Опробование месторождением минерального сырья

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ДАННОЕ

Опробование месторождений и искусственных скоплений (напри­мер, отвалов) полезных ископаемых в процессе поисков и разведки производится с целью установления их качества применительно к требованиям, предъявляемым промышленностью к тому или иному виду минерального сырья. Данные разведочного опробования исполь­зуются для подсчета промышленных запасов месторождения, кроме того, они определяют выбор способа и схемы переработки полезного ископаемого и позволяют решать некоторые вопросы технического проектирования и текущего планирования добычи.

Процесс опробования твердых полезных ископаемых обычко состоит из трех основных звеньев: 1) отбора (взятия) начальных проб, осуществляемого с таким расчетом, чтобы качество минераль­ного сырья было охарактеризовано с необходимой точностью; 2) обра­ботки проб, заключающейся в доведении веса каждой начальной пробы или группы проб до величины, необходимой для соответству­ющих исследований, и 3) испытания (исследования, анализ) проб.

Все эти испытания либо выходят за пределы функций инженера-геолога, либо рассматриваются в других специальных курсах. Поэтому здесь внимание сосредоточивается в основном на вопросах отбора и обработки проб.

В последнее время понятие о пробах и опробовании расширяется, так как появляются новые способы (радиометрия, люминесценция, гамма-гамма-каротаж), позволяющие на месте залегания полезного ископаемого определять его качество, используя различные физиче­ские свойства минералов. Таким образом, опробование, выявляющее состав и свойства ископаемого, понимается здесь в широком смысле как метод, устанавливающий качество минерального сырья.

Отбор проб в горных выработках

Все разновидности способов взятия проб проще рассматривать, если подразделить их на три группы: точечные, линейные и объемные. К первой группе относятся способы: штуфной, точечный и вычерпы­вания. Во вторую группу входят бороздовый и шпуровой и, наконец, к третьей группе принадлежат задирковый и валовой способы.

Штуфной — простейший способ отбора проб, он состоит ,в отбойке отдельных кусков породы весом 0,5—2,0 кг. Этот прием употребляется очень редко: для установления качества простейших полезных ископаемых или для получения хотя бы приблизительной его характеристики, если по каким-либо причинам нужно иметь сугубо ориентировочное представление об элементарном составе минерального сырья, например, в период поисков или поисково-разведочных работ. Обычно штуфное опробование проводится для минераграфического изучения руд.

Сущность точечного способа заключается в следующем: в забое или в стенке выработки по рудному телу намечается сетка * (рис. 87); из середины клеток сетки или по углам их отбиваются кусочки (частичные пробы) руды, примерно равного объема, которые вместе составляют начальную пробу.

Точечный способ опробования может применяться для мощных и средней мощности тел полезного ископаемого с относительно равно­мерным распределением полезных компонентов, например для медно-колчеданных руд-.

Взятие проб способом вычерпывания производится после отпалки руды в навале у забоя. Для этого на навал набрасы­вается веревочная сетка (или сетка наносится мысленно) и из сере­дины ее ячеек отбираются частичные пробы определенного веса, составляющие начальную пробу данного навала.

При отборе проб способом вычерпывания необходимо обращать внимание на то, чтобы соотношение между крупным рудным материа­лом имелочью, поступающей в пробу, соответствовало их соот­ношению в опробуемых навалах.

Преимущество рассматриваемого способа взятия проб заключается в его высокой производительности, в три-пять раз и более превыша­ющей производительность опробования с отбойкой материала пробы в тех же условиях. Кроме того, отбор проб способом вычерпывания не задерживает проходку выработок.

Рассматриваемый способ отбора проб может широко применяться при опробовании мощных и весьма мощных тел рудных и нерудных полезных ископаемых.

Сущность взятия пробы шпуровым способом состоит в отборе буровой муки или шлама в процессе бурения шпуров (рис. 88). При этом используются шпуры, пробуриваемые для проходки выработок, или же задаются специальные шпуры вкресг простирания рудного тела, позволяющие вести опробование для оконтуривания рудных тел.

Шпуровой способ опробования по сравнению с другими способами имеет ряд преимуществ:

1) процесс бурения шпуров, заданных в целях продвшкения забоев, часто совмещается с процессом пробоотбора;

2) проходка забоя не задерживается процессом взятия пробы;

3) обработка материала проб сводится к минимуму, так как диа­метр наибольших частиц шпуровых проб обычно не превышает 2 мм.

Систематические ошибки при шпуровом опробовании возможны при наличии мягких и легко крошащихся рудных минералов. В этих случаях сотрясение бура может вызвать осыпание со стенок сква­жины богатого (или убогого) рудного материала. Сильно трещинова­тые руды могут обусловить большие потери пыли или шлама. Во всех случаях предварительную проверку шпурового способа каким-либо другим, заведомо надежным для данных условий, следует считать обязательной.

