УДАЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ РАЗРУШЕНИЯ ПОРОД ИЗ СКВАЖИНЫ В процессе

УДАЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ РАЗРУШЕНИЯ ПОРОД ИЗ СКВАЖИНЫ. В процессе бурения разрушенная порода (шлам) должна удаляться с забоя скважины; в противном случае накапливающийся шлам будет переизмельчаться, затрудняя процесс бурения и тем самым способствуя быстрому износу инструмента. Удаление шлама осуществляется несколькими способами: 1) механическим — с помощью бурового или специального инструмента; 2) гидравлическим — потоком промывочной жидкости; 3) пневматическим — потоком сжатого воздуха или газа; 4) комбинированным частично потоком промывочной жидкости, частично с помощью бурового или специального инструмента. При вращательном колонковом и роторном бурении чаще всего применяется промывка и продувка, кроме того, воздух и жидкость охлаждают инструмент. Бурение с промывкой: Существует два способа промывки скважины: прямая и обратная. При прямой промывке жидкость через нагнетательный шланг 1 (рис. 26, а) и сальник поступает в колонну бурильных труб 2 и направляется к забою скважины; выходя из под торца инструмента, омывая его, жидкость вместе с раздробленной породой поднимается к устью скважины по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины. По выходе из скважины жидкость по системе желобов 3 поступает в отстойный бак 4, где очищается, и вновь нагнетается в скважину. В практике чаще всего применяют прямую промывку. Рис. 26. Схема промывки и продувки скважин: а) прямая промывка; . б) обратная промывка; в) продувка скважины: 1 — компрессор; 2 — воз духопровод; 3 — сальник; 4 штанги; 5 — герметическая головка; 6 — обсадные трубы; 7 — отводные шланги; 8 — циклон; 9 — пылесборник; 10 — вентилятор; 11 — ресивер

При обратной промывке промывочная жидкость насосом подается через специальное сальниковое устройство к забою по стволу скважины; омывая забой, жидкость поднимается к устью скважин колонне бурильных труб 1 и через сальник 2 и шланг поступает в очистительную систему (рис. 26, 6). В зависимости от физико механических свойств пород применяют различные промывочные жидкости. Для бурения устойчивых пород применяют воду; при бурении пород повышенной твердости используют растворы химически активных веществ, понижающих твердость пород. При бурении толщи солей промывку производят насыщенным раствором этих же солей, чтобы предотвратить растворение керна и стенок скважины. В условиях вечной мерзлоты при бурении скважин по рыхлым породам в качестве промывочной жидкости применяют охлажденные соляные растворы с температурой замерзания ниже, чем температура мерзлых пород. Иногда применяют соляровое. масло. Чаще всего для промывки применяют глинистый раствор, особенно малоустойчивых, пучащихся и разрушенных породах. Глинистым раствором называется водная суспензия различных глин; лучшие глинище растворы по своим свойствам могут быть отнесены к коллоидным. При приготовлении глинистых растворов необходимо предотвращать коагуляцию коллоидных растворов, добавляя вещества, повышающие электрический заряд и гидратацию частиц. Очень часто даже бентонитовые глины не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к глинистым растворам. Для улучшения качества глинистого раствора его следует обрабатывать электролитами и коллоидами. Повышение удельного веса промывочной жидкости значительно улучшает промывку. В последние годы при бурении широко применяется бурение с продувкой скважин (рис. 26, в) по прямой и обратной схеме, аналогичной схеме промывки. В этом случае в состав бурового агрегата вместо насоса входит компрессор. Бурение скважин с продувкой целесообразно: 1) при бурении скважин в мерзлых породах, которые при промывке могут оттаивать и оползать; 2) при бурении в трещиноватых и пористых породах, когда происходит интенсивное поглощение промывочной жидкости и набухание пород; 3) в устойчивых породах при незначительном водопритоке; 4) в безводных районах. МЕХАНИЧЕСКОЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ БУРЕНИЕ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Как уже упоминалось выше, механическое вращательное бурение находит широкое применение. Существует бурение кольцевым и сплошным забоем. При бурении скважины кольцевым забоем буровой снаряд состоит из коронки 1, колонковой трубы 2, переходника 3; снаряд опускают в скважину на колонне бурильных труб 4, на верхний конец бурильных труб навинчивается сальник вертлюг 7, который подвешивают на крюк талевого блока (рис. 27). К сальнику присоединен нагнетательный шланг от насоса, от которого промывочная жидкость поступает на забой скважины. В некоторых случаях между коронкой и колонковой трубой ввинчивается кернорватель 5 для отрыва керна от забоя, а на переходник навинчивается шламовая труба для сбора мелкой раздробленной породы. Если бурение ведется сплошным забоем, вместо коронки привинчивается долото «рыбий хвост» или шарошка; колонковая труба, шламовая труба и кернорватель отсутствуют.

При вращении коронки керн поступает в колонковую трубу, а шлам промывочной жидкостью или воздухом выносится к устью скважины. По способу удаления шлама с забоя колонковое бурение можно подразделить на: 1) бурение с промывкой скважины или с продувкой сжатым воздухом; 2) безнаносное бурение с внутренней циркуляцией жидкости в скважине и снаряде; 3) бурение всухую, когда углубка производится с затиркой шлама в стенки скважины. БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ Для механического вращательного бурения применяются следующие буровые наконечники. Для пород мягких, сыпучих, вязких и малой крепости (категории I—IV, см. прил. III) применяются: для бурения сплошным забоем — двухлопастные, трехлопастные и четырехлопастные стальные долота (рис. 28, а) «рыбий хвост» — РХ, пикобуры, часто армированные твердыми сплавами. При очень вязких породах долото заменяют дисковыми режущими наконечниками. Для получения керна в вышеупомянутых породах используют стальные зубчатые коронки или пустотелые долота РХ. В породах V—VII категорий применяются коронки, армированные резцами твердых сплавов (рис. 28, в). Рис. 28. Инструмент для механического ращательного в бурения: а) рыбий хвост; б) зубчатая коронка; в) армированная коронка; г) дробовая коронка; д) мелкоалмазная коронка; е) резцы; ж) шарошки: 1— шарошка, 2 — запорный палец, 3 — шарикороликовые подшипники; з) самозатачивающаяся коронка

Для повышения механической скорости; бурения применяются самозатачивающиеся коронки с резцами, не имеющими начальных углов приострения и зачеканенными в матрицу мягкой стали (рис. 28, з). При бурении коронками промывка скважин подразделяется на промывку в процессе бурения и чистку скважины. Правильный подбор глинистого раствора и умелое регулирование подачи определенного количества промывочной жидкости обеспечивают: правильный режим бурения. В особо твердых породах (XI — XХII категорий) часто применяют алмазное бурение. Из технических алмазов обычно используют борты, а также карбонадо и балласы. Крупные алмазы весом 0, 5 карат и больше зачеканиваютоя в стальной корпус короночного кольца на специальных медных или свинцовых прокладках. Стоимость крупноалмазных коронок высокая, и поэтому в последнее время изготавливают мелко алмазные коронки (до 200 штук алмазов на карат). Существуют однослойные, многослойные и импрегнированные коронки, в которых мелкие зерна алмазов перемешиваются с материалом матрицы (рис. 28, д). Наружные диаметры алмазных коронок изменяют от 93 до 36 мм. Мелкоалмазными коронками можно бурить скважины под любым углом, сплошным и кольцевым забоем. Для бурения скважин сплошным забоем в породах до IX категории применяются алмазные долота. Применение долот позволяет бурить со скоростью 4000 об/мин и длиной рейса несколько десятков метров, при бурении коронкой число оборотов снижается до 750 об/мин. Бурение дробью. В твердых малотрещиноватых породах применяют бурение чугунной или стальной дробью, чаще всего кольцевым забоем. Диаметр дробовых коронок варьирует от 75 до 150 мм, иногда больше — до 2 м. Угол наклона скважины к горизонту не должен быть меньше 60 — 75°. Коронка представляет собой полый цилиндр, имеющий вверху внешнюю конусную расточку и резьбу, а внизу — прорезь для дроби и промывочной жидкости (рис. 28, г). Все вышеперечисленные коронки считаются истирающим инструментом; шарошечные долота и шарошечные коронки разрушают породу путем нанесения многочисленных ударов при вращении инструмента (рис. 28, ж). Для отрыва от забоя столбика породы при бурении кольцевым забоем твердосплавными и алмазными коронками служит Кернорватель с рвательной кольцевой конической пружиной состоит из корпуса 1 (рис. 30), имеющего на нижнем конце внутреннюю резьбу под коронку 2, а на верхнем — наружную резьбу под колонковую трубу 3. Внутри корпус расточен на конус, расширяющийся кверху. В этой части корпуса помещается рвательная кольцевая пружина 4 с конической поверхностью и внутренними выступами. При бурении керн свободно входит в кернорватель и поднимает кольцо вверх в расширенную часть конуса расточки. При поднимании снаряда кольцо, благодаря трению о керн, спускается в суженную часть и зажимает керн, который при подъеме отрывается от забоя. Рис. 29. Дробопитатель с гидропроводом: 1 — цилиндр для дроби; 2 — крышка; 3 — полая трубка для питания дро бью; 4 — шкала, указы вающая расход дроби; 5 — указатель расхода дроби; 6 шланг от насоса; 7 — дробь Рис. 30. Кернорватель

При дробовом бурении кернорватели не применяются, а керн заклинивается дробью с последующим неполным вращением снаряда. Вместо дроби может применяться гравий, битое стекло или рубленая проволока. Колонковые трубы обычно изготавливаются из заготовок, предназначенных для обсадных труб, и служат для приема керна и на правления ствола скважины. Каждая труба имеет с обоих концов внутреннюю нарезку. Длина колонковых труб 1, 5, 3 и 6 л. Переходники служат для соединения бурильных труб с колонковыми. Шламовые трубы изготавливаются из тех же трубных заготовок, что и колонковые трубы. Они служат для улавливания крупных и мелких частей шлама БУРОВЫЕ СТАНКИ Буровые станки и установки, производящие бурение, различаются по транспортабельности, виду подачи инструмента на забой, типу вращателей, глубине и способу бурения. По транспортабельности выделяют: 1) стационарные буровые установки; 2) передвижные буровые установки; 3) самоходные буровые установки. По видам подачи и регулировки давления на забой буровые установки разделяются: 1) с рычажной подачей; 2) с рычажно дифференциальной; 3) с дифференциально винтовой; 4) с гидравлической; 5) с ведущей штангой и цепной подачей. По виду вращателя станки подразделяются на шпиндельные и роторные с ведущей штангой. Станки с рычажной подачей применяются для бурения геологораз ведочных, инженерно геологических и структурно картировочных скважин. Удобнее всего их применять при бурении дробью и при безнасосном бурении. В таких станках регулировка давления и подача инструмента на забой осуществляется при помощи рычага и кремальеры. Рис. 31. Схема действия рычажной подачи: а) при бурении с нагрузкой; б) при бурении с разгрузкой Станки предназначены для бурения скважин на глубину до 300 м. Станки с рычажной подачей , в настоящее время не выпускаются.

