3. Методика поисков и разведки месторождений минерального сырья четвертичных отложений

3.1. Общие сведения о минеральном строительном сырье и требования к качеству песка, гравия и глинистого материала

Целесообразность промышленного использования минерального сырья устанавливается в результате выявления физико-механических, химических и других сведений, прежде всего об элементарном и минеральном составе пород, о содержании полезных компонентов, вредных примесей, физических свойствах минералов и др. Качество и промышленная ценность минерального сырья определяются в результате его опробования. Применяется химическое, минералого-петрографическое, техническое и технологическое опробование.

Обычно к промышленным типам месторождений относят разрабатываемые (эксплуатируемые), а также иногда уже разведанные и подготовленные к эксплуатации. Потенциально-промышленными считаются разведанные месторождения, не вовлеченные в эксплуатацию. Перспективно-промышленными являются менее исследованные месторождения.

3.1.1. Строительные пески и гравийно-песчаные породы

Пески и гравийно-песчаные породы связаны как с четвертичными, так и с более древними (неогеновыми, палеогеновыми и др.) отложениями. Формирование их – результат физической дезинтеграции и химического разложения и накопления продуктов выветривания в различных водных бассейнах и иных обстановках (морские, ледниковые, флювиогляциальные, ледниково-озерные, аллювиальные, озерные, и т. д.).

Пески и гравий – рыхлые осадочные горные породы, представляющие собой сочетание окатанных и угловатых обломков разных минералов и горных пород. Общепринятой единой классификации обломочных осадочных пород по размерам слагающих их обломков не имеется. Нижняя и верхняя границы песчаных зерен оцениваются по-разному: 0,05–2,0 мм (Л. Б. Рухин); 0,1–2,0 мм (А. Н. Заварицкий); 0,1 – 1,0 мм (Л. В. Пустовалов) и др.

В пределах размеров обломочных пород от песка до гравия по величине составляющих их зерен, исходя из прикладных и научных соображений, выделяется несколько гранулометрических фракций (рис. 3.1, табл. 3.1).

В горном деле и по промышленным стандартам (ГОСТ 8268–82) к пескам относят фракции мельче 5 мм; к гравию – обломки размерами от 5 до 70 мм с выделением диапазонов 5–10, 10–20, 20–40, 40–70 мм; к валунам – обломки крупнее 70 мм.

ГОСТ (8736–67) “Песок для строительных работ”, который устанавливает требования к пескам для строительства автомобильных дорог, железнодорожного путевого балласта, для строительных растворов и бетона (после отсева обломков крупнее 5 мм), определяет группы песков в зависимости от их гранулометрического состава (см. табл. 3.1). По данному ГОСТу пески с модулем крупности менее 1,0 мм не должны использоваться в строительном деле.

Таблица 3.1

Классификация строительных песков по модулю крупности и гранулометрическому составу

Группа песков	Полный остаток на сите № 063, в % по массе	Модуль крупности, Мк
Крупный	50	2,5
Средний	30–50	2,5–2,0
Мелкий	10–30	2,0–1,5
Очень мелкий	менее 10	1,5–1,0

В песках обычно встречаются примеси, прослои, линзы, блоки глинистого, алевритового, гравийного, галечного и валунного материала. Аккумуляции, содержащие более 60 % объема зерен песчаных фракций, относятся к песчаным породам.

Собственно промышленными песками считаются породы, содержащие более 90 % зерен песчаной фракции, прошедшей через сито с размером отверстий 5 мм; к гравийно-песчаным смесям относят песчаные породы с содержанием гравия более 10 %; валунно-гравийно-песчаными смесями являются песчаные породы с насыщенностью гравием и валунами более 10 и 5 % соответственно. Как правило, примеси валунно-гравийного материала в гравийно-песчаных залежах составляют 20–60 %, редко более.

Химический состав песков чаще всего характеризуется следующими показателями: SiO₂ – от 53,0 до 98,7 %, Nа₂O – от 0,1 до 7,1 %, слюды – от 0,0 до 0,4 %, SO₃ – от 0,0 до 3,1 %.

Гравий для строительных работ должен включать как крупные, так и мелкие фракции, то есть обладать гранулометрическим составом, обеспечивающим минимальный объем пустот между обломками, так как их чрезмерное наличие приводит к увеличению затрат цемента.

Большое содержание в гравии глинистого материала приводит к перерасходу цемента, который обволакивает глинистые частицы. Суммарная поверхность зерен и частиц при уменьшении их размеров возрастает. Так, суммарная поверхность 1 г частиц размером 0,2–0,002 мм составляет 4458 см², в то время как 1 г глинистых пород размером 0,002–0,00001 мм увеличивается до 9,89 тыс. м².

Общие требования к гравию (щебню из гравия и валунов) (ГОСТ 8268–74; ГОСТ 10260–74) устанавливают, что гравий (щебень) не должен содержать:

1) зерен пластинчатой или игольчатой формы более 35 % помассе;

2) слабых (выветрелых) зерен – не более 15 % по массе;

3) пылевато-глинистых примесей – не более 2 %;

4) вредных органических примесей, а также сульфидных и сульфатных соединений, которые понижают прочность бетона и способствуют его разрушению.

По степени морозостойкости марка гравия определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания, при которых потери в массе не превышают 10 % для марок М_мр-15 и М_мр-25 и не более 5 % для марок М_мр-50, М_мр-100, М_мр-150, М_мр-200, М_мр-300.

Механическая прочность гравия определяется:

1) дробимостью при сжатии (раздавливании) в цилиндре – при оценке гравия как заполнителя бетона;

2) истираемостью в пологом барабане – при оценке гравия для строительства автомобильных дорог;

3) сопротивлением удару на копре – при оценке гравия для балластного слоя железнодорожного пути.

При разведке гравийно-песчаных пород обязательна оценка песчаной фракции в качестве сырья для производства строительного песка, гравийной фракции размером зерен менее 20 мм – для производства гравия, а гравия размером более 20 мм и валунов – для производства щебня (ГОСТ 24100–86).

Для некоторых видов продукции гравийно-песчаные породы иногда могут быть пригодны без предварительной переработки. Характерные показатели, которым соответствуют природные гравийно-песчаные породы без переработки, приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2