Лекция 9 РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ЦЕЛИ И

Лекция 9 РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ЦЕЛИ И ПРИНЦИПЫ РАЗВЕДКИ Цель разведки выявление промышленных месторождений полезных ископаемых, получение разведанных в недрах запасов минерального сырья и других данных, необходимых и достаточных для рационального проектирования и последующего функционирования горнодобывающих и перерабатывающих предприятий. Важным при разведки являются вопросы детальности изучения месторождения, плотности разведочной сети, выбора первоочередных, наиболее рудоперспективных участков или рудных тел, глубины их разведки, оценки изменчивости основных параметров. Решение этих вопросов осуществляется в процессе разведочных работ по методике, основанной на положениях, получивших название принципов разведки. К ним относятся: 1. принцип последовательных приближений; 2. принцип аналогии; 3. принцип выборочной детализации наблюдений; 4. принцип полноты исследований; 5. принцип равной достоверности; и 6. принцип наименьших затрат средств и времени. На принципе последовательных приближений основано подразделение геологоразведочного процесса на стадии и подстадии. Это обусловлено, прежде всего, неоднородностью геологических свойств изучаемых месторождений и их размерами, приращением информации в результате последовательной детализации работ, позволяющей локализовать объекты исследований и уточнить представления об этих свойствах для решения очередных практических задач. Принцип аналогии основан на использовании в разведке накопленного опыта изучения однотипных с разведуемым месторождений, характеризующихся общими чертами сходства по геолого структурным условиям локализации, вещественному составу руд и изменчивости распространения полезных компонентов. При достаточной степени сходства разведуемого месторождения и его аналогов обосновано использование этих главнейших критериев подобия для определения промышленного типа, систем и методов его разведки, ориентировки, нормы и плотности разведочной сети. Исходя из принципа аналогии на разведочных стадиях осуществляется прогноз оруденения за пределами продуктивных горных выработок и скважин в виде зон экстраполяции. Принцип выборочной детализации предусматривает проведение на типичных (эталонных) участках месторождений, рудных зон или залежей более детальных работ, чем на других участках. Данные об изменчивости геологических свойств эталонных участков по принципу ана логии распространяют на остальные участки. Принцип полноты исследований играет важную роль в обеспечении необходимой информацией для подсчета запасов, составления кондиций, проектирования предприятий по добыче и переработке минерального сырья. Соблюдение этого принципа позволяет получить сведения о размерах и контурах всего месторождения, в особенности о распространении оруденения на глубину, его отдельных рудных тел, горно геологических, гидрогеологических и других природных условиях их залегания, промышленных сортах и типах руд, их комплексном фазовом составе, закономерности распространения в них ценных компонентов. Степень полноты исследований зависит от детальности работ.

Принимая во внимание дискретность строения тел полезных ископаемых, повышение детальности исследований следует считать целесообразным до тех пор, пока прирост информации может обеспечить при эксплуатации возмещение затрат на ее получение. Принцип равной достоверности, или изученности, дифференцируется как по природным уровням объектов исследований, так и по отдельным их параметрам в пространстве. Он позволяет ограничить влияние субъективного фактора при изучении изменчивости геологических свойств месторождений, рассматривая ее по определенным направлениям как случайную величину. Этим принципом руководствуются при выборе величины равных расстояний между разведочными выработками и скважинами, опробуемыми сечениями по простиранию и падению тел полезных ископаемых. Принцип наименьших затрат средств и времени выражает планово экономический подход к соблюдению перечисленных принципов разведки. Возникающие при этом противоречия должны быть устранены нахождением оптимального варианта разведки, удовлетворяющего всем ее принципам и обеспечивающего максимальную эффективность геологоразведочных работ. СТАДИИ РАЗВЕДКИ, ИХ ЗАДАЧИ Разведочные работы более трудоемкие и дорогостоящие, чем поисковые. Вследствие этого единый в методическом отношении разведочный процесс развивается как бы по ступеням, именуемым стадиями. Разведочная стадия объединяет комплекс геологоразведочных работ, проводимых на месторождении в целом или на его части с целью решения поставленных проектом задач по изучению геологических неоднородностей объекта, подсчету запасов и геолого промышленной оценке. Выделяется три стадии разведки: предварительная, детальная и эксплуатационная. Затем, может быть введена на действующих горнорудных предприятий дополнительная стадия доразведка месторождений, подразделяющейся на две подстадии: а) доразведка месторождения, не освоенного промышленностью; б) доразведка разрабатываемого месторождения. Как уже отмечалось, стадийность разведочного процесса вытекает из принципа последовательных приближений. В полном объеме и приведенной последовательности она осуществляется на крупных и важных для развития народного хозяйства месторождениях. Предварительная разведка. Основной задачей предварительной разведки является получение достоверной информации, способной обеспечить надежную геологическую, технологическую и экономически обоснованную оценку промышленной значимости месторождения. Задача предварительной разведки заключаются в конкретной характеристике количества (запасов) и распределения полезного ископаемого в пространстве (геометризации залежи), качества полезного ископаемого и горнотехнических условий его отработки. Вопросы общей геологии месторождения — стратиграфии, фациально литологических комплексов, магматизма, тектоники, минералогии и вещественного состава полезного ископаемого, структуры рудного поля — должны быть изучены с детальностью, позволяющей судить о генезисе и геологической истории месторождения, определить его геолого промышленный тип, а также обосновать все практически важные для промышленности выводы и прогнозы. Проектирование предварительной разведки заключается в подборе средств и способов для наиболее эффективного решения всего комплекса указанных задач.

Предварительная разведка проводится на месторождениях, получивших положительную оценку в результате поисково разведочных работ. Правильный подход к предварительной разведке предполагает изу чение всего месторождения с умеренной детализацией отдельных ха рактерных участков основных залежей. Обычно разведочные работы начинают на наиболее перспективных участках в центре месторождения и на верхних горизонтах. Общие задачи предварительной разведки оп ределяют в известной степени и последовательность работ: 1) подсчитать запасы промышленных категорий (в основном категории C 1) по количеству и распределению, обеспечивающие промышленное горнорудное предприятие; 2) определить общий масштаб месторождения, т. е. установить контур месторождения по площади и на глубину; 3) при положительных результатах получить необходимые данные для составления ТЭДа. Основными задачами предварительной разведки определяются и границы разведки. Объектом ее является месторождение в целом. Если полезное ископаемое концентрируется в виде мелких сближенных тел, предварительная разведка должна охватить все рудное поле или рудный район. В пределах крупных месторождений, бассейнов (уголь, горючие сланцы, железные руды, фосфориты, известняки и др. ), предварительная разведка должна проводиться в границах структурно обособленных их частей. Глубина предварительной разведки определяется для средних и небольших месторождений глубиной распространения полезного ископаемого, но обычно она не должна превышать 1000— 1200 м. Для очень крупных месторождений глубина предварительной разведки зависит от максимальной глубины эксплуатации, планируемой в районе в перспективе на 20— 30 лет. Например, коксовые угли Донбасса и богатые железные руды в Кривом Роге могут разведываться до глубины 1500— 1800 м. Особенности работ В результате предварительной разведки составляют детальную геологическую карту месторождения. Для крупных простых месторожде ний, главным образом осадочно метаморфического генезиса, карта составляется в масштабе 1: 10000— 1: 5000, а для средних, мелких и крайне сложных месторождений, в основном магматического проис хождения и месторождений выветривания — в масштабе 1: 5000— 1 : 2000. Геологическая съемка проводится обязательно инструментально. Для кондиционной геологической съемки указанных масштабов требуется большое число обнажений. Разведка и оконтуривание залежей в плане и на глубину могут вскрыть не только новые рудные тела (в том числе и слепые), но и новые полезные ископаемые. Всегда следует учитывать возможное зональное строение месторождения как в плане, так и на глубину. Например, известное медное Джезказганское месторождение на глубине оказалось богато свинцово цинковым оруденением. При предварительной разведке одного кварцево вольфрамитового месторождения в Казахстане на фланге его была открыта новая система жил с полиметаллическим и молибденовым оруденением. При оконтуривании на Кольском полуострове вермикулитового месторождения было открыто весьма крупное флогопитовое месторождение. Разведка ванадиевых руд хр. Каратау привела к открытию очень крупных месторождений фосфоритов. Очень важно также внимательно изучать вмещающие породы как возможные попутные полезные ископаемые при вскрыше месторождения.

Применение геофизических методов на стадии предварительной разведки позволяет: 1) определить мощность наносов и рельеф поверхности коренных пород; 2) установить контакты характерных пород и проследить опорные горизонты; 3) установить и проследить тектонические контакты и зоны; 4) определить скрытые элементы структуры; 5) выделить и проследить рудные зоны, измененные, породы, про дуктивные пачки и свиты. Из чисто разведочных задач перед геофизическими методами исследований ставятся следующие: 1) уточнение контуров залежей полезного ископаемого, продуктив ных зон и свит в интервалах между разведочными выработками и в областях экстраполяции этих данных; 2) обнаружение слепых залежей в интервалах между разведочны ми выработками; 3) уточнение путем каротажа данных разведочного бурения (глубины залегания, контактов, мощности, строения, вещественного состава и элементов залегания полезного ископаемого); 4) определение азимутальных и зенитных искривлений скважин (инклинометрия). Эти задачи ставятся с целью разрежения сети разведочных выработок и тем самым сокращения сроков и стоимости разведки, а также для повышения представительности разведочных данных. При предварительной разведке ставятся геохимические методы, главным образом металлометрия и гидрохимические исследования, для расширения поисковых задач. Вместе с тем изучение первичных ореолов рассеяния элементов и соединений очень важно для прогнозирования глубины оруденения и изменчивости его вещественного состава, а также для обоснования выводов о масштабе месторождения. При предварительной разведке обязательны также наблюдения за водопритоком, газоносностью месторождения и отбор проб с проведением анализов состава газов во всех выработках, где обнаружены его выделения. Геотермические наблюдения следует проводить в разведочных выработках глубиной более 500 м и в зонах термальных подземных вод. В задачу предварительной разведки входит получение достаточно подробной характеристики минерального сырья по его вещественному составу, качеству и различным свойствам. Для этого необходимо установить его минеральный (петрографический) и химический состав, физические, физико химические, технологические и технические свойства. На этой же стадии проводят детальные исследования мономинеральных проб. Испытания технических и технологических проб на стадии предварительной разведки дают преимущественно качественные показатели обогащения, извлечения и использования сырья. Заключения по этим важнейшим разделам характеристики сырья на стадии предварительной разведки обосновываются детальными данными о вещественном составе сырья и качественными данными по технологии, которые позволяют проводить аналогии с разрабатываемыми месторождениями. На стадии предварительной разведки основное значение имеют буровые работы. Они позволяют быстро и относительно дешево определить общие контуры месторождения (его масштаб), наметить распределение промышленных блоков полезного ископаемого. Горные выработки особенно тяжелые используются ограниченно.

Расстояния между разведочными линиями и выработками в линиях определяются размерами рудных тел (зон) и структурными особенностями месторождения. Разрезы по выработкам должны увязываться однозначно. В результате предварительной разведки составляется технико экономический доклад (ТЭД) о целесообраз ности промышленного освоения месторождения. На основании его выносится решение об очередности детальной разведки месторождения или определенной его части, планируется новое строительство предприятий. Детальная разведка проводится на месторождениях, положительно оцененных предварительной разведкой и намеченных к промышленному освоению в ближайшие 5 10 лет. В результате проведения детальной разведки должны быть получены и обобщены все геологические и экономические сведения по месторождению, необходимые для проектирования, строительства и эксплуатации горнорудного предприятия. В этом состоит основная задача детальной разведки. Детальная разведка — завершающая предпроектная стадия изучения и освоения месторождений. Некоторые вопросы в дальнейшем уточняются перед проходкой капитальных выработок, в процессе строительства предприятия и его эксплуатации, что составляет задачу третьей и четвертой стадий разведки, но исходными материалами для разработки месторождения служат данные детальной разведки. По окончании детальной разведки составляют сводный геологический отчет по месторождению. В отчете на основе материалов всего ком плекса геологоразведочных работ, проведенных на месторождении, подробно и всесторонне характеризуются: а) геометризация месторождения в целом и отдельных залежей полезного ископаемого; б) условия вскры тия и отработки залежей; в) качество сырья, с включением исходных технико экономических данных, необходимых для проектирования предприятий по обогащению, подготовке и переделу сырья в готовую продукцию. Текст отчета сопровождается геологическими картами и планами, характеризующими качество полезного ископаемого и его изменчивость по мощности, условиям залегания и качеству, распределение природных сортов и типов руд, разбивку залежи на блоки по категориям разведанности, мощность вскрыши, рельеф поверхности тела полезного ископае мого и другие необходимые для промышленности данные. К отчету прилагается первичная геологическая документация по видам геологоразведочных работ. В состав отчета входит подсчет запасов полезного ископаемого как по категориям А, В, С 1 и С 2 так и прогнозных, а также проектная геолого экономическая оценка объекта. В результате детальной разведки главным образом переводят запасы из более низких категорий, подсчитанных после предварительной разведки, в более высокие. Для основных промышленных типов большей части полезных ископаемых инструкциями ГКЗ установлено соотношение запасов категорий А, В, С 1, при котором соответствующий участок (месторождение) считается детально разведанным и может быть передан для освоения промышленностью. Особенностью детальной разведки по сравнению с поисками и предварительной разведкой является четкое определение границ объекта как в плане, так и на глубину. Кроме того, к началу детальной разведки бывают установлены не только внешний рабочий контур месторождения или границы участка, но и характер и степень изменчивости месторождения и отдельных залежей, зоны обогащения и обеднения, выклинивания, расщепления, размывов и раздувов. Другими словами, к этому времени уже известны внутренние рабочие контуры, по крайней мере крупных блоков.