Рис. 31. Схема действия рычажной подачи: а) при бурении с нагрузкой; б) при бурении с разгрузкой Рис. 39. При работе вращателем роторного типа применяется принудительная подача, состоящая из механизма с зубчатой Рис. 40. Схема большого роторного станка: а) кинематическая схема станка; б) горизонтальная шестерня с вкладышем.

Станки с дифференциально-винтовой подачей Станки этого типа обычно применяют для бурения скважин из подземных выработок под любым углом к горизонту. Станки работают от электрического или пневматического двигателя. Станок ГП 1 с электрическим двигателем предназначен для бурения подземных скважин на небольшую глубину под. различным углом. Станок имеет три скорости. Устройство этого станка приводится на рис. 33. От вала 1 вращение передается через конические шестерни 2 и 3 на втулку шпинделя 4, которая при помощи шпонок вращает винтовой шпиндель, по этим же шпонкам шпиндель имеет осевое перемещение. Сквозь шпиндель пропущена штанга 5, зажатая в патроне 6 и вращающаяся вместе со шпинделем. На втулке шпинделя заклинена цилиндрическая шестерня Z 1. Параллельно со шпинделем расположен валик с двумя шестернями Z 2 и Z 3, и фрикционом 7 в виде дисков, которые пружиной прижимаются к шестерне Z 3. Шестерня Z 3 свободно сидит на валике, может включаться только при выключении фрикциона и через шестерню Z 4 передавать вращение гайке подачи 8. Возможны три положения шпинделя: 1) если фрикцион выключен, шестерня Z 3 не вращается и не вращается гайка подачи (заторможена), то шпиндель ввинчивается в гайку подачи и идет вверх; 2) фрикцион выключен, и гайка вращается одновременно со шпинделем, шпиндель не будет иметь вертикального перемещения; 3) фрикцион включен, гайка подачи делает больше оборотов, чем шпиндель, и он будет вывинчиваться из нее и двигаться вниз. Скорость движения шпинделя вниз будет зависеть от разности числа оборотов шпинделя и гайки подачи. Диски фрикциона автоматически регулируют давление на забой, например при очень твердых породах, когда инструмент не успевает за подачей шпинделя, диски начинают пробуксовывать, гайки подачи замедляет обороты, подача шпинделя замедляется. При бурении скважин небольшого диаметра (до 110 мм) на глубину до 150 м применяются станки с рычажно дифференциальной подачей (ЗИВ 150). Основными узлами станка являются: главный фрикцион, коробка передач, вращатель, система подачи и регулировки давления на забой, лебедка. Рис. 33. Станок с дифферен циальной подачей ГП 1

Колонковое разведочное бурение в основном осуществляется станками с гидравлической подачей на глубину от 20 до 3000 м. Оно используется в основном для развечных работ на месторождениях твердых полезных ископаемых, где главной геологической информацией служит керн. Конструкция скчважины колонкового бурения приведена на рисунке.

Станки с гидравлической подачей В последнее время колонковое разведочное бурение в основном осуществляется станками с гидравлической подачей на глубину от 20 до 3000 м. Предпочтение этим станкам отдается в силу того, что на них можно осуществлять наиболее точно регулирование нагрузки на забой, , не требующее от мастера особых физических усилий, фиксировать контакты пород различной твердости, использовать как гидравлический, домкрат прихвате инструмента. По типу подачи станки с гидравлической подачей подразделяются на одноцилиндровые и двухцилиндровые. Наиболее распространенными являются станки типа ЗИФ и конструкции ВИТРа. Станок ЗИФ 300 М с приводом от электродвигателя (рис. 36) состоит из следующих основных узлов: главного фрикциона, коробки скоростей, вращателя, лебедки, системы гидроподачи (маслобак, маслонасос, система гидроуправления). Станок колонкового бурения модели СКБ-41 Предназначен для бурения с поверхности вертикальных и наклонных геологоразведочных скважин на твердые рудные и нерудные полезные ископаемые, воду и др. , вращательными и ударно вращательными способами. Рис. 36. Кинематичес кая схема бурового агрегата

Самоходные буровые установки Наиболее распространенными самоходными буровыми установкой является УРБ 2 А 2 . Самоходная установка монтируется на автомашине и имеет привод от специально установленного дизеля мощностью 38 л. с. В комплект установки входят два взаимо заменяемых вращателя: шпиндельного типа с рычажно дифференциальной подачей станок роторного типа с принудительной рычажно цепной подачей. Роторный вращатель состоит из двух конических шестерен 1, 2 и пустотелого шпинделя втулки 3, через который пропускается штанга квадратного сечения. Вращатель шпиндельного типа применяется для бурения твердых пород, вращатель роторного типа — для пород мягких и средней твердости. При работе вращателем роторного типа применяется принудительная подача, состоящая из механизма с зубчатой передачей (рис. 39), передающей давление от рычага 4 на вал подачи 5 через цепную передачу. С вала подачи давление передается через цепь и трос, которые проходят через ролик на мачте. и укреплены на коромысле сальника вертлюга, на ведущую штангу. В самоходных буровых установках имеется сварная мачта копер высотой около 7 м, которая на время передвижения станка складывается в горизонтальное положение. Буровая установка разведочного бурения УРБ 2 А 2 устанавливается на шасси ЗИЛ 131, Урал-4320, Кам. АЗ-43114. Бурение скважины ведется долотом роторным (вращательным) способом с промывкой буровым расивором. Глубина бурения долотом, м до 300. Самоходные буровые агрегаты БА 15 предназначены для бурения скважин на воду роторным способом с прямой и обратной промывкой буровым ратвором в породах мягкой и средней твердости. Передвижная буровая установка ПБУ-1200 ПГП предназначена для бурения эксплуатационных скважин на воду до 1200 м в различных по твердости породах.

Забойные вращательные двигатели Преимущество забойных двигателей заключается в том, что вся мощность двигателя передается породоразрушающему инструменту, так как двигатель непосредственно связан с инструментом и отпадает затрата энергии на вращение бурильных труб. Известны два забойных двигателя: турбобур и электробур. Турбинное бурение Турбобур представляет многоступенчатую турбину осевого типа, работающую в принудительном потоке жидкости. Промывочная жидкость, глинистый раствор или вода попадает через колонну штанг в корпус турбобура, проходит сквозь верхнее продольное отверстие вала, попадает в направляющие каналы неподвижного диска статора первой ступени 1. По этим каналам жидкость направляется на диски ротора 2, вращая их и вместе с ними вращая вал турбобура (рис. 41). Поток жидкости проходит все ступени турбины, затем через отверстие вала направляется в долото. Вал турбобура подвешен в корпусе на подпятниках. Корпус турбобура верхним концом через переходник связан с бурильными трубами; на нижний конец вала турбобура привинчивается долото. Лопатки ротора и статора аналогичны другу, только повернуты в разные стороны. На роторах турбины под действием потока создается активный вращающий момент, а на статорах равный активному по величине и противоположный по направлению реактивный момент. Турбинное бурение требует жидкости (35— 40 л/сек при давлении 30— 50 атм), мощность турбобуров 100— 300 л. с. Обычно диаметр бурения турбобуром 200— 250 мм, однако в последнее время стали применяться малогабаритные турбобуры, которые применяются при 'бурении поисково разведочных скважин. В настоящее время рекомендуется в производство турбобур с помещенной внутри «его колонковой трубой для приема керна, выбуриваемого шарошками по кольцевому забою. Турбинное бурение при всех своих достоинствах имеет существен ный недостаток — потерю мощности, вызванную значительными гидравлическими [сопротивлениями по пути движения потока жидкости от насоса к турбобуру и в самом турбобуре. Общий к. п. д. установки турбо бура 0, 2— 0, 3. Электробурение. В последние годы в буровой практике применяется электробур, опускаемый в скважину на неподвижных трубах или на канате. Электробур представляет собой погружной электродвигатель, установленный в наполненном маслом герметичном цилиндре. Питание электроэнергией осуществляется через злектровертлюг посредством отрезков трехжильного кабеля, проложенных внутри бурильных труб, концы этого кабеля заделаны в замковых соединениях, так что при свертывании бурильных труб концы их соединяются. Рис. 41. Турбобур: а) схема турбобура; б) турбина

