ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ЗОЛОТА

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА И ГЕОЛОГИИ

КАФЕДРА ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ИВАНЦОВ В.М.

Основы технологии и экономики

ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ -

ТЕМА 1. -

СИСТЕМНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ:

КАК ОБЪЕКТА РАЗРАБОТКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВСЕХ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ

090200-ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

КРАСНОЯРСК. 2004 г.

ТЕМА 1. СИСТЕМНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ

КАК ОБЪЕКТА РАЗРАБОТКИ

- цели и состав задания практикующего занятия;

- ориентирующая основа;

- тесты и задачи для индивидуальной работы;

- комплексное задание для самостоятельной работы;

- вопросы, термины и понятия;

- рекомендуемая литература.

1. ЦЕЛИ И СОСТАВ ЗАДАНИЯ ПРАКТИКУЮЩЕГО ЗАНЯТИЯ

1.1. ЦЕЛИ ПРАКТИКУЮЩЕГО ЗАНЯТИЯ:

- формирование знаний по характеристике месторождений как объекта разработки;

- усвоение терминологического арсенала по горной технологии;

- умение пользоваться понятиями при характеристике месторождений;

- наработка навыков графического представления месторождений и их элементов.

1.2. СОСТАВ ЗАДАНИЯ:

- внимательно изучить понятийный материал по характеристике месторождений;

- сделать в рабочей тетради схемы, рисунки, таблицы, краткие записи основных понятий, терминов, положений;

- решить тесты и задачи;

- ответить на вопросы, дать определения терминам и понятиям;

- представить и защитить отчет о проделанной работе по заданию.

2. ОРИЕНТИРУЮЩАЯ ОСНОВА: КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Месторождений как объекта разработки

- основные понятия: полезные ископаемые и месторождения

- промышленно-экономическая характеристика руд и МПИ

- горно-геологическая характеристика МПИ

2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ: ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ И МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Верхняя твердая оболочка Земли называется земной корой(литосферой). Только немногие элементы, ее составляющие, встречаются в самородном виде (золото, платина, медь и др.). Большинство же – находится в виде химических соединений, называемыхминералами (кварц, кальцит, магнетит и др.). Агрегаты минералов более или менее постоянного состава называют породами.

PS. Часто - горными породами, а почему – вопрос для размышления.

Породы и минералы, добываемые из земных недр с целью использования, называются полезными ископаемыми.

Месторождение полезного ископаемого– это естественное его скопление в земной коре, имеющее геологическую и пространственную обособленность от окружающих пород, которые сами по себе на данный момент не представляют производственного интереса.

Незначительные по масштабам месторождения называют обычно рудопроявлениями.

По своему физическому состоянию полезные ископаемые встречаются в природе в газообразном (горючие газы), жидком (нефть) и твердом (уголь, железная руда и др.) состояниях.

Одни полезные ископаемые (уголь, горючие сланцы, сера) используются непосредственно после извлечения их из недр земли, другие требуют предварительной переработки для извлечения из них полезных компонентов.

Рудой называют полезное ископаемое, из которого после добычи для извлечения полезных компонентов (металлов или минералов)требуется последующая переработка.

Полезные ископаемые по количеству содержащихся полезных компонентов делятся на простые, содержащие только один компонент, исложные, содержащие несколько компонентов. Сложные руды, содержащие несколько металлов, называют обычно полиметаллическими.

В чистом виде металл в руде встречается редко. Большей частью в виде – рудных минералов. Например, железо содержится в руде в видегематита, магнетитаи других минералов, медь в видехалькопирита, свинец в видегаленита, олово в видекасситеритаи т.д. Рудные минералы в руде почти всегда смешаны с другими минералами, не представляющими в данной ситуации промышленной ценности. Эти сопутствующие минералы принято называтьрудной или жильной породой.

В зависимости от характера распределения рудных минералов различают сплошные и вкрапленныеруды. Сплошные руды состоят из рудных минералов, смешанных с небольшим количеством породы; они обычно имеют резкие границы (контакты) с вмещающими породами. Вкрапленные руды представляют собой относительно редкие вкрапления рудных минералов в рудной породе и, как правило, не имеют отчетливых границ с вмещающими породами.

Можно систематизировать характеристику полезных ископаемых, воспользовавшись данными табл. 1.1.