Установив таким образом размеры и границы участка и блоков для детальной разведки, необходимо наметить проектное распределение блоков по степени разведанности запасов, так как это в значительной мере определяет размещение разведочных выработок. При этом следует учитывать в первую очередь способ вскрытия месторождения, места заложения капитальных выработок, порядок отработки блоков. Как правило, блоки с запасами более высоких категорий должны быть сосредоточены на верхних горизонтах. Конфигурация блоков должна по возможности соответствовать будущей разбивке поля на этажи и выемочные участки. Особенности работ Большая часть частных задач, которые стоят перед детальной разведкой, аналогичны задачам предварительной разведки, с той разницей, что при детальной разведке они должны решаться глубже, полнее и точнее. Факторы, контролирующие строение месторождения, его геологические и структурные особенности, некоторые закономерности изменчивости вещественного состава, распределения полезных, вредных и сопутствующих компонентов, в некоторой степени устанавливают в результате проведения предварительной разведки. Кроме того, к началу детальной разведки определен геолого промыщленный тип месторождения, подсчитаны запасы сырья по промышленным категориям и дана технико экономическая оценка месторождения и отдельных его участков. Проектные геологические разрезы, погоризонтные и гипсометрические планы, графики изменения качества сырья, проектные планы подсчета запасов и другие виды проектной документации детальной разведки составляют по результатам предварительной разведки. Развитие разведочной системы в стадию детальной разведки необходимо обосновывать. Каждую выработку или группу их следует задавать для решения конкретных задач. Однако в отличие от предвари тельной стадии при детальной разведке промышленные контуры месторождения уже в основном известны, поэтому можно задавать одновре менно много выработок, вести работы массированно. Расположение выработок, предусмотренное проектом, существенно не изменяется в связи с текущими результатами разведки. Как правило, расходы на детальную разведку не должны быть «бросовыми» , так к этому времени бывает уже установлено, что месторождение (или участок) имеет промышленное значение. Однако на стадии детальной разведки передачей месторождения для освоения промышленностью необходимо решать и ряд специальных задач: 1. Определение технических и технологических свойств полезного ископаемого в заводских или полузаводских условиях, близких к эксплуатационным. 2. Проведение пробно эксплуатационных работ. Строительство специальных экспериментальных цехов и полузаводских установок для изучения технических и технологических свойств полезного ископаемого, а также организация пробной эксплуатации (другими словами, экспериментального горного предприятия) необходимы при освоении новых и сложных районов, изыскании новых путей более полного использования комплексного сырья и разведке новых видов минерального сырья. 3. Детальное изучение на основании специальных опытных работ гидрогеологических и инженерно геологических условий проходки и эксплуатации горных выработок; источников водоснабжения будущего предприятия и населения промышленного города, газового и термального режима горных выработок.

При передаче разведанного участка промышленности, а также для представления подсчетов запасов в ГКЗ следует учитывать требования к геологической карте. Она составляется обычно в масштабе 1 : 5000 или 1 : 2000. В отдельных случаях допустим масштаб карты 1 : 10000, иногда требуется масштаб 1 : 1000. Геологические карты в масштабах 1: 10000— 1: 2000 составляют еще на стадии предварительной разведки. Геология месторождения на выходах должна фиксироваться на геологической карте на стадиях предварительной разведки, поэтому проектировать геологическую съемку и соответствующие картировочные выработки на стадии детальной разведки приходится относительно редко. Но дополнение и уточнение геологической карты по данным разведочных выработок, пройденных на стадии детальной разведки, ведется непрерывно. Принципиально новым видом изучения месторождения и важным для геологического картирования на стадии детальной разведки является геометризация полезного ископаемого по естественным и промышленным его типам и сортам. На стадии детальной разведки более широко применяются подземные горные работы, поэтому существенным элементом геологических работ на этой стадии являются подземные геологические съемки на базе маркшейдерских планов. Поскольку детальная разведка является завершающей стадией изучения месторождения перед его передачей в промышленность, на этой стадии требуется обобщение всего геологического материала в виде ряда сводных геологических документов на основе детальной геологической карты месторождения на выходах. На стадии детальной разведки уточняются выявленные закономерности строения месторождения, сведения о составе и свойствах полезного ископаемого, перспективы поисков новых залежей полезного ископаемого и более полного комплексного их использования (промышленное использование отвалов горных работ, хвостов обогатительных фабрик и т. п. ). Поэтому в течение детальной разведки геолог разведчик должен уделять внимание поисковым вопросам. На стадии детальной разведки широко развиты геофизические методы. Они применяются для оконтуривания рудных тел и блоков, уточнения контактов, для инклинометрии, выявления подземного рельефа, коренных пород и маркирующих горизонтов. Задачи, решаемые геофи зическими методами, и сами методы, применяемые на стадии детальной разведки, принципиально не отличаются от геофизических работ на стадии предварительной разведки. По результатам детальной разведки составляется технико экономическое обоснование (ТЭО) постоянных кондиций. Согласно утвержденным кондициям, выполняется подсчет запасов полезных ископаемых с представлением его в Государственную комиссию по запасам (ГКЗ) или территориальную комиссию по запасам (ТКЗ). Месторождения с утвержденными запасами, в требуемых количестве и соотношении их категорий, передаются в промышленное освоение отраслевым министерствам. Доразведка месторождения, не освоенного промышленностью, хотя и детально разведанного, осуществляется для получения дополнительной информации, необходимой в связи с пересмотром проектной производственной мощности горнорудного предприятия, технологии добычи и переработки минерального сырья, направления его использования и изменением требований стандартов и технических условий к качеству сырья. Необходимость доразведки месторождения может быть также обусловлена несоответствием имеющейся геологической информации действующей классификации запасов и инструкции по ее применению.

Методика и объем разведочных работ определяются вытекающими отсюда задачами. По итогам работ составляется отчет, в необходимых случаях с пересчетом запасов. Доразведка разрабатываемого месторождения сосредоточивается на менее изученных его участках: флангах, глубоких горизонтах, обособленных рудопродуктивных телах или залежах. Она решает задачи детального изучения этих участков с восполнением отработанных запасов разведанными запасами высоких (промышленных) категорий. Общими для обеих подстадий доразведки могут быть следующие задачи: дополнительное изучение изменчивости морфологии и внутреннего строения тел полезного ископаемого; выявление закономерностей распространения полезных компонентов в рудных залежах; выделение природных разновидностей, промышленных типов и сортов руд; комплексное изучение основных и попутных полезных компонентов, их фазового состояния; уточнение горно геологических, гидрогеологических, инженерно геологических и других природных условий; оконтуривание безрудных участков внутри тел полезного ископаемого, а также участков интенсивного развития малоамплитудных тектонических нарушений; увеличение количества запасов месторождения или повышение степени их разведанности за счет изменения контуров на флангах и глубины известных залежей, а также оконтуривания вновь выявлен ных тел; изучение технологических свойств, горно геологических и других условий эксплуатации вновь выявленных запасов полезных ископаемых, их влияние на геолого экономическую оценку месторождения в целом. Эксплуатационная разведка начинается с момента организации добычи полезного ископаемого и продолжается в течение всего периода разработки месторождения. По отношению к добычным работам она может быть опережающей или сопровождающей. Опережающая эксплуатационная разведка осуществляется раньше добычных работ на 1 2 года системами подземных горных выработок небольшого сечения и неглубоких скважин в пределах этажа, горизонта, группы блоков, подготавливаемых и нарезаемых для этих работ. При откртых работах опробуют системы взрывных скважин на уступах карьеров или полигонах. Результаты этой разведки используют при текущем планировании. Сопровождающая эксплуатационная разведка проводится в пределах блока, камеры, уступа карьера или непосредственно любого очистного забоя и служит для оперативного планирования добычи полезного ископаемого. В процессе эксплуатационной разведки уточняются контуры тел полезных ископаемых, их условия залегания, внутренее строение, качественная характеристика и количество запасов, пространственное положение промышленных типов и сортов руд, гидрогеологические, горно геологические и другие факторы разработки месторождения. Полученные результаты, а также данные эксплуатационного опробования используют: для текущего и оперативного планирования добычи руды; пересчета запасов с переводом их в более высокие категории и выделением подготовленных и готовых к выемке запасов; определения плановых и фактических потерь и разубоживания; контроля за полнотой, качеством и технологией отработки месторождения.

Классификация запасов Согласно действующей классификации (1960 г. ) запасы минерального сырья по народнохозяйственному значению разделяются на две группы, которые подлежат отдельному подсчету, утверждению и учету 1) балансовые запасы, отвечающие промышленным кондициям; 2) забалансовые запасы — некондиционные, которые в дальнейшем при некотором снижении кондиций могут перейти в балансовые. В зависимости от степени разведанности месторождений, изученно сти качества сырья и горнотехнических условий разработки запасы разделяются на четыре категории: А, В, С 1, С 2. Это запасы в той или иной мере разведанные, они подсчитываются в контурах рудных тел, месторождений и участков. Для установления перспективности рудных полей, районов и бассейнов на основе общих геологических представлений определяют так называемые прогнозные запасы. Сумму запасов категорий А, В, С 1, С 2 в числе прогнозных обычно выделяют отдельно, и по их соотношению оценивают степень геологической изученности района и сырьевой базы. Категория А —запасы подсчитывают в контуре, ограниченном со всех сторон разведочными выработками. Разведанность блока должна обеспечивать: 1) полное выяснение условий залегания, формы и строения тел полезного ископаемого; 2) полное изучение качества и технологических свойств сырья; 3) выделение, оконтуривание природных типов и промышленных сортов сырья, некондиционных и безрудных участков внутри тела полезного ископаемого; 4) полное выяснение горнотехнических условий разработки месторождения. Категория В — запасы подсчитывают в контуре разведочных выработок с включением ограниченной зоны экстраполяции простых условиях залегания, малой изменчивости залежи и качества сырья или надежно установленной их закономерной изменчивости. Степень разведанности обеспечивает: 1) выяснение особенностей условия залегания, формы и строения залежей; 2) выделение безрудных и некондиционных участков внутри рудной залежи, природных типов и промышленных сортов сырья, а также определение закономерностей распределения и про странственногосоотношения их, без точного оконтуривания; 3) выяснение качества сырья и 4) выяснение основных горнотехнических условий разработки месторождения. С 1, С 2— запасы подсчитывают в контурах блоков, границы которых проводят на основе широкого использования интерполяции и экстраполяции данных разведочных выработок. К категории С 1 могут быть отнесены запасы неразведанных блоков, прилегающих к блокам с запасами А и В. Пределы зоны экстраполяции определяются контролирующими оруденение закономерностями, установленными на основании геологических, геофизических и разведочных работ. Степень разведанности блоков, запасы которых относятся к категории С 1, должна обеспечивать: 1) выяснение в общих чертах условий залегания, формы и строения рудных тел; 2) выделение основных природных типов и промышленных сортов сырья; 3) получение общих данных о его качестве и технологических свойствах; 4) получение общего представления об условиях разработки месторождения. Категория С 2 — запасы подсчитывают в пределах контуров благоприятных структур и комплексов горных пород. Условия залегания, форма и распространение рудных тел, качество сырья и его свойства, условия разработки месторождения определяют на основании геологических и геофизических данных, подтверждаемых единичными пересечениями рудных тел или по аналогии с примыкающими участками, где запасы подсчитаны по более высоким категориям.

