2.6.3.Подготовленнсть меторождения для промышленного освоения

На оглавление

Классификацией запасов месторождений и прогнозных ре­сурсов твердых полезных ископаемых определены условия, при которых месторождение считается подготовленным для про­мышленного освоения. Эти условия таковы:

запасы утверждены ГКЗ или ТКЗ (если месторождение новое) или Центральной комиссией по запасам отраслевого ми­нистерства (если месторождение уже разрабатывается);

вещественный состав и технологические свойства полез­ного ископаемого изучены с детальностью, достаточной для проектирования технологической схемы извлечения полезных компонентов;

гидрогеологические и инженерно-геологические условия изучены с детальностью, достаточной для составления проекта разработки месторождения;

участки, намеченные к первоочередному освоению, раз­веданы наиболее детально;

изучены другие полезные ископаемые, залегающие в пределах земельного отвода (вскрышные породы, отходы), опре­делены возможности их использования и подсчитано количество;

оценена возможность хозяйственного и бытового водо­снабжения;

разработаны мероприятия по охране окружающей среды и рациональному использованию недр;

утвержденные балансовые запасы должны иметь опреде­ленное соотношение различных категорий, варьирующее для месторождений, принадлежащих по сложности геологиче­ского строения к разным группам (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Соотношение запасов различных категорий (%) для месторождений

различных групп (1-4) по сложности геологического строения

Категория запасов	Металлические и неметаллические полезные ископаемые					Угли и горючие сланцы
	1	2	3	4	1		2		3
А	10	—	—	—	20		—		—
В	20	20	—	—	30		50		—
С1	70	80	80	50	50		50		100
С2	—	—	20	50	—		—		—

2.6.4. Опробывание

На оглавление

Опробование - практически единственный способ изуче­ния качественных показателей полезного ископаемого. В большинстве случаев оно представляет собой последователь­ный трехстадийный процесс: отбор, обработку и исследова­ние проб.

Первая стадия заключается в отделении от массива тем или иным способом некоторой порции - пробы - полезного иско­паемого или породы, качественные показатели которых изуча­ются. Вторая стадия - промежуточная. Ее назначение - под­готовка пробы к дальнейшим исследованиям, испытаниям, ана­лизам. Задача третьей стадии - получить количественное значение изучаемого показателя качества. Исследования вещества проб, которыми занимаются специальные лаборатории, не яв­ляются (за исключением минералого-петрографических исследований) предметом наук геологического цикла, поэтому в дан­ном курсе не рассматриваются.

В соответствии с назначением выделяют следующие основ­ные виды опробования:

химическое - определение химического (элементного) и фазового состава полезного ископаемого;

минералогическое - определение минерального состава полезного ископаемого и вмещающих пород;

технологическое - исследование обогатимости полезно­го ископаемого;

техническое- анализ физических и горно-технических свойств полезного ископаемого и вмещающих пород (плотности, влажности, пористости, сопротивления сжатию, разрыву и сдвигу, абразивности, буримости и др.);

геофизическое - исследование физических свойств по­лезного ископаемого и вмещающих пород и на этой основе оп­ределение содержания полезных и вредных компонентов и дру­гих показателей качества.

Основные цели разведочного опробования таковы:

характеристика качества полезного ископаемого и зако­номерностей его распределения в объеме месторождения или тела;

определение количества полезных компонентов (подсчет запасов компонентов);

выявление физико-механических свойств полезного ис­копаемого и вмещающих пород для оценки горнотехнических условий разработки месторождения.

Для достижения этих целей и успешного решения задач разведки опробование должно отвечать следующим основным принципам - оно должно быть представительным, равномер­ным, а число проб - минимальным.

Опробование считается представительным, если, во-первых, установленные по данным всей системы опробования особенно­сти распределения показателей качества соответствуют их истинному распределению в объеме месторождения, а во-вторых, значения показателей качества каждой отдельной пробы отве­чают их значениям в пределах объема, характеризуемого этой и пробой.

Первое положение этого принципа имеет геологический смысл. Оно означает, что расположение пунктов опробования должно соответствовать морфологическим, структурным и литолого-петрографическим особенностям полезного ископаемо­го, а также учитывать степень и характер его изменчивости. Второе положение принципа представительности обусловлено, кроме геологических, еще и технико-экономическими сообра­жениями: размеры каждой пробы должны быть минимально не­обходимыми, так как увеличение массы пробы в арифметиче­ской прогрессии вызывает рост стоимости ее обработки в гео­метрической прогрессии.