Таблица 1.1

ХАРАКТЕРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Необходимость последующей переработки	а) нерудные (не требуется переработка - каменный уголь, соль) б) руда (требуется переработка)
2. Количество полезных компонентов	а) простые (содержащие один компонент) б) сложные (содержащие несколько комп.)
3. Характер распределения рудных минералов	а) сплошные, б) вкрапленные

Для более полного описания характеристики конкретного полезного ископаемого необходимо указать вариант исполнения всех трех признаков. Содержание таблицы можно пополнить и детализировать.

2.2. ПРОМЫШЛЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

РУД И МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Месторождение относится к промышленным,если его эксплуатация признается целесообразной по экономическим и народнохозяйственным соображениям.Главными показателями промышленной ценностиместорождения являются: запасы в нем полезного ископаемого; качество полезного ископаемого; горно-геологические условия эксплуатации и географическое положение.

Полезные ископаемые по степени изученности разделяются на ресурсы и запасы с выделением нескольких категорий. Основанием для выделения и подсчета запасов являются данные геологической разведки и предварительной оценки, а для ресурсов – данные прогнозов. Поэтому запасы еще имеют определение –геологические.

Таким образом, запасы могут быть: измеренные, исчисленные, предположительные. Ресурсы – прогнозные, т.е. еще необнаруженные (гипотетические и теоретические). Геологические запасы по рентабельности разработки разделяются на балансовые и забалансовые.

Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов приведена в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Степень изученности и категории	РЕСУРСЫ			ЗАПАСЫ
	Прогнозные (гипотетические, теоретические)			Разведанные			Предварительно оцененные
	Р 1.	Р 2.	Р 3.	А	В	С 1.	С 2.
Группы по рентабельности разработки				БАЛАНСОВЫЕ
				ЗАБАЛАНСОВЫЕ

Запасы полезного ископаемого служат основой для принятия решений о масштабе и характере эксплуатации, а ресурсы, в свою очередь, для принятия решений о масштабе и характере геологической разведки.

Соотношение балансовых запасов различных категорий, используемых при проектировании горных предприятий (%), приведено в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Категория запасов	Металлические и нерудные полезные ископаемые				Угли и горючие сланцы
	Группы месторождений по сложности геологического строения
	простое	сложное	очень сложное	весьма сложное	простое	сложное	очень сложное
А + В	30	20	-	-	30	50	-
в том числе А 1. не менее	10	-	-	-	20	-	-
С 1.	70	80	80	50	50	-	-
С 2.	-	-	20	50	-	50	100

При промышленно-экономической оценке по ценности руды делят на богатые (высокосортные), средней ценности (рядовые) и бедные (низкосортные). При этом руководствуются существующими промышленными кондициями и сложностью технологии их переработки. Примерная группировка месторождений по качеству руд приведена в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Полезные ископаемые	Ведущие качественные признаки	Характер руд по сортам
		богатые	Средней ценности	бедные
Железные руды	Содержание железа, состав шлакообразующих примесей, легирующие добавки, вредные примеси	Feбольше 55%, содержание вредных примесей в пределах кондиций	Fe40-55 %, не нуждающиеся в обогащении, и более бедные – легко обогатимые и самофлюсующиеся с содержанием вредных примесей в приделах кондиций	Трудно обогатимые с содержанием железа ниже 40-45 %
Медь, никель	Содержание меди и никеля	Более 3 %	1-3 %	0.5-1 %
Свинец	Содержание свинца	Более 5 %	2-5 %	1-2 %
Олово	Содержание олова	Более 0.5 %	0.2-0.5 %	0.1-0.2 %
Молибден	То же	Более 0.3 %	0.1-0.3 %	0.05-0.1 %
Кобальт, тантал, уран	Содержание соответствующего металла	Проценты	Десятые доли %	Сотые доли %
Золото, платина	То же	Сотни г/т	Десятки г/т	Единицы г/т

Измерителями ценности руды служат: валовая ценность, определяемая отпускной ценой металлов, содержащихся в одной тонне балансовых запасов;извлекаемая ценность– отпускная цена металлов, извлекаемых из 1 т руды.

Показателем ценностиможет служить также разность между извлекаемой ценностью и расходами по добыче и переработке 1 т руды до получения из нее металла. Эта разность выражаетчистый доходот 1т добытой руды. Величина чистого дохода служит основным показателем для определения рентабельности предприятия, выбора системы разработки и для решения других технико-экономических задач горного производства. Во всех случаях определяющее значение при установлении ценности руды имеет величина содержания в ней металла, степень постоянства и характер его изменения.