Таблица 56 Сопоставление классификаций запасов применяемых в различных странах Россия А США Англия Франция ФРГ Измеренные (Measuzed) Доказанные (Proved) Действительные (Sertain) Надежные (Sicher) Вероятные В (Wahrscheinlich) В С 1 С 2 А Выведенные или исчисленные (Indicated) Вероятные (Probable) Предполагаемые (Inferred) Возможные (Possible): Возможные (Possible) Обозначенные С 1 (Angedeutet) Предполагаемые С 2 (Vermutet)

При оценке прогнозных запасов руководствуются следующими принципами (Н. А. Быховер. Способы оценки прогнозных запасов твердых полезных ископаемых. — В кн. : Экономика минерального сырья и геологоразведочных работ. М. , 1973, с. 24 (ВИЭМС): 1. Прогнозные запасы — это неразведанные запасы полезных ископаемых, предполагаемые на основании закономерностей образования и размещения месторождений и исследований, раскрывающих геологическое строение и историю геологического развития оцениваемой территории. 2. Прогнозные запасы отличаются от запасов категории С 2 тем, что параметры оценки по прогнозируемым объектам (размер по простиранию и мощности, среднему содержанию и т. п. ) являются предположительными. Запасы определяются косвенно и могут быть подсчитаны вне геометрических контуров. 3. Прогнозные запасы подсчитываются на основе данных геологических, геофизических и геохимических исследований, а также анализа структурно тектонических, минералого петрографических, литолого стра тиграфических, палеогеографических и других факторов, определяющих условия локализации полезного ископаемого. 4. Прогнозные запасы позволяют судить о возможности расширения минерально сырьевой базы и должны служить основой для планирования и выбора направления всех видов геологических исследований и геологоразведочных работ: По степени достоверности выделяют три группы прогнозных запасов: а) запасы известных главнейших месторождений (эксплуатируемых, разведанных или находящихся в разведке) сверх учтенных по категории С 2; б) запасы новых месторождений, которые могут быть открыты в районах с уже известными промышленными месторождениями; в) запасы в районах, где промышленные месторождения еще не открыты, но имеются благоприятные геологические предпосылки. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДКИ К основным техническим средствам разведки относятся горные разведочные выработки и буровые разведочные скважины, а также геофизические методы. Горные разведочные выработки подразделяются на поверхностные (канавы, траншеи, расчистки, шурфы, дудки) и подземные (штольни, шахты, квершлаги, штреки, восстающие, рассечки). Наиболее информативными являются горные выработки, пройденные вкрест простирания рудоносных структур, тел и залежей. Это канавы, шурфы, дудки, квершлаги, рассечки. Другие выработки (траншеи, штреки, восстающие), пройденные по простиранию или падению рудных тел, залежей, позволяют проследить по этим направлениям прерывистость оруденения, изменчивость их морфологии качественно го состава. В условиях расчлененного рельефа штольни задают либо по простиранию рудных тел, либо вкрест простирания. Шахты только с целью разведки проходят редко, чаще их назначение совмещается с отбором большеобъемных технологических проб для заводских испытаний или пробной эксплуатацией. Это так называемые разведочно эксплуатационные шахты (РЭШ). Они могут пересекать рудное тело или быть пройденными в виде наклонных или вертикальных стволов в стороне от рудного тела, с последующей проходкой из них квершлагов.

Выбор разведочных горизонтов, сечения и радиуса закругления подземных горных выработок осуществляется с учетом возможных систем разработки и объемов грузоперевозок. Эти выработки могут быть использованы при эксплуатации. Буровые разведочные скважины являются универсальным техническим средством разведки. Они применяются либо в сочетании с горно разведочными выработками, либо самостоятельно. Давая ограниченную информацию по сравнению с горными выработками, буровые скважины в то же время выгодно отличаются от них технико экономическими показателями. По способу разрушения горной породы в забое скважины различают вращательное и ударное бурение. При вращательном бурении эффективно применение наконечников буровых снарядов полых внутри обеспечивающих получение ненарушенного столбика горной массы (керна), позволяющего составить геологическую колонку (разрез) по месторождению. Такое бурение называют колонковым. Оно является основным видом разведочного бурения на рудных месторождениях. Керн обычно отбирают по всей рудопродуктивной толще и частично по вмещающим породам. Скважины колонкового бурения могут быть вертикальными, наклонными или горизонтальными. Их можно проходить по породам любой крепости. Вертикальные и наклонные скважины способны достигать больших глубин. Из этих скважин иногда ведется направленное бурение новых стволов. Угол подсечения скважиной рудного тела должен быть не менее 30°. Недостатки этого вида бурения: искривление ствола скважины, нередко достигающее в наклонных скважинах большой величины; неполный выход керна и возможность его избирательного истирания, искажающего качественную характеристику полезного ископаемого; ограниченный объем материала для технологических проб. Выбор бурового агрегата и конструкции буровой вышки зависит в основном от проектной глубины разведочных скважин и условий (места) бурения с поверхности земли, в подземных выработках или с плавсредств. Проектирование наклонной скважины для подсечения крутопадающего рудного тела проводят с учетом заданных координат точек его пересечения, допустимого угла встречи и возможности искривления ствола скважины. Точки встречи скважин с рудным телом должны образовать в его плоскости правильную геометрическую сеть. Другие виды вращательного бурения с разрушением горной породы по всему забою скважины роторное и турбинное. Они широко применяются при разведке нефтяных и газовых месторождений. При разведке россыпей, некоторых штокверков и пологозалегащих рудных тел применяют ударно канатное бурение. При этом способе бурения за счет повторяющихся ударов падающего долота происходит измельчение горной массы в забое скважины. Измельченный материал периодически извлекается на поверхность и поступает в обработку. Достоинствами этого вида является высокая скорость проходки (особенно до глубины 150 м), возможность бурения без промывки, получение всего материала в пробу. Бурение большим диаметром (до 600 мм) позволяет получить достаточно материала для технологических проб. Отсутствие керна и ограниченность бурения только вертикальным направлением сужают границы его применения. Ударное бурение осуществляется станками УКС 22, УКС 30, УГБ 50 М и др.

Классификация горных пород по крепости Горные работы проводятся в разнообразных по составу, текстурно структурным признакам, степени трещиноватости и интенсивности вторичных изменений горных породах. Такое разнообразие минералого петрографических, литологических и тектонических характеристик гор ных пород предопределяет еще большее различие их физико механиче ских и технических свойств, таких, как крепость, разрыхляемость, буримость, взрываемость и т. д. Крепость горных пород характеризуется сопротивлением, преодолеваемым при отделении части породы от массива. Одна и та же порода может обладать различной крепостью. Так, мелкозернистые граниты при всех прочих равных условиях будут крепче, чем крупно зернистые. Трещиноватые известняки 'будут очень легко раскалываться в плоскости трещин и значительно труднее — по нормали к ним. Широко известны примеры анизотропии. физико механических и технических свойств пород в зависимости от слоистости, сланцеватости, пористости, кристалличности и т. п. В 1968 г. была создана новая классификация горных пород. Буримость горных пород принята для различных технических условий. В данной классификации все породы подразделяются на 20 категорий (прил. 2). Классификация является промышленно экономической; она позволяет определить способы. ведения горных работ, подсчитать объем всех видов работ, время их выполнения, расход материалов и инструмента, а также производительность работ. С другой стороны, рассматриваемая классификация хорошо согласуется с известными в инженерно геологической и строительной практике подразделениями пород, в основу которых положено сложение пород и их физико механические свойства. Отнесение горной породы к определенной категории в первую оче редь позволяет решить вопрос, каким образом возможно разрабатывать данную породу: вручную, с применением машин или буровзрывным способом. Породы I—IV категорий допускают применение ручных работ с использованием лопат, кайл, ломов, клиньев и кувалд. В качестве средств механизации для отделения таких пород от массива могут использоваться экскаваторы, скреперы, шурфокопатели и т. д. При проходке канав и горизонтальных выработок в породах I—X категорий возможно использование отбойных молотков. Экскаваторная разработка пород применяется в породах I—VI категорий. Бурение шпуров перфораторами проходке всех типов выработок осуществляется в породах IV—XX категорий. Бурение шпуров электросверлами может осуществляться в породах IV—X категорий. В основе буровзрывных работ лежит отделение горной породы от массива и дробление ее за счет энергии сгорания взрывчатых веществ (ВВ). ВВ закладываются в специальные углубления малых диаметров

Единая классификация горных пород по буримости Наименование горных пород I II IV V VI VIII ХХ Способ разработки Глина сухая, рыхлая в отвалах. Лёсс рыхлый влажный. Песок. Супесь рыхлая. Торф и расти тельный слой без корней Гравий. Суглинок легкий, лёссовидный. Торф и растительный слой с корнями или с небольшой примесью мелкой гальки и щебня Галька размером от 10 до 40 мм. Глина мягкая жирная. Песчано глинистые грунты. Дресва. Лед. Суглинок тяжелый. Щебень различных размеров Галька размером от 41 до 100 мм. Глина сланцеватая, моренная. Галечно щебенистые грунты, связанные глиной. Песчано глинистые грунты с включением гальки, щебня и валунов. Соли мелко и среднезернистые. Суглинки тяжелые с примесью щебня. Угли весьма мягкие Алевролиты глинистые, слабо сцементированные. Аргиллиты слабые. Конгломераты осадочных по род. Марганцевые окисные руды. Мергель глинистый. Мерзлые породы I—II категорий. Песчани ки, слабо сцементированные песчано глинистым цементом. Угли мягкие. Мелкие желваки фосфорита Гипс пористый. Доломиты, затронутые выветриванием. Железная руда, известняки оталькованные. Мерзлые породы III—V категорий. Меловые породы мягкие. Мергель неизмененный. Руды охристо глинистые с включением желваков бурого железняка до 50%. Пемза. Сланцы углистые. Трепел. Угли средней крепости с ясно выраженными плоскостями напластования Алевролиты плотные глинистые. Гипс плотный. Глины песчанистые. Доломиты неизмененные. Мартитовые руды мягкие. Змеевики оталькованные. Известняки мягкие. Ил плотный мелководный. Конгломераты слабых осадочных пород с известко воглинистым цементом. Мергель известковистый. Опоки тонкозернистые. Сильвиниты с прослойками каменной соли. Сланцы сильно выветрелые: аспидные, хлоритовые, слюдистые. Сланцы охристые и углистые с прослойками глины. Соль каменная с мергелистыми прослойками и включением ангидрита. Солончак плотный. Угли выше средней крепости Антрациты и другие крепкие угли. Аргиллиты средней плоскости. Глины отвердевшие. Железные руды—мягкие. Змеевики с включением асбеста. Колчеданы зоны выщелачивания. Ракушечник. Свинцово цинковыа окисленные руды. Сильвиниты мелкокристаллические. Сланцы метаморфизованные хлоритовые, кальцито хлоритовые, серицитовые, кварцево серицитовые и серицито хлоритовые, глинистые, углисто глинистые, слабые песчанистые. Туфы выветрелые. Мерзлые породы VI—VII категорий Вручную; с применени ем взрывных работ при ручном бурении шпуров То же Вручную; с применени ем взрывных работ при ручном бурении шпуров; отбойными молотками Вручную; с применением взрывных работ при бурении шпуров электросверлами и вручную; отбойными молотками С применением буровзрывных работ или отбойными молотками С применение буро взрывных работ или отбойными молотками То же

МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ И РУЧНЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ В тех случаях, когда горные работы производятся в мягких, сыпучих или трещиноватых породах, отделение последних от массива возможно с помощью различных машин и механизмов и даже вручную. Механизированный способ горных работ предполагает применение экскаваторов, бульдозеров, скреперов, специальных проходческих агрегатов шурфокопателей, отбойных молотков и пневматических лопат. С помощью экскаваторов производится не только выемка пород, но и погрузка их на средства транспортировки или отвал на некоторое расстояние от забоя. Экскаваторы используются при проходке канав и траншей. Они подразделяются на одноковшовые и многоковшовые. Рабочим инструментом одноковшовых экскаваторов является ковшовая лопата с рукояткой, прикрепленная к направляющей стреле. Лопата с помощью тросов и блоков может перемещаться относи тельно направляющей стрелы в вертикальной плоскости. Горизонтальное перемещение ло паты осуществляется перемещением всей системы на платформе экскаватора. Различают прямую и обратную лопаты (рис. 7). Экскаватор, снабженный обратной лопатой, черпает породу на себя, что очень удобно при проходке канав и траншей. Одноковшовые экскаваторы могут применяться при проходке в породах, содержащих небольшие валуны. В табл. 4 дана краткая характеристика одноковшовых экскаваторов, применяющихся в настоящее время при проходке канав. Многоковшовые экскаваторы оборудованы бесконечной цепью, равномерно перемещающейся на передних и задних роликах звездочках направляющей стрелы. Вдоль цепи прикреплены на одинаковом расстоянии друг от друга небольшой емкости ковши черпаки. Движением цепи черпаки перемещаются, захватывая породу в забое, а затем разгружаются в транспорт или в отвал. При геолого разведочных работах применяются многоков шовые экскаваторы продольного черпания. Многоковшовые экскаваторы применяются в породах I—III категории, содержащих валуны до 0, 2 ж, и в однородных породах IV категории. Технические возможности широко распространенных многоковшовых экскаваторов иллюстрируются в табл. 5. Экскаваторы являются колесными или гусеничными самоходными машинами, что повышает их маневренность и при необходимости расстояние между отвалом и забоем.