Лекция 12 КОМБИНИРОВАННЫЙ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫЙ СПОСОБ БУРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ГИДРОУДАРНИКОВ Для осуществления ударно вращательного способа бурения, когда кинетическая энергия жидкости преобразуется гидроударником в возвратно поступательное движение поршня бойка, создающего высокочастотные удары на породоразрушающий инструмент; на штангах выше переходника колонкового снаряда помещается гидроударник, который работает по следующей схеме. В корпусе гидроударника располагаются клапан 2 (рис. 42), перекрывающий отверстие в поршне 1. Промывочная жидкость передвигает поршень вниз, сжимая возвратную пружину 4 до тех пор пока сила сжатия пружины 3 будет меньше силы давления жидкости на клапан. После растяжения пружины 3 клапан оторвется от поршня, а поршень с бойком по инерции будут двигаться вниз и ударят о наковальню 5. После удара о наковальню поршень отскочит от нее и под действием пружины 4 возвратится в исходное положение. В тот момент, когда проходное отверстие в поршне открыто, промывочная жидкость устремляется в колонковый снаряд. Сила удара зависит от скорости подачи промывочной жидкости и тяжести бойка. В настоящее время применяются гидроударники Г ЗА и Г 5 А. При помощи этих гидроударников можно бурить скважины диаметром 96 и 115 мм; расход жидкости 300 л/мин, энергия единичного удара 6, 7 к. Гм, число ударов 1450 в минуту. Механическая скорость бурения при помощи гидроударников увеличивается в 3— 5 раз, производительность в 1, 5— 2 раза по сравнению с вращательным бурением. При этом виде бурения коронки армируются крупными пластинами твердых сплавов. Рис. 42. Схема гидроударника поршень 1, клапан 2 пружины 3 4, возвратные пружины

ИСКРИВЛЕНИЕ СКВАЖИН И ИЗМЕРЕНИЕ ЗЕНИТНОГО И АЗИМУТАЛЬНОГО УГЛОВ При бурении скважин направление и угол наклона обычно изменяются против заданного. Искажение угла наклона и направления скважин уменьшает достоверность полученных результатов бурения. Искривление скважин может происходить при заложении и в процессе бурения по различным причинам. Причины искривления скважин можно объединить в три группы. I. Геологические причины. Искривление скважин может происходить в следующих случаях: буровой снаряд пересекает под острым углом породы различной твердости, пересекает тектонические нарушения, трещины, пустоты, карст. Снаряд стремится занять положение вдоль линии наименьшего сопротивления, и ось скважины направляется перпендикулярно напластованию. При встрече валунов, твердых желваков могут измениться и азимут и угол наклона скважины. II. Технические причины вызываются неправильной установкой станка или шпинделя станка, неправильной установкой направляющей трубы или отсутствием ее; плохой конструкцией буровых снарядов (бурение с короткой колонковой трубой, применение бурильных труб малого диаметра в скважинах большого диаметра, бурение с искривленными бурильными трубами, бурение коронками с большим выходом резцов или засыпка большой порции крупной дроби). III. Технологические причины искривления скважин связаны со способом и режимом бурения (осевая нагрузка, число оборотов, интенсивность промывки и др. ). При искривлении скважин установлены следующие закономерности; 1) наклонные скважины обычно выполаживаются особенно сильно при пересечении под острым углом со слоистыми породами; интенсивнее искривляется (отклоняется от вертикали) скважина при дробовом бурении; 2) при бурении вертикальных скважин, когда ось скважины образует с крутопадающими породами угол 15— 20°, эта ось может пойти вдоль висячего бока крепкой породы; 3) если скважина задана лод острым углом к простиранию пород, то ось ее стремится занять положение, перпендикулярное к основному простиранию пород. При составлении разреза по скважине необходимо знать: 1) зенитный угол скважины это угол, образованный вертикальной осью и осью скважины, 2) азимутальный угол — угол, образованный проекцией оси скважины на горизонтальную плоскость и направлением север — юг. Для измерения указанных углов применяются специальные приборы. Приборы, замеряющие угол наклона скважины или зенитный угол, работают по принципу горизонтального уровня жидкости или по принципу отвеса. . Для измерения зенитного угла используют пробирку с плавиковой кислотой; ее в герметичном патроне опускают в скважину на определенную глубину или помещают в штанги примерно через 20— 50 м. Плавиковая кислота оставляет отпечаток на стенках стеклянной трубки, этот отпечаток и служит для измерения зенитного угла в скважине с учетом мениска. В вертикальной скважине этот отпечаток будет в виде круга; в наклонной — эллипса. Кроме плавиковой кислоты используются электролиты (медный купорос), при пропускании тока через электролит медь осаждается на катоде. По такому принципу работает прибор ГБС Я 1 (рис. 44, 6).

Прибор опускают на двужильном кабеле. В герметичном патроне прибора строго по оси вставлен позолоченный медный цилиндр — катод. В сосуд налит водный раствор медного купороса с добавлением серной кислоты и спирта. Анод батареи подключается через кабель к корпусу прибора, катод — к кабелю, подключенному к цилиндрическому катоду. Во избежание. перекоса прибора снизу и сверху к нему присоединяются направляющие трубы. Если прибор опустить на ориентированных штангах, то можно измерить азимутальные отклонения. Можно измерить наклон скважин в определенной точке по отвесу, ориентируемому до определенного момента, когда при помощи давления или электромагнитного реле отвес освобождается. Прибор в момент замера лежит на стенке скважины, параллельно ее оси. В момент подъема отвес закрепляется. При помощи специального отсчетного столика определяется зенитный угол (рис. 44, в). Для определения азимута скважины и одновременно зенитного угла применяют приборы, имеющие магнитную стрелку, индукционную буссоль, а в некоторых случаях гироскоп. Первые два типа приборов не могут применяться, где геомагнитное поле скважины искажено обсадными трубами. Гироскопические приборы не боятся возмущенных магнитных полей. Азимут оси скважины можно определять, опуская прибор для определения зенитного угла на ориентированных штангах. Для примера разберем инклинометр Полякова. Прибор состоит из латунного корпуса 1, в котором на двух цапфах вращается прибор с магнитной стрелкой 2, часовым механизмом 3 и эксцентрично расположенным; свинцовым грузом 4, что обеспечивает ориентировку прибора в плоскости, проходящей: через ось скважины и совпадающей с линией О— 180° компаса. В результате пуска часового механизма компас устанавливается в горизонтальное положение, а стрелка компаса освобождается. Прибор помещают в медный тяжелый патрон и на тросе опускают в скважину. По окончании завода закрепляется стрелка компаса и указатель зенитного угла. После подъема снаряда по компасу производят счет азимута, а зенитный угол определяют по дугообразной градуированной шкале 5 по указателю 6 (рис. 45). Для измерения азимутальных и зенитных углов в немагнитных средах используют инклинометры И. В. Шевченко (ИШ 2; ИШ 3; ИШ 4), , работа которых основана на принципе магнитной стрелки и отвеса. Изменения азимутальных и зенитных углов отмечают по разности потенциалов между началом и концом измерения. Чем больше угол отклонения стрелок, тем больше разность потенциалов. В разведочной, особенно в геофизической практике для измерения зенитных и азимутальных углов используют фотоинклинометры (ИФ 1; Ф 2; ИФ 5; АФИ 1). Положение магнитной стрелки и отвеса автомататически фиксируется на фотопленке или фотобумаге. В скважинах, пересекающих возмущенные магнитные поля, применяют гироскопические инклинометры. В скважинах, обсаженных трубами и в ферримагнитных средах для измерения азимута скважины примеменяют также метод ориентации с поверхности. Прибор, замеряющий зенитный угол, опускают на колонне бурильных труб, имеющей по всей длине одну общую образующую, параллельную оси скважины и ориентированную относительно заданного направления при помощи ориентированных ниппелей или оптической ориентации.

в) Рис. 44. Определение зенитного угла: а) плавиковой кислотой; б) прибор с электролитом Рис. 45. Инклинометр Полякова (отпечаток в вертикальной скважине); в) изменение зенитного угла на отсчетном столике.

Направленное и многозабойное бурение В геологоразведочной практике часто бывает выгодно применять направленное бурение, т. е. прибегать к искусственному, заранее выбранному искривлению скважины. При разведке глубоко залегающих тел полезных ископаемых (более 300 м) прибегают к многозабойному бурению скважин; подобный способ бурения сокращает метраж бурения и монтажно демонтажные работы. Направленное бурение позволяет исправить сильно искривившиеся стволы скважин, обходить места аварий, пересекать в различных точках тело полезного ископаемого, не переставляя вышку и оборудование, и отклонять вертикальную скважину на нужной глубине (рис. 46). При направленном бурении возникает необходимость уменьшить или увеличить зенитное или азимутальное искривление или бурить скважину в заданном направлении. Для этой цели применяют разнообразные технические средства. Если необходимо изменить направление скважины в сторону выполаживания, применяют короткий колонковый снаряд с двойной утолщенной коронкой, увеличивают диаметр и количество дроби и осевую нагрузку, иногда в колонковый снаряд вводят одношарнирнкый отклонитель. Для уменьшения зенитного угла применяют двушарнирные отклонители. При изменении направления скважины используют отклоняющие клинья, изготовленные из обсадных труб. Клинья могут опускаться в скважину ориентированно или свободно, их в скважине закрепляют заклиночным материалом или цементом. Рис. 46. Схема направленного многозабойного бурения скважин