Предел содержания полезного компонента, ниже которого руда данного месторождения становится не промышленной, т.е. экономически не выгодной для добычи и переработки, называют минимальным промышленным содержанием. Так как минимальное промышленное содержание обеспечивает лишь возврат произведенных затрат, то получение накоплений, необходимых для расширенного воспроизводства, возможно при условии, если среднее содержание в добываемой руде будет выше минимального промышленного. Содержание, при котором отдельные рудные тела и участки еще включаются в подсчет запасов, называетсябортовым.Его обычно устанавливают исходя из общих соображений и геологических особенностей месторождения.

По химико-минералогическому составурудных минералов металлические руды принято делить на руды:

самородных металлов, к числу которых относятся некоторые типы руд благородных металлов (чаще всего, золото);

сернистые или сульфидные, представленные в основном сульфидами цветных и редких металлов;

окисленные,представленные окислами, карбонатами и сульфатами многих черных, цветных и редких металлов;

силикатные– в основном руды редких и рассеянных элементов, в которых рудный минерал является силикатом или алюмосиликатом;

смешанные, представляющие собой смесь руд предыдущих основных типов.

По химическому составупреобладающей массы рудных минералов или рудной породы - руды делят накислые,в которых преобладает кремнезем,основные и нейтральные.Такое разделение руд существенно для их металлургической оценки.

2.3. ГОРНО–ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МПИ

А. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Пространственное положение объектов можно систематизировать, положив в основу соотношение их размеров. Наш мир трехмерный, поэтому и выделяют идеальных три типа форм: точка, линия, плоскость.

Рудные месторождения, отличаясь многообразием форм залегания, тоже подчиняются этому принципу. Они так же подразделяются на три типа:

изометрические, т.е. одинаково развитые во всех трех направлениях в пространстве;

столбообразные, т.е. вытянутые в одном направлении – в глубину;

пластообразные, вытянутые в двух направлениях.

Кроме указанного признака используются и другие: абсолютная величина размера, взятого за единицу меры (обычно это – толщина, называемая мощностью), взаимное положение рудных тел в пространстве; согласованность залегания с вмещающими породами и др.

К первому типу рудных тел (изометрической формы) относятся штокиигнезда, Размеры штоков достигают десятков и сотен метров. Размеры гнезд малы – до нескольких метров.

Столбообразную форму имеют многие коренные месторождения алмазов. Алмазные «трубки» в глубину распространяются на километры при горизонтальных размерах в сотни метров.

Линзыпредставляют переходную форму между первой и третьей с отчетливым плавным выклиниванием. Типичным представителем этого типа рудных тел являются уральские медноколчеданные месторождения. Линзы имеют протяженность от 300 до 1500 м. при мощности до 100 – 250 м.

Классическим представителем третьей группы являются – пластовые месторождения. Пласты ограничены более или менее параллельными поверхностями, имеют выдержанную мощность. Их происхождение осадочное, поэтому онизалегают согласно с вмещающими породами. Таковы, например, месторождения угля, марганцевые месторождения Чиатур Никопольского района (РФ).

Рис 1. Пластовые рудные месторождения: а) – Чиатурское марганцевое;

б) – Джезказганское медное

Рудные тела, отличающиеся от пластов менее выдержанной формой и непостоянной мощностью, называют пластообразными.

Рис 2. Пластообразные железорудные тела (Криворожский бассейн).

1 – промышленная руда; 2 – непромышленная (некондиционная) руда

Пластообразные рудные тела, образовавшиеся в результате выполнения трещин в земной коре минеральными растворами, благодаря, главным образом, гидротермальным процессам, называютжилами.

Рис 3. Типы жил: а) – простая; б) – сложная;

в) – четковидная; г) - камерная

Они залегают несогласно с вмещающими породами (секут их). Жилы по форме самые разнообразные и трудно поддаются систематизации. Если использовать принцип разделения объема понятия на две противоположности, то можно выделитьдва типа жил: простые и сложные. Простые жилы –плитообразные (правильные), линзообразные, рубцовые. Среди сложных:сетчатые, ветвящиеся, лестничные, седловидные, стулообразные и др.

Впрактике часто пользуются также терминомрудная зона, подразумевая под ним обычно вкрапленные или жильного типа пластообразные рудные тела, приуроченные к тектоническим нарушениям. Иногда такие зоны располагаются рядом с простыми жилами или вмещают их.

