книги из ГПНТБ / Сивоконь, В. И. Каолин

сание каждого интервала должно быть подробным и характери­ зовать отбираемую рядовую пробу. Выделение слоев (интерва­ лов), представленных несколькими пробами, допускается как ис­ ключение при весьма однородном литологическом 'составе полез­ ной толщи.

Микроклин в каолине уменьшает его жирность, придает ему сходство на ощупь с содой или мелом («каолин содообразный», «полукаолин»), но при большой его выветрелости эти признаки не всегда уловимы. Поэтому для установления типа каолина по щелочности лучше прибегать к полевым определениям, которые заключаются в отмучивании каолина на сите № 0056. Одновре­ менно можно определить содержание каолина в сырце и наличие гидрослюд. Для этого достаточно промыть 0,5 кг высушенного каолина, полученную песчаную часть высушить и взвесить. Раз­ ница. масс сырца и песка и дает содержание отмученного каоли­ на в сырце. Навеска песчаной части 5—10 г, хорошо усредненная, рассматривается в лупу, в поле зрения которой кварц четко отли­ чается от мутно-белых зерен микроклина и чешуек гидрослюд. При необходимости приближенного , количественного анализа часть этой навески растирается в фарфоровой ступе до прохода через сито № 02, отмывается от шлама и рассматривается под бинокуляром со счетной сеткой.

Документация каолинов, вскрышных и подстилающих пород сопровождается отбором характерных образцов от каждого слоя, часть их из отдельных выработок анализируется.

По окончании работ составляется краткая записка по методи­ ке их проведения и результатам. Вместе с полевой документа­ цией она представляется комиссии, которая сличает документы с 'натурой и принимает полевые работы. Таким образом в поле­ вых условиях составляется не только полевая документация, но производится и ее частичная камеральная обработка, без кото­ рой невозможны анализ полученных материалов и суждение- о достаточности выполненных работ.

СХЕМА АНАЛИЗОВ И ИСПЫТАНИИ

Схемы аналитических и технологических исследований пер­ вичных и вторичных каолинов отличаются прежде всего тем, что оценка первых в соответствии с существующими ГОСТ произво­ дится по обогащенному от песка концентрату. Качество вторич­ ных каолинов изучается в естественном виде, если проектом раз­ работки не предусмотрено их обогащение. Практически 'нельзя каждую рядовую пробу первичного каолина обогащать в усло­ виях, тождественных промышленной схеме. Поэтому анализы рядовых проб этих каолинов выполняют по концентрату, отмыто­ му от песка на сите № 0056 и затем выпаренному. Полученный материал по химическому составу существенно не отличается от

3i

каолина, обогащенного на комбинате (для контроля нужно сопо­ ставить результаты анализов каолина по рядовым и технологи­ ческим пробам, причем последние должны быть обогащены по принятой для производства схеме). Отделением песка на сите № 0056 устанавливается выход каолина (без учета извлекаемости), а по крупности песка предварительно оценивается обогатимость. Первичные каолины обогащаются тем легче, чем крупнее зерновой состав их песчаной части. По 10—15% рядовых проб сырца, равномерно освещающих площадь и разрез залежи, опре­ деляют п. п. п. для суждения о щелочности каолина: бесщелочные первичные каолины по гранитоидам обычно имеют п. п. п. 7,5—9,5%; пониженные п. п. п. характерны для щелочных или сильно песчанистых каолинов, повышенные — для бескварцевых каолинов по пегматитам или основным породам. По отмученной на сите № 0056 глинистой части первичных каолинов определяют содержание белого цвета по лейкометру, Fe^03, ТЮ2, СаО и S03. Необходимость изучения СаО и S03 по всем пробам устанавли­ вается на стадии поисков: если их содержание находится в пре­ делах требуемых пормышленностью, то на последующих стадиях эти компоненты достаточно определять по объединенным пробам. При значительных содержаниях СаО и S03 и резких колебаниях их определения производят по всем рядовым пробам.

