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

понятие «система разведки» входит тип геофизических измерений как важное средство разведки.

I. Системы мелких вертикальных скважин применяются для разведки неглубоко залегающих пологих и горизонтальных плоских тел полезного ископаемого, обычно с относительно малой изменчивостью качества: месторождений озер но-болотных руд, глин, песков, месторождений коры выветривания, водоносных горизонтов, россыпей и т. п. Наибольшее применение эти системы находят при разведке сильно обводненных долинных россыпей золота.

Эти разведочные скважины чаще всего не выходят из пределов молодых рыхлых отложений. Глубина их составляет 10—15 м, реже достигает 20—30 м. Располагаются они главным образом вдоль разведочных линий (параллельных и близких к параллельным), которые обычно прокладываются поперек продуктивной зоны, захватывая всю ее ширину. Такая ориентировка разведочных линий в большинстве случаев совпадает с направлением наибольшей изменчивости тела полезного ископаемого (рис. 1). Реже буровые скважины располагаются по какой-либо правильной сети.

По техническим средствам разведки среди систем мелких вертикальных скважин следует выделить три типичные разновидности:

Iа. Система мелких вертикальных скважин вращательного бурения осуществляется буром Эмпайр или шнековым механическим устройством.

I6. Система мелких вертикальных скважин комбинированного ударного и вращательного бурения реализуется с помощью простейшего бурильного комплекта или с применением малой механизации (вибратор).

Iв. Система мелких вертикальных скважин механического ударноканатного бурения проводится с помощью самоходных станков.

II. Системы глубоких вертикальных скважин служат для разведки глубоко залегающих, в общем пологих плоских тел полезного ископаемого и месторождений изометрической формы типа крупных штокверков. Примерами объектов, благоприятных для применения данных систем, могут служить: платформенные месторождения углей, погребенные крупные россыпи, залежи бокситов, пластообразные тела медистых песчаников типа джезказганских, штокверки медно-порфировых руд типа коунрадских, многие пласты нерудных полезных ископаемых. Исключительно широко эти

глубины от 70 до 1000 м. Большие глубины характерны лишь для разведки нефтяных и некоторых соляных месторождений. Кроме того, скважины глубиной свыше 1000 м в большинстве случаев испытывают столь значительные произвольные и часто неожиданные искривления, что сочетание таких скважин не может быть названо системой вертикальных скважин.

261

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

Располагаются буровые скважины преимущественно по какой-либо разведочной сети, а также по параллельным и реже разноориентированным разведочным линиям. Преимущественное расположение выработок по правильной, чаще всего квадратной, разведочной сети в этой системе определяется тем, что в большинстве случаев для пластообразных и штокверковых, часто изометричных тел, особенно для тех, которые залегают на значительных глубинах и не имеют выхода на дневную поверхность, невозможно определить характер анизотропии в отношении изменчивости свойств до окончания разведки.

При разведке глубокими вертикальными скважинами применяются совершенно другие буровые агрегаты по сравнению с бурением мелких разведочных скважин. По типу буровых агрегатов целесообразно различать четыре системы глубоких вертикальных скважин:

IIа. Система глубоких вертикальных скважин ударно-канатного бурения проходится с помощью тяжелых ударно-канатных станков. Система применяется в тех случаях, когда не обязательно получение керна. Может быть рекомендована для пород любой крепости, но наиболее эффективна в крепких и очень крепких, особенно в трещиноватых породах. Громоздкость и большой вес ударно-канатных агрегатов часто служат препятствием широкому применению данной системы в горной местности. Каротаж скважин в большинстве случаев обязателен. Эта важная для штоквер-ковых месторождений буровая система в СНГ несправедливо игнорируется.

IIб. Система глубоких вертикальных скважин колонкового бурения применяется при необходимости получения керна. В качестве буровых агрегатов используются обычные станки колонкового бурения. Система применима в породах любой крепости. Часто необходим коротаж для корректирования данных, полученных по интервалам с неполным выходом керна. Особенно хорошие результаты эта система дает при разведке каменноугольных бассейнов на площадях пологого залегания углей.

IIв. Комбинированная система скважин удар но-канатного и колонкового бурения оказывается рациональной в тех случаях, когда необходимо получить как можно больше материала для массовых проб и детально изучить геологический разрез, характер минерализации и внутреннее строение залежи полезного ископаемого. Первое условие обеспечивается ударно-канатным бурением с достаточно большим диаметром скважин. Вторая задача лучше всего решается с помощью скважин колонкового бурения (по керну). Отношение количества колонковых скважин к удар но-канатным колеблется от 1 : 1 до 1 : 10 в зависимости от сложности геологического строения месторождения, его размеров и задач опробования. Эта система применима к штокверковым месторождениям и некоторым другим.