ДОКУМЕНТАЦИЯ СКВАЖИН МЕХАНИЧЕСКОГО ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ При бурении, так же как при любом виде геологоразведочных работ, необходимо собрать полный геологический материал, отражающий как можно точнее разрез по скважине. Наиболее важным геологическим документом является керн. Однако керн весьма редко извлекается полностью по всему разрезу по скважине, т. е. на весь метраж (100%). Уменьшение длины керна по сравнению с пробуренным метражом по скважине вызывается, прежде всего, размыванием керна при промывке скважины, истиранием при вращении снаряда. Особенно легко керн разрушается в породах мягких, сыпучих, плывучих, неоднородных по степени истираемости, сильнотрещиноватых, брекчированных. Истирание и размывание керна зависит от продолжительности работы инструмента на забое, т. е. от длины рейса. Плохая заклинка керна ведет к выпадению всего или части керна из колонковой трубы. Критерием для оценки скважины по керну служит понятие «выход керна» . Выход керна К равен: lx 100 К= L где L — длина рейса, м; I — длина керна, м. Выход керна 80— 100% считается хорошим; 50— 80% —средним и ниже 50% — плохим. Для повышения выхода керна рекомендуется: 1) ослабить промывку и уменьшить давление в насосе, а при особо неустойчивых породах бурение ведут всухую; 2) уменьшить число оборотов снаряда; 3) уменьшить длину рейса; 4) не допускать к работе искривленных буровых снарядов; 5) не применять затупившихся коронок; 6) тщательно заклинивать керн; 7) применять безнасосное бурение с местной циркуляцией; 8) в легко разрушающихся породах применять двойные колонковые трубы. Особенно тщательно документация должна производиться при проходке скважин по полезному ископаемому. Перед бурением по полезному ископаемому необходимо осуществлять целый ряд мероприятий: полностью промыть скважину до полнейшего удаления шлама; извлечь оставшийся керн пустых пород; очистить от шлама желоба и отстойники; для надежной изоляции полезного ископаемого от пустых пород необходимо крепить ствол скважины обсадными трубами и надежно затампонировать глиной или цементом низ колонны. Для сохранения керна также применяют безнасосное бурение с местной циркуляцией обычно применяется при инженерно геологических изысканиях, при глубине скважин 100— 150 м. или двойные колонковые трубы, которые состоят из труб: 1) с вращающимися наружными и внутренними трубами для предохранения керна от размывания; 2) с вращающейся наружной и невращающейся внутренней трубой, в которую поступает керн для предохранения керна от размывания и истирания;

3) двойной колонковый снаряд со съемным керноприемником, поднимаемым через бурильные трубы с помощью каната; 4) двойные колонковые снаряды для герметизации керна на забое скважины применяются при разведке месторождений нефти и газа, а также углей с большим содержанием метана. При механическом вращательном бурении геологическим документом может служить также и шлам, осаждающийся в шламовой трубе поступающий из скважины в отстойный бак. Шлам как геологический документ имеет значение, если промывочная жидкость не поглощается трещиноватыми или пористыми породами. Недостатком отбора проб по шламу является отставание при осаждении легких частиц от тяжелых, что создает путаницу в разрезе. Керн укладывается в специальные длинные ящики соответственно с поступлением. В ящик кладут этикетки с указанием погона скважины на данном этапе бурения. Обработка керна и методика его отбора разбираются в разделе «Опробование» . Шлам отбирается с тех же участков, что и керн. Часть шлама собирается в шламовой трубе, а часть из отстойных желобов и бака в специальные шламовые ящики. Изъятие дроби из шлама производится электромагнитом. При бурении с продувкой шлам улавливается специ альными шламоуловителями циклонного типа. Текстовыми документами являются сменный рапорт, в котором указывается тип бурения, категории пород и данные по технике бурения, и буровой журнал. Рапорт служит документом при оплате за буровую работу. В буровом журнале заносят все сведения по пройденным породам с номерами отобранных проб по длине скважины. При бурении скважины составляется разрез в масштабах 1 : 100, 1 : 200, 1 : 500. К разрезу прилагается конструкция скважины. Для документации стенок скважин применяются фотографирование стенок и телевизионные камеры. Большое значение при документации скважин имеют геофизические методы исследования, особенно каротаж. При бурении «сплошным» забоем или при недостаточном выходе керна применяют боковые грунтоносы: пружинные, стреляющие, сверлящие и гидравлические. Для отбора проб грунтоносом нужно остановить бурение, извлечь всю колонну штанг, инструменты, произвести спуск и подъем грунтоноса и снова спуск колонны штанг. Эта операция задерживает бурение, но необходима для качественной документации скважин. АВАРИЙНЫЕ РАБОТЫ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ВРАЩАТЕЛЬНОМ БУРЕНИИ В процессе бурения скважин могут произойти аварии, вызванные либо природными, либо технологическими и техническими причинами. Следует остановиться на следующих, чаще всего происходящих видах аварий и на способах ликвидации их. 1. Обрыв бурильных труб обнаруживается по уменьшению крутящего момента и падению давления в насосе. Для ликвидации этой аварии применяют метчики, колоколы и овершоты (рис. 50, а, б, в). Если оборвавшийся конец трубы сбит к стенке, надо снять отпечаток оборванного конца восковой или мастичной печатью, опущенной на короткой колонковой трубе (рис. 50, г). Положение верхнего конца оборванной штанги выправляют отводным крюком. 2. Прихват колонкового снаряда возможен в результате образования пробки из шлама или кусков породы, выпавших из стенок скважины, в результате заклинивания колонкового снаряда дробью и прижога коронки.

Прежде всего, для ликвидации аварии следует приступить к расхаживанию снаряда и наладить циркуляцию промывочной жидкости; в случае необходимости жидкость подается по колонне обсадных труб меньшего диаметра, опущенных специально для ликвидации шламовой пробки. При заклинивании снаряда дробью или прижоге коронки снаряд выбивают бабой или вибратором. Если достать снаряд не удается, можно развинтить и поднять колонну штанг с помощью левого инструмента, отвинтить переходник колонковой трубы и разбить керн. Оставшуюся на забое колонковую трубу поднимают труболовкой или разрезают трубу торцовыми фрезами и гидравлической труборезкой (рис. 50, д, е). В некоторых случаях производят обуривание оставшегося колонкового снаряда или искусственно искривляют скважину. Иногда, чтобы ликвидировать глиняную пробку, прихватившую снаряд, применяют нефтяную ванну, так как сила трения труб о пористую породу, напитанную нефтью, уменьшается. К месту прихвата инструмента накачивают нефть так, чтобы столб нефти был 15 — 25 м. При прихвате бурового снаряда известковым шламом рекомендуется приме нять ванну из соляной кислоты. 3. Наиболее частым видом аварии является отвинчивание низа колонны обсадных труб благодаря силе трения бурильных труб о стенки обсадных труб. Прежде всего, пытаются при помощи конусной направляющей пробки (рис. 50, ж) совместить разъединенные части колонны и свинтить их. В противном случае поднимают верхнюю часть колонны, а нижнюю, если она не прихвачена, вытаскивают труболовкой. В случае прихвата обсадных труб пытаются освободить их при помощи домкратов и вибраторов. Обсадные трубы, не поддающиеся извлечению, обрезают гидравлическими труборезками выше места прихвата. Упавшие мелкие предметы вылавливают печатью, пауком или ловушкой (рис. 50, з, и). Если скважина сильно отклонилась от заданного направления, ее заливают цементом и перебуривают заново с применением длинной колонковой трубы. УДАРНО-МЕХАНИЧЕСКОЕ БУРЕНИЕ Ударно механическое бурение применяют для бурения гидрогеологических скважин, при разведке прожилково вкрапленных руд и россыпей при эксплуатационной разведке, при инженерно геологических исследованиях и для бурения вспомогательных скважин. При ударно механическом бурении опускание снаряда в скважину может производиться на канате — канатное или на штангах — штаговое. В настоящее время в основном применяется ударно канатное бурение, чаще всего с помощью передвижных буровых установок. Буровой снаряд при ударно канатном бурении состоит (рис. 51 снизу вверх): из долота, ударной штанги 2, раздвижной штанги ножниц 3 и канатного замка 4 (ропсокета). Один конец каната закреплен в канатном замке, другой через головной ролик 5, помещенный на мачте 6, и через оттяжной 7 на балансирной раме и распределительный 8 ролики закреплен на инструментальном барабане. Балансирная рама 9 с оттяжным роликом приходит в колебательное движение благодаря шатунному механизму, получающему движение от главного вала станка. В результате этого колебательного движения канат 10 будет поднимать и опускать буровой снаряд, а долото — наносить удары о забой скважины. Для получения круглого сечения долото после удара поворачивается. Раздробленная порода извлекается желонкой, которая опускается в скважину с барабана. Так как бурение ведется без промывки, необходимо закреплять стенки скважины обсадными трубами. Основной рабочей частью бурового снаряда является долото. Обычно применяются зубильные желобчатые долота, для бурения в крепких породах используют фасонное долото, в трещиноватых — крестовое (рис. 52). Материалом для долот является качественная сталь с содержанием углерода 0, 65— 0, 7% и повышенным содержанием марганца. Ударная штанга служит для утяжеления снаряда. Сверху тяжелой круглой штанги имеется внешняя коническая резьба для соединения с ножницами, снизу — такая же внутренняя резьба для соединения с долотом.

