основн.дисциплины / поиск и разв.мест.п.и-Высоцкий / Курс лекций

камеральных работ с составлением и оформлением отчета. В заключение расчетной части намечают график (календарный план) всех видов проектируемых работ, включая и составление отчета.

Проекты на разведочные работы защищают и утверждают на технических совещаниях производственных геологических организаций.

В процессе разведочных работ в этот проект могут быть внесены те или иные изменения, которые предварительно следует согласовать с руководящей организацией.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ РАЗВЕДКИ

Понятие «методы разведки» в современной литературе и в обыденной практике толкуется довольно широко и иногда настолько вольно, что порой простейшим операциям геологоразведочного процесса присваиваются наименования методов. Нередко методами называют те или иные системы расположения разведочных выработок, откуда появились названия: «метод разведки линиями», «метод разведки квадратной сетью» и т. п. Иногда, подчеркивая особенности разведки месторождений тех или иных полезных ископаемых, пытаются присвоить каждому виду разведки наименование метода: «метод разведки угольных месторождений», «метод разведки строительных известняков», «метод разведки урановых руд» и т. п.

Когда говорится о специфике разведки слепых месторождений, иногда привлекается понятие «методы разведки слепых рудных тел». Довольно прочно вошло в обиход понятие «геофизические методы разведки», в содержании которого заложена трактовка применения различных геофизических средств для целей разведки. Говорят даже о «буровых методах разведки», о «методах разведки горными выработками» и т. п.

Исходя из самого определения понятия «метод» (способ познания, изучения, исследования явлений) его целесообразно присваивать, во-первых, таким разведочным мероприятиям, которые позволяют теоретически обоснованно решать главные задачи разведки; во-вторых, в понятии метода должно содержаться нечто общее, сопоставимое и приложимое к любому процессу разведки независимо от сложности и разнообразия применяемых технических средств; в-третьих, методом разведки можно называть только такие способы изучения месторождений, которые позволяют делать некоторые выводы о точности исследований.

Поэтому следует назвать основными методами разведки три общих для всякой разведки мероприятия, соответствующие трем главным звеньям геологоразведочного процесса: 1) создание системы разрезов; 2) опробование полезного ископаемого; 3) промышленная оценка месторождения.

Разведочные геологические разрезы представляют собой теоретически вполне обоснованный способ выяснения формы, внутреннего строения и условий залегания месторождения. Разрезы могут быть вертикальными и

241

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

горизонтальными, в соответствии с чем метод разрезов имеет три разновидности: а) метод вертикальных разрезов (рис. 1, а);

б) метод горизонтальных разрезов, или сечений (рис. 1, б) в) метод горизонтальных и вертикальных разрезов (рис. 1, в).

Кроме метода геологических разрезов, современная наука и практика не располагают сколько-нибудь надежными способами определения формы, внутреннего строения и условий залегания разнообразных тел полезных ископаемых. Способ изучения формы тела полезного ископаемого путем построения изолиний его поверхности менее совершенен по сравнению со способом разрезов, так как он не раскрывает внутреннего строения тела полезного ископаемого, геологического строения вмещающих пород и их соотношения с рудным телом. А изолинии мощностей, строго говоря, есть не что иное как контуры некоторых сечений (разрезов) тела полезного ископаемого, и поэтому между построением обычных разрезов по данным разведки и построением изолиний поверхности тела по тем же данным принципиальной разницы нет.

— схема вертикальных и горизонтальных разрезов

Таким образом, первым основным методом разведки является метод геологических разрезов.

Разрезы могут создаваться по данным проходки горных выработок, буровых скважин и в некоторых случаях по результатам геофизических измерений. Если какое-либо из технических средств не обеспечивает возможности построения разведочного разреза, то оно непригодно для целей разведки.

Разведочное опробование является теоретически обоснованным способом выяснения качества полезного ископаемого. Иного способа для выяснения качества полезного ископаемого в процессе разведки не существует. В недавнем прошлом некоторые геологи иногда определяли качество полезного ископаемого приближенно, «на глаз», но это настолько несовершенный способ, что рассматривать его при современных технических требованиях не имеет смысла.

Таким образом, вторым основным методом разведки является метод опробования.

Как известно, опробование, кроме разведки, широко применяется и в других областях народного хозяйства, особенно в горном деле, в процессе переработки полезного ископаемого. Но в данной работе рассматривается только разведочное опробование как один из основных методов разведки.

