книги из ГПНТБ / Сивоконь, В. И. Каолин

к вопросу о расстояниях между выработками первой стадии раз­ ведки не формально, а закладывать их с учетом получения окон­ чательной плотности разведочной сети при переходе к детальной разведке. При проектировании предварительной разведки обычно предусматривают максимальную плотность сети, исходя из веро­ ятности обнаружения наибольшей изменчивости качества и мор­ фологий залежи. В поле по результатам бурения первых скважин и построения первых разрезов может .быть установлено, что осо­ бенности разведуемого месторождения позволяют применять не

обеспечить получение материалов, необходимых для промышлен­ ной оценки месторождения.

Предварительную разведку следует выполнять на 2—3 участ­ ках с тем, чтобы, сопоставив показатели, ‘обоснованно выбрать площадь для детальной разведки. Предварительную разведку можно осуществлять и на одном участке, если его площадь не уступает известным разведанным и эксплуатируемым объектам. Выбор площадей под предварительную разведку согласуется с районными и областными отделами землепользования с учетом возможности отчуждения этих площадей под строительство карь­ ера и промышленного предприятия.

В период предварительной разведки сгущением сети подготов­ ляются запасы по категории Ci (для объектов 4 и 9 подтипов — по категории Сг), требуемые на амортизационный срок предприя­ тия; предварительно изучаются гидрогеологические условия зале­ жи; отбираются и исследуются лабораторные технологические пробы; производится топографическая съемка масштабов 1 :5000—1 : 10 000 на площади подсчета запасов по категории С|. При необходимости (см. раздел «Опробование») отбираются и испытываются таю&е полупромышленные пробы. Выработки этой стадии задаются с ’учетом пройденных поисковых до глубины на 2—3 м ниже подошвы полезной толщи, единичные скважины мо­ гут быть более глубокими, что требуется Для изучения гидрогео­ логических условий, проверки аномалий, уточнения состава под­ стилающих пород и др.

По результатам предварительной разведки составляется от­ чет, который передается проектному институту для составления ТЭД. В нем разрабатываются временные кондици» разведывае­ мого каолинового месторождения. Они содержат те же данные, что и технические задания (требования к горнотехническим, гид­ рогеологическим условиям объекта, качеству сырья), но обосно­ ваны более подробно фактическим материалом и технико-эконо­ мическими расчетами.

21

ДЕТАЛЬНАЯ РАЗВЕДКА

Технико-экономические доклады (ТЭД) и постоянные кондиции

Детальной разведке подвергаются лишь те из выявленных ме­ сторождений, целесообразность первоочередного освоения кото­ рых доказана ТЭД, рассмотренными и утвержденными промыш­ ленными министерствами по представлению Республиканского министерства геологии (Главного управления). Составление ТЭД поручается отраслевым институтам, занимающимся проектирова­ нием предприятий каолиновой промышленности, и выполняется обычно по договорам между геологической организацией, веду­ щей разведку (трест, экспедиция), и соответствующим институ­ том (Гипронйнеметаллоруд, Киевский Гипростром, Всесоюзный научно-исследовательский институт огнеупоров и др.). На состав­ ление ТЭД геологической организацией выдается техническое за­ дание.

Участки, вновь выявленные в районе разрабатываемых объек­ тов, могут подвергаться детальной разведке без составления ТЭД

объект; 2) наличия сравнительного технико-экономического рас­ чета, согласно которому себестоимость сырья на вновь разведы­ ваемом участке не превышает себестоимость на разрабатываемых участках; 3) одинаковой системы разработки и схемы‘.обогаще­ ния сырья, что и на разрабатываемых участках.

Для крупных месторождений каолинов, запасы по которым утверждаются в ГКЗ, по результатам детальной разведки разра­ батываются постоянные кондиции. Их разработка поручается тем же проектным институтам, которые составляют ТЭД, они содер­ жат те же основные разделы, но в них устанавливаются все ос­ новные параметры, при которых эксплуатация месторождения рентабельна: 1) минимальная промышленная мощность полезной толщи; 2) максимально допустимая мощность пустых пород, включаемых в состав полезной толщи; 3) максимальная мощ­ ность вскрыши и допустимое объемное отношение полезной тол­ щи ко вскрыше в подсчетных блоках; 4) длина сортового интер­ вала; 5) для первичных каолинов минимальный выход каолино­

клина, обогащенного каолина); обычно они определяются по су­ ществующим ГОСТ.