рис. 51 Буровой снаряд при ударно канатном бурении состоит (рис. 51 снизу вверх): из долота, ударной штанги 2, раздвиж ной штанги ножниц 3 и канатного замка 4 (ропсокета). Один конец каната закреплен в канатном замке, другой через головной ролик 5, помещенный на мачте 6, и через оттяжной 7 на балансирной раме и распределительный 8 ролики закреплен на инструментальном барабане. Балансирная рама 9 с оттяжным роликом приходит в колебательное движение благодаря шатунному механизму, получающему движение от главного вала станка. В результате этого колебательного движения канат 10 будет поднимать и опускать буровой снаряд

Длина ударных штанг от 3 до 6 м. Буровые ножницы нужны для выбивания заклинивавшегося долота и представляют двухзвеньевую цепь с ходом 150— 250 см. Канатный замок (ропсокет) служит для закрепления каната. Он может быть самовращающейся втулкой. Конец, каната жестко закрепляется либо во втулке, либо в замке. Замок имеет внизу конусную резьбу для соединения с ножницами. На всех частях снаряда имеются выемки для ключей. Для свинчивания и развинчивания бурового снаряда применяются инструментальные ключи и рычаги с цепью и трещоткой или эти операции производятся специальным ротором, установленным на станке. Для очистки скважины после бурения применяются желонки с шариковым, тарельчатым или полусферическим клапаном, для проходки плывунов применяется поршневая желонка (рис. 53). Желонка представляет собой пустотелый цилиндр с дужкой, к которой прикрепляется конец каната, и на конце башмак с клапаном. В поршневой желонке находится поршень со штоком. В поршне имеются отверстия для воздуха и жидкости. При подъеме отверстия закрываются резиновым клапаном, а буровой шлам засасывается через клапан в желонку, при спуске он через отверстие в поршне поступает в верхнюю* часть желонки. Ударно канатное бурение производят без промывки, но на забое скважины должна быть вода, иначе из отбитых частиц образуется по душка, оторая ослабит действие долота на забое. Проходка за одно долбление 30 — 100 см. Долото в к среднем наносит 50 ударов в минуту. Эффективность при ударно механическом бурении тем больше, чем больше высота падения и ускорение падающего в скважине снаряда. Ускорение падающего снаряда прямо зависит от его веса. В практике пользуются понятием относительный вес инструмента <7, который равен отношению абсолютного веса Q (кг) к длине лезвия долота D (см). В зависимости от твердости пород g имеет следующие значения: породы мягкие 25 — 30; средней твердости 30 — 40; твердые 40 — 60 и весьма твердые 60 — 70 кг/см. Бурение должно вестись при натянутом канате, поэтому перед началом бурения долото надо приподнять над забоем на 40 — 50 см. Длина каната должна обеспечивать свободное падение долота в скважину, в противном случае будет ослабевать сила удара и быстрее изнашиваться" канат. Ударно канатное бурение позволяет быстро производить спуск и подъем инструмента, небольшой вес каната не оказывает действия на мощность двигателя; при бурении требуется небольшое количество воды все это составляет преимущество перед другими видами бурения. Однако ударно канатное бурение обладает и рядом недостатков: 1) сложность конструкции скважин и связанный с этим большой расход обсадных труб; 2) плохое округление скважин в твердых породах; 3) сложность регулировки подачи; 4) трудность ликвидации аварий. Все породы в зависимости от буримости подразделяются на семь категорий (см. прил. IV). В зависимости от проходимости пород меняется методика ударно канатного бурения. Такие породы, как пески, лесс, плывуны проходятся желонкой, иногда ее соединяют с легкой ударной штангой. Бурение ведется с опережающим креплением и при небольшой мощности пород они полностью перекрываются трубами. Посадка труб производится забивкой ударной штангой с долотом и забивным хомутом; или забивной бабой. Если проходке напорных плывунов в обсадных трубах образуются пробки, в скважину бросают жирную глину и ликвидацию пробки производят стаканом или облегченными долотами.

Проходка вязких, мягких пород производится долотами с периодической чисткой скважины желонкой. Обсадку труб ведут вслед за продвижением забоя. Крепкие породы бурятся тяжелыми долотами с большим углом приострения. Золотоносный пласт проходится интервалами по 0, 25 м с предварительной обсадкой скважины трубами. Колонка породы, обсаженной трубами, разрыхляется долотом на 5— 7 см меньше, чем столбик обсаженной породы, чтобы не допустить разубоживания пробы. Разрушенную долотом породу вытаскивают желонкой. При большой твердости породы допускается проходка без крепления скважины не больше чем на 15— 20 см. При достижении плотика продолжают бурение на 1— 1, 5 м в глубь плотика. При бурении скважин в любых породах на месте будущей скважины выкапывают шурф приямок для установления направляющей обсадной трубы. Затем в соответствии с конструкцией скважины подбирают число и диаметр труб и инструменты. После окончания работ, если скважина не служит для эксплуатационных целей, ее ликвидируют. Замерив прежде всего глубину скважины, извлекают обсадные трубы талями, вибратором, домкратами, в крайнем случае трубы разрезают труборезом и извлекают по частям. В процессе бурения шлам отбирался желонкой или вязкая порода счищается с долота в специальные ящики с ячейками для образца с каждого метра скважины. К образцу прикладывают этикетку с указанием номера скважины, номера образца, глубины бурения и краткой характеристики образца. На скважине составляется сменный рапорт и буровой журнал. Кроме ударно канатного бурения применяются буровые установки, осуществляющие шнековое бурение в мягких и вязких породах до глубины 150 м. Лекция 13 МЕХАНИЧЕСКОЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ БУРЕНИЕ ШНЕКАМИ Преимущество шнекового бурения в том, что разрушенная на забое порода выносится шнеком на поверхность и не тратится время на спуск и подъем инструмента. Шнек представляет собой бурильную трубу с навитой по винтовой линии ребордой (рис. 56, а). Звенья шнека, соеди ненные специальными замками в колонну, представляют единый винтовой транспортер, по которому порода поднимается к устью скважины» Внизу колонна шнеков снабжается породоразрушающим инструментом. . Частицы породы попадают на винтовую поверхность реборды и под, действием центробежных сил стремятся прижаться к стенкам скважины, частично втираясь в них, что придает устойчивость стенкам, но уменьшает диаметрскважины. Прижатые к стенкам частицы породы про скальзывают о реборде и стенке, п поднимаясь вверх. Рис. 56. Шнек: а) общий вид; б) трехперое долото

Быстрое внедрение породоразрушающего инструмента в мягкую по роду е дает возможности ему нагреваться. Тепло н передается породе. Вследствие этого шнековое бурение применяется только в мягких породах. Шнековое бурение применяется для бурения сейсмоскважин, при. инженерно геологических изысканиях (если шнек магазинный), при гидрогеологических исследованиях, при разведке россыпей и т. д. Глубина скважин при шнековом бурении изменяется от 1, 5 до 80 м, . диаметр от 60 до 400 мм. Инструмент шнекового бурения состоит из колонны шнеков, тяжелого низа (утяжеленный низ) и долота. Тяжелый низ представляет стальной стержень, на который навинчивается толстая реборда из листовой стали. Длина шнеков от 1, 3 до 3 м. При документации скважин шнекового бурения используют следующие данные: 1) при определении глубины залегания выходимых на поверхность пород следует учитывать поправочный коэффициент К, так как длина опущенных на глубину скважины шнеков меньше длины реборды, по которой поднимается порода. Тогда h = KH, где h — глубина залегания выходящих на поверхность в данный момент пород; Н —глубина скважины в данный момент. Коэффициент К определяется следующим образом: n 1 К= n 1+ n 2 где n 1 — число оборотов шнека до появления нужной породы на достигнутой глубине; n 2—дополнительное число оборотов до окончательной выдачи породы без продолжения углубит, 2) опробование по интервалам; после появления определенной породы на поверхности прекращается подача инструмента в глубину и продолжается вращение инструмента. В геологоразведочной практике выпускаются шнековые установки, рассчитанные на бурение скважин различной глубины и диаметра. К наиболее распространенным установкам относится механический пробоотборник МП 1, предназначенный для отбора проб в рыхлых и мягких породах глубиной до 3 м и работающий от бензинового двигателя «Дружба» . Установка разведочного бурения УРБ lc (рис. 58), предназначенная для бурения скважин на глубину 30 м. Эта установка разбирается на мелкие узлы и транспортируется в труднодоступные районы. От бензинового двигателя 1 вращение передается на коробку передач 2 и маслонасос 3, через коробку передач вращение передается ведущей штанге 4, приводящей в действие вращатель 5, в шпинделе которого закрепляется верх колонны шнеков. Спуск и подъем инструмента в скважину, а также давлениена Рис. 58. Кинематическая забой осуществляется за счет гидравлической масляной системы с цепным схема станка УРБ 1 с механизмом

ВИБРАЦИОННОЕ БУРЕНИЕ Для бурения скважин в породах I—IV категорий в последние годы широко используется эффект вибрации. Сущность вибрационного бурения заключается в том, что буровой наконечник получает направленные вертикальные колебания, под действием которых мягкие породы, находящиеся в контакте с буровым наконечником, переходят в подвижное состояние, выделяя связную воду. Уменьшается сопротивление сдвигу, и инструмент под действием своего веса погружается в породу. Это бурение называется вибропогружением. Рис. 59. Схемы: а) вибратора; б) вибромолота В другом случае прижатому к забою инструменту сообщаются направленные в одну сторону частые удары, которые передаются породе, разрушая ее, в результате разрушения породы происходит погружение инструмента. В этом случае бурение называется виброударным и производится вибромолотом. При помощи вибробурения можно бурить скважины глубиной до 25— 30 м. Все вибрационные механизмы, применяемые на геологоразведочных работах, можно подразделить по типу привода на механические и электрические; по расположению механизма — поверхностные и погруженные; по характеру воздействия на инструмент на вибраторы и вибромолоты; по количеству валов — одноблочные, двухблочные и многоблочные. Схема действия двухблочного вибратора и вибромолота приводится на рис. 59. Вибратор работает следующим образом: от электродвигателя 1 вращение при помощи ременной передачи сообщается одному из горизонтальных валиков 2, на котором помещена шестерня синхронизатор, передающая вращение через вторую шестерню синхронизатор другому горизонтальному валу. На этих валах посажены дебалансы (грузы) 3. . Все это заключено в корпус вибратора 4. Переходник 5 служит для прикрепления к вибратору бурового инструмента. Вибратор подвешивается на блок вышки на серьге, прикрепленной к верхней части корпуса. Эксцентричные грузы дебалансы вращаются в разные стороны с одинаковой скоростью и одинаковым фазовым углом. Они создают разные центробежные силы с меняющимся направлением. Горизонтальные составляющие Р и Р 1 всегда уравновешиваются, а вертикальные составляющие Р' и Р 1 складываются, так как по направлению всегда совпадают и создают вертикальные колебания. Одноблочные вибраторы создают вертикальные и горизонтальные колебания. Число колебаний, создаваемых вибратором, изменяется от 900 до 3000 в минуту. Виброударное бурение, создаваемое вибромолотом '(рис. 59, б), осуществляется путем нанесения непрерывных ударов по буровому снаряду. Вибромолот имеет ограничитель колебаний, вследствие этого колебания корпуса сопровождаются ударами по наковальне ограничителя 3, а следовательно, и по инструменту или трубе, которые присоединяются к наковальне. На ударной плите вибромолота 1 помещаются два электродвигателя, несущие на обоих концах валов дебалансы 2. С наковальней ограничителя вибромолот связан пружинами и стяжными болтами. Вибраторы и вибромолоты малой мощности используются для бурения скважин в мягких породах; большой мощности — для забивки и извлечения толстых обсадных труб.