242

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

Нельзя не отметить весьма перспективное направление в разведочном опробовании, предполагающее применение различных геофизических средств (радиометрия, магнитометрия) и люминесценции с целью определения качества полезного ископаемого непосредственно на месте его залегания. При успешном развитии эти способы смогут в известной мере заменить существующие способы отбора, обработки и химикоминералогических исследований массовых проб, требующие значительных затрат времени и средств.

Все минералогические, химические, физические и технологические методики исследования вещества являются способами испытания проб, но не методами опробования. Задачи науки о разведке в отношении опробования состоят прежде всего в выборе наиболее эффективных способов отбора и обработки проб для различных типов полезных ископаемых, а затем в рациональном комплексировании различных способов испытания проб.

Промышленная оценка представляет собой способ определения промышленного значения месторождения, а следовательно, возможностей и условий его использования, по данным разведки. Оценка является необходимой и неизбежной составной частью разведки; разведку нельзя считать законченной, если в результате ее месторождению не дана оценка.

Промышленная оценка месторождения, вернее, оценочное сопоставление, не является только заключительным актом разведки; она сопутствует всему процессу разведки месторождения. Каждая новая разведочная выработка приносит новые сведения о размерах разведываемой залежи, о качестве полезного ископаемого, и данные этой выработки подвергаются немедленной оценке: определяются промышленные границы залежи, намечается сорт руды и т. п.

В основе способов социалистической оценки лежит понятие о народнохозяйственной целесообразности эксплуатации данного месторождения. Целесообразность же эта определяется путем сравнения данного месторождения с другими подобными месторождениями или путем сравнения элементов процесса его промышленного освоения (добычи, переработки и т. п.) с подобными элементами других горнопромышленных предприятий.

Из этого следует, что оценка месторождения полезного ископаемого носит сравнительный характер. Таким образом, третий основной метод разведки — метод промышленной оценки — является методом сравнительным.

Итак, учение о разведке месторождений полезных ископаемых и практика разведочных работ на современном уровне развития производительных сил располагают тремя основными методами познания месторождений:

1)методом геологических разрезов с его разновидностями — методами вертикальных, горизонтальных, а также тех и других разрезов;

2)методом опробования;

3)методом оценочного сопоставления.

243

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

Для осуществления этих методов в арсенале современного разведчика, кроме различных геологических подходов, имеются разнообразные технические средства: горные выработки, буровые скважины, геофизические измерения, минералогические и химические анализы.

В соответствии с задачами каждой стадии разведочных работ могут применяться те или иные средства разведки, всегда направленные на создание системы разрезов пространства, занимаемого месторождением, на опробование полезного ископаемого и на выяснение всех прочих данных, необходимых для промышленной оценки месторождения.

244

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

ЛЕКЦИЯ 20

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ РАЗВЕДОЧНЫХ СРЕДСТВ

В соответствии с задачами, принципами и основными методами разведки, вытекающими из необходимости проникновения на более или менее значительные глубины от дневной поверхности, в практике геологоразведочных работ нашли применение в качестве разведочных средств как обычные, издавна известные различного рода горные выработки, так и специфические средства, созданные специальной техникой разведки.

Все средства разведки полезных ископаемых, имеющиеся в арсенале современного разведчика недр, можно разделить на три различных по методическим основам и оснащению вида:

1.Горные разведочные выработки.

2.Буровые разведочные скважины.

3.Геофизические работы

Различия между ними с разведочной точки зрения заключаются в следующем:

1. В горную выработку человек может проникнуть и, следовательно, получить максимально точные сведения о полезном ископаемом, обнаруженном в данной выработке. Кроме того, горная выработка может быть продолжена в любую сторону.

2. Фактический материал, добываемый из буровой скважины, лишь с той или иной степенью приближения характеризует качество полезного ископаемого и условия его залегания. Скважина может быть искусственно искривлена с целью новых пересечений тела полезного ископаемого.

3. Геофизические работы сами по себе не обеспечивают непосредственного качественного опробования полезного ископаемого. Они дают обычно весьма приближенное представление о размерах и условиях залегания разведываемого объекта. В отдельных случаях геофизические измерения позволяют приблизительно оценивать качество полезного ископаемого и судить о форме тела.