Постоянные кондиции представляются на утверждение ГКЗ республиканским Министерством (Управлением) геологии после

22

согласования с Госпланом и министерствами республики. После утверждения они являются основанием для подсчета детально разведанных запасов и должны соблюдаться при последующей эксплуатации объекта.

Обоснование плотности разведочной сети

При детальной разведке окончательно решается вопрос о гус­ тоте сети выработок, достаточной для квалификации запасов 'по промышленным категориям. Выбору плотности сети должны предшествовать тщательные наблюдения полезной толщи в карь­ ерах и обнажениях с выделением (если они не были ранее выде­ лены) типов и литологических разновидностей, определением форм залегания их и частоты переходов друг в друга, а также определением морфологии тел пустых пород. Без этих наблюде­ ний плотность сети может быть обоснована математически. Одна­ ко обоснование следует признать правильным лишь когда вы­ бранная плотность сети доказана практикой эксплуатации анало­ гичных объектов.

Кроме плотности сети, на этой стадии работ необходимо ре­ шать вопрос о ее форме и ориентировке. Для месторождений вторичных каолинов может быть применена правильная квадрат­ ная или шахматная сеть на залежах озерно-дельтового происхож­ дения, или разведка профилями вкреет простирания для залежей аллювиального типа. На месторождениях первичного каолина желательна разведка профилями вкреет простирания материн­ ских пород или вкреет максимальной мощности залежи, посколь­ ку такая сеть наиболее полно вскрывает изменчивость полезной толщи.

При уточнении морфологии каолиновой залежи может исполь­ зоваться метод установления интервала изменчивости (Борзунов, 1971). Наблюдения показывают, что в пределах одного и того же месторождения интервал изменчивости по отдельным разрезам устанавливается при расстояниях между выработками 50—70 м, в других разрезах не вскрывается и при 20—30 м. Таким обра­ зом, оконтуривание полезной толщи может потребовать невыдер­ жанных расстояний между выработками в профилях. Приведен­ ные соображения показывают, насколько труден вопрос выбора плотности и ориентировки сети. Плотность разведочной сети в первую очередь определяется сложностью геологического строе­ ния месторождения. Мощности полезной толщи и качество сырья залежей каолинов, как правило, изменчивы. Разведываются за­ пасы большим количеством выработок, поэтому к ним примени­ мы методы вариационной статистики, позволяющие уточнить группу, к которой они относятся.

Применение метода искусственного разрежения к месторожде­ ниям первичных каолинов показывает, что на залежах, образо-

23

вавшихся на неоднородных разнообразных гнейсах и мигмати­ тах, минимальное количество выработок для определения сред­ него "сортового состава, средней мощности и объема полезной толщи должно быть не менее 20—25. На объектах, исходные по­ роды которых однородны и представлены преимущественно гра­ нитами, минимальное количество выработок составляет 12—15. Все работы по обоснованию плотности сети методом искусствен­ ного разрежения следует проводить, постепенно' сгущая выработ­ ки на опытном типичном участке, величина которого должна обе­ спечивать заложение количества скважин, достаточного для суж­ дения об изменчивости залежи по морфологии и качеству и в то же время достаточно типичного для данного объекта. Метод ис­ кусственного разрежения для определения оптимальных расстоя­ ний между выработками неприменим (Борзунов, 1971). Однако опытные расчеты изменения сортового состава и прочих средних показателей месторождения при различной плотности сети необ­ ходимы для определения степени изменчивости залежи.