Табл. 16. Техническая характеристика вибраторов и вибромолотов. Бурение виброустановками весьма производительно: 7— 10 м за смену в породах вязких и 20— 30 м в породах сыпучих. Установки обыч но онтируются на шасси автомашины, например автокран, оснащенный м любым вибратором

РУЧНОЕ БУРЕНИЕ Этот вид бурения постепенно вытесняется новейшими описанными способами бурения. Однако в труднодоступных районах при малом объеме бурения он сохраняется до сих пор. Ручное бурение осуществляется как вращательным, так и ударным способом в породах I—V катего рий только в редких и случаях в более крепких породах. Глубина бурения достигает 50 м. Описываемый вид бурения применяется для разведки неглубокозалегающих полезных ископаемых, для бурения гидрогеологических и инженерно геологических скважин. На месте буровой скважины устанавливается деревянный или металлический трехногий или четырехногий копер высотой до 9 м. Ноги копра соединяются шкворнем, с которого свисает серьга с блоком (рис. 61). Подъем и установка копра производится чаще всего лебедкой, которая монтируется на двух ногах копра. При ручном бурении применяют штанги диаметром 33 мм. К штангам привинчиваются различные буровые наконечники в зависимости от типа проходимых пород. В мягких и вязких породах бурение ведется в основном вращательным способом; в глинистых вязких породах спиральными бурами змеевиками (рис. 62, б), в песчанистых грунтах — ложками (рис. 62, в). Рейс при работе змеевиком и ложкой зависит от длины инструмента и вязкости пород. В среднем он равен 0, 5 м. Вращение наконечником передается с поверхности земли через штанги при помощи поворотного хомута, который одевается на штанги на уровне груди рабочего. Вращение производится по часовой стрелке с одновременным нажимом на забой. Рис. 61. Буровой копер. 1—металлический трубчатый копер; 2 — штанга; 3 — долото; 4 — лебедка; 5 — нижний одноплечий балансир

После заполнения инструмента он вытаскивается на поверхность. Если бурение ведется змеевиком в вязких породах, необходимо каждые 0, 2— 0, 3 м отрывать его от забоя. Подъем инструмента может производиться с рук (при бурении скважин до 10 м) и лебедкой. Породы сыпучие (пески, песчано гравийные толщи), особенно водоносные, проходятся ударным способом при помощи желонки (рис. 62, д). Желонки применяются с шаровым, тарельчатым клапаном и поршневые. Для большей эффективности бурения желонкой в скважину подливают поду. Бурение в твердых породах V—VII категорий ведется ударным способом при помощи различных долот (рис. 62, г). Лезвия долот бывают плоские, крестообразные, крыльчатые и пикообразные. Для расширения скважин служат крыльчатые долота или специальные крыльчатые расширители. Для увеличения силы удара перед долотом в нижней части колонны штанг навинчивается ударная штанга. При ударном бурении с лебедкой инструмент поднимают на 0, 4— 0, 5 м и сбрасывают снова на забой. Таблица 17 Диаметр обсадных труб, мм Диаметр, мм наружны й Внутрен ний Ложки или змеевика штанг, мм долота 60 50 45 47 33, 5 89 78 70 72 33, 5 127 115 108 110 42 168 155 147 42 219 205 197 50

РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Главная задача геологической разведки — выявить геолого промышленные параметры месторождения для обоснованного проектирования, строительства и эксплуатации горнорудного предприятия в целях оптимально полного и экономически эффективного использования минерального сырья. Значение каждого параметра относительно легко получить из соответствующих наблюдений, замеров, анализов и испытаний образцов пород и проб полезного ископаемого. Однако на практике дело осложняется следующими причинами: а) за очень редкими исключениями месторождения целиком недоcтупны для непосредственных наблюдений — они в большей или меньшей степени скрыты в недрах земной коры; б) в природе нет совершенно однородных месторождений, где результаты наблюдений, замеров и анализов в одной точке или одном сечении можно было бы распространить на все месторождение в целом, так как геолого промышленные параметры в пределах месторождения изменяются; в) для промышленности необходимо знать значения геологических параметров месторождения не только по отдельным точкам и в среднем по месторождению, но и динамику их изменчивости; г) разведчик должен дать количественную характеристику геолого промышленных параметров месторождения с определенной степенью точности и надежности. Неопределенность в характеристике параметров или грубые ошибки ведут к нарушению ритма и планов производства горных, обогатительных и передельных предприятий, снижению производительности труда, экономическим убыткам и безвозвратным потерям минерального сырья в недрах и отходах. Для решения главной задачи разведки с учетом указанных обстоятельств в процессе разведки необходимо: а) вскрыть и пересечь рудные тела и заключающую их толщу пород в ряде точек; б) изучить необходимые геолого промышленные параметры в каждой из этих точек; в) проследить и оконтурить рудные тела; г) изучить изменчивость параметров рудных тел; д) провести опытные работы по изучению инженерно геологических, гидрогеологических и других горно геологических условий вскрытия и отработки месторождений. Решение указанных частных задач требует применения различной специальной разведочной техники, разнообразных методов и приемов: проходки буровых скважин и горно разведочных выработок, проведения подземных и наземных геологических съемок, полевой и скважинной геофизической и геохимической разведки, опробования, геологической документации, химических, физических, стратиграфических, минералогических, литологических и петрологических исследований пород и полезных ископаемых, геодезических топографических и маркшейдерских работ, математических исследований и т. п. Общие затраты на разведку по отдельным месторождениям достигают десятков и сотен миллионов рублей, а разведочные работы длятся несколько лет, поэтому для разведки очень важен принцип экономической эффективности и фактор времени. С целью повышения общей эффективности геологоразведочных работ разведочные задачи решаются по стадиям разведки на основе принципа последовательного приближения от общего к частному, от запасов категории С 2 к запасам категории С 1 В и А, от приближенных средних значений геолого промышленных показателей по всему месторождению к детализации их изменчивости по отдельным блокам. Для каждой стадии разведки определена главная задача.

В зависимости от конкретных условий формируются частные задачи и определяются средства и методы их решений. Критериями для «отсева» непромышленных месторождений служат показатели геолого экономической оценки и, в частности, промышленные кондиции. Оценочный принцип является основным не только для перехода от одной стадии разведки к другой, но и при решении частных задач каждой стадии — выбора средств и методов работ с целью наиболее эффективного определения значений геолого промышленных параметров, которые обусловливают оценочные параметры. Основой проведения разведки является проект работ. Следует различать два типа проектов: а) генеральный и б) постадийный. Генеральный проект разведки, охватывающий весь комплекс работ по изучению месторождения и минерального сырья, должен обеспечивать целенаправленность, достоверность, полноту, комплексность и законченность работ и, следовательно, обоснованность окончательной геолого экономической оценки объекта. Составление генерального проекта необходимо для крупных сложных объектов, особенно если намечается комплексное использование сырья. Известно много примеров, когда по окончании разведки объекта по основным компонентам на нем начинали изучение попутных компонентов или рудных тел, хотя об их наличии или знали раньше, или могли с большой степенью вероятности предполагать по геологической ситуации. В результате таких просчетов полное извлечение минерального сырья на объекте надолго задерживается и значительное его количество безвозвратно теряется в недрах земли или отходах. Генеральный проект охватывает все стадии разведки. Независимо от того, имеется генеральный проект или нет, для каждой стадии разведки составляются частные проекты с учетом для каждой последующей стадии результатов предыдущей. При этом стадии поисковых работ и предварительной разведки должны охватывать все месторождение, а детальная разведка может планироваться для отдельных участков с учетом очередности их освоения по ТЭДу (технико экономическому докладу), который составляется в результате предварительной разведки. Частные проекты рассматривают задачи отдельных стадий, генеральный проект предусматривает их общую целенаправленность и полное решение задач по оценке месторождения. Проект содержит: 1) описание проектной геологической модели объекта (записка, графика, математическая модель) на основе полученной информации; 2) формулировку общей или частных задач, которые вытекают из анализа проектной модели; 3) обоснование и перечень планируемых средств и методов решения этих задач; 4) расчет объемов работ и технические их характеристики; 5) сметные расчеты; 6) проект организации работ и 7) оценку ожидаемых результатов. РАЗВЕДОЧНЫЕ СИСТЕМЫ РАЗВЕДОЧНАЯ СИСТЕМА ВКЛЮЧАЕТ НАБОР МЕТОДОВ И СПОСОБОВ НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНОЙ РАЗВЕДКИ ДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ. Тела полезных ископаемых и месторождение в целом обладают определенной структурой. Изменчивость геолого промышленных параметров обусловлены геологическими закономерностями. Эти связи определяются условиями образования месторождения и историей геологического развития участка земной коры, в которых оно заключено. При выборе рациональной подсистемы разведочных выработок следует ориентироваться на тот параметр, который по изменчивости требует наиболее густой разведочной сети и наиболее тяжелого вида выработок. Для очень многих месторождений ведущим фактором разведки является их структура, поэтому подсистема разведочных выработок для этих месторождений выбирается в зависимости от их структуры. В других случаях таким фактором может быть глубина залегания рудных тел или характер их обнаженности, а также глубина наносов. Для очень сложных месторождений ведущим фактором разведки часто является качество полезного ископаемого.