Рис. 7. Землеройные машины: а) одноковшовый экскаватор (прямая механическая лопата); б) одноковшовый экскаватор (обратная механическая лопата); в) бульдозер; г) скрепер Рис. 8. Копатель шахтных колодцев (КШК 30): 1— рама; 2 — двигатель ГАЗ МК; 3 — коробка передач; 4 — лебед ка подъемная; 5 — копер; 6—ротор; 7 — бурильные штанги; 5 — цилиндрический бур; 9 — расширитель

Скреперы используются для проведения расчисток, проходки канав и траншей. Они подразделяются на скреперные установки и прицепные скреперы. Первые наиболее эффективно могут быть использованы для расчистки и проходки канав на склонах. Металлический скребок перемещается по склону движением стального троса помощью лебедки (рис. 7) Шурфокопатели агрегаты, предназначенные для проходки вертикальных горных выработок в породах низких категорий. Среди большого числа типов таких машин наибольшее распространение получил копатель шахтных колодцев (КШК 30). Принцип его действия основан на срезании пород нижним заостренным лезвием вращающегося цилиндрического инструмента, постепенно опускающегося на трубах или штангах на глубину по мере проходки (рис. 8). Максимальная глубина проходки 30 м, диаметр 'выработки — 1, 3 м. Средняя углубка за один рейс 0, 2— 0, 3 м, производительность около 1, 5— 2, 5 пог. м/час. Выемка горных пород из шурфов, канав и траншей может осуществляться лебедками, воротками, подъемными кранами и ленточными транспортерами. При проходке шурфов и разведочных шахт для подъема породы, материалов, спуска и подъема людей применяется, например, шурфопроходческий кран КШ 1, который состоит из лебедки, поворотного механизма, опорной и поворотной рам, стрелы подъема и кабины управления. Вращение стрелы неограниченное, т. е. 360°. Лебедка грузоподъемностью 230 кг со скоростью подъема 0, 725 м/сек снабжена двумя тормозами: ручным рабочим ленточного типа и электромагнитным предохранительным колодочного типа. Механизм поворота и лебедка имеют привод от электродвигателя мощностью 2, 8 кет. В некоторых случаях при проходке горных выработок возможен гидравлический способ разрушения мягких и рыхлых горных пород. Этот способ имеет два варианта: с применением водоструйных аппаратов (гидромониторов) и использование естественного напора вод в условиях расчлененного рельефа. Гидромонитор представляет собой кони ческуюнасадку (сопло), шарнирно соединенную с основанием. Такое соединение позволяет направлять сопло в любую точку. Вода под давлением подается в сопло насосом через напорный трубопровод из водоема. Струя воды, выходящая из сопла, ударяет по породе, разрушая ее. Частицы породы захватываются стекающей с забоя водой и увлекаются по отводной канаве к месту отвала, а вода через систему отстойников вновь поступает в водоем. В практике известны случаи проходки канав на склонах «селевым» способом, т. е. с использованием для разрушения и транспортировки пород во взвешенном состоянии потока воды, направляемого по трассе запроектированной канавы вниз по склону. Для разрушения плотных и трещиноватых пород средних (V—VII) категорий успешно применяются отбойные молотки. Рабочим инструментом отбойного молотка является заостренная стальная пика (лом), совершающая поступательно возвратные движения под действием сжатого воздуха. Последний поступает из штурцера в золотниковую камеру, направляется в цилиндр и ударяет по поршню с тыльной стороны. Поршень устремляется вперед и своим бойком ударяет по хвостовику рабочего инструмента, который, в свою очередь, преодолевая сопротивление пружины буродержателя, ударяет заостренным концом по горной породе. Вес около 10 кг. Пневматические лопаты отличаются от отбойных молотков по существу лишь тем, что вместо пики рабочим инструментом является комплект лопат различных форм. Пневматические лопаты применяются при проходке плотных глин и других пород III—VI категорий.

Необходимый для работы отбойных молотков, пневматических лопат, а также перфораторов (при проведении буровзрывных работ) сжатый воздух подается по резиновым шлангам от компрессоров. В настоящее время широко применяются передвижные компрессоры ВКС 5 (двухступенчатый, произво дительность 5 MZJMUH, конечное давление 7 атм, смонтирован на автоприцепе) и ЗИК 150 (АПКС 6) (двухступенчатый, производительность 5 м 3/мин, конечное давление 7 атм, смонтирован на раме автомашины). При малых объемах горных работ, или в случае невозможности применения землеройных машин проходка горных выработок в рыхлых, мягких и трещиноватых породах осуществляется вручную с применением лопат, кайл и клиньев. Плотные суглинки и глины удобнее всего проходить штыковыми лопатами, песчанистые породы — подборочными лопатами (черпаками). В плотных глинах, мергелях и других вязких породах используются кайлы, мотыги и ломы, разрыхляющие породу, которая в дальнейшем удаляется из забоя подборочными лопатами. Для разрушения трещиноватых пород используются клинья, забиваемые с помощью молотков в трещины. Лекция 10 ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И ТЕОРИЯ ВЗРЫВА В случаях повышенной крепости пород применяются взрывные работы. В основе взрывных работ лежит отделение горной породы от массива и дробление ее за счет энергии сгорания взрывчатых веществ (ВВ). ВВ закладываются в специальные углубления малого диаметра (шпуры), пробуренные в горных породах с помощью перфораторов, электросверл или вручную. Этот способ ведения горных работ наиболее распространен при проходке горных выработок в крепких породах. Всякий взрыв характеризуется практически мгновенным превращением твердого ВВ в газ с выделением большого количества тепла. При взрыве 1 кг ВВ образуется около 1 м 3 газообразных продуктов, которые под влиянием тепла увеличивают свой объем примерно в 16 раз, что вызывает повышение давления в окружающей среде до 16 тыс. атм. В среде, окружающей заряд, образуется взрывная ударная волна, сферически распространяющаяся от центра взрыва. Разрушение горных пород является сложным результатом воздействия ударной волны и давления газов. Различают (фугасную и бризантную работу взрыва. Фугасная работа проявляется в отрыве горных пород от массива и перемещении. их в пространстве, а (бризантная — в раздроблении пород на отдельные куски. Зона разрушения горных пород подразделяется на три подзоны или сферы: измельчения (сжатия), разрушения (выброса) и трещиноватости (разрыхления) (рис. 1). Сфера измельчения образуется непосредственно возле заряда ВВ. Горные породы здесь сильно измельчены и уплотнены. В сфере разрушения породы раздроблены. При благоприятных условиях разрушенные таким образом породы первых двух сфер могут быть отброшены на некоторое расстояние с одновременным образованием воронки взрыва. Во внешней сфере происходит разрыхление пород на месте без перемещения их в пространстве. Благоприятным для образования воронки взрыва является случай, когда расстояние между зарядом ВВ и свободной поверхностью пород (линия наименьшего сопротивления) меньше или равно радиусу воронки. Взрывчатые вещества, применяемые при буровзрывных работах, представляют собой твердые (сыпучие или прессованные) химические соединения и механические смеси. В зависимости от скорости взрывчатого превращения они подразделяются на бризантные (дробящие) и метательные (толкающие). Взрывчатое превращение первых весьма скоротечно, практически мгновенно (десятитысячные и стотысячные доли секунды); вторые разлагаются со скоростью сотых и тысячных долей секунды.

Рис. 1. Сфера разрушения горных пород при взрыве (а): 1 — измельчения; 2 — разрушения; 3 — трещиноватости; воронка взрыва (б): R — радиус действия взрыва; W — линия наименьшего сопротивления; г — радиус воронки взрыва; воронка усиленного выброса (в); г) воронка нормального выброса; д) воронка уменьшенного выброса. Буровзрывные работы осуществляются в следующем порядке: бурение шпуров, заряжение их взрывчатым веществом, производство взрыва и уборка взорванной породы. Часто уборке предшествует вентиляция с целью удаления ядовитых газов и пыли, образующихся в результате взрыва. При проведении таких работ очень важно соблюдение правил техники безопасности, которые определяются сводом технических правил в каждом конкретном случае.

БУРЕНИЕ ШПУРОВ Шпуры пробуриваются специальными бурильными машинами ударного действия — перфораторами и вращательного действия — электросверлами. При малом объеме бурения или в случае невозможности применения бурильных машин бурение шпуров осуществляется вручную. Рабочим инструментом в перфораторах является стальной стержень—бур, имеющий на одном конце стальную или твердосплавную головку, а на другом — хвостовик. Форма головки может быть плоской, крестообразной, Т образной и т. д. с углом приострения лезвий от 70 до 110° (рис. 2). Различные по крепости и степени трещиноватости породы требуют для бурения шпуров различных головок. Процесс бурения перфораторами сводится к ударам головки бура по забою шпура и удалению измельченной породы. Бур совершает по ступательно возвратные движения с числом ударов в минуту от 400— 600 до 3900. Движение поршня «вперед—назад» осуществляется подачей в цилиндр сжатого воздуха, проходящего через золотниковую коробку с распределительным клапаном. Этот клапан направляет сжатый воздух то по одну, то по другую сторону поршня. Поворот бура после каждого удара осуществляется с помощью поворотного устройства: храповой буксы с внутренними зубцами и поворотного стержня с тормозными зубцами (рис. 3). Поворотный стержень имеет снаружи, косую нарезку. При движении поршня со штоком назад они поворачиваются на поворотном стержне по косой нарезке последнего. Вместе со штоком поворачивается и соединенный с ним втулкой бур. Удаление измельченной породы из забоя шпура производится промывкой водой или, реже, продувкой воздухом. Рис. 2. Формы головок буров (а): 1 — однодолотчатая; 2 — двухдолотчатая; 3 — прямая крестообразная; 4 — шестигранная. Схема работы головки бура перфоратора (б): Р — осевое давление на забой шпура; а—угол приострения головки бура; β — угол поворота бура.