Для вычисления рациональной густоты сети можно использо­ вать формулу Н. В. Барышева, преобразованную В. М. Нехоро-

шевым (1966):

где / — рациональное расстояние между выработками, м; тх— величина среднеарифметической ошибки метода; а —среднеквад­ ратичное отклонение; t — коэффициент вероятности события; S — площадь месторождения.

Как можно заметить, величина / является функцией площади месторождения и среднеарифметической ошибки, различной для разных категорий запасов. Для наиболее детально изучаемых за­ пасов величина тх может быть принята равной 5—10% и исчис­

солютное ее значение равно 0,5 м; t может быть принят равным 1,96. При таком значении в 95 случаях величина / равна или меньше вычисленной. Рассчитанные по этой формуле расстояния между скважинами для некоторых объектов близки к приме­ няемым или несколько больше фактических. Для неоконтуренных месторождений с очень большими площадями формула, приведен­ ная выше, неприменима.

менимость выбранного метода анализа сети в каждом конкрет­ ном случае должна быть обоснована.

Для доказательства обоснованности примененной сети реко­ мендуется в первую очередь использовать опыт разведки и экс-

24

плуатации аналогичных месторождений, если имеется возмож­ ность-сравнить данные разработки и разведки и результаты срав­ нения позволяют сделать заключение о сходимости тех и других. Это Наиболее верный способ обоснования, но применение его час­ то ограничено рядом причин (несовпадение сортовых интервалов, сортности каолина, выпускаемого карьером и разведанного, не­ полные мощности эксплуатируемой толщи и т. д.). Исследования по выбору оптимальной плотности сети должны быть закончены на стадий детальной разведки. Отсутствие обоснования плотности сети следует считать методическим недостатком проведенных работ.

Полевые работы

В задачу детальной разведки входит получение данных, обес­ печивающих проектирование горнодобычных и обогатительных предприятий. Основным ее средством остается колонковое буре­ ние. В эту стадию работ на согласованной с промышленностью части залежи, обеспечивающей не менее 20% прироста запасов по категории В (для объектов второй группы), производится сгу­ щение сети. Рекомендуемые для различных типов месторождений формы сети и расстояния между выработками приведены в раз­ деле о предварительной разведке.

Все выработки детальной стадии разведки доводятся до подо­ швы каолинов (зона гидрослюд — по первичным каолинам и под­ стилающие породы — по переотложенным). Отдельные скважины проходятся глубже с целью изучения гидрогеологических усло­ вий и отбора проб для исследования вещественного состава мате­ ринских и подстилающих пород. Выход керна по всем скважи­ нам, чтобы обеспечить представительность проб и достоверность данных о мощности пройденных слоев, должен быть не менее 80%, а способ бурения должен обеспечивать получение проб с ненарушенной структурой и надежной исходной массой (5—7 кг по первичным и 3—4 кг по вторичным каолинам).

Кроме сгущения сети при детальной разведке отбираются пробы для лабораторных, полупромышленных и промышленных испытаний, а также проводятся гидрогеологические, инженерно­ геологические, геофизические и топографо-геодезические изыска­ ния в объемах, достаточных для обоснования квалификации за­ пасов по промышленным категориям. Порядок их выполнения из­ ложен в соответствующих разделах настоящих «Методических

при предварительной разведке. При необходимости он пополняет­ ся и служит основой для окончательного подсчета запасов.

Выработки всех стадий подлежат ликвидации, а участки, на которых проводились разведочные работы, рекультивации (вос­ становлению плодородия почвы). Для этого составляется акт за

25-

подписью начальника партии (землепользователя) и владельца земли (колхоз, совхоз). Дубликаты проб, образцы и керн по окончании детальной разведки сдаются по акту в пробо- и кернохранилище на базе партии (экспедиции), а полевые материалы принимаются комиссией, председателем которой является глав­ ный геолог экспедиции (треста). Комиссия устанавливает каче­ ство документации, ее полноту и достаточность для составления отчета, а также достоверность (сличение с натурой). Акты о сли­ чении данных разведки р натурой, сдаче каменного материала и полевой документации прилагаются к отчету.