В этих случаях выбор разведочной сети зависит от системы и необходимой густоты опробования. При установлении ведущего фактора разведки в связи с выбором разведочной сети следует учитывать, кроме того, следующие общие положения: а) если наблюдается корреляция признаков, например закономерная связь мощности залежи и качества полезного ископаемого, то такие корреляционные связи должны быть использованы для упрощения разведочной сети; б) в случаях изменения характеристики ведущего фактора в пределах месторождения или отдельных его участков и даже рудных тел, а также на флангах, на глубину, в тектонических зонах и т. п. соответственно следует изменять и разведочную сеть; в) сеть рассчитывается на главные рудные тела, поскольку второстепенные, если они сложнее, могут быть менее разведаны. Буровые скважины — наиболее распространенный вид разведочных выработок. В СССР объемы разведочного бурения колоссальны. Стоимость бурения составляет около 70% от стоимости всех разведочных работ. Преимущественное использование буровых работ при разведке объясняется меньшей их стоимостью по сравнению с горными работами, меньшими сроками проведения, относительной простотой организа ции, подвижностью буровых установок и во многих случаях достаточ ной полнотой и представительностью получаемых разведочных данных. Разведочные скважины проходят для подсечения, прослеживания, оконтуривания и опробования залежей полезного ископаемого, изучения структуры месторождений, условий залегания пород, их разреза и состава, горно геологических и гидрогеологических условий, газоносности, термального режима месторождений, т. е. для решения большей части разведочных задач. Месторождения первой и второй групп по изменчивости часто разведывают только бурением. Бурение применяется при разведке более сложных месторождений, если тела полезных ископаемых залегают на большой глубине или если проходка разведочных горных выработок затруднена из за больших притоков воды и газов, неустойчивости пород и других неблагоприятных горнотехнических условий. По экономическим и организационным факторам горные работы (особенно тяжелые) менее выгодны, чем бурение. Проходка выработок тяжелого типа обходится в несколько раз дороже, чем бурение скважин той же глубины и, кроме того, она более длительна. Средняя скорость проходки стволов шахт глубиной 100— 120 м при разведке в породах VIII—X категорий и в условиях притока подземных вод не более 1, 5— 2 м 3/ч составляет около 10— 15 м в месяц, соответственно штрека 15— 20 м, квершлага 10— 15 м, что примерно в 2— 3 раза ниже, чем в горных отраслях промышленности. Притоки воды в горных выработках более 10 м 3/ч и наличие обводненных неустойчивых пород (галечники, пески) мощностью более 5 м часто создают на разведке труднопреодолимые условия. Затруднения при проходке горных выработок приводят иногда к отказу от их использования, что снижает надежность и представительность разведочных данных. На крупных месторождениях, заведомо имеющих промышленное значение, исключение из детальной разведки тяжелых горных выработок ведет к увеличению сроков начала разработки месторождения, трудностям и ошибкам в проектировании разработки месторождения, технологии переработки руд и использования его ресурсов. При выборе способа разведки (горные работы или бурение) следует иметь в виду, что разведочные горные выработки во многих слу чаях спользуются при эксплуатации месторождения. Кроме того, сроки ввода и в действие горнорудного предприятия можно резко сократить, если начать эксплуатацию верхнего этажа месторождения, используя горноразведочные выработки. Поэтому при разведке следует соответствующим образом размещать горные выработки и проектировании их габаритов учитывать возможность использования этих выработок при разработке месторождения

В расчетах затрат на разведку не всегда учитывается стоимость добытого при проходке горно разведочных выработок полезного ископаемого в качестве возмещения части расходов на разведку, между тем эта стоимость во многих случаях бывает значительной. Для эффективного использования как подземных, так и поверхностных горно разведочных выработок в первую очередь необходима комплексная механизация их проходки. При проведении расчисток и канав успешно применяются малогабаритные плуги и струги, кроме того, используется метод направленных массовых взрывов. В зависимости от вида выработок применяются следующие подсистемы разведочных работ: 1) буровых скважин; 2) горно разведочных выработок и 3) комбинированная — буровых скважин и горно разведочных выработок. Подсистема буровых скважин применяется для разведки месторождений первой и второй групп сложности, а для более сложных месторождений — при глубоком залегании рудных тел и в трудных горно технических условиях. Подсистема горно разведочных выработок применяется редко, только для разведки крайне сложных месторождений. Наиболее распространена третья побдсистема. Даже простые месторождения при благоприятных условиях разведывают с поверхности канавами, шурфами, штольнями, а на глубину — буровыми скважинами. На сложных месторождениях используют горные выработки и буровые скважины как с поверхности, так и подземные. В последнее время комбинированная подсистема горных вырабо ток и буровых скважин с успехом применяется для разведки таких крайне сложных месторождений, как месторождения слюдоносных пегматитов, пьезооптического сырья, золота, олова, вольфрама и др. В капиталистических странах разведка месторождений ведется почти исключительно бурением, с переходом на ранней стадии разведки к проходке шахт и строительству обогатительных фабрик, имеющих экспериментальный характер. Применяются две основные формы размещения разведочных выработок: а) по геометрической сети — квадратной, прямоугольной, ромбической (рис. 50) и б) по линиям и рядам, вытянутым в определенных направлениях (рис. 51, 52). Выбор той или иной формы размещения разведочных выработок определяется главным образом структурными особенностями месторождения. При горизонтальном и пологом залегании тел полезного ископаемого или при разведке очень крупных, в плане изометричных линз, и штокверков разведочные выработки по сети размещаются независимо от углов их падения. При этом используются в основном вертикальные буровые скважины. В тех случаях, когда данные бурения недостаточно представительны (для опробования и определения мощности залежи), кроме скважин проходят шурфы, которые имеют роль контрольных выработок. В расчетах затрат на разведку не всегда учитывается стоимость до бытого ри проходке п горно разведочных выработок полезного ископае мого качестве возмещения части расходов на разведку, между тем эта в стоимость во многих случаях бывает значительной. Проходка легких горных выработок часто ведется вручную. При нехватке на разведке рабочей силы этот вид работ выполняется в недостаточном объеме или заменяется бурением. Обычно при переходе разведки от одной стадии к другой расстояние между выработками уменьшается вдвое. При линзообразном, прерывистом залегании рудных тел, наличии внутри рабочего контура безрудных и некондиционных участков, а также при значительной изменчивости качества полезного ископаемого сеть выработок на стадии детальной разведки приходится сгущать вдвое и более. Расположение разведочных выработок по геометрической сети и указанный способ ее развития оправданы особенно на начальной стадии разведки. .

Это наиболее правильный способ выделения и оконтуривания в пределах залежи отдельных блоков по ее мощности и строению, гипсометрии залегания и природным типам сырья. Однако при этом требуется весьма точный учет результатов работ, особенно при завершении стадии предварительной разведки и при детальной разведке. Расположение разведочных выработок по сети и развитие ее путем сокращения расстояний между выработками вдвое основано на предположении, что во всех направлениях изменчивость залежи одинакова и случайна по характеру. (На стадии поисково разведочных работ, а иногда и на стадии предварительной разведки для иного предположения часто нет оснований). Однако к окончанию предварительной разведки в пределах месторождений и отдельных залежей выявляются направления, зоны, участки, где параметры залежи заметно отличаются от средних показателей— намечаются зоны утонения, выклинивания, расщепления, раздувов, размывов залежи, участки обогащения и разубоживания руд, трещиноватости вмещающих пород, большей или меньшей изменчивости и т. д. Такие аномальные зоны, столбы, участки и направления требуют более детального изучения при разведке. В этих случаях следует сгущать разведочные выработки, изменять форму сети, располагать выработки группами, линиями и рядами. Часто требуется задавать одиночные структурные выработки и группы их за пределами сети. Вместе с тем на участках со значениями параметров залежи близкими к среднему разведочная сеть может быть относительно более редкой. Особенно большое внимание следует обращать на зоны, где параметры залежи близки к нерабочим. Во многих случаях здесь необходимо не только сгущение сети, но и проходка кроме скважин горно разведочных выработок. В результате сгущения сети выработок без достаточного на то осно вания азведка оказывается очень дорогой (излишние р выработки на менее изменчивой части месторождения), недостаточно представительной и остаются не полностью изученными аномальные зоны. Сеть разведочных выработок необходимо выбирать в соответствии с геологическими особенностями отдельных блоков. Кроме того, необходимо учитывать интересы эксплуатации и, в частности, задачу распределения запасов по степени разведанности в зависимости от возможной системы вскрытия и отработки месторождения. При размещении выра боток необходимо также учитывать контуры эксплуатационных блоков. Рационально дифференцированную сеть разведочных выработок детальной разведки применительно к геологическим и эксплуатационным блокам можно назвать блоковой системой. Такая сеть выработок отвечает и наиболее рациональному способу подсчета запасов — методу геологических блоков. Блоковая система разведочных выработок развивается последовательно, опираясь на характерные точки, полученные на предыдущих стадиях. Развитие системы осуществляется путем: а) сгущения выработок в пройденных рядах (сокращение области интерполяции); б) проведения пакетных выработок в ячейках пройденной сети (сокращение области интерполяции); в) проведения опережающих выработок, задаваемых по линиям (лучам), направленных от известных точек в область экстраполяции. Таким образом, разведочная сеть на стадии поисково разведочных работ обычно имеет правильную геометрическую форму.

