- •Подземная разработка рудных месторождений
- •Предисловие
- •Раздел I
- •Глава 1
- •1.1. Предмет горных наук
- •1.2. Краткая характеристика рудной базы и основные
- •1.3. Основные понятия и определения
- •1.4. Морфология рудных месторождений
- •1.5. Физико-механические свойства горных пород
- •1.6. Классификация запасов полезных ископаемых
- •Глава 2
- •2.1. Стадии разработки
- •2.2. Порядок отработки этажей и блоков
- •2.3. Подземные горные выработки
- •2.4. Потери и разубоживание руды
- •2.5. О нормировании показателей потерь и разубоживания руды
- •2.6. Требования к разработке месторождений полезных ископаемых
- •Глава 3
- •3.1. Классификация способов вскрытия
- •3.2. Факторы, влияющие на выбор способа вскрытия
- •3.3. Влияние выемки полезных ископаемых на процесс
- •3.4. Определение границ опасной зоны сдвижения
- •3.5. Вскрытие вертикальными стволами
- •3.6. Вскрытие наклонными стволами
- •3.7. Вскрытие штольнями
- •3.8. Вскрытие уклонами
- •3.9. Комбинированные способы вскрытия
- •3.10. Околоствольный двор (од)
- •3.11. Способы подготовки рудных месторождений
1.4. Морфология рудных месторождений
Понятие морфологии месторождений включает:
формы рудных тел;
характер формы контактов с вмещающими породами;
мощность и ее изменчивость;
условия залегания;
выдержанность оруденения;
соотношение с вмещающими породами по времени образования;
глубина залегания;
степень и характер нарушенности пострудными тектоническими процессами.
Форма тел. По соотношению размеров выделяются три основных морфологических типа: изометрические, плитообразные и трубообразные. Изометрические – приблизительно равновеликие в трех измерениях. Сюда относятся штоки, штокверки и гнезда (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Формы рудных тел.
а – пласт; б – линза; в – шток; г – жила.
Шток – крупная (более 10 м) изометрическая залежь сплошного или почти сплошного минерального сырья. Если размеры подобных залежей меньше 10 м, их называют гнездами.
Штокверк – массивный объем горной породы изометрической формы, пронизанный различно ориентированными прожилками с вкрапленностями минералов (полезных компонентов).
Пласт – плитообразное тело, чаще осадочного происхождения, отделенное от других (вмещающих) пород относительно параллельными плоскостями напластования.
Жилы – трещины в горных породах, заполненные минеральным веществом. Боковые ответвления, проникающие во вмещающие породы, называются апофизами.
Трубообразные – рудные тела, вытянутые в одном направлении в глубину. Типичным примером трубообразных залежей являются алмазоносные трубки кимберлитов.
Контакты рудного тела с вмещающими породами бывают четкие и нечеткие (определяются по данным опробования), спаянные и легкоотделяемые, извилистые и относительно ровные. Характеристика контактов оказывает большое влияние на показатели разубоживания руды особенно при отбойке маломощных рудных тел.
Мощность рудной залежи и ее изменчивость. Мощность рудного тела – расстояние по нормали между висячим и лежачим боками залежи, пласта. Мощность рудных тел колеблется в широких пределах от первых десятков сантиметров до 100 и более метров. Этот параметр является весьма важным при выборе системы разработки. По мощности месторождения разделяются на пять групп:
весьма тонкие – до 0,7 м;
тонкие 0,7 – 2,0 м;
средней мощности 2,0 – 5,0 м;
мощные 5,0 – 20,0 м;
весьма мощные – более 20,0 м.
Для рудных месторождений характерна высокая изменчивость мощности по простиранию и с глубиной. Резкие изменения этого параметра осложняют горные работы, обусловливают повышенное разубоживание руды и ее потери в бортах камер. Обычно для месторождений указывают крайние пределы колебания мощности рудных тел и ее среднее значение. Изменчивость мощности оценивается статистическими методами.
Условия залегания. Пространственное положение рудной залежи характеризуется следующими элементами залегания: простиранием, глубиной распространения и углом падения (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Элементы залегания залежей полезных ископаемых.
Линия простирания – линия (АВ), образующаяся при пересечении поверхности залежи с горизонтальной плоскостью. Направление линии простирания называют простиранием рудного тела. Простирание характеризуется азимутом – углом между магнитным меридианом и линией простирания, Азимут определяется горным компасом.
Линия падения – линия (ДС), лежащая в плоскости залежи, перпендикулярная к линии простирания, направленная в сторону большего уклона. Направление противоположное падению называют восстанием залежи.
Угол, составленный поверхностью залежи (висячим боком или кровлей) и горизонтальной плоскостью называют углом падения.
Угол падения является одним из основных факторов, определяющим выбор системы разработки. По углу падения месторождения разделяются:
крутые – более 500;
наклонные 20 – 450;
пологие 3 – 200;
горизонтальные – до 30.