ОПРОБОВАНИЕ, ДОКУМЕНТАЦИЯ,

АНАЛИЗЫ И ИСПЫТАНИЯ

ОТБОР ПРОБ

На всех стадиях изучения каолиновых залежей проходка выра­ боток сопровождается отбором проб для изучения вещественного состава и технологических свойств полезной толщи, попутно и вмещающих пород. При этом отбираются рядовые, объединенные, лабораторно-технологические, полупромышленные и промышлен­ ные пробы.

Рядовые пробы отбираются послойно-секционно, с включением мелких прослоев пустых пород. Влияние пустых пород надо тща­ тельно изучить на стадии поисков с тем, чтобы при переходе к детальной разведке мощность этих пород, исключаемая из под­ счета, была обоснована в оперативных и постоянных кондициях*. Максимальная мощность пустых прослоев, включаемых в пробы, должна быть определена путем анализов каолина с этими поро­ дами и без них. Длина рядовых проб (интервал опробования) определяется изменчивостью качества каолинов по разрезу и спо­ собом разработки, объекта. Обычно она равна 1—3 м для первич­ ных каолинов и 0,5—1 м для переотложенных. Рядовые пробы У кровли полезной толщи, а также пробы первой стадии работ следует отбирать секциями более мелкими, чем на последующих стадиях, для подробного изучения зависимости состава каолинов от замечаемых макроскопически, особенностей и установления влияния инфильтрационных процессов на качество сырья.

Предполагаемый способ разработки месторождения и в осо­ бенности намечаемая механизация карьера влияют на выбор длины секционного опробования. Нет смысла изучать полезную толщу по интервалам в 1 м, если будет производиться валовая добыча уступами высотой по 4—8 м. Это рассуждение будет пра-

* Полезная толща опробуется без пустых пород и с включением их в пробы с тем, чтобы путем подсчета средних значений химического состава с учетом мощностей пустых пород и без них была доказана целесообразность их исклю­ чения или добычи в составе полезной толщи.

.26

вильным, если удлинение секционных проб несущественно ухуд­ шает сортовой состав полезной толщи. Если при изменении сек­ ций наблюдается значительная потеря высоких сортов каолина (за счет усреднения), геолог должен ставить вопрос об уточнении способа разработки 'объекта. Выбор средней длины секции явля­ ется, таким образом, одновременно выбором среднесортового ин­ тервала, при котором подсчитывается статистически содержание сортов — один из важнейших показателей ‘месторождения. Этот показатель должен быть тщательно продуман и обоснован расче­ тами сортового состава залежи при различной длине проб на примере не менее 15—20 выработок. Необоснованно завышенная

опробования намечаются геологом при описании выработок; ря­ довые пробы по ним отбираются по керну скважин или бороздо­ вым способом, если опробуются карьеры, шурфы, 'расчистки. Керн предварительно очищается от бурового шлама и пыли. В рядовую секционную пробу отбирается половина керна, раско­ лотого вдоль его оси; вторая половина остается для отбора объе­ диненных и технологических проб. Диаметр керна должен обес­ печивать получение после дробления и квартования пробы и дуб­ ликата надежной расчетной массы. При отборе рядовых проб бо­ роздовым способом стенки выработки зачищаются до безусловно свежего среза полезной толщи. Сечение борозды выбирается из расчета получения необходимой массы проб; обычно ширина ее принимается' равной 10 см, глубина 5 см. При опробовании шур­

Обработка рядовых проб каолинов заключается в их сушке и измельчении при условии сохранения естественного механическо­ го состава и исключения привноса красящих окислов. Поэтому пробы после сушки дробят на деревянных щитах или на фанер­ ном листе деревянными молотками. Попутно сокращают пробы путем квартования с контролем результатов дробления на ситах 10,5 и 3 мм. Окончательная навеска 1,5—2 кг делится надвое: одна часть представляет пробу, вторая дубликат. Если опробуе­ мый каолин содержит твердые остатки на ситах 5 и 10 мм, в окон­ чательные навески эти включения вводятся в количестве, пропор­ циональном их содержанию в первоначальной пробе. Каждая рядовая .проба снабжается этикеткой и вносится в журнал Опро­ бования установленной формы. В лабораториях для химических анализов из рядовых проб отбираются навески в 50—100 г, ма­ териал измельчается до 0,07 мм. Следует обращать внимание на представительность отбираемых навесок и необходимость их из­ мельчения в фарфоровых ступах (металлические ступы и истиратели для этой цели непригодны).

