книги из ГПНТБ / Совершенствование горных работ на карьерах Алмалыкского горно-металлургического комбината

В настоящее время с помощью сцинтилляционных приборов удается измерять К- и a-серии средних и тяжелых элементов и К-се­ рии легких.

Плотность потока квантов характеристического излучения эле­ мента будет пропорциональна его концентрации. При рентген-радио- метрическом каротаже на тяжелые элементы суммарная плотность

потока квантов, пришедших к детектору от объема dV среды, ' записывается в виде [4]

где Nj — плотность потока однократно рассеянных гамма-квантов; Nx — плотность потока характеристических гамма-квантов; N0 —

средой первичных гамма-квантов; ps — то же, однократно рассеян­

20

Коэффициент выхода флуоресценции WK для элемента с атомным номером z вычисляется по полуэмпирической формуле

« W —____ —____

ГГк Z*+ (34,2)4 •

PPM в настоящее время является наиболее универсальным мето­ дом исследования вещественного состава горных пород и руд, так как спектр рентгеновского излучения однозначно связан с порядко­ вым номером элемента.

Достигнутый в настоящее время порог чувствительности метода при измерениях в условиях естественного залегания пород и руд для элементов с атомным номером более 20 составляет несколько десятых процента.

Несмотря на существенный недостаток метода (глубинность от десятых долей до 1,5—2 мм) PPM успешно применяется для опро­ бования свинцовых руд и в ближайшее время, как показывают опыты, может быть использован и для медных руд.

Нейтрон-нейтронные методы (ННМ). Нейтронные методы можно отнести к числу наиболее перспективных методов рудной ядерной геофизики. Особая их ценность заключается в сравнительно большой глубинности исследований среды (30—40 мм), в связи с чем они более представительны, чем гамма-методы и большинство методов геологического опробования.

Регистрируя нейтроны, провзаимодействовавшие с ядрами веще­ ства, или продукты различных ядерных реакций, можно реализо­ вать различные нейтронные методы [138], базирующиеся на зависи­ мости плотности потока нейтронов различных энергетических урав­ нений от концентрации элементов с аномально высокими сечениями поглощения этих нейтронов.

Если для ГГМ и АРМ теоретическая зависимость потока частиц от состава среды изучена сравнительно хорошо, то для ННМ такой зависимости, хорошо согласующейся с экспериментом, пока нет.

21

Виды взаимодействия нейтронов с веществами весьма разнооб­ разны. Нейтрон, обладающий определенной энергией, может при­ вести к любой реакции из тех, которые возможны с энергетической точки зрения. Каждый вид взаимодействия характеризуется своим поперечным эффективным сечением (парциальным). Сумма парци­ альных сечений составляет полное эффективное взаимодействие с веществом.

Из всего разнообразия реакций приведем в качестве примера функцию распределения тепловых нейтронов в горных породах. Окончательное выражение плотности тепловых нейтронов в сильнопоглощающих породах, не содержащих водорода, имеет вид

29CL2 • £2+ /2/£ 2 _l »

Ф(ЭС) — интегральная функция.

Всильнопоглощающих водородсодержащих средах плотность тепловых нейтронов определяется по уравнению

где

Ф , а ) = т + f {%-,

Основные параметры уравнений: Q — мощность источника; г} — вероятность того, что нейтрон избежит захвата в процессе замедле­ ния; L — длина диффузии; Lf — параметр замедления; 1П— макро­ скопическое сечение поглощения; 13 — то же, захвата; г — расстоя­ ние от источников до точки, в которой измеряется плотность замед­

ления; т — среднее время жизни теплового нейтрона.

Плотность тепловых нейтронов резко убывает с возрастанием содержания поглощающих элементов в породе, причем тем резче, чем больше сечение поглощения тепловых нейтронов и содержание

всреде поглощающих элементов.

Кнастоящему времени в практике геофизических исследований скважин в основном нашли применение две разновидности нейтроннейтронного каротажа, основанные на измерениях тепловых (ННК-т) и надтепловых (ННК-нт) нейтронов. Кроме того, намечаются также еще следующие модификации: ННК-р, основанная на регистрации

22

резонансных нейтронов, и ННК-б, основанная на регистрации быстрых нейтронов.

ННК может быть использован для определения целого ряда элементов, в том числе цинка по корреляции с кадмием [67].