Указанные различия определяют и степень разведочной точности данных, полученных при помощи того или иного разведочного средства, и его применимость в различных звеньях геологоразведочного процесса к тем или иным типам месторождений полезных ископаемых, а также достоверность результатов исследований. Наиболее надежные данные, как видно из приведенной характеристики, можно получить по горным разведочным выработкам. Менее достоверные результаты приносит разведочное бурение. Наименее достоверные результаты (за исключением особых случаев) дают геофизические измерения.

Следует иметь в виду, однако, что горные выработки (за исключением поверхностных) являются наиболее дорогим и громоздким средством разведки. Бурение обычно обходится значительно дешевле и производится гораздо

245

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

быстрее. Геофизические измерения несравненно дешевле других разведочных средств и выполняются они несоизмеримо быстрее. Поэтому в практике геологоразведочных работ находят применение все эти средства, и чаще всего они комбинируются так, что горными выработками проверяются данные бурения, бурением проверяются результаты геофизических исследований (которые играют с каждым годом все большую роль), а последние в свою очередь восполняют или корректируют неполные или ошибочные данные разведочного бурения.

Итак, разведочные средства позволяют создавать разрезы пространства, занимаемого месторождением, проводить опробование полезного ископаемого в различных частях месторождения и получать основные данные, необходимые для промышленной оценки месторождения'. Качество того или другого разведочного средства определяется прежде всего его способностью обеспечивать построение более или менее достоверных разведочных разрезов и предоставляемой им возможностью более или менее детального опробования полезного ископаемого.

2. ГОРНЫЕ РАЗВЕДОЧНЫЕ ВЫРАБОТКИ

Для разведочных целей используются почти все виды горных выработок: расчистки, канавы, шурфы, дудки, шахты, штольни и связанные с ними выработки, не выходящие на земную поверхность: квершлаги, штреки, орты, гезенки. Все эти горные выработки можно подразделить, с одной стороны, на вертикальные и горизонтальные, с другой — на поверхностные, легкого типа, и подземные, требующие большой затраты сил и материальных средств.

Канавы обычно проходятся на глубину до 3 м, редко до 5 м. При глубине наносов более 3 м в большинстве случаев бывает целесообразно применять шурфы или дудки. Эти выработки обычно имеют глубину д0 ю— 15 м, реже до 30 м. Сечение их выбирается в пределах 1—2,5 м2. Более глубокие вертикальные выработки — шахты — для разведочных целей задаются обычно на глубину до 100 м. Они, естественно, и по конструкции и по технологии проходки существенно отличаются от мелких шурфов и дудок. Сечение шахт измеряется несколькими квадратными метрами и делится на два-три отделения (ходовое, подъемное, арматурное).

Штольни являются наиболее распространенными разведочными выработками, но применяются они только в условиях расчлененного рельефа поверхности. Нормальные сечения разведочных штолен: 1,8; 2,7; реже 3,6 м2. Таким же сечением обладают и другие горизонтальные подземные выработки, проводимые от штольни или от ствола шахты по простиранию тела полезного ископаемого (штреки) или вкрестего простирания (квершлаги, орты).

Нередко в разведочной практике применяются наклонные выработки, проходимые по телу полезного ископаемого в направлении его падения. В случае крутого падения эти выработки называются наклонными шахтами. При пологом залегании им присваивается наименование уклонов.

246

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

При проведении горноразведочных выработок значительной глубины или длины необходимо учитывать условия будущей эксплуатации месторождения. Иногда разведка сочетается с начальной стадией эксплуатации месторождения. В таких случаях некоторые этапы вскрытия месторождения и пронедения подготовительных выработок выполняются разведчиком, так как 'разведочные выработки одновременно являются и вскрышными или подготовительными.

Поэтому при заложении крупных разведочных шахт должны учитынаться такие условия, как: 1) центр сосредоточения грузов при будущей откатке и доставке полезного ископаемого по подземным выработкам; 2) необходимость оставления околошахтного целика; 3) рельеф поверхности эксплуатационного участка. Если разведочные выработки не будут испольюваны в качестве основных эксплуатационных выработок, они могут сыграть существенную роль для вентиляции, в качестве запасного выхода и т. п. Исходя из соображений максимального использования разведочных выработок при эксплуатации месторождения нужно выбирать и соответствующие их сечения, уклоны (в отношении уклонов у разведчиков особенно часто бывают большие неудачи) и необходимое оснащение. При выборе расстояний между разведочными горизонтами или расстояний между разведочными штольнями и штреками по вертикали следует руководствоваться нормальной высотой эксплуатационного этажа. Проходку вертикальной шахты предпочтительно осуществлять в лежачем боку крутопадающей залежи, так как в противном случае часть полезного ископаемого в висячем боку попадает в охранный целик и может быть потеряна (рис. 1). Наиболее рациональным видом разведочного вскрытия крутопадающего месторождения при спокойном рельефе поверхности надо считать шахту с квершлагом (см. рис. 1, 6).