Другая модификация данной системы представляет собой сочетание обоих видов бурения в одной скважине, когда, например, верхняя часть скважины проходится в породах, неблагоприятных для колонкового бурения

262

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

(галечники или очень крепкие породы), особенно если для них не требуется керн, а нижняя, проходимая по полезному ископаемому, бурится с отбором керна. Есть и специальные станки для применения комбинированного бурения.

IIг. Система глубоких вертикальных скважин роторного и турбинного бурения используется для разведки нефти и газа.

III. Системы наклонных скважин применяются для разведки крутопадающих и наклонных плоских тел полезного ископаемого— пластовых, жилообразных и линзообразных. В чистом виде эти системы применяются редко (для некоторых каменноугольных районов), так как верхние части такого рода месторождений обычно вскрываются горными выработками. Они часто используются для доразведки месторождений, эксплуатировавшихся в верхней части старыми рудниками (рис. 2,а).

Характерной особенностью данных систем является различная глубина скважин и различный угол их наклона в зависимости от геологических условий залегания месторождения. Эта особенность вытекает из принципа равномерности, ибо равномерное расположение пунктов пересечения крутопадающего тела полезного ископаемого на различных глубинах требует различной длины скважин (рис. 26), а изменение угла падения пластообразных тел и продуктивных зон вызывает необходимость изменения угла наклона скважин. Обычно глубины наклонных буровых скважин колеблются в пределах 50—1200 м. Скважины более глубокие вследствие произвольных искривлений требуют иного подхода к проходке и рассматриваются ниже, в другой группе систем.

Скважины задаются преимущественно по разведочным линиям, ориентированным вкрест простирания тела полезного ископаемого или продуктивной зоны. Иногда сближенное положение таких разведочных линий в совокупности преобразуется в правильную разведочную сеть.

Системы наклонных скважин проходятся с помощью агрегатов колонкового бурения и существенных различий по виду применяемого оборудования не имеют.

IV. Системы глубоких скважин переменной кривизны пока не имеют широкого распространения в разведочной практике, но, вероятно, им принадлежит большое будущее, поскольку разведочные и горные работы уходят на все большие глубины, где желательно по мере надобности изменять угол наклона буровых скважин. В настоящее время скважины переменной кривизны под названием «скважин наклонно-направленного бурения» проходятся при разведке на нефть, при инженерных и других специальных изысканиях (когда они задаются под реки, под строения и т. п.), а также при глубоких разведках рудных месторождений с большой изменчивостью качества.

Сущность такой системы состоит в том, что буровым скважинам на разных интервалах глубины придаются различные углы наклона в соответствии с задачами разведки. Таким образом, скважина, заданная

263

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

вначале вертикально, принудительно искривляется под любым углом или, наоборот наклонная скважина на некоторой глубине превращается в вертикальную.

Бурение такого рода скважин и формирование соответствующих буровых систем стало возможным с внедрением в практику разведочных работ турбинного бурения. Правда, пока еще использование турбинного бурения при разведке полезных ископаемых ограничивается бурением на нефть Но, безусловно, этот прогрессивный вид бурения, а с ним и соответствующие системы буровых работ найдут широкое применение и при разведке твердых полезных ископаемых, особенно на больших глубинах.

7. ГРУППА ГОРНЫХ СИСТЕМ

Горными системами осуществляется полная и наиболее достоверная разведка месторождений. Нередко горными работами вновь «создавались» месторождения или переоценивались забракованные в результате бурения рудники (например, Ивановский и др. в Восточном Забайкалье). Однако, поскольку проходка горных выработок требует значительных затрат времени

исредств, применение горных систем в чистом виде обычно ограничивается сложными телами полезных ископаемых, весьма неустойчивыми по формам

ис крайне неравномерным распределением полезного ископаемого.

Горные системы группируются в три вида: V. Системы разведочных шурфов.

VI. Системы разведочных штолен.

VII. Системы разведочных шахт.

Внутри каждого вида различаются модификации, зависящие главным образом от характера и геологических условий залегания полезного ископаемого.

V. Системы разведочных шурфов по условиям их применения подобны системам мелких буровых скважин: они служат для разведки пологих близповерхностных тел полезных ископаемых. Но использование шурфов вместо разведочных скважин целесообразно лишь в тех случаях, когда тела полезного ископаемого обладают сильной изменчивостью качества и сложным внутренним строением. Важным условием применения системы шурфов является безводность или слабая обводненность разведочного участка.

