книги из ГПНТБ / Совершенствование горных работ на карьерах Алмалыкского горно-металлургического комбината
..pdfВ 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]
dN = dNs + dN!i= -^ -n |
da |
е ’У Я х - г — |
М ? 8 - 2 j F |
I |
||
|
|
dQ |
|
|
uv |
т - |
л 0_ МW R |
е |г;'-Й1-г~>ххДа-2 щ/ |
> |
|
|||
т П)” к-“ <х |
|
|
«202 |
uv |
|
|
16л2 |
|
|
щщ |
|
|
|
где Nj — плотность потока однократно рассеянных гамма-квантов; Nx — плотность потока характеристических гамма-квантов; N0 —
активность источника; п = |
02Ао |
|
электронов |
среды; |
--------плотность |
||||
— дифференциальное эффективное |
сечение |
рассеяния |
гамма- |
|
квантов на электроне; —ру — линейный |
коэффициент поглощения |
средой первичных гамма-квантов; ps — то же, однократно рассеян
ных гамма-квантов; |
\ix — то |
же, |
характеристических квантов; |
|
— расстояние |
от |
источника |
до |
элемента объема; Л 2 — то же, |
но от детектора; |
R x_ z — расстояние, проходимое первичным гамма- |
20
квантом; R 2_ 2 — то |
же, рассеянным гамма-квантом; d V — линей |
|||||||
ный коэффициент истинного поглощения; |
ц0 = дрэт — то же, пер |
|||||||
вичных лучей атомами искомого элемента |
(q — содержание |
иско |
||||||
мого элемента, рэ — его плотность); WK — отдача |
флуоресценции |
|||||||
A -уровнем; Р а — вероятность излучения |
К-линии. |
г, |
совме |
|||||
Вводя координату z вдоль оси скважины и величину |
||||||||
щая начало координат с источником и проинтегрировав |
по |
всему |
||||||
объему породы, |
получим |
выражение |
|
|
|
|
||
|
|
СО |
СО г |
|
|
|
|
|
N = Nt + Nx |
|
|
da е ^/Дд-з — ps /? 2-2 |
|
|
|||
T -W It'-*. |
RfR*. |
|
|
|||||
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
I „„ |
Т ТЯ7 Г) |
S k - 1 |
е ^ I R l - 2 |
Дх^2-2 |
dz. |
|
|
|
+ 9Рэ |
|
|
|
--------- |
|
|
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
п (г) = <?Г)Т
8л >Laj
где
I* 0(% )e-rliLl
Ф (ЭС) = |
49l'£ 2 F (9t); |
<Y* __ 1 |
1 • ^п/^2 |
29CL2 • £2+ /2/£ 2 _l »
Ф(ЭС) — интегральная функция.
Всильнопоглощающих водородсодержащих средах плотность тепловых нейтронов определяется по уравнению
где
Ф , а ) = т + f {%-,
С(п_ r |
1 — ^п/^2 |
* |
л |
‘ 9Е— |
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
оценки того или иного элемента. |
ННК-15 |
HHK-!5(Cd) |
|||||||||||
В этих случаях |
необходимо |
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
комплексирование |
нескольких |
|
|
|
|
||||||||
методов, что позволяет уве |
|
|
|
|
|||||||||
ренно выделять |
необходимый |
|
|
|
|
||||||||
элемент |
или |
давать |
раздель |
|
|
|
|
||||||
ную |
оценку |
элементам. |
|
|
|
|
|
|
|||||
В качестве примера на рис. 5 |
|
|
|
|
|||||||||
приведен |
комплекс |
ННК |
— |
|
|
|
|
||||||
ННК-нт, |
разработанный в Сре- |
|
|
|
|
||||||||
дазнипроцветмете |
и |
успешно |
|
|
|
|
|||||||