Более полные исследования рекомендуется проводить по объе­ диненным пробам первичных каолинов. По этим пробам опреде­ ляются: 1) в сырце — механический состав, огнеупорность и пол­ ные химические анализы на 10 компонентов: Si02, А120 3, Fe20 3 , ТЮ2, СаО, MgO, К2О, Na20, S03, п. п. п. Эти определения выпол­ няются по 15—20% объединенных проб, равномерно освещающих площадь разведки; 2) в отмученном каолине: а) полный химиче­ ский анализ с определением Si02, А120 3, ТЮ2, Fe^03, СаО, MgO,

25—30% объединенных проб; д) по типичным пробам на стадии детальной разведки — водорастворимые соли Си и Мп, термиче­ ский, полный минералогический анализы и pH; 3) по песчаной части: а) механический состав для строительных песков, а также Si02, Fe20 3 и ТЮ2 в бесщелочных каолинах; по единичным про­

дится по макроскопическим признакам и с учетом сокращенных анализов. В щелочных каолинах ‘ по объединенным пробам на стадии предварительной разведки должен быть изучен баланс щелочей, т. е. движение КгО и Na20 при отделении песчаной ча-

32

сти. Каолины, в которых большая часть щелочей при отмучивании переходит в глинистую составляющую, не представляют ин­ тереса как полевошпатовое сырье и обычно относятся к переход­ ным (субщелочным) разностям. Содержание щелочей по химиче­ ским анализам должно увязываться с количеством полевых шпа­ тов по минералогическому анализу, с учетом степени выветрелости этих минералов. Для вывода пересчетного коэффициента надо иметь прямые определения щелочей в зернах полевого шпа­ та данного месторождения как минимум по 10—15 пробам. Мик­ роклин коры выветривания содержит 12—15% КгО против 16,8% КгО в свежем минерале. При сопоставлении химических и мине­ ралогических анализов следует учитывать также наличие гидро­ слюд.

Предложенная выше схема анализов рядовых и объединенных проб не универсальна и может быть изменена и дополнена в за­ висимости от изменчивости и особенностей качества сырья и тре­ бований производства. При отсутствии четких переходных зон от нормальных каолинов к щелочным щелочи в сырце и отмученном каолине надо определять по всем пробам из скважин поисковой и предварительной стадий, а если и Этих определений недоста­ точно, то по выработкам детальной стадии. При отчетливых кон­ тактах щелочных и нормальных каолинов или при выдержанной мощности переходного горизонта между ними количество опреде­ лений щелочей может быть сокращено. Детальность механиче­ ских .анализов отмученного каолина, а также минералогических анализов песчаной части особенно важна для проб детальной и предварительной стадий разведок. При поисках подробному ме­ ханическому анализу могут подвергаться не все пробы.

При более выдержанном содержании ТЮ2 в рядовых пробах можно определять только ДегОз и бёлый цвет, а ТЮ2 — по объе­ диненным пробам наряду с другими компонентами. Нецелесооб­ разно изучать по предложенной схеме первичный каолин, непри­ годный для тонкой керамики по данным поисковой стадии. Вто­ ричные каолины, пригодные для огнеупоров и тонкой керамики по анализам и испытаниям проб поисковой стадии, должны изу­ чаться по схеме, обеспечивающей оценку качества сырья для обеих отраслей и т. д.

На стадии детальной разведки по пробам-образцам из не­ скольких выработок должны быть установлены инженерно-геоло- йические свойства каолинов, а также вскрышных и подстилаю­ щих пород. По пробам из целиков и по образцам в эту стадию изучается объемная масса (не менее 3 определений в целике для каждого типа каолинов, а по образцам — не менее 15—20). По этим пробам и образцам изучается естественная влажность. Все определения производятся на месторождениях первичных и переотложенных каолинов. Песчаная часть единичных проб первич­ ных каолинов подвергается шлиховому анализу. При обнаруже­ нии промышленных содержаний редких минералов исследуются

рядовые или объединенные пробы в количестве, достаточном для установления содержания этих 'минералов в целом по залежи. По единичным выработкам подробно анализируются пробы-об­ разцы из нижележащих зон профиля выветривания вплоть до свежих пород, а также образцы для изучения естественной влаж­ ности. Этих определений достаточно для оценки качества первич­ ных каолинов по существующим требованиям.

