаллическое, аморфное, обломочное), размером и формой ее минеральных зерен или обломков.

Текстура породы обусловлена расположением в пространстве минералов, кристаллических зерен или обломков.

Таким образом, минерал – это однородное по составу природное тело, а горная порода может состоять из одного или нескольких минералов

Современная классификация горных пород основана на их химическом и минеральном составе и на условиях образования. Принято выделять три основных типа горных пород: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические горные породы образуются при застывании природных расплавов – магмы и лавы. По условиям образования породы делятся на интрузивные и эффузивные.

Интрузивные (глубинные, плутонические) породы образуются в глубинных зонах земной коры. Они остывают медленно, находясь, как в термосе, в недрах земли. Магма успевает полностью раскристаллизоваться и порода получается полнокристаллической.

Эффузивные (излившиеся, вулканические) горные породы, наоборот, быстро остывают при излиянии магмы на поверхность (магма, потеряв газовую составляющую, становится лавой). Кристаллы в них имеют гораздо меньшие размеры, и часто эти породы содержат застывший, но не успевший раскристаллизоваться расплав – вулканическое стекло. Порода получается неполнокристаллической.

Различают также группу жильных магматических пород, образовавшихся при застывании магмы в трещинах земной коры. В земной коре магматические породы составляют 50% от ее объема.

Осадочными называются горные породы, образующиеся на поверхности земли за счет накопления и некоторого преобразования продуктов разрушения, ранее существовавших пород, а также при химическом осаждении в водных бассейнах с участием или без участия организмов.

Осадочные породы в объеме земной коры составляют не более 5-8% и в то же время занимают около 75% площади земной поверхности.

Метаморфические горные породы образуются в результате преобразования (метаморфизма) исходных магматических и осадочных пород под воздействием температуры, давления и химически активных веществ. Метаморфические породы составляют около 45% от объема земной коры.

Горные породы. Структура и текстура.

Горными породами называются минеральные агрегаты определенного состава и строения, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов.

Горная порода – природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре.

Горные породы сложены относительно небольшим числом минералов, иногда одним минералом. Соответственно различают полиминеральные и мономинеральные породы.

Относительно небольшая группа минералов, слагающая основную, подавляющую часть массы горных пород и определяющая их химический состав, называется породообразующими минералами. Второстепенные минералы называются акцессорными минералами, илиакцессориями. Кроме того, в породах, испытывающих наложенные преобразования, выделяют наряду с первичными минералами вторичные, или эпигенетическими, минералами. Важное классификационное и диагностическое значение имеют структура и текстура горных пород.

Структурой называются особенности внутреннего строения пород, определяемые формой, абсолютным и относительным размером слагающих их кристаллов.

По степени кристалличности наиболее распространенными структурами являютсяполнокристаллическая (порода полностью сложена кристаллическими зернами), стекловатая (порода состоит из нераскристаллизовавшегося стекловатого вещества), неполнокристаллическая(в породе присутствуют и кристаллы и стекло).

По относительным размерам зерен – равномернозернистая (размер зерен одного и того же минерала примерно одинаков) и неравномернозернистая: обломочная (порода состоит из обломков минералов и горных пород), порфировая (порода

СПБГУАП группа 4736

состоит из стекловатой или скрытокристаллической основной массы и отдельных кристаллов, называемых порфировыми вкраплениями), порфировидная (на фоне равномернозернистых зерен выделяются крупные зерна – порфировидные выделения).

По абсолютным размерам зерен различают – скрытокристаллическую или афанитовую (зерна видны только под микроскопом) и явнокристаллическую или фанеритовую структуру (зерна видны невооруженным глазом): гигантозернистая – более 50 мм, крупнозернистая – 50-5 мм,среднезернистая – 5-1 мм, мелкозернистая меньше 1

мм.

Главнейшим элементом структуры является форма минералов – кристаллографический облик. Различают зерна: изометрические – развитые равномерно во всех направлениях, таблитчатые – когда ширина больше толщины, призматические – длина преобладает над шириной.

Один и тот же минерал в зависимости от условий кристаллизации может получить различный облик кристаллов.

Текстурой называются особенности сложения горных пород, определяемые взаимным расположением их составных частей, а также характером и способом заполнения занимаемого пространства минеральным веществом.

Текстуры определяются распределением в породе (равномерным или неравномерным) различных минералов, ориентировкой удлиненных или уплощенных минералов относительно друг друга, наличием или отсутствием в породе пустот или, как иначе говорят, степенью заполнения пространства минеральными зернами, слагающими породу.

Массивная (однородная) – минералы распределены в породе равномерно, уплощенные и удлиненные зерна ориентированы беспорядочно, в породе не наблюдается закономерной ориентировкой минералов; условия образования породы, во всех точках занимаемого ею пространства были одинаковы.

Ориентированная – уплощенные и удлиненные зерна ориентированы в породе субпараллельно (более менее параллельно). Разновидностями являются слоистая (порода состоит из слоев разного состава и структуры)

и сланцеватая или ориентированная (порода имеет тонкую делимость, обусловленную расположением в одном направлении чешуйчатых, листоватых минералов), полосчатая (в породе имеются полосы различного минерального состава или окраски, чередующиеся между собой – набор минералов может быть одинаковым, но их содержание в различных полосах различно); шлировая или такситовая (в породе отдельные участки отличаются друг от друга по составу или текстуре; шлиры могут иметь различное происхождение – концентрация продуктов ранней кристаллизации, вплавление магмой обломков вмещающих пород; встречается только в интрузивных породах); пористая (в породе имеются пустоты, поры);миндалекаменная (пустоты и поры в породе заполнены вторичными минералами гидротермального происхождения).

5. Способы подсчета запасов месторождений полезных ископаемых.

Подсчет запасов – заключительная акция разведочных работ на месторождении. Цели подсчета запасов:

1)определение количества полезного ископаемого с распределением его по типам и сортам руд, по категориям (А, В, С) запасов, по промышленному значению (балансовые и забалансовые);

2)определение качества полезного ископаемого, установление его технологических свойств;

3)анализ степени надежности подсчета запасов.

Все подсчитанные запасы полезных ископаемых представляются на рассмотрение и утверждение в ГКЗ или ТКЗ. При этом балансовые и забалансовые запасы подсчитываются и учитываются отдельно.

Кроме балансовых и забалансовых запасов выделяют:

Геологические запасы – запасы, подсчитанные в недрах Земли без учета потерь.

Эксплуатационные (промышленные) запасы – балансовые запасы, оставшиеся после вычета потерь в охранных целиках. Извлекаемые запасы - это эксплуатационные запасы, оставшиеся после вычета эксплуатационных потерь, связанных с разубоживанием, несовершенством выбранной системы отработки, гидрогеологическими и другими условиями эксплуатации.

Исходные данные для подсчета запасов (методом блоков):

1)Площадь (месторождения, рудного тела, участка рудного тела), м2 (S);

2)Средняя мощность тела полезного ископаемого, м (m);

3)объемная масса полезного ископаемого, т/м3 (d);

4)среднее содержание полезного компонента, %, г/т (С).

Количество запасов (руды) полезного ископаемого вычисляется по формуле:

,

где V – объем блока, а d – объемная масса полезного ископаемого.

Количество запасов полезного компонента (металла) в руде определяется по формуле:

,

где P – запасы полезного компонента, а Ссред – среднее содержание полезного компонента в подсчитываемом объеме. В том случае, когда содержание полезного компонента выражено в процентах, используется формула:

.

Объем подсчетного блока вычисляется по формуле:

,

где S – площадь подсчетного блока, а M – его средняя мощность.