применяемый на сложных ртут |
|
|
|
|
|||||||||
но-сурьмяных объектах. |
Ком |
|
|
|
|
||||||||
плекс основан на различии взаи |
|
|
|
|
|||||||||
модействия основных компонен |
|
|
|
|
|||||||||
тов (ртуть, |
сурьма) |
с |
нейтро |
|
|
|
|
||||||
нами |
разных |
энергетических |
|
|
|
|
|||||||
уровней. |
|
наведенной |
актив |
|
|
|
|
||||||
Метод |
|
|
|
|
|
||||||||
ности. Метод наведенной актив |
|
|
|
|
|||||||||
ности (иди нейтронно-актива |
|
|
|
|
|||||||||
ционный метод) основан на из |
|
|
|
|
|||||||||
мерении излучения радиоактив |
|
|
|
|
|||||||||
ных |
изотопов, |
образовавшихся |
Рис. 5. Диаграмма комплекса |
нейтрон |
|||||||||
в результате взаимодействия с |
|||||||||||||
ных методов при |
опробовании |
ртутных |
|||||||||||
нейтронами ядер элементов, |
со |
|
РУД |
|
|
||||||||
ставляющих |
горные |
породы. |
|
реакции |
|
|
|||||||
Активация |
элемента |
А |
осуществляется по |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ап + |
п'0 -> Ап+1 + у. |
|
|
|
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,
|
Q r e - - ^ - |
( i — e~M) е~М ' |
|
|
1 у - |
£ 2 \ |
I |
е ^'г]> |
|
8ЬЧУ |
i r j C |
+ ^TaKT |
|
|
где Q — интенсивность |
точечного |
источника |
быстрых нейтронов; |
г — среднее время жизни тепловых нейтронов в среде; г0 — радиус скважины; Lf — длина замедления быстрых нейтронов; "К— постоян
ная распада |
изотопа; |
ц — коэфффициент |
поглощения |
гамма-лучей |
в среде; L — длина |
диффузии медленных нейтронов; |
такт — сред |
||
нее время жизни тепловых нейтронов, с; |
е — эффективность регист |
|||
рации у-квантов; S — площадь счетчика; |
т] — количество у-квантов |
|||
на распад; t |
— время облучения нейтронами; t' — момент времени |
|||
после конца |
облучения. |
|
|
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
вым опробованием дало |
вполне удовлетворительные |
результаты |
||
(табл. 5); относительные |
расхождения не |
превышают |
20%. |
|
|
§ 2. |
Методика |
опробования |
|
|
и достоверность |
данных |
||
|
ядерно-геофизических |
методов |
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
|
Рис. 6. |
Эталонировочные графики А = / (С, %) |
|
|
||
обычно |
выражается отношением А = •»ф |
(/р — интенсивность |
на |
|||
рудном |
интервале, |
/ф — интенсивность |
излучения |
на |
безрудных |
|
участках). Величина А пропорциональна |
концентрации |
анализи |
||||
руемого диаметра. |
С помощью эталонных графиков |
(рис. 6), |
отра |
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
Стадия обработки и анализа
Квартование после дробилки ................
Первое квартование после валков . . .
Второе квартование после валков . . .
Третье квартование после валков . . .
Квартование после дискового истирателя Отбор навески для химанализа . . . .
Химанал и з ...................................................