Технологические свойства первичных и переотложенных као­ линов оцениваются по лабораторным, полупромышленным и про­ мышленным пробам, которые изучаются в порядке, указанном выше. Наиболее полным исследованиям подвергаются лаборатор­ ные, полупромышленные и промышленные пробы, отобранные в предварительную и детальную стадии разведок.

В рядовых пробах вторичных каолинов определяется содержа­ ние Si02, AI2O3, ТЮ2, Fe20 3 и огнеупорность. По части вырабо­ ток, равномерно распределенных на месторождении и освещаю­ щих выделенные литологические разности (20—25%), в рядовых пробах определяются Si02, А120з, Ti02, Fe20 3, CaO, MgO, S 03,

К2О, Na20 и п. п. п., механический состав каолина, пластичность, огнеупорность, цвет черепка и спекание. Выполненный объем анализов должен обеспечивать распределение всех проб по сор­ там и маркам, выделяемым ТУ на каолин данного месторожде­ ния. При значительных мощностях слоев для полных химических анализов по каждой выработке составляются послойные объеди­ ненные пробы длиной 5—7 м (не больше высоты уступа).

Геологическому контролю подвергаются 10% всех анализов по первичным и переотложенным каолинам, в том числе 5% конт­ ролируется в сторонней лаборатории и 5% — по зашифрованным геологом пробам в основной лаборатории. Контрольные анализы выполняются равномерно и одновременно с основными за весь период работы лаборатории. Обработка результатов внешнего и внутреннего контроля по всем пробам производится по способу А. П. Прокофьева или Н. В. Барышева.

Наиболее авторитетными по изучению* каолинов являются ла­ боратории Государственного института керамики (ГИКИ, Ленин­ град), Всесоюзного научно-исследовательского института элект­ рокерамики (ВНИИЭК, Москва), НИИСтройкерамика (Москва, Кучино), Центрального научно-исследовательского института бумажной промышленности (ЦНИИБ. Москва), Всесоюзного алюмомагниевого института (ВАМИ, Ленинград), Всесоюзного научно-исследовательского института нерудных полезных ископа­ емых (ВНИИнеруд, Тольятти), Всесоюзного научно-исследова­ тельского института огнеупоров (ВНИИО, Ленинград), УНИО, (Харьков), Уралмеханобра (Свердловск), Всесоюзного научно-ис­ следовательского института мономеров синтетического каучука (ВНИИМСК, Москва). В исключительных случаях вопрос доста­ точности материалов для технологической оценки каолина реша-

34

ется отраслевым управлением соответствующего министерства после рассмотрения отчетов, представленных отраслевыми инсти­ тутами.

ОЦЕНКА ВСКРЫШНЫХ ПОРОД

ИСОПУТСТВУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ

Сцелью повышения экономического эффекта от эксплуатации объекта при поисках и разведке каолиновых залежей необходимо изучать породы вскрыши. На месторождениях каолинов такими породами большей частью являются легкоплавкие глины, суглин­ ки и пески. Легкоплавкие глины, как правило, могут использо­ ваться для производства кирпича или керамзита. Для их попут­

ность (для кирпича), а также коэффициент вспучивания и объем­ ная масса гранул после обжига (для керамзита). Эти исследова­ ния производятся по единичным выработкам на стадии поисков. При положительных результатах анализов секционных проб и наличии потребителя в период предварительной разведки отбира­ ются представительные лабораторные пробы массой 30—50 кг из 3—5 выработок. По ним определяются полный химический и ме­ ханический составы, огнеупорность, интервал вспучивания (для керамзита), чувствительность к сушке, формочная влажность. По изготовленным опытным образцам производится оценка каче­ ства сырья согласно ГОСТ 530—71 и 9759—71. Положительные результаты испытаний и конкретная потребность являются осно­ ванием для отбора полупромышленных проб и проведения в пе­ риод детальной разведки полупромышленных испытаний.