Рис4. Геологический разрез по центру Дегтяракого месторождения: 1 – четвертичные отожения; 2 – кварцевые альбитофиры; 3 – плагограниты; 4 вулканические туфы туфосланцы; 5 – медноцинковый колчедан; 6 – серный колчедан; 7 – рудоносные породы

Рудные тела, расположенные настолько близко друг к другу, что выемка их технологически тесто связана или может производиться только совместно, принято называть сближенными.

Группу близко расположенных пластов или жил с одинаковыми или сходными элементами залегания обычно называют свитой (соответственно пластов, жил).

Для систематизации признаков морфологического описания можно воспользоваться уже известным приемом (см. табл. 1.1).

Таблица 1.5

ХАРАКТЕРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Соотношение пространственных размеров рудных тел	а) изометрические (Точка: а/в/с=1) б) столбчатые (Линия: а=в, с/а>1) в) пластообразные (Плоскость: в/а, с/а>1)
2. Согласность происхождения и залегания рудных тел с вмещающими породами	а) согласное (пр. – пласт) б) несогласное (пр. – жила)
3. Строение рудных тел (внутренняя структура)	а) простое строение б) сложное строение

Для более полного описания морфологической характеристики рудных тел и месторождений необходимо указать варианты исполнения указанных трех признаков. Содержание таблицы можно дополнить и детализировать.

Б. УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Размеры, положение в пространстве отдельных рудных тел и целых месторождений определяются элементами залегания: простиранием, падением и мощностью. Данные элементы залегания еще часто называютпостоянными условиями залегания.

Рис 5. Элементы залегания рудного тела: 1, 2 – вмещающие породы лежачего и висячего боков; 3 – покрывающие породы; 4 - руда

Простирание определяется линией простирания, образованной пересечением боковой поверхности рудного тела с горизонтальной плоскостью. Угол, образованный линией простирания и магнитным (истинным) меридианом, называется углом простирания.Угол простиранияместорождения показывает его положение относительно стран света.

Линия, лежащая в плоскости рудного тела перпендикулярно к линии простирания, называется линией падения, а угол, образованный ею с горизонтальной плоскостью,- углом падения. По углу падения месторождения и рудные тела делят напологие (0 – 20 град.)с выделением горизонтальных (0 – 3 град.);наклонные (20 – 50 град.); крутопадающие (более 50 град.).

PS…Технологическим основанием для выделения указанных групп может служить наиболее рациональный способ транспорта руды по очистному пространству: рельсовый, взрыводоставка, самотечная доставка.

Мощность рудного тела, измеряемая как кратчайшее расстояние между его боковыми поверхностями (по перпендикуляру), называетсяистинной или нормальной. Мощность, измеряемая в горизонтальной плоскости, называется горизонтальной. В горизонтально и наклонно залегающих рудных телах часто указывают мощность, измеряемую в вертикальной плоскости.

По мощности месторождения и отдельные рудные тела разделят на: тонкие (мощностью менее 0.8 м.), маломощные (0.8 – 3м.), средней мощности (3 – 20 м.), мощные (более 20 м.).

PS…Технологическим основанием для указанного деления могут быть: минимально допустимый размер рабочего очистного пространства – 0.8 м., максимальный размер деревянной рудничной стойки – 3 м., 20 м. – как максимальный размер мощности рудного тела, при которой очистное пространство в виде камеры ориентируют еще по простиранию, при больших размерах – вкрест простиранию.Вкрест простиранию, т.е. по направлению мощности рудного тела.

В. ФИЗИКО-МЕХАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РУД И ПОРОД

Преобразование массива в процессе добычи полезного ископаемого определяется его физико-механическими свойствами и, в первую очередь, такими как крепость и устойчивость,хотя общее их количество уже насчитывает более 100.

Крепость - интегральная энергетическая характеристика массива, описывающая его способность сопротивляться технологическому воздействию. Первым таким воздействием является отбойка как отделение в виде кусков. Природа крепости в соотношении внутренних и внешних условий (сил межмолекулярного взаимодействия и геологического состояния массива). Исключительная сложность названных условий затрудняет систематизацию и классификацию пород по крепости.

В самой простой и обычной классификации породы делятся на три группы: твердые, средние и мягкие, что дает общее представление о твердости и крепости породы в широком смысле слова.