Помимо применения к мелко залегающим месторождениям (кирпичные глины), целесообразно использовать шурфы в условиях особой дешевизны их проходки (дудки для разведки каолина).

Глубины, до которых разведка шурфами достаточно экономична, составляют 15—20 м; глубже работы значительно удорожаются. Ориентировочным пределом применения данной системы следует считать среднюю глубину шурфов 30 м.

Расположение разведочных шурфов обычно линейное, но для месторождений с неясной анизотропией свойств (месторождения коры

264

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

выветривания, делювиальные россыпи и т. п.) нередко применяется и правильная разведочная сеть.

Можно различать две разновидности систем разведочных шурфов: Vа. Система простых шурфов, подобно буровым скважинам, призвана

произвести ряд пересечений тела полезного ископаемого.

Vб. Система шурфов с рассечками представляет собой более сложное сочетание разведочных выработок и более надежно освещает подземную ситуацию и внутреннее строение полезного ископаемого (рис. 3). Особенно характерна система шурфов с квершлагами.

VI. Системы разведочных штолен возможны лишь на местности с расчлененным рельефом и применяются для самых разнообразных по формам и условиям залегания тел полезного ископаемого. Сущность разведки штольнями состоит в создании серии горизонтальных сечений (разрезов) тела полезного ископаемого. Поэтому, если поперечные разрезы тела полезного ископаемого превышают габариты штольни, то от нее в обе стороны проходятся рассечки до пересечения контакта полезного ископаемого с вмещающими горными породами (рис.4). Расстояние между разведочными штольнями по вертикали зависит от вероятной высоты этажа при будущей эксплуатации разведываемого месторождения. Обычно его рационально принимать равным двойной и даже тройной высоте эксплуатационного этажа.

Глубина, до которой можно вести разведку собственно штольнями, определяется степенью расчлененности рельефа; в общем случае она равна расстоянию от выхода полезного ископаемого на самой высокой точке месторождения до самой низкой отметки рельефа на разведочном участке. Глубже система разведки уже приобретает комбинированный характер, переходя в сочетание штольни со слепой разведочной шахтой или гезенком.

Следует выделить три основные разновидности систем разведочных штолен:

VIа. Система штолен, прокладываемых по простиранию продуктивной зоны, удобна в тех случаях, когда вкрест простирания последняя обнажена (разрезана) горным распадком или речной долиной.

VIб. Система штолен квершлажного типа применяется в случае расчлененности рельефа вдоль продуктивной зоны месторождения. Штольня проводится вкрест простирания тела полезного ископаемого (зоны), и от места пересечения его штольней задаются штреки по простиранию.

Конечно, проходятся штольни и под углом к простиранию рудного

тела.

VIв. Система штолен со слепой шахтой на нижнем горизонте представляет собой уже комбинированную систему и применяется в тех случаях, когда тело полезного ископаемого погружается ниже самой низкой отметки разведочного участка (рис. 5).

VII. Системы разведочных шахт оказываются рациональными в тех случаях, когда другим, более дешевым путем невозможно разведать

265

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

месторождение. Основными условиями применения системы разведочных шахт являются относительно ровный рельеф поверхности и глубокое залегание крайне изменчивых тел полезного ископаемого (редких и драгоценных металлов и минералов).

Сама шахта не является разведочной выработкой. Она предназначается лишь для вскрытия месторождения (и впоследствии может использоваться для вспомогательных эксплуатационных целей). Основное разведочное назначение выполняют выработки, задаваемые из шахты в виде квершлагов и штреков. Эти последние нарезаются подобно штольням через определенные интервальГпо глубине и также создают серию горизонтальных сечений.тела полезного ископаемого.

Глубины разведочных шахт обычно не превышают 150—200 м. Более глубокие горизонты месторождения разведываются системой шахт уже в процессе эксплуатации, когда горные выработки проходятся на глубину одновременно и для разведки и для разработки месторождения.

По характеру и сочетаниям подземных горных выработок, применяемых в зависимости от геологического строения месторождения, различаются три разновидности систем разведочных шахт:

VIIa. Система вертикальных разведочных шахт с квершлагами широко распространена в практике. Шахты обычно задаются в лежачем боку месторождения и с помощью квершлагов достигают тела полезного ископаемого на различных горизонтах. От квершлагов развивается сеть штреков, ортов и других подземных выработок (рис. 6).