Рис. 3. Схема работы перфоратора (а): 1 — поршень; 2 — храповая букса; 3 — поворотный стержень; 4 — поворотная муфта; 5 — бур; 6 — головка бура. Перфораторы: б) ручной; в) колонковый; г) телескопный Рис. 4. Электросверла: а) ручное электросверло: 1 — корпус; 2 — электродвигатель; 3 — редуктор; 4 — втулка; 5 — сверло; б) колонковое электросверло: 1 — корпус; 2 — подающий винт; 3 — бур; 4 — кожух для винта; 5 — колонка (стой ка); в) шнек; г) сверло

В зависимости от требуемой глубины и направления при бурении шпуров могут быть использованы ручные, колонковые или телескопные перфораторы (рис. 3 а—г). Ручными перфораторами бурятся горизонтальные, наклонные или вертикальные (вниз) шпуры глубиной до 4 м. Колонковые перфораторы предназначены для бурения горизонтальных или наклонных глубоких шпуров (до 6— 9 м). Бурение восстающих шпуров осуществляется телескопными перфораторами (глубина бурения до 6 м). При работе с ручными перфораторами осевое давление бура на забой осуществляется вручную; в колонковых и телескопных перфораторах имеются специальные подающие устройства механического и пневматического типа. В случае проведения буровзрывных работ в породах мягких и средней крепости при бурении шпуров часто используются электросверла. Рабочим инструментом в этих бурильных машинах является стальное сверло, оканчивающееся твердосплавным резцом. Хвостовик сверла жестко вставлен в шпиндель. Осевое давление на забой в ручных электросверлах осуществляется нажимающим усилием бурильщика. Для бурения глубоких наклонных и горизонтальных шпуров используются колонковые электросверла. В отличие от ручных электросверл в них имеется механизм подачи механического или гидравлического типа, регулирующий давление резца на забой шпура. Измельченная порода извлекается из шпура промывкой или продувкой. Иногда электросверла применяют и в крепких породах. В этом случае порода измельчается шарошечным долотом. Шарошка представляет собой 2— 3 конусных диска с зубцами на поверхности, насаженных на оси и закрепленных в головке бура. При вращении бура конусные диски перекатываются по забою шпура и измельчают зубчатыми поверхностями породу. Очистка забоя при бурении шарошкой может осуществляться шнеком, продувкой или промывкой. Прежде чем бурить шпуры, следует определить их глубину, диаметр, общее число и пространственное расположение, т. е. рассчитать рациональный шпуровой комплект. Оптимальная глубина шпуров зависит от типа применяемых бурильных машин и условий уборки. Чем глубже шпур, тем больше объем взорванной породы, но вместе с тем увеличивается время на бурение и расчистку площадки после производства взрыва. Минимальный диаметр шпура 34 мм определяется тем, что взрывчатые вещества, применяемые при буровзрывных работах, выпускаются в виде стандартных патронов, наименьший диаметр которых 32 мм. Общее число шпуров зависит от сечения выработки, взрывчатого вещества, диаметра и глубины шпуров. Существует ряд эмпирических формул, которые в практике должны постоянно корректироваться экспериментальными данными. Шпуры пробуриваются в забое выработки определенным образом в зависимости от их назначения. Различают врубовые, отбойные и оконтуривающие шпуры. Врубовые шпуры предназначаются для образования дополнительных плоскостей, увеличивающих площадь забоя. Эти шпуры взрываются первыми. Их размещение определяется типом выбранного вруба (рис. 5). Рассчитанные или определенные опытным путем параметры шпуров, порядок их взрывания, а также необходимые буровые механизмы и взрывчатые вещества указываются в паспорте буровзрывных работ, который составляется для каждой горной выработки и является главным документом при буровзрывных работах.

Рис. 5. Комплекты шпуров: а) с пирамидальным врубом; б) со щелевым врубом; с клиновыми врубами: в) вертикальным, г) горизонтальным, д) верхним, е) правым боковым

ЗАРЯЖЕНИЕ И ВЗРЫВАНИЕ ШПУРОВ Заряжению шпуров взрывчатыми веществами предшествуют проверка их глубины и направления, очистка от остатков буровой пыли и снаряжение патрона боевика. Взрывчатые вещества вводятся в шпур в виде отдельных патронов. Эти патроны могут плотно прилегать один к другому, образуя единый удлиненный заряд, быть разделенными инертным материалом (забойкой), образуя рассредоточенный заряд, или же заполнять полость, образованную предварительным взрывом малого количества ВВ в забое шпура—котловой заряд. При заряжении шпура наиболее распространенным способом удлиненного заряда патроны ВВ вводятся в шпур деревянным забойником и уплотняются там легкими нажимами. Последним вводится патрон боевик, который в отличие от остальных патронов снабжен капсюлем детонатором с огнепроводным шнуром, детонирующим шнуром или электродетонатором с проводником электрического тока. Патрон боевик осторожно вводится в шпур и продвигается вплотную к основному заряду. Общий вес заряда ВВ редко превышает 1 кг, а по длине патроны ВВ могут занимать около половины шпура. После введения патрона боевика оставшуюся незаполненную часть шпура забивают «забойкой» (смесь песка и глины), следя при этом, чтобы конец огнепроводного шнура, проводника электрического тока или детонирующего выходил от патрона боевика наружу шпура. Следует иметь в виду, что недостаточное уплотнение патронов ВВ в шпуре и плохая забивка «забойкой» резко снижают эффективность взрыва. Заряжение шпуров, равно как и последующее паление их, производится взрывниками — лицами, имеющими право на производство взрывных работ. Заряды ВВ в шпурах подрываются огневым или электрическим способом, реже с помощью детонирующего шнура. При огневом способе в качестве средств взрывания применяются: капсюль детонатор, огнепроводный шнур, зажигательные фитили и патрончики (рис. 6). Капсюль детонатор предназначен для подрыва заряда ВВ. Он представляет собой металлическую или 'бумажную гильзу диаметром около 7 мм и длиной около 50 мм. Электрический способ взрывания осуществляется с помощью электродетонатора, проводников и источника электрического тока. Электродетонатор по своей конструкции аналогичен капсюлю детонатору с добавлением к последнему электровоспламенителя. Реже применяется подрыв с помощью детонирующего шнура. В результате взрыва часть породы отделяется от массива и измельчается. Измельченная порода удаляется из горной выработки, грузится в самосвалы, вагонетки, тачки, бадьи, на транспортерные ленты и транспортируется к месту отвала. В некоторых случаях при проходке открытых горных выработок применяются взрывы «на выброс» , т. е. порода не только отделяется от массива и измельчается, но и перемещается на значительное расстояние от забоя. Уборка породы после такого взрыва сводится лишь к подчистке забоя.

ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ Горные выработки имеют устье, забой и стенки. Устье — место примыкания к дневной поверхности или к другой горной выработке; забой конец выработки, продвигающийся в процессе проходки. В горизонтальных выработках помимо стенок имеются также кровля и почва (дно, подошва). По отношению к дневной поверхности выработки разделяются на открытые и подземные. По поло жению в пространстве различают горизонтальные, вертикальные и наклонные выработки. Относительно объектов изучения, разведки или разработки тел полезных ископаемых (контактов горных пород, маркирующих пластов, водоносных горизонтов и т. п. ) горные выработки могут быть поперечными (секущими) и продольными. Наконец по объему и сложности проходки различают легкие и тяжелые горные выработки. В поисково разведочной практике наиболее широко применяются закопушки, канавы, шурфы, шахты, штольни, штреки, квершлаги, орты, восстающие и гезенки (рис. 10). Легкие выработки (закопушки, шурфы, канавы) практически всегда сопровождают поисково съемочные работы, гидрогеологические, инженерно геологические, мерзлотные, металлометрические и другие виды изысканий и исследований. Тяжелые глубокие горные выработки (шахты, штольни и др. ) помимо разведки полезных ископаемых применяются и при разработке последних; поэтому их всегда разделяют на разведочные и эксплуатационные. Рис. 10. Горные выработки: 1 скважина; 2 — шурф; 3 — канава; 4 — рассечка; 5 — штрек; 6 — шахтный ствол; 7—квершлаг; 8 — орт; 9 — восстающий; 10 — тело полезного ископаемого.

Закопушки представляют собой небольшие углубления до 0, 5— 0, 8 м, малого поперечного сечения, пройденные в мягких или сыпучих породах. Разновидность закопушек — расчистки. Закопушки проходятся обычно с целью отбора металлометрических, шлиховых и других проб. Расчистки используются для изучения контактов тел полезных ископаемых, даек и других геологических объектов, перекрытых маломощными наносами. Проходка закопушек производится обычно с помощью лопат, кайл и ломов, очень редко — пневматических лопат и отбойных молотков. При больших масштабах расчисток возможно применение бульдозеров и скреперов. Это, например, может иметь место в процессе разведочных работ при расчистке верхних частей тел полезных ископаемых от наносов небольшой мощности Геологическая документация закопушек и расчисток производится аналогично описанию обнажений. Канавы открытые горные выработки трапециевидного, реже, прямоугольного поперечного сечения, имеющие глубину от 1— 3 до 5 м. ширину по верхнему основанию до 2— 2, 5 м, по дну —от 0, 4 до 1 м при значительных размерах в длину (рис. 11). Канавы с отвесными стен ками иногда называют траншеями. Откос канавы, определенный как отношение горизонтальной и вертикальной проекций стенки и выражающий степень наклона последней, изменяется в пределах от 1 (угол наклона 45° в сыпучих породах) до 0 (вертикальные стенки в очень крепких монолитных породах). Особой разновидностью являются врезы на склонах, называемые однобортными канавами. Глубина канав обычно лимитируется мощностью наносов и аллювия; углубка их в коренные породы обычно не превышает 0, 3— 0, 5 м. Если канава проходится с целью дренажа, то ее глубина определяется глубиной залегания водоупора. В мягких, сыпучих и трещиноватых породах канавы проходятся вручную «на выброс» . При углубке более 2— 2, 5 м удаление породы производится с помощью промежуточных перекидных полков, вороткового устройства с бадьей или простейшего подъемного крана. При больших масштабах проходки целесообразно использование одноков шовых и многоковшовых экскаваторов, а также 'бульдозеров. В усло виях расчлененного рельефа канавы на склонах иногда проходятся с помощью скреперов или гидравлическим способом (искусственными селевыми потоками). В твердых трещиноватых породах используются отбойные молотки. Проходка канав в твердых породах осуществляется буровзрывным способом. Часто используют способ подрыва «на вы брос» , при котором усиленным зарядом взорванная порода отбрасывается на некоторое расстояние. При проведении поисково съемочных работ канавы обычно проходятся с целью вскрытия разреза коренных пород. В этом случае канава задается вкрест простирания круто залегающих слоев в условиях равнинной местности и горизонтально залегающих слоев на склонах. При углубке в коренные породы участки очень крепких пород часто не про ходятся, а остаются в виде выступов (целиков) в дне канавы (рис. 12). В случае разведки месторождений канавы применяются для вскрытия верхних частей тел полезных ископаемых с целью изучения их морфологии, состава и отбора проб при условии, что мощность вскрыши не превышает 3— 5 м. Если ширина выхода тела полезного ископаемого не превышает 1— 2 м при значительной длине, целесообразно канаву задать по. простиранию тела с целью полного вскрытия его выхода под рыхлыми отложениями. В местах раздувов канава соответственно расширяется или от нее в стороны проходятся дополнительные канавы рассечки. Если же ширина выхода полезного ископаемого значительна, или разведуется мощная вытянутая минерализованная зона, состоящая из сближенных мелких тел, то вскрытие их производится канавами, направленными вкрест простирания тела (минерализованной зоны) до полного пересечения обоих контактов.