Вороздовый способ состоит в проведении на обнажен­ной поверхности рудного тела борозды, форма и размеры которой зависят от мощности тела и характера распределения в нем полезных компонентов и вредных примесей. Форма и размеры сечения борозды сохраняются неизменными на всем ее протяжении.

Во всех горных выработках, при прочих равных условиях, борозды необходимо располагать по направлению наибольшей измен­чивости содержания исследуемых компонентов в рудных телах. Это направление обычно совпадает с линией мощности, поэтому во мно­гих учебных руководствах и журнальных статьях рекомендуется проводить борозду по мощности. Однако невозможность во многих случаях определить линию истинной мощности тела в горной выра­ботке из-за косого сечения рудного тела или расплывчатых контактов делает такие рекомендации неосуществимыми и часто приводит к бессистемной ориентировке борозд.

Значительно удобнее в подавляющем большинстве случаев приме­нять горизонтальные и вертикальные борозды (рис. 89). Первые применимы к телам полезных ископаемых, падающим под углами 90—45°, а вторые — к телам с углом падения 45—0°.

В штреках борозды необходимо проводить в передовых забоях. В случае невозможности опробования передовых забоев (например, в связи с форсированной проходкой) допускается проведение борозд по кровле или стенке штрека, что, однако, по ряду причин является менее рациональным.

В ортах и квершлагах борозды располагаются по стенкам. При этом может опробоваться одна стенка или обе. В последнем случае две противоположные борозды объединяются в одну пробу.

В выработках, пройденных по падению (и восстанию) рудных тел, борозды располагаются по стенкам горизонтально при крутом падении рудных тел и вертикально — при пологом.

В канавах борозды располагаются по линии мощности; они могут проводиться по стенкам или дну канавы.

Опробование вмещающих пород (там, где оно необходимо) должно быть выборочным, если геологическая документация и результаты достаточного числа взятых вначале специальных проб указы­вают на постоянное, но непромышленное содержание в них исследу­емых компонентов.

Систематическое опробование шурфов, пересекающих тела полез­ных ископаемых с неравномерным и весьма неравномерным распре­делением полезных компонентов, рационально производить двумя бороздами по двум противоположным стенкам.

Наиболее распространенной формой сечения борозд являемся прямоугольная, в которой ширина больше глубины. Применяются также борозды треугольной формы, которые, однако, в практике сколько-нибудь значительного распространения не имеют.

На многих уральских медноколчеданных месторождениях широ­ким распространением пользуются так называемые «пунктирные» борозды. Это борозды весьма неправильного сечения, отбиваемые по линии наибольшей изменчивости оруденения не сплошь, а с неко­торыми перерывами. К этому же типу относятся «линейные» пробы, представляющие собой непрерывные борозды значительно меньшего, чем обычно, и невыдержанного поперечного сечения. Опыт показы­вает, что такое опробование дает в указанных условиях удовлетвори­тельные результаты: но нельзя рекомендовать применение таких борозд без тщательной проверки их нормальными бороздами.

Рекомендуемые поперечные сечения прямоугольных борозд в за­висимости от степени неравномерности оруденения и мощности руд­ных тел приведены в табл. 24.

Возможно и некоторое увеличение сечения борозд в мягких рудах, уменьшение же сечения борозд по сравнению с указанными в табл. 24 должно быть обосновано (в качестве обоснования требуются сравни­тельные данные опробования бороздами различных сечений).

При опробовании россыпных месторождений размеры борозд должны быть больше, в некоторых случаях даже в несколько раз больше предложенных выше.

Бороздовый способ отбора проб приемлем почти для всех корен­ных, а также для многих россыпных месторождений. Он иногда оказывается неэффективным при опробовании канав, вскрывающих весьма неравномерные жильные рудные тела, и совершенно непри­меним при некоторых брекчиевидных текстурах руд (в этом случае он влечет за собой систематические ошибки), а также на некоторых золоторудных и других месторождениях с очень малым размером рудных тел, на платиновых месторождениях с крайне неравномерным распределением платиноидов, на месторождениях драгоценных кам­ней. Этот метод малопроизводителен в крепких рудах.

Задирковый способ заключается в отбойке (задирке) ровного слоя полезного ископаемого по всей обнаженной части руд­ного тела в забое, кровле или почве горной выработки. Опробование почвы иногда целесообразно производить лишь в канавах. Длина задирки при опробовании кровли горных выработок и почвы канав принимается обычно от 1 до 2 м. При опробовании забоев она опре­деляется длиной рудного тела в пределах забоя. Глубина задирки (отбиваемого слоя) принимается равной 5—10 см. Вес задирковой пробы зависит от мощности рудных тел и вообще регламентирован быть не может.