В результате исследования было установлено, что не всегда удается использованием отдельной модификации ядерной геофизики, в том числе НИМ, решать однозначно вопросы количественной

В результате этой реакции образуется радиоактивный изотоп А пк. При определении концентрации полезных элементов в скважинах необходимо учитывать влияние на анализ таких факторов, как плотность породы, коэффициент поглощения гамма-лучей, распре­ деление нейтронов в среде. Особо важную роль [133] играет объем породы, в которой происходит замедление и поглощение нейтронов при облучении ее нейтронным источником, так как объем является источником вторичного гамма-излучения. Кроме того, большое зна­ чение имеет вероятность других вызывающих активизацию ядер (п, у), (п, р), (п, а), изменение спектра гамма-лучей при прохождении

через породы и т. д.

2а

Для проведения анализа в скважинах следует изучить зависи­ мость интенсивности гамма-излучения от всех перечисленных фак­ торов.

Следует отметить, что многие теоретические расчеты слабо согла­ суются с опытными данными [139].

Тем не менее приведем уравнение, характеризующее интенсив­ ность гамма-излучения активированной породы 1У в центре сферы,

г — среднее время жизни тепловых нейтронов в среде; г0 — радиус скважины; Lf — длина замедления быстрых нейтронов; "К— постоян­

Метод нейтронного активационного каротажа скважин на Алмалыкском месторождении основан на регистрации интенсивности гамма-излучения от радиоактивного изотопа меди Си66, возникающего при облучении горной породы потоком нейтронов, испускаемых полониево-бериллиевым нейтронным источником по реакции

Си65 + по -► Си66 + у (1,04 МэВ).

Изотоп меди Си06 обладает удовлетворительными активацион­ ными характеристиками для выделения его в разрезе скважин методом активационного каротажа:

период полураспада его равен 5,1 мин; сечение захвата тепло­ вых нейтронов изотопа Си69 около 5 барн; энергия гамма-излучения 1,04 мэВ при выходе 9%.

Наведенная активность оказывается достаточной для определе­ ния меди с точностью 8—10% при содержании ее в породе 0,3— 0,4% [139].

Сопоставление результатов активационного каротажа с керно­

Геофизические измерения в подземных и поверхностных скважи­ нах просты и экспрессны. Различают непрерывную и точечную регистрацию интенсивности радиоактивного излучения.

24

По данным измерений отстраивают каротажные диаграммы (рис. 4 и 5), интерпретация которых начинается с литологического расчленения разреза скважин (что наряду с выделением основных рудовмещающих пород помогает также в выборе нормального фона), определяют среднюю интенсивность радиоактивного излучения на безрудных участках. Аномалиями считаются отдельные (локальные) отклонения на диаграммах относительно нормального фона.

Интерпретация диаграммы с целью количественной оценки ртути заключается в выделении аномалий определения их природы и в вы­ числении содержания в пределах выявленных аномалий. Аномалия

жающих функцию А = / (С,%) определяется содержание элемента но рудным интервалам или в каждой точке.

Достоверность любого вида опробования, в том числе и ядерногеофизического, наиболее верно определять по сопоставлению с ва­ ловой пробой или непосредственно с результатами отработки. Однако не всегда, особенно на стадии эксперимента, удается провести эти работы. Обычно исследование достоверности данных ядерно-гео- физических опробований пытаются свести к сопоставлению с раз­ личными видами геологического опробования по абсолютным пара­ метрам (содержание, мощность), совершенно забывая при этом, что сравниваемыми методами опробуются не только иной объем, но и другой материал, т. е. несоизмеримые в абсолютных единицах. Кроме того, геологическим видам опробования присущи свои по­ грешности технического характера. В качестве примера приводятся данные по исследованию погрешностей, присущих только стадии обработки и анализа свинцовых руд (табл. 5).

25

Но в силу того, что геофизические «пробы» по отношению к гео­

26

Т а б л и ц а 6

точности метода (погрешности отбора и обработки проб, химанализа для геологических видов опробования, погрешностей измерений для ядерно-геофизического опробования) и содержания исследуе­ мого компонента и может быть выражена зависимостью Р — Ф (а, b, С), где а — величина расхождения, обусловленная геологической неоднородностью; b — величина расхождения: обусловленная по­ грешностями метода; С — содержание полезного компонента.

При обработке на ЭВМ данная зависимость аппроксимировалась выражением

Р = а + ЪС~1.