С целью предотвращения осыпания стенки канавы могут закрепляться. Обычно они закладываются горбылями или другим доступным местным материалом и закрепляются распорными рамами (рис. 11). Документация канав заключается в составлении привязанного к геологической карте ориентированного дна; наносятся начальная, конечная и поворотные точки канавы, показываются контакты пород, тектонические нарушения с обозначением элементов залегания (рис. 12). Литолого петрографические разновидности пород, минеральные сорта полезного. ископаемого и т. п. наносятся в условных знаках. В случае особо сложного геологического строения дополнительно производится зарисовка стенок канавы. Описание (геологического разреза, вскрытого канавой, производится в журнале документации, а отобранные образцы и пробы указываются, кроме того, в журнале опробования. Рис. 11. Поперечное сечение канав: 1 — крепежный горбыль; 2 — распорная рама; 3 — рыхлые отложения (наносы); 4 — коренные породы. Рис. 12. Продольный разрез и план дна канавы: / — почвенный слой; 2—. пески; 3 — глины; 4 — алевролиты; 5 — ар гиллиты; 6 — известняки; 7 — кварцевая жила; 8 — элементы зале гания

Шурф вертикальная или крутонаклонная горная выработка, прямоугольного, квадратного или круглого поперечного сечения площадью 0, 9— 2, 0 м 2, глубиной до 30 м (редко более), непосредственно сообщающаяся с дневной поверхностью. Шурфы круглого сечения часто называют дудками. Шурфы иногда сопровождаются небольшими горизонтальными подземными выработками рассечками. Проходка шурфа представляет комплекс работ, включающий собственно проходку (углубку), подъем пород из забоя на поверхность, крепление ствола шурфа, а также вентиляцию и водоотлив. Неглубокие шурфы в породах первых пяти категорий проходятся обычно вручную. Твердые породы проходятся буровзрывным способом. В случае трещиноватых пород возможно применение отбойных молотков. При больших объемах шурфования в мягких породах целесообразно применение шурфопроходческих агрегатов и шурфокопателей. Уборка пород из забоя шурфа производится «на выброс» лишь до глубины 2 м. При больших глубинах порода поднимается наверх с помощью бадьи и воротка или подъемного крана. Таким же способом производится спуск—подъем людей, инструментов и материалов. При небольшой глубине шурфов (4— 6 м) возможно применение перекид ныхполков — деревянных настилов, перекрывающих около '/з сечения шурфа — промежуточных мест переброски породы вручную из забоя на поверхность. Погрузка породы в бадью осуществляется вручную с помощью лопаты или с применением специального погрузчика. Для предохранения стенок шурфа от обрушения и обеспечения 'безопасности работ в забое стенки шурфа по мере его углубки обычно укрепляются. Без крепления допускается проходка лишь мелких шурфов (глубиной до 10 м) в устойчивых породах. Такие шурфы обычно вскоре после их проходки ликвидируются (засыпаются). Существуют несколько способов крепления шурфов в зависимости от крепости и устойчивости. пород. Если породы позволяют пройти ствол шурфа до 4— 5 м, то целесообразно применить несплошное крепление венцами на бабках: в забое кладется основной венец из круглого леса. или бруска так, что выступающие его пальцы заходят в специальные углубления, вырытые в стенках шурфа; по углам шурфа «в шип» «ставятся стойки высотой около 1 м, на которые сверху также «в шип» укладывается обычный венец без пальцев; выше устанавливаются снова стойки и т. д. (рис. 13, 6, в). Такое 'крепление ведется снизу вверх и удобно тем, что большая часть площади стенок остается открытой для изучения. Иногда во избежание «выколов» кусков пород такую крепь зашивают горбылем после проведения документации. Если шурф мелкий, тип крепления упрощается: доски или горбыль вдоль стенок плотно прижимаются простыми венцами, удерживаемыми в горизонтальном положении сила митрения без применения стоек и основных венцов с пальцами (рис. 13, а). Если возможна проходка ствола до 1, 5— 2, 0 м без крепления, применяют сплошное венцовое крепление на пальцах: на основной венец, уложенный в забое с заводом пальцев в лунки, кладутся простые венцы снизу вверх. Перед укладкой венцов стенки шурфа документируются геологом. В дальнейшем шурф углубляется еще на 1, 5— 2, 0 ж и т. д. (рис. 13, г). В сыпучих и малоустойчивых породах, позволяющих углубляться на сравнительно небольшое расстояние (0, 2— 0, 5 м), применяют сплошное венцовое крепление подвесное: к направляющей раме, уложенной на поверхности, после углубки, скобками прибивается первый венец крепи, к нему второй и т. д. Главным недостатком такого способа крепления является недостаточная надежность документации, так как описание ведется только по выданной наверх породе.

Наиболее сложным случаем является проходка шурфа в плывунах, сыпучих песках и гравии. Эти породы проходятся с опережающим забивным креплением (рис. 13, е, ж). В забое укладываются наружный и внутренний венцы, а в щель между ними по всему периметру забиваются заостренные колья или доски длиной 1— 1, 5 м на глубину 0, 2— 0, 3 м. После этого производят выемку породы на 0, 4— 0, 2 м, затем снова забивают колья или доски пали и т. д. до полного забивания палей. При необходимости продолжить проходку вновь укладывают два венца (наружный и внутренний) с последующей забивкой палей и выемкой породы. Для сохранения постоянного поперечного сечения шурфа пали забиваются под некоторым углом. В случае вертикальной забивки палей сечение шурфа с глубиной уменьшается. Своеобразным видом крепления шурфов является ледяное, применяемое 'в зимних условиях при устойчиво низких температурах. Шурф проходится во льду водоема, забой его выше на 12— 15 см зеркала воды. Спустя некоторое время вода промерзает и можно углубиться на небольшое расстояние. Таким образом возможно углубиться до донных отложений и войти в них. Несмотря на ограниченность применения, такой метод крепления практически незаменим при изучении донных отложений водоемов или горных пород, перекрытых водой или значительными толщами водоносных пород. При проходке глубоких шурфов работы затрудняются из за слабого притока воздуха в нижнюю часть ствола. Особенно изменяют состав воздуха газы и пыль, образующиеся при взрывных работах или посту пающие в результате пересечения газоносных пластов. В практике шурфования известны несколько простых способов вентиляции. В зимнее время при низких температурах в забое можно установить небольшую печь с выводом дымовой трубы наружу, благодаря чему создается тяга. В степных районах с частыми ветрами оправдывает себя способ ветрогона: в шурф спускается деревянная или железная труба, оканчивающаяся раструбом, направляемым против ветра, который по трубам нагнетает в забой свежий воздух. Обычно применяемые вентиляторы создают полный напор не более 1500 мм вод. ст. (для машин, развивающих более высокое полное давление, приняты наименования нагнетатели, воздуходувки, газодувки). Конструктивно различают два типа вентиляторов: центробежные и осевые табл. 6. Центробежный вентилятор имеет рабочее колесо с лопатками, посаженное на вал и помещенное в цилиндрический стальной кожух с входным и выходным патрубками. Существует три схемы вентиляции призабойного пространства: нагнетательная, всасывающая и комбинированная. В нагнетательной схеме подача свежего воздуха по системе трубопроводов к забою начинается сразу после пуска вентилятора, установленного на поверхности близ устья выработки. Продукты взрыва перемешиваются с поступающим в забой воздухом и оттесняются от забоя к устью выработки. При такой схеме призабойное пространство очищается быстро, но выработка в целом зна чительное время остается недоступной, до полного выхода облака пыли и газов из устья. При всасывающей схеме заражен ный воздух всасывается в забое в трубопровод и, таким образом, не распространяется по горной выработке. Такая схема проветривания предпочтительна в выработках большой протяженности, поскольку очистка воздуха происходит быстрее, чем при системе нагнетания.

Нередко применяют комбинированный способ вентиляции: призабойное пространство отделяют от основной части выработки парусиновой перегородкой, в это пространство вводятся концы всасывающего и нагнетательного трубопроводов. В результате одновременной работы всасывающего и нагнетательного вентиляторов забой быстро очищается от газообразных и пылевидных продуктов взрыва. Если длина подземной выработки весьма значительна и намного превышает вертикальное расстояние до дневной поверхности, то с целью вентиляции могут быть пройдены с поверхности в горную выработку буровые скважины, по которым прокладываются вентиляционные трубы, соединенные на поверхности с вентиляторами. При наличии водопритока в шурф возникает необходимость водоотлива. Если приток воды не превышает 5 л/мин, возможна откачка вручную, если водоприток превышает 5 л/мин, то вода из забоя удаляется насосом с ручным или механическим приводом. При проходке шурфов наиболее часто используются 'вертикальные поршневые и диафрагмовые насосы. Когда шурфы проходятся при разведке на воду или рассолы, то с помощью насосов производят пробные откачки для определения состава воды, а также степени водоносности пластов. Разведочная шахта представляет вертикальную (очень редко наклонную) выработку, имеющую непосредственный выход на днев ную поверхность и предназначенную для обслуживания работ по разведке тел полезных ископаемых. Глубина разведочных шахт достигает 150— 250 м, а площадь поперечного сечения (обычно прямоугольного) колеблется от 6 до 14 м 2. С помощью шахт производится разведка глав ным образом крутопадающих тел в условиях равнинной местности. Шахтный ствол состоит из двух отделений: подъемного и лестничного. Лестничное отделение перегорожено через каждые 2 — 3 м полками. Для установки подъемных механизмов, компрессорного и насосного хозяйства над устьем шахты возводится копер и надшахтное здание. Спуско подъемные операции производятся механической лебедкой. Поднятая порода отвозится в специальный отвал. Крепление шахт почти всегда сплошное (венцовое и забивное). Из разведочных шахт проводятся подземные горизонтальные выработки штреки и квершлаги иногда очень большой протяженности. Геологическая документация шахтного ствола ведется аналогично документации шурфа. Основные подземные горизонтальные горные выработки включают штольни, квершлаги и штреки. К этим горным выработкам примыкают вспомогательные горизонтальные или вертикальные (круто наклонные) горные выработки: орты, восстающие и гезенки. Проходка, уборка пород из забоя, крепление, вентиляция, водоотлив, освещение и документация штолен, квершлагов и штреков сходны, что и позволяет их рассмотреть совместно. Штольня подземная горизонтальная горная выработка, непосредственно сообщающаяся с дневной 'поверхностью, прямоугольного, квадратного, трапециевидного и сводчатого поперечного сечения (рис. 15). Площадь поперечного сечения разведочных штолен составляет 3— 4 м 2. Штольни проходятся в условиях расчлененного рельефа при разведке и отработке месторождений полезных ископаемых. По отношению к телам полезных ископаемых штольни подразделяются на про дольные и поперечные: первые проходятся по простиранию разведуемых тел, вторые — секут их. Сквозные штольни называют тоннелями. Квершлаг (поперечная) подземная горизонтальная горная вы работка, примыкающая своим устьем к другой горной выработке и проходимая по пустым породам и телам полезных ископаемых, пересе каяих под некоторым углом, чаще всего вкрест простирания.

Рис. 15. Поперечная штольня со штреком: 1 — наносы; 2 — коренные крепкие породы; 3 — жила полезного ископаемого; 4 — отвал

Штрек — подземная горизонтальная горная выработка, примыкающая своим устьем к другой горной выработке и проводимая при наклонном и вертикальном залегании тела полезного ископаемого — по его простиранию, а при горизонтальном залегании — в любом направлении. Из продольных штолен и штреков могут быть пройдены орты — подземные горизонтальные горные выработки, направленные по горизонтальной мощности тела полезного ископаемого. Выработки, пройденные из подземных горизонтальных горных выработок, направленные вверх по восстанию или вниз по падению тела полезного ископаемого, соответственно называются восстающими и гезенками. Проходка горизонтальных подземных горных выработок производится буровзрывным, механизированным или ручным способом в зависимости от крепости и устойчивости пород. Устье штольни закладывает ся на крутом склоне возвышенности, в борту обрыва, оврага и т. п. Вначале устанавливается рама соответствующей формы и после этого производится «зарезка» штольни. Извлеченная порода сбрасывается непосредственно из устья выработки, в результате чего перед ним образуется горизонтальная площадка. Штольни проходятся «с восстанием» , т. е. они имеют незначительный наклон в сторону устья. Это обеспечивает естественный водоотлив по специально проделанной в подошве выработки канавке, а также облегчает откатку породы из забоя к устью. Штольни, равно как штреки и квершлаги, при проходке в устойчивых мягких и твердых породах с небольшим водопритоком крепятся деревянными рамами из круглого или брусчатого леса — дверными окладами (крепежными рамами) (рис. 16). Последние могут быть полными (две стойки по бокам, верхний и нижний переклады по кровле и почве выработки) и неполными (отсутствует нижний переклад). Полные и неполные дверные оклады могут устанавливаться вплотную или «вразбежку» на расстоянии 1— 2 м. В последнем случае промежутки между дверными окладами могут зашиваться досками или горбылем. Для усиления крепи и большей сохранности дверные оклады — трапециевидной или арочной формы и могут изготовляться из уголко вого металла. Весьма устойчивые монолитные породы обычно проходятся без крепления арочным сечением. В случае проходки водоносных пород, плывунов, песков применяется опережающее забивное крепление кольями по кровле, а иногда по кровле и стенкам, часто с предварительным дренированием подземных вод, тампонажем пород и другими специальными мероприятиями. После проветривания в забое производится обкол стенок и кровли с целью обрушения зависающих кусков породы и сохранения необходимого сечения выработки. Транспортировка пород в коротких выработках осуществляется скреперами или в вагонетках, откатываемых вручную. В протяженных выработках применяются вагонетки с откат кой электровозами. Погрузка породы в вагонетку производится вруч ную или механическими грузчиками. Если горизонтальные подземные выработки сообщаются с поверхностью через шахту, то вода из них отводится по канавкам к водосборникам, из которых поднимается на поверхность с помощью насосов. При наличии ниже залегающих водопоглощающих горизонтов целесообразно спустить в них воду путем проходки скважины. Наиболее просто водоотлив осуществляется из выработок, соединяющихся со штольней: вода по канавкам отводится к устью штольни самотеком.