Квершлаг является одним из основных видов разведочных выработок, так как на нем строится разрез вкрест простирания месторождения. Той же цели служит о р т, не выходящий за пределы тела полезного ископаемого.

С помощью квершлагов вскрываются параллельные тела полезных ископаемых и соединяются с шахтой или с главной штольней другие подземные выработки.

Штрек часто дает непрерывное горизонтальное обнажение тела полезного ископаемого. По мощным телам полезного ископаемого и по мощным продуктивным зонам от штрека через некоторые интервалы проходятся орты для вскрытия полной мощности тела полезного ископаемого на разведочном горизонте (рис. 2).

В подземных горизонтальных выработках в ряде случаев возникает необходимость проходки вертикальных или наклонных выработок, называемых гезенками и восстающими. Вертикальные гезенки и восстающие обычно проходятся из штреков, квершлагов и ортов для пересечения залежи выше или ниже разведываемого горизонта (рис. 3). Наклонные гезенки и

247

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

восстающие проводятся по падению тела полезного ископаемого и дают непрерывное обнажение этого тела (рис. 4).

Главной технической проблемой проходки разведочных горных выработок является непрерывное совершенствование и внедрение новых видов механизации этого весьма трудоемкого процесса. Следует иметь в виду, что эта проблема существенно отличается от проблемы механизации эксплуатационных работ, особенно на крупном руднике, так как объемы горных работ при разведке обычно во много раз меньше, чем при эксплуатации, и те средства и приемы механизации, которые дают значительный эффект на эксплуатационных рабэтах (аогрузочные машины, электровозы и т. п.), часто вследствие их громоздкости и дороговизны оказываются непригодными для разведки, особенно предварительной. Механизация проходки горных разведочных выработок должна направляться по пути так называемой малой механизации, предполагающей небольшие затраты и достаточно ощутимый технический и экономический эффект (передвижные легкие компрессоры и электростанции, простейшие механические подъемные устройства, лебедки и т. п.).

Механизация горноразведочных выработок легкого типа — канав И шурфов — обычно не рассматривается в специальных работах по проходке подготовительных и эксплуатационных горных выработок. Поэтому ниже даются некоторые рекомендации по данному вопросу.

1.Для механизации канавных работ могут быть применены роторные и траншейные экскаваторы, широко используемые в строительстве.

Разумеется, применение этих машин целесообразно в тех случаях, когда объемы канавных работ значительные — хотя бы не меньше месячной проектной производительности машины. В противном случае доставка, уход

иремонт машины потребуют больших затрат, чем проходка канав без их применения.

2.Для механизации проходки шурфов можно использовать бурильные машины большого диаметра, применяемые в различных отраслях строительства.

Для более глубоких шурфов целесообразно использовать смонтированную на автомашине бурильную машину АВБ-5, которая позволяет проходить шурф глубиной до 5—6 м, диаметром 500 мм за 10—20 минут (эта машина подходит для геологической съемки и поисков, связанных со вскрытием пород).

При проходке глубоких шурфов в рыхлых и водоносных породах хорошие результаты дают машина КШК-30 («копатель шахтных колодцев») и колонковый снаряд типа ТМ или БМН-860, сконструированный институтом НИГРИЗолото. Этот снаряд позволяет проходить дудки большого диаметра

(660—860 мм) до глубины 50 м.

Применение горных выработок в качестве технического средства разведки должно осуществляться с учетом следующих общих положений:

248

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

1.Заложение горных выработок должно быть основано на данных детального геологического изучения выходов месторождения и в некоторых случаях на данных разведочного бурения.

2.Горноразведочные выработки в большинстве своем должны проходиться с учетом их дальнейшего использования при эксплуатации.

3Габариты, направление и горно-геологические условия проходки

разведочных выработок должны выбираться так, чтобы они допускали скоростную проходку этих выработок.

4 Наибольшее количество горноразведочных выработок целесообразно проходить по полезному ископаемому с целью его изучения и опробования при попутной добыче.