Принцип равномерности опробования согласуется с прин­ципом равномерности (равной достоверности) разведки. Пробы должны располагаться равномерно по площади и мощности тела полезного ископаемого, но, конечно, с учетом анизотропии его свойств.

Способы отбора проб определяются, главным образом, на­значением опробования и видом опробуемой выработки. Наибо­лее часто употребляются следующие способы отбора проб: штуфной, точечный, бороздовый, задирковый, валовый, керновый и шламовый.

При штуфном способе от массива отделяется (откалывается или выпиливается) отдельный кусок или блок (штуф) породы или полезного ископаемого массой от 0,2-0,5 до 10-15 кг и более. Этот способ используется при минералогических и физи­ко-механических исследованиях.

Точечный способ заключается в следующем. На обнажение полезного ископаемого или навал отбитой горной массы накла­дывается реальная или воображаемая сетка с квадратной или прямоугольной формой ячеек. Из узлов ячеек или из их центров откалываются (отбираются) небольшие кусочки полезного ис­копаемого (частичные пробы), которые вместе составляют начальную пробу. При опробовании точечным способом навала разрыхленной горной массы в забое, отвалах или транспортных емкостях этот способ называется горстьевым, или вычерпы­вание.

При бороздовом способе на обнаженной поверхности тела полезного ископаемого вручную (зубилом и молотком) или с помощью механического пробоотборника режущего типа с электрическим или пневматическим приводом выбивается или вырезается канавка — борозда — прямоугольного, треугольного или трапециевидного поперечного сечения. Этот способ — са­мый распространенный как при разведке, так и при разработке месторождений различных видов (главным образом металличе­ских) полезных ископаемых. Размеры поперечного сечения (ширина и глубина) прямоугольных борозд зависят от степени равномерности распределения оруденения и мощности рудного тела (табл. 2.2.).

В процессе детальной разведки и особенно эксплуатации, когда отбирается очень большое число проб и допустимо неко­торое снижение точности определения показателей качества в каждой из них, ради сокращения затрат на опробование и облег­чение обработки проб допускается либо уменьшение сечения борозд, либо даже применение так называемой «пунктирной бо­розды» (по линии определенного направления и размера отбива­ется серия кусочков полезного ископаемого, которые и состав­ляют пробу). Следует заметить, что пунктирная борозда дает результаты

довольно низкой точности, поэтому, несмотря на высокую производительность и малую стоимость этого способа опробования, использование его оправдано лишь при эксплуа­тации месторождений с хорошо изученным и относительно рав­номерным распределением полезных компонентов.

При опробовании угольных месторождений размер бороз­ды варьирует от (10-16)х(3-5) см для однородных углей до (25-30) х (3-5) см для углей сложного и неустойчивого петро­графического состава. На россыпях и месторождениях многих нерудных полезных ископаемых (цементное сырье, кирпичные глины, песчано-гравийные смеси и др.) применяют борозды се­чением (25-30) х (10-20) см.

Таблица 2.2

Примерные сечения борозд (см) при опробовании

рудных месторождений

Характер оруденения	Мощность рудных тел, м
	2,5-2	от 2,5-2 до 0,8—0,5	0,5
Весьма равномерный и равномерный	5x2	6x2	10x2
Неравномерный	8x2,5	9x2,5	10x2,5
Весьма и крайне неравномерный	8x3	10x3	12x3

Борозды располагаются перпендикулярно мощности рудно­го тела и в пределах одного минерального или промышленного типа полезного ископаемого. В случае очень большой мощности или сложного строения полезное ископаемое опробуется сек­циями длиной 0,7-1,5 м (рис. 2.21). Каждая секция затем обра­батывается и анализируется как отдельная самостоятельная проба.

Задирковый способ заключается в том, что с обнаженной поверхности полезного ископаемого по всей площади сдирается тонкий (обычно не более 2—5 мм) слой полезного ископаемого. Этот способ используется только в случае крайне неравномер­ного распределения полезных компонентов и малой мощности полезного ископаемого или в качестве контрольного для бороз­дового и точечного опробования.