При научном подходе (начало ХХ века) в качестве основных признаков классификации было положено сопротивление пород бурению, истиранию, также расход энергии на выбуривание определенного метража и объема породы, с учетом вязкости и трещиноватости.

В отечественной практике широко используется классификация пород по крепости М.М. Протодьяконова (1926). Им в основу положен принцип: «…если какая-нибудь порода крепче другой в некоторое число раз в одном отношении, например бурении, то во столько же раз она будет крепче и во всяком другом отношении, например, при взрывании, в отношении давления на крепь и т.д.». Все породы разделены на 10 категорийпо крепости: в высшей степени крепкие, очень крепкие, крепкие, довольно крепкие, средние, довольно мягкие, мягкие, землистые, сыпучие, плывучие. Это относительное число было названо коэффициентом крепости. Для пород, способных выдерживать испытание на сжатие, коэффициент крепости равен отвлеченному числу, в сто раз меньшему временного сопротивления на сжатие. При этом для плотной глины и мягкого каменного угля (мягкие породы) коэффициент крепости принят равным 1, а для пород высшей степени крепости (плотные и вязкие кварциты, базальты) – равный 20. В настоящее время для технологических целей по коэффициенту крепости проф. М.М. Протодьяконова (старшего) руды и породы классифицируются на 4 категории: мягкие (коэффициент крепости f до 4), средней крепости (f от 4 до 9), крепкие (f от 9 до 15), весьма крепкие (f более 15).

Не менее важной в технологическом отношении является другая характеристика массива - устойчивостькакспособность сохранять свое состояние при обнажениях снизу и боков. Она также как крепость интегральная и определяется в основном гравитационным полевом воздействием, строением пород и наличием обнаженной поверхности.

По строению породы подразделят на связные (упругие), сыпучие (не связные).Некоторые сыпучие породы при насыщении их водой образуютплывуны (плывучие породы). В связных породах минеральные частицы соединены между собойсилами внутреннего сцепления. Применительно к связным породам и можно говорить о устойчивости массива. В нагружении массива кроме гравитационного поля участвуют силы тектонического происхождения, возникающие при процессах горообразования и проявлениях активности внутренних сил Земли. При обнажении происходит перераспределение напряженности массива – вокруг выработки возникает зона растягивающих усилий, приводящих к нарушению равновесия, получивших названиегорного давления.

По степени устойчивости руды и породы подразделяются(при условии, когда ширина и длина обнажения соизмеримы, т.е. длина превышает ширину не более чем в два раза):

весьма неустойчивые– исключающие обнажения без крепления;

неустойчивые– допускающие обнажения без крепления до 10 кв. м., но требующие закрепления при длительном стоянии;

средней устойчивости- допускающие обнажения без крепления до 100 кв. м., но требующие крепления при длительном стоянии.

устойчивые- допускающие обнажения без крепления до 600 кв. м., при длительном стоянии необходимо крепление только в отдельных ослабленных местах;

весьма устойчивые- допускающие обнажения без крепления до 1000 кв. м. и более, при длительном стоянии не требуется крепление.

Как на крепость, так и на устойчивость исключительное влияние оказывает естественная трещиноватостьмассива. Для оценки трещиноватости с точки зрения устойчивости массива и эффекта его разрушения можно выделить два вида пород:монолитные (массивные), почти без трещин, слоистости и, нарушающих монолитность, включений итрещиноватые,которые в свою очередь еще на три вида пород, определяемые особенностями расположения трещин, соответственно:

слоистые породы– трещины развиты в одном направлении и образуют отчетливо выраженную слоистость;

столбчатые породы– трещины развиты также в одном направлении, но имеют резко различные азимуты и углы падения, образуя столбчатые отдельности;

блочные породы– когда несколько неодинаково ориентированных систем трещин разбивают весь массив на отдельные блоки различных размеров. В этом случае частота развития трещин определяет размер естественной отдельности. По степени развитости и размерности блочности дальнейшее деление можно провести, выделяяслабо трещиноватыеисильно трещиноватыепороды.

На эффективность технологических процессов оказывают так же такие свойства руд и пород как их плотность, упругость, абразивность, влагоемкость, слеживаемость, возгораемостьи др. Не менее важны свойства руд и пород в отделенном (разрушенном) состоянии, такие как разрыхляемость, кусковатость и др.

3. ТЕСТЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