Пески вскрыши должны получить оценку как строительное, формовочное, стекольное й керамическое сырье. Для этого при поисках из единичных выработок отбираются послойно-секцион­ ные пробы, причем способ их проходки должен исключать привнос глины и железистых примесей. По пробам песков определя­ ют механический состав, содержание глины и пыли (ГОСТ

8736—67 и 2138—56), Si02, Fe20 3, Ti02 и газопроницаемость. При положительных результатах и наличии потребности такие опре­ деления производят по всем выработкам предварительной и де­ тальной разведок. Кроме того, по типичным представительным лабораторным и полупромышленным пробам должны изучаться свойства песков в формовочных смесях, а также в стеклянных, керамических и других изделиях (в зависимости от пригодности

песков и наличия потребителя).

Не исключена возможность обнаружения объектов, в разрезе которых залегают совместно первичные и вторичные каолины или ' каолины и огнеупорные глины. Их оценка на всех стадиях работ производится комплексно, с учетом промышленного ис­ пользования обоих типов каолинов и глин. Схема оценки глин

сводится к определению содержания А120 3 и Fe20 3, а также огне­ упорности. Эти показатели изучаются по всем секционным про­ бам, длина которых лимитируется изменчивостью качества глин и составляет 0,5—2 м. По 20—25% выработок в тех же пробах должны быть установлены полный химический состав, интервал спекания и цвет черепка после обжига. На представительных ла­ бораторных пробах (не менее 3 от каждой литологической разно­ сти) в стадию предварительной разведки проводятся лаборатор­ ные испытания, а при детальной разведке каждая разновидность должна быть изучена в полупромышленных или промышленных условиях. В отдельных случаях в кровле каолинов могут быть обнаружены бурые угли. Пробы этого сырья отбираются также секц'ионно-послойные длиной 0,5—1,5 м. В поисковый период по ним определяют зольность и теплотворную способность. В после­ дующие стадии работ при положительном качестве и значитель­ ных запасах бурые угли получают промышленную оценку по схе­ ме, изложенной в соответствующих методических руководствах.

Схема изучения первичных каолинов предусматривает попут­ ную оценку кварца и микроклина. Песчаная часть нормальных первичных каолинов должна быть изучена в степени, позволяю­ щей дать ей на стадии поисков предварительную оценку как строительного, 'формовочного, керамического и стекольного сырья

района работ. В период разведки кварцевые пески— отходы обо­ гащения— должны получить промышленную оценку исходя из их качества и конкретных потребителей. По щелочным каолинам в период поисков в песчаной части обязательны определения ще­ лочей и Fe20 3, а по единичным пробам необходимо провести ми­ нералогический анализ. При положительных результатах на ста­ диях предварительной и детальной разведок проводятся более глубокие исследования по приведенной выше схеме с тем, чтобы микроклин получил промышленную оценку.

В стадию детальных поисков по песчаной части ряда проб де­ лают шлиховой анализ. Если содержание коллективного концен­

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ТОПОГРАФО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИИ

Значительная часть месторождений вторичных каолинов и почти все первичные каолины обводнены. Дебиты подземных вод в первичных каолинах обычно весьма умеренные, но без водоот­

36

лива разработка обводненных каолинов приводит к их разжиже­ нию и оплыванию 'забоев карьера. Переотложенные каолины яв­ ляются водоупорной подошвой или кровлей для подземных вод во вмещающих песках. При обводненности пород вскрыши экс­ плуатация каолинов невозможна без водоотливных мер, а пр'и наличии подземных вод в подстилающих песках необходимо ос­ тавлять предохранительные целики. В связи с этим на всех ста­ диях разведочных работ изучаются гидрогеологические условия. Объем изысканий определяется специалистом-гидрогеологом при составлении проекта. В общем они должны обеспечивать построе­ ние карты гидроизогипс месторождения и подсчет водопритоков в будущий карьер. С этой целью рекомендуется: 1) наблюдение за уровнем воды и оплыванием стволов скважин в процессе бу­ рения и после их окончания до обрушения ствола по всем выра­ боткам— на всех этапах и стадиях работ; 2 ) кратковременные пробные откачки из 5— 8 скважин в течение 4— 8 ч с помощью желонки или эрлифта в зависимости от водопритока с последую­ щим наблюдением за восстановлением уровней воды — в стадию детальных поисков и предварительной разведки; 3) опытные от­ качки на три понижения раздельно из каолина, дресвы, кристал­ лических пород (а 'при обводненности вскрышных пород — и из них) до получения постоянного дебита на каждом понижении по трем одиночным скважинам — при детальной разведке. Для опре­ деления характера депрессионной воронки в эту же стадию обо­ рудуется куст скважин из одной опытной и двух-трех наблюда­ тельных; 4) отбор монолитов через 3—5 м по всей полезной тол­ ще и вскрышным породам для определения естественной влаж­ ности, объемной массы и пористости, несущих свойств и коэффи­