VII6. Система вертикальных разведочных шахт, пересекающих продуктивную зону, применяется для разведки пологих, часто слепых тел полезного ископаемого типа джезказганских медистых песчаников или доннор залежи медно-никелевых руд Монче-тундры. В этом случае от ствола шахты в пункте пересечения продуктивной зоны проходятся горизонтальные или наклонные (в зависимости от геологического строения месторождения) подземные выработки в виде штреков, уклонов и рассечек из них (рис. 7).

VII в. Система наклонных шахт осуществляется путем проведения последних по направлению падения плоского тела полезного ископаемого. От шахты по телу полезного ископаемого на различных горизонтах проходятся штреки и другие подземные выработки (рис. 8).

8. ГРУППА КОМБИНИРОВАННЫХ ГОРНОБУРОВЫХ СИСТЕМ

Большинство месторождений черных, цветных, редких и драгоценных металлов и многие месторождения неметаллических полезных ископаемых разведываются с помощью буровых и горных разведочных выработок. Горнобуровые разведочные системы, представляющие собой рациональное сочетание тех или иных горных и буровых выработок, наиболее широко распространены в разведочной практике. В зависимости от степени изменчивости свойств полезного ископаемого в одних системах преобладают горные выработки, в других — буровые скважины.

266

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

Разнообразие технических средств разведки и их возможных сочетаний обусловливает обилие более или менее отличных друг от друга горнобуровых, разведочных систем. Здесь обращается внимание на наиболее распространенные виды комбинированных горнобуровых систем:

VIII. Системы мелких вертикальных скважин с контрольными шурфами-

IX. Системы разведочных штолен и буровых скважин.

X. Системы разведочных шахт и буровых скважин.

VIII. Системы мелких вертикальных скважин-с контрольными шурфами находят применение в тех же условиях, что и системы мелких скважин или системы шурфов. В данной; комбинированной системе шурфы служат для подтверждения данных, полученных бурением, а поэтому их назначение главным образом контрольное;. Обычно количество шурфов составляет 5—10% от количества буровых, скважин.

Шурфы следует располагать по разведочной буровой сети и в пунктах уже пройденных скважин (т. е. сопряженных). Этим путем контролируются не только средние величины, полученные по данным буровых скважин, но также частные значения мощностей полезного ископаемого и содержаний полезных компонентов по отдельным скважинам, сопряженным с шурфами.

IX Системы разведочных штолен и буровых скважин чаще всего применяются на месторождениях, погружающихся на большие глубины, когда верхняя часть месторождения разведывается штольнями, а нижняя — буровыми скважинами. При этом возможны две основные модификации систем:

IХа. Система штолен и наклонных буровых скважин, задаваемых с поверхности, удобна при падении тела полезного ископаемого в сторону

понижения рельефа.

IX6. Система штолен и наклонных буровых скважин подземного бурения, задаваемых с нижних разведочных горизонтов, рациональна при падении тела полезного ископаемого в сторону, противоположную понижению рельефа (рис. 9).

X. Системы разведочных шахт и буровых скважин характерны для разведки крутопадающих и уходящих на большие глубины продуктивных зон и отдельных тел полезного ископаемого при ровной поверхности разведочного участка. В таких условиях проходка очень глубоких шахт для разведочных целей неприемлема, а разведка только буровыми скважинами для многих месторождений ненадежна. Поэтому верхняя часть месторождения разведывается какой-либо системой разведочных шахт, а нижняя — буровыми скважинами. При этом, так же как в случае комбинирования бурения со штольнями, различаются две разновидности систем:

Ха. Система разведочных шахт и буровых скважин, задаваемых с поверхности (рис. 10).

267

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

Хб. Система разведочных шахт и буровых скважин подземного бурения (рис. 11).

Кроме перечисленных главных систем разведочных работ, существует несколько комбинаций подземных горных разведочных выработок с горизонтальными буровыми скважинами, заменяющими рассечки и орты, а также другие сочетания различного рода горных выработок и буровых скважин, имеющие второстепенное значение.

268

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

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1. Система разведки россыпи мелкими вертикальными скважинами (по В. И. Смирнову) а — план: 1— скважина; 2 —шурф; 3 — шурфоскважина; 4 — запасы категории В; 5

— запасы категории С1;

б — профиль части разведочной линии: 1 — растительный слой; 2 — пески; 3 — глины; 4 — суглинки; 5 — песчаники; 6 — галечники; 7 — щебень; 8—валуны; 9— граница промышленной части россыпи

269

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

окварцованные; 4 — сланцы пиритизированные; 5 — колчедан; 6 — бурые глины.

Рис. 3. Система шурфов с рассечками на месторождении Семиз-Бугу (по П. М. Татаринову)

1— вторичный кварцит; 2 — андалузитовая порода; 3 — залежи корунда; 4 — делювий

270

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