27

По рядовым пробам выполняются массовые сокращенные ана­ лизы с определением показателей, лимитируемых ГОСТ и ТУ. Наосновании этих анализов из соседних рядовых проб выработ­ ки, близких по качеству (в пределах сорта), составляются про­ порционально длинам объединенные пробы. Для их получения обычно используют материал рядовых проб, оставшийся после производства сокращенных анализов, или вторую половину кер­ на.‘Объединенные пробы подвергаются более полным определе­ ниям.-Длина их зависит от однородности качества сырья и длины входящих в них рядовых проб, но во всех случаях она не должна превышать высоты уступа карьера.

Лабораторные пробы отбираются в большинстве случаев так­ же пЬ керну. Масса нх может колебаться от 5—10 до 150—300 кг в зависимости от программы испытаний и оборудования лабора­ тории. Наименьшая масса требуется для изучения технологиче­ ских свойств каолина и изготовления опытных образцов фарфора, наибольшая — для изучения обогатимости в гидроциклонах. По­ этому масса проб согласуется (так же как и программа испыта­ ний) с их исполнителем. Во избежание отбора непредставитель­ ных проб лабораторные пробы рекомендуется отбирать по керну уже проанализированных выработок. Отбор их производятся по­ слойно, по разновидностям, выделяемым макроскопически, из расчета 3—4 пробы на разновидность, или по сортам, если разно­ видности макроскопически нельзя выделить. При недостаточной массе керна выработки для получения проб нужной массы дуб­ лируются. Керн лабораторных проб не дробят, но очищают от шлама и поверхностных корок. На каждую пробу составляется паспорт по общепринятой форме.

Полупромышленные и промышленные пробы отбираются на новых детально разведываемых месторождениях, где не изучены обогатимость каолинов и особенности 'получения промышленных изделий. Масса этих проб согласуется с производителем испыта­ ний и колеблется от первых 'тонн до 500—600 т. Место их отбо­ р а —выработки, сырье которых уже имеет технологическую оцен­ ку по данным лабораторных испытаний и ‘представительно для

и скважины больших диаметров; применять шнеки для этой цели можно при условии обеспечения чистоты добываемого материала. Если масса полученного из шурфа материала намного превышает требуемую массу пробы, то проба составляется из кратных бадей (каждая вторая или третья). Материал полупромышленных и промышленных проб складируется на дощатых помостах, чтобы избежать загрязнения и потерь. На отбор проб, кроме паспортов, составляются акты с указанием тех же данных, что и в паспорте,

28

а также состава лиц, присутствовавших при отборе. Отбор этих проб на разрабатываемых или доразведываемых объектах, а. так­ же на новых участках таких месторождений нецелесообразен, если только технологическая схема переработки каолина остает­ ся без изменений, а качество сырья аналогично добываемому в карьере. Если схему нужно заменить, а сырье отличается от разрабатываемого по качеству, то проведение испытаний и отбор промышленных проб обязательны.

Кроме перечисленных .выше проб, из 3—5 скважин отбирают­ ся пробы-образцы для характеристики инженерно-геологических свойств разреза, коэффициента фильтрации, объемной массы при данной естественной влажности, pH, петрографических исследо­ ваний и т. д. Пробы для петрографических исследований при не­ однородности материнских пород отбираются из расчета 2—3 вы­ работки на каждую разновидность. Для всех этих определений пробы представляются в виде столбиков керна ненарушенной структуры, полученных при бурении всухую, длина их 20—30 см. Они отбираются на заранее установленных разрезах по всей мощности полезной толщи (а при необходимости — также покры­ вающих к подстилающих пород) равномерно через определенные интервалы. При наличии на месторождении карьеров, обнажений или шурфов объемная масса каолинов должна быть установлена по пробам из целиков объемом 1—2 м3.