При валовом способе в пробу отбирается либо вся горная масса, полученная при проходке данного интервала разведоч­ной выработки по полезному ископаемому, либо какая-то часть, например, каждая вторая, третья, пятая (и др.) лопата, вагонетка, ковш и др. Масса валовой пробы может достигать нескольких тонн, поэтому данный способ опробования предна­значен, главным образом, для технологических исследований или для контроля других способов опробования, а также при разведке россыпных месторождений драгоценных металлов и алмазов.

Рис. 2.21. Расположение бороздовых проб (борозд) при опробовании слож­ного по составу рудного тела:

1 - вмещающие породы; 2, 3 - руды: 2 - галенитовые, 3 - сфалеритовые; 4 - борозды

Керновое опробование проводится следующим образом. Керн скважины раскалывается вдоль длинной оси. Одна половина идет на пробу, вторая остается для контроля и минералогических ис­следований. Если диаметр керна недостаточен, чтобы из его по­ловинки была получена представительная проба, то отбирается весь керн. Этот способ опробования применяется при разведке всех видов полезных ископаемых.

При шламовом способе отбора в пробу поступают кусочки породы или руды и пыль (шлам), образующиеся при бурении шпуров и скважин. Иногда при низком выходе керна этот спо­соб дополняет керновый.

Помимо упомянутых основных способов опробования, су­ществует несколько путей определения качества полезного ис­копаемого без отбора отдельных проб. К ним относятся геофи­зические способы опробования и визуальное (определение со­держания полезного компонента «на глаз»), В этих случаях ис­пользуются различные свойства полезного ископаемого, отли­чающие его от вмещающих пород.

Геофизическое опробование в последние годы быстро раз­вивается и находит все более широкое применение. В дополне­ние к таким широко известным способам геофизического опро­бования, как магнито- (определение содержания железа в магнетитовых рудах) и радиометрия (определение содержания урана и тория путем измерения уровня естественной радиоактивно­сти), добавилась значительная группа ядерно-физических мето­дов, среди которых выделяются два типа: гамма-методы, осно­ванные на измерении искусственных (наведенных) источников гамма-излучения, и нейтронные, регистрирующие интенсив­ность нейтронного или связанного с ним гамма-излучения. С помощью ядерно-физического опробования возможно опреде­ление содержания железа, свинца, ртути, вольфрама, сурьмы, бария, цинка, молибдена, висмута, олова, хрома, никеля, мар­ганца, меди, алюминия, бериллия и других компонентов во мно­гих (но, к сожалению, не во всех) типах руд.

Фото опробование заключается в фотографировании обна­жения (забоя или стенки выработки) и подсчете площадей, заня­тых полезным минералом. Этот способ опробования дает поло­жительные результаты, если по оптическим свойствам полезное ископаемое достаточно резко отличается от вмещающих пород. В таких случаях может применяться и визуальное опробование, с помощью которого при достаточном опыте наблюдателя могут быть получены довольно точные результаты.

Следует отметить, что фото- и визуальное опробование носят вспомогательный характер для приближенной оценки качества по­лезного ископаемого, так как их точность (особенно визуального опробования) зависит от многих субъективных факторов.

Выбор способа опробования обусловлен двумя группами факторов: геологическими и общими. Главными являются гео­логические факторы, а именно: промышленный тип месторож­дения, текстурно-структурные характеристики полезного иско­паемого, тип распределения полезных компонентов в руде, раз­мер рудных тел, их мощность и крупность полезного ископае­мого. Массивные и равномерно-вкрапленные руды значитель­ной мощности могут опробоваться любым способом, но пред­почтительно применение шламового или точечного опробова­ния. Полосчатые, прожилковые и неравномерно-вкрапленные полезные ископаемые рациональнее опробовать бороздовым способом при ориентировке борозды перпендикулярно полосатости. Крепкие и весьма крепкие полезные ископаемые опробуются либо шламовым (если распределение полезных компонен­тов относительно "равномерное), либо точечным и задирковым способами, так как в подобных полезных ископаемых выбивать правильную борозду очень трудно.

Среди общих факторов, влияющих на выбор способа опро­бования, следует выделить следующие: задачи опробования, объем работ и применяемые системы разработки (при опробо­вании эксплуатируемых месторождений). Задачи опробования иногда являются решающим фактором. Так, для определения физико-механических свойств полезного ископаемого иного способа, чем штуфной (выпиливание правильных кубиков), применить нельзя, а для оценки технологических свойств по­лезного ископаемого требуется большое количество материала, следовательно, необходимо проводить валовое опробование и др.