Величина Р, т. е. расхождение между двумя какими-либо видами опробования, различна для определенных пар и довольно точно отражает достоверность каждого вида (метода) опробования (рис. 7).

§ 3. Промышленное внедрение ядерно-геофизических методов опробования при разработке рудных месторождений цветных металлов

Проведенные институтом «Средазнипроцветмет» теоретические исследования и промышленные испытания ядерно-геофизического опробования на ряде горнорудных предприятий показали возмож­ ность и высокую эффективность использования тех или иных моди­ фикаций данных методов в зависимости от конкретных физико-гео­ логических условий для количественной и качественной оценки рудных тел как при открытой, так и при подземной разработке месторождений цветных металлов.

Изучение собственных погрешностей ядерно-геофизического опро­ бования, классификация этих погрешностей и количественный анализ факторов, влияющих на точность ядерно-геофизических методов, показали, что эти погрешности могут быть учтены и, сле­ довательно, сведены к минимуму при расчетах.

Разработанные методика оценки и критерии достоверности ре­ зультатов ядерно-геофизического опробования и проведенное на их основе сопоставление убедительно показали, что по точности и достоверности качественной оценки металла и оконтуриванию

27

рудных тел методы ядерной геофизики не уступают, а в ряде случаев даже превосходят классические виды геологического (химического) опробования.

Экспериментальный подсчет запасов, проведенный параллельно по данным химического и ядерно-геофизического опробования, и последующая проверка отработкой позволили установить высокую надежность ядерно-геофизического опробования.

Использование ядерно-геофизических методов не ограничивается заменой одного вида опробования другим, но создает серьезные предпосылки для усовершенствования разведки и снижения потерь

иразубоживания. При этом экономическая эффективность обеспе­ чивается вследствие проявления следующих основных факторов: ликвидации трудоемких операций по отбору и обработке шламовых

икерновых проб, что способствует повышению производительности бурения; резкого сокращения числа химанализов; сокращения вы­ дачи на переработку пустой породы и некондиционной руды; сниже­

ния потерь и разубоживания руды за счет возможности совершен­ ствования технологии отбойки и выемки полезного ископаемого; снижения себестоимости концентрата за счет улучшения качества РУДы; улучшения селекции концентрата; коренного усовершенство­ вания системы разведки, при которой дорогостоящие горные выра­ ботки заменяются скважинами с ядерно-геофизическим каротажем.

Ниже приводятся результаты промышленной оценки и экономи­ ческой эффективности использования ядерно-геофизических методов по отдельным месторождениям цветных металлов.

При этом за основной критерий достоверности опробования, по результатам которого ведется учет руды, принята степень рас­ хождения подсчитанных запасов по определенному методу с их фактическими данными отработки.

Месторождение № 1. Месторождение характеризуется сложным строением рудных тел и отрабатывается открытым способом. Ядерногеофизическим методом (ННК) производилось поинтервальное опро­ бование эксплуатационных взрывных скважин, по результатам которого производилось оконтуривание рудной зоны блока и от­ страивалась конфигурация рудных тел в рудной зоне.

Промышленно-экспериментальные работы были произведены при отработке блоков, результаты по которым приводятся ниже (рис. 8).

Блок I охарактеризован 20, а блок II — 50 скважинами. Контур выемки определен соответственно по 14 и 29 скважинам. Данные геофизического и шламового опробования не всегда совпадают по отдельным скважинам, различаются также и контуры рудных зон, но по запасам они очень близки.

Выемка и переработка произведены селективно по контуру, близ­ кому к геофизическому. Сопоставление результатов ядерно-геофи­ зического опробования и отработки в условных единицах приведено

втабл. 7.

Совокупность полученных данных показывает, что результаты

ядерно-геофизического каротажа убедительно подтверждаются дан­

28

ными отработки. В отличие от шламового опробования методы ядерной геофизики позволяют с минимальными затратами экспрессно не только опробовать скважины в целом, но и конкретно выделять рудные интервалы в них. Это дает возможность, помимо оконтуривания рудных зон по площади, получать вертикальные разрезы по

0 г7е®

Рис. 8. Оконтурпвание рудных тел по данным ННК и шлама

скважине, т. е. давать четкую морфологию рудных тел (рис. 9), что создает, в свою очередь, предпосылки для учета потерь и разубоживания.

Возможности ядерно-геофизических методов могут существенно влиять на методику эксплуатационной разведки при открытых горных

29