Выдержанность оруденения характеризуется непостоянством формы рудного тела и элементов залегания, наличием раздувов и пережимов, включений пустых пород, изменчивостью минералогического состава и содержания металла в руде. На большинстве месторождений цветных, благородных и драгоценных металлов обычно наблюдается выклинивание рудного тела, резкие скачки в рудонасыщении или полное отсутствие промышленных минералов. Численное соотношение безрудных и промышленных участков характеризуется площадным или объемным коэффициентом рудоносности:
Кор = Sруд / (Sруд + Sпор), д.ед., (1.1)
Кор = Vруд / (Vруд + Vпор), д.ед., (1.2)
где Sруд и Vруд – соответственно рудная площадь и рудный объем в пределах контура орудинения, м2, м3;
Sпор и Vпор – соответственно породная площадь и объем в пределах контура оруденения, м2, м3.
Нередко рудные залежи характеризуются высокой изменчивостью содержания полезных компонентов, разнообразием минералогического состава и соответственно обогатительными свойствами. В этом случае требуется картирование месторождения по типам руд и обогатимости, разработке технологии их раздельной переработки или совместной со стабилизацией вещественного состава.
Соотношение с вмещающими породами по времени образования. Большинство месторождений цветных, благородных, редких и радиоактивных металлов, многие виды неметаллического минерального сырья относятся к магматическо-метасамотической генетической группе. Эти месторождения сформировались из магматических расплавов и газово-жидких растворов, содержащих металлы. Их размещение связано, как правило, с крупными тектоническими нарушениями: глубинными разломами, складчатыми зонами, предгорными прогибами, антиклиналями и синклиналями. По времени образования оруденения, тектонические нарушения бывают дорудными, внутрирудными и послерудными. Последние значительно и часто усложняют форму промышленного оруденения залежи. При движении растворов происходят гидротермальные изменения минерального состава пород: окварцевание, пиритизация, хлоритизация, доломитизация и т.д. При этом окварцевание повышает устойчивость и крепость руды и вмещающих пород. Остальные изменения, наоборот, понижают эти характеристики.
Глубина залегания месторождения в значительной мере усложняет горнотехнические условия разработки: возрастают горное давление и температура горных пород, возникают области ослабленных участков массива, повышаются требования к технологии добычи и обеспечению безопасности горных работ.
Нарушенность залежей. Рудные массивы, как правило, нарушены тектоническими разрывами, образуя крупноблочную структуру различного порядка (рис. 1.3). Различают следующие виды тектонических нарушений (рис. 1.4).
|
Рис. 1.3. Типичная структура массива (рудник «Октябрьский»). 1 – вкрапленные руды; 2 – медистые руды; 3 – богатые сплошные руды; 4 – тектонические нарушения. |
Сброс – разрывное тектоническое нарушение, сопровождающееся перемещением по вертикальному направлению двух частей рудной залежи вдоль плоскости трещины. При взбросе породы висячего бока смещаются вверх, а породы лежачего бока – вниз. Сдвиг – разрывное тектоническое нарушение, сопровождающееся относительным перемещением двух смежных участков рудного тела в горизонтальном направлении. Надвиг – разрывное тектоническое нарушение, при котором висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на него.
Рис. 1.4. Геологические нарушения.
а – сброс; б – взброс; в – грабен; г – горст; д – надвиг; е – сдвиг.
При сложных перемещениях по нескольким разрывам образуются ступенчатые сбросы (см. рис. 1.3) – горсты (центральная часть поднята, краевые – опущены) и грабены (центральная часть опущена, краевые – подняты).
Перемещение какой-либо точки массива пород от начального ее положения по горизонтали или по вертикали называют, соответственно, горизонтальной и вертикальной амплитудой нарушения.
Усложнение структуры месторождения тектоническими нарушениями крайне затрудняют ведение очистных работ. Во-первых, зоны нарушения весьма неустойчивы, нередко заполнены дробленными породами в смеси с глинами, которые крайне трудно удержать от поступления в подготовительные и очистные выработки. Во-вторых, по этим зонам наблюдаются случаи прорыва грунтовых вод в выработки. В-третьих, в краевых участках нарушения, при подходе к ним подготовительных и очистных выработок формируется высокое опорное давление и возрастает вероятность проявления горного давления в динамической форме.
Качество полезного ископаемого включает в себя следующий комплекс показателей:
содержание полезных, сопутствующих и вредных компонентов;
физико-механические и физико-химические свойства;
вещественный (минеральный и химический) состав;
структурно-текстурные характеристики (взаимоотношение минеральных агрегатов, их формы, размеры и т.д.);
распределение полезных и вредных компонентов.
Ценность руд – определяет содержание в них полезных компонентов, уровень извлечения и их рыночную цену. Различают валовую и извлекаемую ценность руды. Валовую ценность руды (Цв) определяют:
Цв = Цр × С / 100, (1.3)
где Цр – рыночная стоимость 1 т металла, руб;
С – содержание металла в руде, %.
Валовая ценность комплексной руды равна сумме ценностей металлов, содержащихся в ней.
Извлекаемую ценность (Ци) 1 т руды определяют по формуле:
Ци = Цр × С × Кн × е / 100, (1.4)
где Кн и е – соответственно, коэффициенты извлечения полезных компонентов в процессе добычи и обогащения.
По ценности руды разделяются на богатые, средние и бедные.
Свойства вмещающих пород обладают, таким же, как и руды, разнообразием по крепости, нарушенности и устойчивости. Контакты их с полезным ископаемым бывают четкие или устанавливаются по данным опробования.