Изучение полезного ископаемого с помощью подземных горных выработок как в отношении формы залежи, так и в отношении качества дает наиболее достоверные результаты. В некоторых случаях, при весьма изменчивых по форме и по качеству телах полезного ископаемого, проходка горных выработок становится единственно надежным средством разведки. Однако организационно горноразведочные выработки гораздо сложнее других видов и средств разведки и требуют больших затрат материальных средств и вре-

При всех многочисленных преимуществах горноразведочных выработок геолог-разведчик должен в меру возможности воздерживаться от проведения капитальных вскрышных и подготовительных работ. В процессе разведки нужно проходить минимум восстающих выработок, этажных штолен и штреков и т. д. Надо помнить, что специалист-горняк сделает это лучше геолога, тем более руководствуясь проектом.

3. БУРОВЫЕ РАЗВЕДОЧНЫЕ СКВАЖИНЫ

Бурение разведочных скважин является типичным, а для многих полезных ископаемых главным и даже единственным средством разведки. Хотя буровые скважины дают менее точные сведения о полезном ископаемом чем горные выработки, тем не менее разведочное бурение находит широкое применение благодаря своей мобильности, скорости работ, относительной легкости оборудования и меньшим расходам материальных средств на погонный метр проходки.

Последнее обстоятельство имеет особенно важное значение в связи с тем что приходится разведывать все более и более глубоко залегающие месторождения. Так, за вторую четверть XX века глубины разведочных скважин увеличились в Донбассе в 3 раза, в Криворожье в 2—3 раза. Поэтому удельный вес бурения в разведочных работах все возрастает, техника бурения заметно прогрессирует и усложняется.

В основе бурения лежат два механических принципа: 1) удар, дробящий горную породу в скважине; 2) вращение, приводящее к истиранию горной породы в скважине. В соответствии с этими двумя принципами различаются виды бурения: ударное, вращательное и ударно-вращательное.

249

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

Целесообразно различать виды бурения и по характеру инструмента или материала, разрушающего горную породу в скважине. Все виды наконечников буровых снарядов — долото, змеевик (шнек), алмазная или твердосплавная коронка, буровая дробь, шарошечное долото и т. п.— можно подразделить на две существенно различные группы:

1)наконечники, разрушающие всю горную породу в скважине (сплошной забой);

2)наконечники, выбуривающие в скважине кольцо, внутри которого сохраняется столбик горной породы — «керн» (кольцевой забой).

Колонковое бурение является главным видом разведочного бурения. Это бурение вращательное, механическое, с кольцевым забоем. Оно может быть алмазным, твердосплавным или дробовым. Сущность процесса вращательного бурения состоит в разрушении горной породы резцами (алмаз, твердый сплав, дробь) под непрерывным действием осевой нагрузки

ивращающих усилий. При этом разрушенные частицы выносятся с забоя скважины промывочной жидкостью (глинистый раствор, вода) или воздухом, которые одновременно охлаждают резцы.

Всякий буровой колонковый агрегат состоит из трех основных частей: бурового станка, двигателя (электрического или внутреннего сгорания) и насоса. Агрегат монтируется на ровной площадке величиной в несколько квадратных метров под копром, служащим для спуска и подъема бурового снаряда. Все это сооружение обычно называется «буровой вышкой». Имеются и передвижные буровые агрегаты, смонтированные на автомашине или на салазках. Эти агрегаты используются для бурения мелких скважин, главным образом в процессе поисковых и поисково-разведочных работ.

С точки зрения разведки преимуществами колонкового бурения являются: 1) получение керна, т. е. наиболее достоверного материала, характеризующего полезное ископаемое и геологический разрез; 2) возможность бурения в любых горных породах от рыхлых до крепчайших; 3) возможность бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. Эти преимущества делают колонковое бурение незаменимым во многих случаях разведочной практики.

При выборе бурового агрегата надо исходить из проектируемой глубины разведочных скважин.

Для бурения в подземных выработках применяются специальные буровые станки ГП-1 и НЗ-2отечественного производства. Из зарубежных станков для подземного бурения используются станки Х-2, Х-4 и Сулливан № 6.

Важнейшим качественным показателем колонкового бурения является «выход керна», т. е. выраженное в процентах отношение длины полученного керна к пробуренному интервалу скважины. Эффективность применения колонкового бурения при прочих равных условиях прямо пропорциональна выходу керна. Поэтому в процессе колонкового бурения главной заботой буровой бригады и геологического персонала является добыча максимально

возможного количества керна, выход которого редко достигает 100%.

250

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»