Индекс |
Число проб |
Р* |
25 |
Ра |
25 |
Р4 |
25 |
Рб |
14 |
Р6 |
24 |
Р7 |
57 |
Ре |
25 |
Т а б л и ц а 5
Погрсшгость, %
средняя, |
системати |
случайная |
ческая |
3,32 |
0,0 |
2,28 |
0,0 |
3,82 |
+0,8 |
3,7 |
—3,0 |
3,82 |
4-0,8 |
2,72 |
0,0 |
1 |
0,0 |
Но в силу того, что геофизические «пробы» по отношению к гео
логическим |
являются |
смежными или сопряженными, они из-за |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
различной |
степени геоло |
||||
|
|
|
|
|
|
|
гической |
неоднородности |
||||
|
|
|
|
|
|
|
(характер оруденения) бу |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
дут |
различаться на вели |
||||
|
|
|
|
|
|
|
чину, |
характерную |
для |
|||
|
|
|
|
|
|
|
каждого |
месторождения |
||||
|
|
|
|
|
|
|
(табл. 6). |
Критерием дос |
||||
|
|
|
|
|
|
|
товерности ядерно-геофи- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
зических видов опробова |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ния является величина ра |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
схождения |
смежных |
или |
|||
|
|
|
|
|
|
|
сопряженных проб, харак |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
терная |
для |
месторожде |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ния |
или |
его отдельных |
|||
|
|
|
|
|
|
|
участков. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Методом последователь |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ной |
элиминации были оп |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ределены погрешности Р 2, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Рз, |
..., |
Р{ для химических |
|||
|
|
|
|
|
|
|
видов |
опробования. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Суммарная |
погреш |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ность обработки и химана- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
лиза равна +8,2% . Знание |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
суммарной |
|
технической |
|||
Рис. 7. Зависимость величины расхождения Р |
погрешности позволяет оп |
|||||||||||
смежных |
и |
сопряженных |
проб от содержа |
ределить величину расхо |
||||||||
1 — вал — борозда; |
ния С: |
|
|
|
ждения смежных и сопря |
|||||||
г — борозда — борозда; з |
— |
женных проб,обусловлен |
||||||||||
торсть — керн; |
4 - |
горсть — борозда; 5 — вал — |
||||||||||
вал; 6 — горсть — вал; |
7 — горсть — горсть |
|
ную |
геологической |
неод |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
нородностью Р г (табл. 6). |
|||||
Величина расхождения смежных или сопряженных проб Р |
||||||||||||
является |
функцией |
геологической |
неоднородности, |
технической |
26
Т а б л и ц а 6
Вид опробования |
Р |
2 / |
Формула расчета Pi |
Р. |
|
Борозда — борозда |
(смежные) |
20 |
8,2 |
Pi ==/202 —8,22 |
18,2 |
Борозда — борозда |
(сопряжен- |
21 |
8,2 |
Рх = /2 1 2 — 8,22 |
19,2 |
ные) ................ |
(сопряжен- |
||||
Борозда — шлам |
|
8,2 |
р 1 = / 312— 8,22 |
29,8 |
|
ны е).................... |
|
31 |
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®
|
|
г' |
I |
а г |
|
з |
|
в « ©* |
|||
2 |
Л |
|
|
|
V©" |
|
©я Qi i |
||||
М Щ Щ ; |
|
|
|
@211 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
\ ^ 1 9 |
@ JS |
Qi/ff |
|||
|
|
|
|
|
J © |
Ч Д . |
© W Q W |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
©44 |
|
|
|
|
|
|
|
|
/£ © |
\ |
\ |
© 4 7 |
Блок I |
|
|
|
|
|
|
|
►7 |
© |
' К л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
35 |
1У я О ^ ' |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
@31 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
13@ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание ртути |
|
|
|
|
|
|
Услодные обозначения |
||||
|
„ |
|
|
|
|
|
|
||||
# |
по данным ННК |
|
С Г -" |
|
Контур отработки |
|
|||||
более0,06 о |
по даннь/м щдама |
|
|
|
|
|
|
|
|||
(7>к |
от 0,03% |
|
|
|
|
Контур рудного тела по данным |
|||||
|
|
СГ— -^ геофизического |
опробования |
||||||||
- е - |
менее 0,03% |
|
|
|
|
Контур рудного |
тела |
по данным |
|||
|
|
|
|
геологического |
опробования |
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
|
Содержание |
Руда |
|
Ns блока |
ядерно-гео- |
отра- |
ядерно-гео- |
|
физическое |
фнзическое |
|
|
опробование |
ботка |
опробование |
Т а б л и ц а 7
Металл
ядерно-гео- отра- физическое отра-
ботка опробование ботка
1 |
76 |
71,5 |
16,8 |
17,7 |
12,8 |
12,6 |
2 |
59 |
53 |
22,5 |
21,5 |
13,2 |
11,4 . |
29