разведочных работ, а также режимные наблюдения за характе­

ются глазомерно к применяемой при этом топографической осно­ ве масштабов 1 : 25 000—1 : 50 000. Поисковые работы выполняют­ ся на основе топографических планов масштабов 1: 5000—1 : 10000

в процессе топографо-геодезических работ должно быть отстрое­ но обоснование с заложением не менее 3—4 реперов и закрепле­

37

нием в натуре не менее 3 выработок; те и другие закладываются в местах, исключающих их выпахивание. Площадь детальной разведки заснимается в масштабе, обеспечивающем проектирова­ ние карьера (1 : 2000— 1 :500).

Действующий карьер в пределах участка разведки заснимает­ ся с определением положения всех уступов и отметок бровки и подошвы каждого из них. Подсчет запасов производится на вре­ мя съемки карьера. При топографической съемке участков, нахо­ дящихся вблизи водоемов и рек, должен определяться урез воды.

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ РАЗВЕДКА, ЕЕ НЕОБХОДИМОСТЬ, ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ

Месторождения каолинов, как правило, относятся к залежам со сложной морфологией и непостоянным качеством. Запасы ми­ нерального сырья таких объектов утверждаются ГКЗ при усло­ вии контроля позабойным опробованием и 'ведения эксплуатаци­ онной разведки. Она тесно сопряжена с маркшейдерской служ­ бой рудника и ведется обычно рудничными геологами за счет капитальных затрат. Задачи эксплуатационной разведки: 1) уточ­ нение объемов вскрыши и полезной толщи, а также морфологии залежи и характера кровли и подошвы каолинов; 2 ) оконтуривание некондиционных (несортовых) прослоев и линз, а также ус­ тановление морфологии и объемов тел пустых пород в составе полезной толщи; 3) уточнение сортового состава каолинов (гео­ метризация сортов) в эксплуатационных блоках и забоях дейст­ вующих карьеров; 4) представление данных для уточненного планирования годовой и квартальной добычи с указанием ожида­ емого выхода каолинов по сортам в эксплуатационных блоках; 5) списание запасов, не подтвержденных эксплуатацией и эксплу­ атационной разведкой, запасов в целиках, выделенных для обес­ печения устойчивости бортов карьера, и запасов, которые нельзя

водоотливных работ по карьерам.

Для обеспечения нужной эффективности задачи, перечислен­ ные в первых четырех пунктах, должны решаться эксплуатацион­ ной разведкой по крайней мере с годовым опережением добыч­ ных работ. Ведение подробной геологической документации при

В результате сложности условий залегания каолинов и неясности взаимопереходов типов и разностей полезного ископаемого, а также учитывая отсутствие опыта эксплуатационной разведки, документация на этой стадии должна проводиться квалифициро­ ванными геологами.

38

В зависимости от конкретных условий те или иные из пере­ численных задач могут выпадать из круга необходимых или при­ обретать первостепенное значение. Они уточняются отраслевым министерством (главком).

Эксплуатационная разведка проводится путем бурения сква­ жин и опробования полученного из них керна; а также докумен­ тации и опробования действующих карьеров. Когда объем вскры­ ши не нуждается в уточнении (кровля полезной толщи выдержа­ на), бурение скважин эксплуатационной разведки рекомендуется вести с кровли первого добычного уступа. Плотность сети на этой стадии определяется сложностью морфологии полезной толщи и пустых пород, а также изменчивостью качества каолинов, и должна быть основана на полевых наблюдениях и карьерах.