Качество и технологические свойства каолинов изучаются на всех стадиях геологоразведочных работ, но не с одинаковой сте­ пенью детальности. Рядовые и объединенные пробы анализиру­ ются на всех стадиях, причем в поисковую стадию должен быть охарактеризован весь разрез. Пробы отбираются по возможности дробнее для того, чтобы установить связь макроскопически вы­ деляемых признаков с вещественным составом проб. В эту ста­ дию на месторождениях первичных каолинов целесообразно изу­ чать профиль выветривания и состав подкаолиновых зон профи­ ля. Для характеристики технологических свойств при поисках на перспективных участках отбираются единичные лабораторные пробы по наиболее распространенным разновидностям.

В стадию предварительной разведки технологическая харак­ теристика каолинов должна быть более полной. Лабораторные пробы на этой стадии отбираются, чтобы охарактеризовать весь разрез полезной толщи и равномерно осветить данными разведы­ ваемую площадь. В то же время пробы должны достаточно пол­ но представлять все встречающиеся на объекте разновидности и сорта. Пробы отбираются послойно, но при большой мощности слоя длину их следует ограничивать 10—12 м (вероятная высота уступов карьера при последующей добыче). Количество проб определяется изменчивостью качества каолинов и необходимо­ стью иметь технологическую характеристику как минимум по трем пробам от каждой разновидности и сорта.

29

Площадь детальной разведки должна быть изучена во всех отношениях, и наиболее полно в отношении технологических свойств сырья, поэтому лабораторные пробы отбираются и на этой стадии разведки. Выработки для отбора намечаются после обработки результатов анализов и всего материала предшествую­ щей стадии, что необходимо для обоснования представительности проб. Количество проб определяют исходя из условия освещения каждой разновидности (сорта) в контуре детальной разведки 4—5 пробами, равномерно характеризующими площадь и охва­ тывающими весь разрез полезной толщи.

При детальной разведке отбираются и изучаются полупро­ мышленные и промышленные пробы. Когда для составления ТЭД недостаточно данных лабораторных проб, например если схемой обогащения, кроме каолина, намечается извлечение ценных по­ путных продуктов, причем экономические показатели ее нельзя определить по результатам лабораторных исследований, отбор полупромышленных проб и испытания можно проводить и на ста­ дии предварительной разведки.

Подстилающие и покрывающие породы в обязательном поряд­ ке опробуются на всех стадиях работ. Количество опробуемых выработок определяется качеством сырья и наличием потребите­ лей, то есть при удовлетворительном качестве и промышленной потребности они должны быть опробованы и изучены в степени, обеспечивающей их промышленное использование. Подробнее об изучении попутных полезных ископаемых написано в разделе «Схема анализов и испытаний».

ОСОБЕННОСТИ ДОКУМЕНТАЦИИ И ПОЛЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ

При документации для установления типа каолина важней­ шую роль играют текстура, содержание и распределение зерен кварца. Первичные каолины, как правило, имеют реликтовую текстуру, определяемую по расположению и размерности зерен кварца, по наличию или отсутствию полос различных оттенков, напоминающих такие же полосы в материнских породах. Иногда каолин не имеет реликтовых текстур (каолин бесструктурный). Это подкрепляет типовое, а иногда и более дробное определение каолина (первичный, гнейсовый и др.), после чего следует описа­ ние таких признаков, как цвет, плотность, маркость, наличие включений. Цвет каолинов надо описывать при одной влажности (лучше в сухом состоянии), так как в зависимости от содержа­ ния влаги он изменяется, причем. белизна тем выше, чем суше порода. Из керна первых 4—5 скважин, образцов из обнажений составляются эталонные коллекции каолинов с подробным, опи­ санием текстуры, цвета и других особенностей. Этой коллекцией должны пользоваться все исполнители при последующей доку­ ментации керна. Она производится параллельно с бурением; опи-

30