Лекция 11 ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ВЫРАБОТКИ Документация канав. При геологической документации канаву линейно размечают. Затем замеряют ее габариты и по ним составляют план канавы в требуемом для геологической документации масштабе. Документация осуществляется или поинтервально или при наклонном залегании пород послойно. Канаву, пройденную по уклону, документируют снизу вверх. После подготовки канавы последовательность операции такая: описание канавы, отбор образцов, замеры, зарисовки, фотографирование, занесение выработок в реестры. Под описанием канавы понимается описание геологического разреза пород, которые вскрыты (условий залегания пород и других наблюдаемых геологических явлений). После расчленения толщи пород проводят тщательное описание выделенных пород (полезного ископаемого). Образцы отбивают и документируют, как и в полевой геологии. Зарисовки канавы состоят в изображении вскрытого разреза пород по стенкам, забоям и дну с дробностью подразделений, соответствующей описанию пород. На зарисовках отражают контакты пород, их ориентировку в плоскости изображения, видимые мощности, слоистость, элементы залегания, текстурные особенности пород, трещиноватость и пр. Обычно на зарисовках показывают условными знаками различные минеральные включения, органические остатки, иногда с помощью раски передают цвет или другие различия пород. Отмечают места взятия образцов, проб. При документации канав возможно широкое применение фотоснимков. Для фотографирования в канаве геологического строения пород необходима специальная зачистка участков фотографирования, так как неровности уменьшают фотоэффект. Документация шурфов в общем случае состоит из геологического описания вскрытого разреза пород на его стенках, включая детальное описание пересеченного полезного ископаемого, отбора и документации образцов, замеров геологических параметров, составления зарисовок забоев, стенок и их развертки, фотографирования, занесения шурфа в реестр. Обычно документируется длинная стенка шурфа, ориентированная вкрест простирания полезного ископаемого или пород. Однако в шурфе часто документируется не одна, а две или все четыре стенки (на эндогенных месторождениях). Поскольку большая часть шурфов крепится, наиболее целесообразно, а в ряде случаев единственно возможно вести только поинтервальную документацию шурфа, т. е. по мере его углубки. Последовательность геологической документации шурфа те же, что и в канавах. Схема расположения стенок и порядок развертки шурфа показаны на рис. 55 и 56. Следует обращать внимание на составление зарисовок забоя, который иногда документируется после каждого метра углубки (или каждой уходки), а также при вскрытии полной мощности крутопадающего полезного ископаемого и при выходе шурфа за его пределы. Для шурфов, пройденных на склоне, вместо полной развертки обычно составляется полуразвертка, состоящая из зарисовки короткой и длинной стенок шурфа (рис. 57). Построение разверток дудок не рекомендуется из за сложности интерпретации геологических построений. В реестре кроме номенклатуры и места заложения указывают габаритные данные, количество взятых образцов, проб, массу и основные результаты испытания проб.

Рис. 53. Схема разметки и обмера канавы, пройденной па склоне. а — зарисовка стенки канавы; б —зарисовка дна канавы; в — профиль канавы. 1 — наносы; 2 — разрушенные коренные породы; 3 — врез канавы в свежие породы; 4 — контур бровки канавы; 5 — пункты обмера канавы Рис. 54. Развертка канавы. 1 — наносы; 2 — порфиры; 3 — кварцевая жила; 4 — порфириты

Рис. 58. Схема составления прямой развертки стенок горизонтальной горной выработки

Документация подземных разведочных выработок. Рассмотрим вначале геологическую документацию рассечек типа ортов как наиболее типичную. В таких выработках обычно документируются обе стенки и кровля. Почва любой подземной выработки практически недоступна для документации из за ее засоренности, обводнен ности, откаточных путей и т. п. Последовательность операции такая: подготовительный осмотр выработки, зачистка, разбивка точек наблюдений, обмер габаритов выработки, замеры геологических параметров, текстовое описание, отбор образцов, зарисовки стенок и кровли, мест опробования, фотографирование, попутные наблюдения. Разбивка сети точек геологических наблюдений и обмера производится по шнуру ориентиру, который протягивают между реперами маркшейдерской съемки или временными геологическими реперами, если съемка еще не проведена. В дальнейшем такие геологические репера следует обязательно фиксировать при маркшейдерской съемке. Таким образом геологическую документацию выработки привязывают к маркшейдерской основе. Следует стремиться документировать и опробовать выработку до ее закрепления по мере проходки (ежедневно или поинтервально — через 2— 5 м). Текстовая документация, отбор образцов, замеры геологических параметров, а также попутные наблюдения и ведение реестра выработок проводятся обычным методом. Квершлаги и штольни, ориентированные вкрест простирания, документируют аналогично рассмотренной документации рассечки — орта. В штреках и штольнях, ориентированных по простиранию, документируют забой по мере проходки (через 2— 3 м) и две стенки при пологом и горизонтальном залегании пород или одну стенку, забой и кровлю — при крутом. В уклонах документируют одну стенку, ориентированную вкрест простирания, и забой — по мере проходки (через 3— 5 м). Восстающие и гезенки документируют так же, как шурфы и уклоны. Последовательность и содержание документации перечисленных выработок аналогичны таковым при документации ортов.

НАСОСЫ И НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ВОДОЙ При проходки горных выработок часто сталкиваются с наличием водопритока и возникает необходимость водоотлива. Если приток воды не превышает 5 л/мин, возможна откачка вручную, если водоприток превышает 5 л/мин, то вода из забоя удаляется насосом с ручным или механическим приводом. При проходке шурфов наиболее часто используются вертикальные поршневые и диафрагмовые насосы. Когда шурфы проходятся при разведке на воду или рассолы, то с помощью насосов производят пробные откачки для определения состава воды, а также степени водоносности пластов. Все насосы конструктивно подразделяются на лопастные (центробежные, осевые и вихревые), насосы вытеснения (поршневые и ротационные), струйные и пневматические (эрлифты, пневматические установки). Работа насосов вытеснения основана на всасывании и вытесне нии жидкости твердыми телами (поршнями, пластинками, зубцами), движущимися в рабочих полостях. Схема работы струйных насосов состоит в следующем: поток рабочей жидкости проходит через сопло, диаметр которого постепенно уменьшается, вследствие чего скорость и кинетическая энергия потока рабочей жидкости возрастает. За счет понижения давления в камере, куда входит сопло, снизу «втягивается» подлежащая откачке жидкость и, подхватываемая потоком рабочей жидкости, транспортируется вместе с ним. Принцип работы эрлифтов заключается в подъеме жидкости, смешанной с воздухом выше уровня чистой жидкости: попав в верхний резервуар, из смеси отделяется воздух и остается чистая жидкость. Основными факторами, характеризующими работу насосов, являются производительность и напор. Производительность насоса зависит от его размера, скорости движения рабочих органов и гидравлических свойств системы, в которой насос участвует. Производительность измеряется количеством жидкости, подаваемым насосом в единицу времени. Напор — высота, на которую может быть поднята жидкость за счет переданной энергии от насоса. С помощью насосов в горнобуровой практике осуществляются следующие операции: а) подача промывочной жидкости при механическом бурении сква жины; б) водоотлив из горных выработок; в) пробные откачки воды из скважин и горных выработок при гидрогеологических исследованиях; г) подача воды для разрушения горных пород гидромониторами; д) подача воды для приведения в действие забойных двигателей при турбинном бурении глубоких скважин. Подача промывочной жидкости (глинистого раствора) при механическом бурении производится исключительно поршневыми насосами с механическим приводом (рис. 03), развивающими давление и скорость восходящего потока в скважине, достаточные для транспортировки наверх шлама. Поршневой насос состоит из корпуса цилиндра, поршня с кривошипно шатунным механизмом, всасывающего и нагнетательного клапанов, воздушного колпака, компенсатора и приводного шкива. Кинематическая схема такого насоса изображена на рис. 63. Для водоотлива из горных выработок применяются насосы различных типов. При проходке неглубоких шурфов с малым водопритоком обычно используют ручные насосы: поршневые, крыльчатые и диафрагмовые. Все они имеют производительность порядка 1— 2 м 3/час и напор жидкости 30— 40 м вод. ст. Кинематическая схема ручного горизонтального поршневого насоса не отличается от схемы, рассмотренной для механического поршневого горизонтального насоса (рис. 65 а. )

Рис. 63. Кинематическая схема горизонтального поршневого механического насоса: 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — шток; 4 — крецкопф; 5 — всасывающий кла пан; 6— всасывающий шланг; 7 — на гнетательный клапан; 8 — нагнета тельный шланг; 9 — кривошип; 10 — приводной шкив; 11 — шатун Рис. 64. Насос ЗИФ 200/40: 1 — шток с поршнем; 2 — шатун; 3 — вал кривошипный; 4 — вал приводной; 5 — ведущая и ведомая шестерни; 6 — цилиндр; 7 — всасывающие клапаны; 8 — нагнетательные клапаны; 9 — воздушный колпак; 10 — предохранительный клапан; 11 — трехходовой кран; 12 манометр Рис. 65. Ручные насосы: а) штанговый насос: 1 — цилиндр; 2 — напорная труба; , 3 — фланец; 4 — сальник; 5 — поршень; 6 — штанги; 7 — шток; 8 — балансир; 9 — всасывающий клапан; 10 — поршневой клапан; б) крыльчатый насос: 1, 2 — всасывающие клапаны; 3, 4 — нагнетательные клапаны; I—IV — камеры насоса; в) диафрашовый насос: 1 — рукоятка; 2— диафрагма; 3 — всасывающая труба; 4 — нагнетательная труба; 5 — нагнетательный клапан; 6 — всасывающий клапан

Крыльчатый насос имеет цилиндрический корпус, разделенный вертикальной перегородкой. На оси цилиндра, внутри его, насажены крылья, . а снаружи — рукоятка. Подвижные крылья и неподвижная перегородка разделяют цилиндр на 4 сектора, соединенные отверстиями попарно (два противолежащих сектора объединяются в пару). В верхних секто рах имеется по одному нагнетательному, а в нижних — по одному всасывающему клапану. При движении правого крыла вверх (а левого соответственно вниз) в нижнем правом секторе происходит всасывание жидкости, а из левого нижнего сектора вода вытесняется через правый верхний сектор. Таким образом, в любой момент одна пара секторов нагнетает, а другая всасывает жидкость (рис. 65, б). Диафрагмовый насос, не имеет трущихся частей, поэтому он безотказен в работе при откачке загрязненной воды. В центральной части коробки насоса имеется горизонтальная диафрагма, совершающая колебательные движения с помощью внешней рукоятки. При поднимании диафрагмы, вода по всасывающей трубе через всасывающий клапан поднимается в насос. При последующем опускании диафрагмы всасы вающий клапан перекрывается и вода вытесняется через нагнетательный клапан в напорную трубу (рис. 65, е). Водоотлив из глубоких шурфов, шахт, подземных горизонтальных выработок осуществляется главным образом с применением центробежных насосов и, редко, поршневых насосов. Принцип работы центробежных насосов аналогичен принципу работы центробежных вентиляторов. Конструктивно различают горизонтальные и вертикальные центробежные насосы. Те и другие могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. Вертикальные насосы применяются при проходке шахт, шурфов. Они также применяются для подачи воды к гидромониторам при гидравлическом разрушении горных пород. Насосы применяются для производства откачки из скважин и шурфов, при гидрогеологическом исследовании подземных вод, а также с целью местного понижения уровня грунтовых вод при проходке разведочных шахт. В этих случаях возможно применение водоприемников трех основных типов: первый — насосы и двигатели устанавливаются на поверхности близ устья скважины; второй —насосы размещены в скважине, а двигатели на поверхности близ устья; третий — насосы и двигатели устанавливаются внутри скважины. Применение того или иного типа водоподъемника зависит в первую очередь от положения динамического уровня воды. При глубоких динамических уровнях применяются: штанговые поршневые насосы одинарного и двойного действия, погружные центробежные насосы, эрлифтные установки с приводом от компрессора (рис. 66). Рис. 66. Схема работы эрлифта: 1 — компрессор; 2 — воздухопровод ная трубка; 3—рассеивающий фильтр; 4 — водоподъемная труба; 5 — обсад ная труба;