Отбойка проб должна производиться с особой тщательностью; задирка неровным слоем, например, когда более мягкий рудный материал, приуроченный к висячему или лежачему боку залежи, поступает «в пробу в относительно большем количестве, может при­вести к существенным ошибкам (к разубоживанию или обогащению проб). В .связи с этим надо уделять большое внимание подготовке участков, подлежащих опробованию: прежде всего они должны быть по возможности выровнены.

Применение валового способа определяется в одних случаях специфическими текстурами руд: брекчиевыми, конгломератовыми и пр., в других — особенностями испытаний проб данного полезного ископаемого (например, слюд).

В пробу может отбираться вся рудная масса, например с каждой второй или третьей уходки, или только некоторая ее часть. Решение этого вопроса зависит от степени неравномерности распределения исследуемых компонентов, характера необходимых испытаний и дру­гих условий. Валовое опробование, например некоторых месторо­ждений вольфрама, молибдена и олова, дает удовлетворительные результаты при начальных весах проб 1,0—1,5 т. И только если предполагается из рудной массы отбирать концентрат, начальные веса проб увеличиваются до 2—3 т.

Сплошное валовое опробование, без интервалов, производится на многих слюдяных месторождениях, на месторождениях драгоцен­ных и оптических камней и на некоторых месторождениях редких металлов и платины, если рудные тела имеют небольшие скопления (резко обособленные «погреба», кустовые, гнездовые и др.).

Наибольшее значение валовой способ опробования имеет для тех­нологических испытаний, требующих больших масс полезного ископаемого. Он незаменим также при испытаниях физико-механи­ческих свойств (объемного веса, пористости, кусковатости, коэффи­циента разрыхления и т. п.) полезного ископаемого и вмещающих пород.

Для технологических испытаний валовые пробы отбираются с учетом распределения различных сортов руд в простран­стве, их запасов и условий разработки месторождения. Если в про­цессе разведки намечается несколько типов руд, требующих примене­ния различных схем обогащения или переработки и раздельного подсчета запасов, то, очевидно, и пробы для технологических испыта­ний нужно брать отдельно по каждому типу руд. Если же некоторые или все типы руд будут смешаны на обогатительной фабрике, то относительные количества их в валовой пробе должны быть пропор­циональны запасам этих типов.

В стадии предварительной разведки обычно отбираются пробы для лабораторных испытаний. В такую пробу отбирается руда с неко­торого интервала выработки (1—2 пог. м) со всеми безрудными вклю­чениями в контуре залежи, которые не могут быть отделены в про­цессе эксплуатации (небольшие блоки и прослои пустых или слабо-оруденелых пород). При отсутствии горных выработок, позволяющих взять из глубинных частей месторождения валовые пробы, последние составляются из материала, добываемого в буровых скважинах (керн и шлам).

В стадии детальной разведки, когда для неизученных типов месторождений уже обязательно проходятся горные выработки, валовые пробы отбираются в этих выработках. Наиболее благоприят­ными условиями надо считать такие, когда имеется возможность отобрать пробы, характеризующие изменение качества руды и в гори­зонтальном направлении (из штолен и штреков), и в вертикальном (из шахт). При этом возможно объединение однотипного рудного материала из нескольких выработок для характеристики среднего качества полезного ископаемого на некотором участке площади месторождения. Минимальное количество валовых проб для каждого типа руд — три-четыре.

Валовые пробы, отбираемые в период детальной разведки, пред­назначаются главным образом для испытаний в полузаводском или заводском масштабе. Эти пробы должны представлять средний состав рудной массы с вероятным разубоживанием за счет включения приконтурных пустых, пород, не поддающихся отделению при добыче. Если же в условиях будущей эксплуатации возможна рудо-разборка, то материал пробы должен быть подвергнут такой же рудо-разборке.

Методика отбора заводских и полузаводских проб должна устана­вливаться совместно геологом, горняком и технологом, так как стои­мость испытаний этих огромных проб очень велика и повторение их в случае неправильного отбора пробы влечет за собой значитель­ные потери средств.

Веса проб, предназначенных для технологических испытаний, зависят от масштаба испытаний. Для лабораторных испытаний ме­таллических и многих неметаллических руд обычно ограничиваются относительно небольшим количеством материала: от 100—250 до 1000 кг. При испытаниях в полузаводском масштабе веса проб уве­личиваются до 10—15 т, а при испытаниях в заводском масштабе они определяются производительностью технологических агрегатов и временем, необходимым для проведения испытаний. Такие пробы весят от первых десятков до сотен тонн.