При эксплуатационной разведке каолинов применяют расстоя­ ния между скважинами от 5—10 до 15—25 м, а между профиля­ ми от 10—15 до 25—50 м в зависимости от задач, решаемых на этой стадии. Следует учитывать, что большинство месторождений каолинов относится к очень изменчивым залежам, в которых ин­ тервал изменчивости при расстояниях между выработками, в два

лишь общие рекомендации:

1. Густота сети эксплуатационных скважин должна обеспечи­ вать точность подсчета статистического содержания сортов, отли­ чающегося от фактически добываемых в карьере не более чем на 10—1 2 % относительных.

2. Для уточнения формы залежи в эксплуатационных блоках может применяться сеть, вдвое гуще принятой для квалификации запасов по категории В в месторождениях II группы при усло­ вии, что в полученных разрезах достигается получение интервала

(при возможности их селективной отработки), эксплуатационной разведкой необходимо их оконтуривать.

Для получения сравнимых данных разведки и эксплуатации необходимо оперировать одними и теми же сортовыми интерва­ лами. Методика отбора и подготовки проб принимается та же, что и при детальной разведке. При 'документации керна и опро­ бовании особое внимание надо обращать на контактирующие со вскрышными породами верхние слои каолиновой толщи: в них могут присутствовать инфильтрационные минералы, поэтому ин­ тервал отбора проб здесь следует сокращать, учитывая возмож­ ность отнесения некондиционных каолинов к вскрыше. При сов­ местном залегании щелочных и бесщелочных каолинов макроско­

. 39

ления, необходимые для установления сортов: в каолинах, подле­ жащих обогащению, выход каолина (проход через сито № 0056), в глинистой части — белый цвет, содержание Fe2 0 3, ТЮ2 и СаО, а по 2—3 верхним пробам дополнительно и содержанйе СаО и S03, если доказано, что верхний горизонт огипсован. В гидротер­ мальных каолинах необходимо определять S03 по всем пробам. По вторичным каолинам, идущим на производство огнеупоров, исследуются А120 3+ ТЮ2, Fe20 3 и огнеупорность. В пробах ще­ лочных каолинов дополнительно определяется содержание К20 + +'Na20 и Fe20 3 в песчаной части и др.

При наличии обогатительных фабрик позабойное опробование оправдывает себя лишь при условии одновременного получения анализов по отобранным пробам и по пробам обогащенного као­ лина с технологических линий, поэтому надо определять мини­ мальное количество компонентов, желательно экспресс-методами с контролем качества анализов другими методами в лаборатории предприятия и в сторонней лаборатории.

Кроме проб по керну, эксплуатационной разведкой ведется постоянно позабойное опробование карьеров для контроля дан­ ных о качестве сырья, полученных по скважинам детальной раз­ ведки, и уточнения сортности. Позабойные пробы отбираются также послойно-секционно и той же длины, что и пробы по кер­ ну, бороздовым способом с предварительной зачисткой забоя, вкрест мощности полезной толщи или (при наклонном залегании разновидностей)— по вертикали отдельно для каждого уступа. Сечение борозды должно обеспечивать надежную первоначаль­ ную массу проб. Fto3a6 oflHbie пробы отбираются через 15—20 м по мере продвижения фронта карьера к точки отбора регистрируют­ ся на маркшейдерских планах,

В результате эксплуатационной разведки составляются крат­ кие ежегодные отчеты, в которых освещается: 1 ) количество за­ пасов в эксплуатационных блоках по данным детальной и экс­ плуатационной разведок; 2 ) объемы вскрышных и пустых пород в тех же блоках по данным обеих разведок; 3) сортовой состав каолинов по данным эксплуатационной и детальной разведок в блоках, подготовленных к эксплуатации (с разбивкой по усту­ пам) ; 4) запасы, объемы вскрыши и пустых пород, а также сор­ товой состав каолинов в отработанных за прошедший производ­ ственный период блоках по данным эксплуатации и разведки; 5) результаты геологических и гидрогеологических наблюдений по карьерам.

К отчету прилагаются описание пройденных выработок карье­ ра, журнал опробования и результатов анализов, таблицы под­ счетов сортового состава каолинов, наблюдений за водоотливом

40