Объем работ по отбору проб также может иметь важное значение при выборе способа опробования. Если отбирается сравнительно небольшое число проб, то следует использовать, невзирая на трудоемкость, способы опробования, обеспечиваю­щие максимальную достоверность результатов. Напротив, при больших объемах работ по опробованию предпочтение отдается наиболее простым и дешевым способам отбора проб в ущерб высокой точности результатов по каждой пробе (например, пунктирная борозда вместо обычной).

Влияние применяемых систем разработки на выбор способа опробования преимущественно определяется возможностью и длительностью присутствия людей в выработанном пространст­ве (если доступ в очистное пространство свободный, то можно применять любой способ опробования, если нет - шламовый или керновый), т.е. доступностью полезного ископаемого для взятия пробы.

Правильность определения качественных особенностей по­лезного ископаемого обусловлена не только способом опробо­вания, но и параметрами его сети. В этом вопросе главными яв­ляются геологические факторы — неравномерность распреде­ления полезного компонента и изменчивость формы тел. Рацио­нальные расстояния между пробами, подтвержденные большим опытом разведки, приводит В.М. Крейтер (табл. 2.3).Почти при всех видах опробования после отбора проб про­водится их обработка. При минералогическом опробовании обработка заключается в изготовлении прозрачных и полиро­ванных шлифов для изучения полезного ископаемого оптиче­скими методами или же в дроблении вещества проб для иссле­дования минерального состава под бинокуляром.

Таблица 2.3.

Расстояния между пробами (по простиранию) на месторождениях разных типов

Характер распределения компонентов (коэффициент вариации)	Месторождения	Расстояния, м
Равномерный (5—40 %)	Простые углей, горючих сланцев, строительных материалов, флюсов, цементного сырья, серы, каменных и калийных солей, некоторых железных и марганцевых руд, глин, коалинов и др.	50—6
Неравномерный (40—100%)	Гидротермальные медных и поли­металлических руд, скарновые золо­торудные, вольфрамовые, молибдено­вые	6-4
Весьма неравномерный (100—150 %)	Некоторые полиметаллические, боль­шинство оловорудных, вольфрамовых, молибденовых, многие золоторудные	4—2,5
Крайне неравномерный (> 150%)	Многие редких металлов, золоторуд­ные, платиновые	2,5—2

Обработка проб технического опробования зависит от кон­кретного назначения этого вида опробования. Для выявления физико-механических свойств и средней плотности производит­ся распиловка отобранных штуфов на правильные геометриче­ские фигуры: кубики, блочки, а для оценки качества индустри­ального сырья - сортировка, рассеивание, отмывка и др.

Наиболее сложна обработка проб для химического анализа, особенно многокомпонентных (комплексных) руд. Для собст­венно анализа обычно достаточно 50-200 г вещества, а началь­ная масса представительной пробы превышает 3-5 кг. Кроме того, полезные компоненты неравномерно распределены в мас­се пробы, а полезные минералы находятся в сростках с жиль­ными. Поэтому обработка химических проб выполняется с це­лью, во-первых, отделения(раскрытия) рудных минералов от жильных и, во-вторых, обеспечения равномерности, гомогенно­сти вещества пробы с тем, чтобы содержание компонентов в ла­бораторной навеске было таким же, как и в исходной пробе. Эта цель достигается рядом последовательных повторяющихся цик­лов измельчения, перемешивания и сокращения исходного ма­териала пробы. Степень сокращения пробы в конце каждого та­кого цикла определяется размером частиц (степенью дробления или измельчении) и степенью неравномерности распределения компонентов. Наиболее употребительной формулой для расчета необходимой массы пробы после очередного этапа дробления и перемешивания (и, тем самым, возможной степени сокращения начальной массы) является формула Г.О. Чечотта:

Q = kd2

где Q- масса пробы после сокращения, кг; d — диаметр частиц максимальной фракции, мм; k- коэффициент, зависящий от сте­пени неравномерности распределения компонентов; для различ­ных полезных ископаемых его значение меняется от 0,05 до 1.

На основе этой формулы составляется схема обработки пробы, в которой указываются число этапов дробления, измель­чения и истирания материала пробы, а также количество и сте­пень сокращения на каждом этапе измельчения.