БУРЕНИЕ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРЕНИИ СКВАЖИН Бурение наиболее широко используется при поисках и разведках. Оно применяется также при гидрогеологических и инженерно геологических изысканиях и для геофизических исследований. Современная буровая техника позволяет бурить глубокие скважины свыше 6000 м. Как известно на Кольском полуострове пробурена скважина глубиной около 15 км и предполагается в ближайшие годы бурение на Урале подобной скважины. Буровой скважиной называется выработка цилиндрической формы, имеющая небольшое поперечное сечение по сравнению с глубиной. Основными элементами буровой скважины являются (рис. 17, а): устье 1, забой 2, ствол скважины 3, боковые поверхности которого назы ваются стенками 4. Рис. 17. Основные элементы буровой скважины (а): 1 — устье; 2 — забой; 3 — ствол; 4 — стенки; б) определение глубины наклонной скважины; в) сплошной и кольцевой забой: 1 — сплошной забой; 2 — кольцевой забой. Если скважина вертикальна, то ее глубина L равна разности отме токустья и забоя, если ось скважины наклонена к горизонту, то глубина L больше разности отметок. Диаметр скважины принимается по наружному диаметру породо разрушающего инструмента, несмотря на то, что истинный диаметр скважины немного больше диаметра инструмента. Диаметр буровых скважин — от 16 мм до 1500 мм, и только скважины шахты имеют диа метр до 8 м. Скважины с поверхности земли могут буриться вертикально или наклонно, в случае бурения скважин из подземных горных выработок они могут принимать также горизонтальное или восстающее направ ление. Бурение скважин осуществляется либо по всей плоскости забоя — сплошной забой, либо по кольцевому пространству — кольце вой забой (рис. 17, в). В последнем случае остается нетронутой ко лонка породы — к е р н. Сплошным забоем обычно бурятся эксплуатационные скважины и скважины, по которым не производится отбор керна (взрывные, венти ляционные и т. п. ). Кольцевым забоем бурятся скважины при поисках и разведке полезных ископаемых, при инженерно геологических, гидро геологических и других работах; этот вид бурения в практике геолого разведочных работ преобладает. В зависимости от создаваемых усилий и породоразрушающих инструментов различают: 1) вращательный; 2) ударный и 3) ударно вращательный способы бурения.

НАЗНАЧЕНИЕ БУРОВЫХ СКВАЖИН При разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых скважины бурятся для следующих целей: 1) геологоразведочных; 2) эксплуатационных; 3) вспомогательных. Геологоразведочные скважины бурятся при геологической съемке, поисках, разведке полезных ископаемых. Жидкие и газообразные полезные ископаемые нефть, газ, минеральные воды, рассолы разведуютюя и эксплуатируются почти всегда с помощью буровых скважин. Уголь, строительные материалы, железные руды и некоторые другие полезные ископаемые, имеющие простые условия залегания, разведуются с помощью буровых скваждн почти без применения горных выработок. Для вспомогательных целей скважины бурятся: 1) для геофизических исследований при сейсморазведке; 2) для проведения взрывных работ при разработке полезного ископаемого и для создания подземных нефте и газохранилищ; 3) для вентиляции, водоотлива, проведения кабеля в подземных выработках; 4) в инженерно геологических целях— для замораживания неустойчивых водоносных пород и для нагнетания цемента в трещиноватые и пористые породы; 5) для проходки шахтных стволов. СПОСОБЫ БУРЕНИЯ Главнейшими процессами при бурении являются: 1) собственно бурение (разрушение горной породы на забое); 2) транспортировка разбуренной породы на поверхность; 3) крепление стенок скважины и извлечение труб; 4) вышечно монтажные работы. Собственно бурение производится несколькими способами: 1) механическим — разрушение пород осуществляется непосредственным воздействием породоразрушающего инструмента на забой; 2) физическим — разрушение пород взрывом, высокой температурой, струей воды и. т. д. Наиболее распространено разрушение породы механическими способами, при которых создаются значительные напряжения сжатия и скалывания. При бурении любыми породоразрушающими инструментами могут возникать: объемное, поверхностное и усталостное разрушения. Объемное разрушение происходит, когда под торцом инструмента возникают напряжения, превышающие твердость породы на вдавлиание. В случае объемного разрушения порода разрушается эффективно. Поверхностное разрушение возникает на контакте лезвия породоразрушающего инструмента и породы за счет трения и абразивных свойств инструмента. Усталостное разрушение возникает за счет повторных грузок: когда в результате повторного приложения сил твердость породы снижается и возникают условия для объемного разрушения. При бурении следует следить за породоразрушающим инструментом и в случае затупления резцов менять инструмент или применять самозатачивающиеся коронки, чтобы обеспечить наиболее эффективное объемное разрушение. При механическом способе разрушения пород инструмент быстро изнашивается, что влечет резкое снижение производительности бурения.

Поэтому в последние годы ведутся поиски новых бездолотных способов разрушения пород: 1) огневой — при помощи огнеструйной реактивной горелки или кислородного копья. В первом случае в реактивной огнеструйной горелке в кислороде сгорает керосин, этиловый спирт или дизельное топливо, температура сгорания достигает 3200° при давлении 20— 40 атм, скорость истечения из сопла горелки раскаленных газов достигает 2000 м/сек. При таком режиме в горной породе создается температурное напряжение, приводящее к ее разрушению. Второй вариант основан на сгорании стального наконечника в кислороде, при этом происходит нагревание породы до температуры плавления (1470— 1800°). Этот способ не нашел применения из за значительного расхода железа и кислорода; 2) применение плазмы для разрушения горных пород; 3) электрогидравлическое разрушение горных пород, основанное на действии электрического разряда в воде; 4) разрушение горных пород водной струей, выбрасываемой из сопла диаметром 1 мм под давлением в десятки тысяч атмосфер; 5) разрушение пород при помощи ультразвуковых колебаний, которые создаются за счет растяжения и сжатия никелевого сердечника под действием переменного магнитного поля. Число колебаний достигает 28— 30 тысяч в минуту при амплитуде в несколько микрон, при этом сердечник наносит удары по наковальне, осуществляя ударно вращательное бурение. Классификация различных способов бурения и разрушения пород представлена на рис. 18. Из всех видов бурения, указанных на классификационной схеме С. А. Волкова, наибольшее распространение имеет механическое вращательное бурение глубоких и мелких скважин кольцевым и сплошным забоем. Также широко применяется ударное механическое бурение, бурение шнеками, вибрационное и мелкое медленное вращательное бурение. Прежде чем приступить к описанию различных способов бурения, в этой главе будут даны характеристики вспомогательных процессов, сопутствующих бурению, и оборудования. Обычная буровая установка состоит из бурового станка, насоса и двигателя к ним. По характеру монтажа буровые установки могут быть стационарными, передвижными и самоходными. При стационарной буровой установке на месте предполагаемой скважины устанавливают буровую вышку, которая состоит из коп раи откоса. Откос — небольшая легкая пристройка, в которой монти руетсябуровое оборудование. Он служит для защиты людей и обору дованияот атмосферных явлений, а также используется для хранения бурового инструмента, приспособлений для спуско подъемных операций, запасных частей, спецодежды и т. п. У передвижной буровой установки копер и откос, а также бу ровое оборудование монтируются на металлической раме салазках. Копер обычно представляет собой легкую трубчатую металлическую мачту, которая благодаря шарнирному соединению с рамой может складываться. Перевозка установки, осуществляется с помощью трактора тягача без демонтажа оборудования и мачты. Передвигать установку нужно с (переводом мачты в горизонтальное (транспортное) поло жение. На самоходных буровых установках буровой станок, насос и мачта монтируются на раме автомашины или трактора. Буровой станок и насос могут работать от двигателя автомашины (трактора), но обыч но устанавливается специальный двигатель (бензиновый, дизель или электромотор). Самоходные установки отличаются большой подвижно стью и позволяют сокращать время, затрачиваемое на перемещение в новую точку бурения.

БУРОВЫЕ КОПРЫ И МАЧТЫ Копер (мачта) служит для спуска в скважину и подъема из нее инструмента и обсадных труб, если требуется закрепление стенок скважины (обсадка). Копры бывают деревянные или металлические из труб и углового проката. При бурении применяют трехногие и четырехногие копры (рис. 19). В последнее время все чаще применяют передвижные буровые мачты (рис. 21). Высота мачт соответственно изменяется от 13, 6 до 19, 0 м. При перевозках ферма мачты укладывается в горизонтальное положение Рис. 19. Трехногий копер для наклонного колонкового бурения: А — вид сбоку; Б — план расположения бурового агрегата: 1 — ноги копра; 2 — полати; 3 — откос; 4 — станок; 5 — насос; 6 — двигатель; 7 — ряжи; 8 — раскосы Рис. 20. Четырехногий копер Рис. 21. Передвижная буровая вышка: А — транспортное положение; Б — рабочее положение: 1 — мачта; 2 — площадка; 3 — кронблок; 4 — штанги; 5 — откос; 6 — рама

БУРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Буровые штанги (бурильные трубы). При вращательном бурении пользуются буровыми, преимущественно круглыми штангами. Круглые стандартные штанги представляют цельнотянутые стальные трубы с наружным диаметром 33, 5; 42; 50; 63 и 73 мм при длине каждой штанги 1, 5; 3 и 4, 5 м. Для соединения и свинчивания штанг в свечи (несколько свернутых штанг) и в общую колонну на их концах делают внешнюю и внутреннюю нарезку. Для спуска и подъема штанг необходимы следующие принадлежности. 1. Вертлюжная пробка для подъема и спуска штанг в скважину. 2. Клещи и ключи для свинчивания и развинчивания штанг. 3. Подкладные вилки, которые надевают на прорези в замках, чтобы удержать штанги над устьем скважины. 4. Фарштуль — представляет собой короткую вилку с дужкой для прихвата подъемным крюком. Вилку фарштуля одевают на прорезь штангового или ниппельного замка или под муфту, свеча может быть поднята над устьем скважины подъемным крюком за душку фарштуля. 5. Постепенный подъем и спуск колонны штанг в скважину может производиться при помощи двух фарштулей или элеватора и подкладной вилки Для повышения производительности труда применяется механизированное свинчивание и развинчивание бурильных труб и автоматизация спуско подъемных операций. Для механизации спуска и подъема колонны бурильных труб применяются самоосвобождающиеся элеваторы и штангоотбрасыватели. Для крепления стенок скважины применяется обсадные трубы. В начале бурения обсадные трубы обеспечивают прямолинейное направление скважины. Обсадные трубы изготавливаются из качественных сортов стали. Башмаки трубные применяются для предохранения нижнего конца обсадных труб от смятия при опускании их в скважину, для срезания выступов породы со стенок скважины. Трубные башмаки бывают забивные и фрезерные; первые применяются при ударном бурении, вто рые— при вращательном. Головки забивные служат для предохранения верхнего конца трубы от деформации при забивке трубы в скважину. Забивные снаряды предназначены для забивки труб в сква жину и состоят из штанги с конической резьбой и ключевыми выемками и массивного железного кольца, укрепленного на штанге. Вес их от 300 до 1200 кг. Выбивной снаряд служит для извлечения обсадных труб с муфтовым резьбовым соединением. Выбивная головка ввинчивается в муфту верхней трубы извлекаемой колонны. Для поддержания обсадных труб на весу в скважине применяются хомуты простые и лафетные. Для свинчивания и развинчивания обсадных труб применяются шарнирные или двух и трехшарнирные ключи в количестве трех штук. При извлечении из скважин прихваченных породами труб используются двойные винтовые домкраты (рис. 25). В целях экономии металла иногда применяют трубы из неметаллических материалов: асбестоцемента, фанеры и пластмасс. Асбестоцементные трубы применяются при оборудовании скважин на воду в условиях гидравлического давления до 10 атм. Полиэтиленовые трубы начали применять при креплении артезианских скважин, эти трубы отличаются значительной прочностью

б) блок; в) крепление блока на треноге Рис. 25. Принадлежности к обсадным трубам: а) забивной башмак; б) фрезерный башмак; в) забивная головка: 1 — головка; 2 — шкворень; 3 — серьга; 4 — муфта; 5— труба; г) забивной снаряд: 1— штанга; 2 — коническая резьба; 3 — ключевая выемка; 4 — массивное железное кольцо; д) выбивной снаряд: 1 — штанга; 2 — кониче ская резьба; 3 — массивное железное кольцо; 4 — выбивная головка; е) двухвинтовой домкрат