На стадии предварительной разведки сеть дифференцируется в зависимости от характерных признаков отдельных зон и блоков в целях максимально обоснованного их оконтуривания, особенно проведения внешних и внутренних рабочих контуров. На стадии детальной разведки сеть развивается применительно к отдельным зонам и блокам, для оконтуривания природных типов руд, выделенных на предыдущей стадии работ. Разведочные выработки располагают по линиям в следующих случаях: а) при наклонном или крутом залегании пород, слагающих месторождения; б) при вытянутой в плане форме объектов разведки; в) если установлены направления закономерной изменчивости строения, мощности, состава и условий залегания залежей. Линии разведочных выработок задаются вкрест указанных основных направлений (складчатости, вытянутости) или по линии закономерной изменчивости, характерной для рудного поля, месторождения и от дельных ел полезного ископаемого. При т этом выбирается ведущее, основное направление, которое, очевидно, может изменяться на различных стадиях разведки в зависимости от частных задач каждой из стадий. В общем случае на стадии поисков линии задаются вкрест простирания основных структурных элементов рудного поля или района, на стадии предварительной разведки — вкрест основных структурных элементов месторождения, а на стадии детальной разведки — вкрест простирания отдельных залежей полезного ископаемого. Любое изменение направления разведочных линий на месторождении требует обстоятельного анализа и обоснования. Обычно рекомендуется разведочные линии располагать параллельно. Однако структурные элементы рудного поля, месторождения и отдельных залежей полезных ископаемых иногда не совпадают по направлению, поэтому и разведочные линии часто оказываются непараллельными. Задавая каждую разведочную линию, необходимо руководствоваться геологическим анализом и прогнозом о строении месторождения в плане и на глубину (геологической и прогнозной картой, прогнозными разрезами, погоризонтными и гипсометрическими планами, проектными планами подсчета запасов и т. п. ). Размещение выработок по линиям определяется структурой месторождения, а также задачей, которая ставится при проведении каждой выработки. Глубина разведочных выработок определяется заданной предельной глубиной разведки и особенностями месторождений (мощностью наносов и рудных тел, их взаимным расположением и другими структурными признаками месторождения). Заданная глубина разведки месторождения определяется требованиями его эксплуатации и природными геологическими условиями. Например, ряд распространенных полезных ископаемых разрабатывают только открытым способом без применения водоотливных средств, т. е. до уровня грунтовых вод (строительные пески, глины, камни, фосфориты и др. ). Глубина разведки таких месторождений зависит от глубины залегания грунтовых вод с установленным притоком. Для большего числа рудных месторождений (особенно золота, цветных и редких металлов, горнорудного сырья и т. п. ) глубина разведки определяется глубиной распространения оруденения или глубиной эксплуатации. Глубина разведки в крупных освоенных бассейнах или районах, благоприятных в экономическом отношении, например в большей части районов Донбасса, Кривого Рога, богатых руд КМА, магнетитовых месторождений Тургайского прогиба, достигает 1000— 1500 м. Предельная глубина разведки в Донбассе для коксующихся углей составила 1600 м, а в поисковую стадию работ 1800 м. В новых районах даже для месторождений подобного типа глубина разведки определяется в 600— 700 м. Отдельные законтурные и структурные скважины проектируются глубже.

Глубина разведочных выработок определяется по проектным профилям с таким расчетом, чтобы главные структурные элементы месторождения и рудные тела были подсечены в каждой линии не менее чем в двух трех точках. При этом горизонты пересечения рудных тел (глубина подсечения) должна быть кратными высоте эксплуатационных этажей. Например, при средней высоте эксплуатационного этажа 80 м места заложения разведочных выработок следует выбирать по проектно му рофилю так, чтобы они подсекли рудное тело на одной из глубин: 40, 80, 120, 160, 240, 400, 800 м и т. д. п Иногда такой расчет производится по наклонной, а не вертикальной высоте этажа. Кроме того, надо учитывать следующие общие правила для определения глубины разведочных выработок: а) для мощных залежей глубина подсечения рассчитывается по ее осевой линии; б) разведочные выработки необходимо проходить до лежачего бока залежи. Эти правила относятся и к серии сближенных тел полезных ископаемых. Если рудное тело или их серия очень мощные, бурят линию скважин до определенного горизонта, чтобы получить перекрытый разрез толщи, при этом хотя бы одна скважина должна пересечь весь разрез. Если возникло предположение, что при бурении скважина идет по падению круто залегающего рудного тела небольшой мощности, следует проходку скважины приостановить, направленно искривить ее и продолжать бурение до полного пересечения тела. В зависимости от геологических особенностей месторождений выделяют две подсистемы разведочных выработок: а) подсистему блоков — для горизонтальных или пологозалегающих тел и крупных рудных тел и зон вне зависимости от угла их падения, если в плане они имеют очертания, близкие к изометрическим; б) подсистему этажей — для наклонно залегающих и крутопадающих линейно вытянутых рудных тел. Для этажной подсистемы характерно последовательное ее развитие по стадиям: линии выработок вкрест простирания тел, ряды по простиранию, уступы и панели. Для блоковой системы характерно развитие по стадиям: сгущение сети, проходка пакетных выработок и размещение выработок по линиям (лучам, векторам). Кроме того, при разведке необходима проходка единичных выработок и их групп вне общей системы. Такие выработки задают для уточнения стратиграфии, тектоники, контролирующих структур, зонального строения месторождения, глубины оруденения и других специальных горнотехнических условий разработки месторождения. ПЛОТНОСТЬ РАЗВЕДОЧНОЙ СЕТИ Число разведочных выработок на единицу площади участка очень важный вопрос разведочного дела. Сгущение разведочной сети вдвое ведет к увеличению числа разведочных выработок на единицу площади примерно в четыре раза и, следовательно, к почти такому же увеличению затрат на 1 т разведанных запасов. Повышение экономической эффективности разведочных работ в значительной степени дости гается разрежением разведочной сети при сохранении достаточной полноты и представительности разведочных данных. Как отмечено выше, неправильно намечать единую плотность раз ведочной ети для данного разведочного участка даже на с одной стадии разведки. Рудные тела изменчивы в пределах месторождения, и число выработок на единицу площади должно быть разным для различных его блоков. Расстояния между выработками в рациональной разведочной системе зависят от стадии разведки, характера разведочных выработок, физико географических условий месторождения, морфологии и размера рудного тела, характера полезного ископаемого и его ценности.

Но главным фактором, определяющим необходимую плотность разведочной сети, является степень и характер изменчивости месторождения и отдельных залежей полезного ископаемого, т. е. степень и характер сложности месторождения. Например, для детальной разведки простых месторождений расстояния между выработками задают в 1000— 1500 м, для более сложных месторождений эти расстояния должны быть меньше — 500— 200 м и даже 100 м. На очень сложных месторождениях расстояния между выработками в разведочной сети необходимо сокращать до 50 и 25 м; кроме того, здесь следует проходить горноразведочные подземные выработки по полезному ископаемому. При прочих равных условиях расстояния между разведочными выработками можно увеличивать в хорошо изученных, освоенных промышленностью месторождениях, рудном поле, районе и бассейне по сравнению с новыми районами. В результате промышленного освоения месторождения даже в самых сложных условиях возможно выявление хотя бы общих закономерностей в изменчивости залежей полезного ископаемого. Использование таких закономерностей при разведке позволяет проводить разрежение сети. При хорошей обнаженности месторождения и наличия в разрезе надежных опорных горизонтов разведочная сеть может быть значительно разрежена. Месторождения очень крупные и крупные по запасам, с высокой продуктивностью отдельных залежей и богатыми рудами разведываются более редкой сетью, чем небольшие месторождения, с невысокой концентрацией полезного ископаемого и бедными рудами. Особенно высокая плотность разведочных выработок требуется для оконтуривания блоков и зон, имеющих показатели, близкие к кондиционным. Повышенная плотность разведочной сети необходима для месторождений и полезных ископаемых, к которым промышленность предъявляет специальные требования в отношении технологии добычи и переработки, а также качества полезного ископаемого. К таким полезным ископаемым относятся технологические угли (в отличие от энергетиче ских), цементное сырье специальных марок, железные руды легированных и специальных марок, оптическое сырье. Повышенная плотность сети разведочных выработок требуется при отработке месторождений открытым способом (в отличие от подземной), раздельном обогащении сырья (в отличие от валового) и т. п. Разведочная сеть развивается от стадии к стадии начиная с детальных поисков. Поэтому можно намечать какую то начальную плотность сети, которую применяют на стадии поисков, но в дальнейшем, на стадиях предварительной и детальной разведок, ее сгущают. Расстояния между поисковыми линиями и расстояния между выработками на линиях определяют исходя из минимальных размеров залежи. Для расчетов рациональной плотности сети на последующих этапах разведки пользуются рядом приемов и методов. Отметим следую щие методы: 1) аналогии, 2) геологических построений, 3) математических расчетов, 4) сравнения разведочных данных с эксплуатационными, 5) экономических расчетов, 6) экспериментальные.

1. Наиболее распространено определение расстояний между выработками по аналогии с разрабатываемыми разведанными и изученными однотипными месторождениями. Государственной комиссией по запасам издана серия инструкций по применению классификации запасов для месторождений различных полезных ископаемых. В этих инструкциях месторождения каждого полезного ископаемого разделены по степени сложности на четыре пять групп. В инструкциях ГКЗ для каждой геолого промышленной группы месторождений по каждому виду полезных ископаемых даются рекомендации, предусматривающие вид сети и расстояния между выработками для отнесения запасов к категориям А, В и С 1. При проектировании разведки месторождение относят на основании имеющихся данных к той или иной группе, и в соответствии со стадией разведки определяют плотность разведочной сети. 2. Метод геологических построений является основным для проектирования сети разведочных выработок и в том числе определения расстояния между выработками. При использовании этого метода разведочную сеть определяют по прогнозным детальным планам и картам, проектным геологическим профилям, погоризонтным и гипсометрическим планам, планам изменения качества полезного ископаемого, проектным схемам подсчета запасов и др. Разведочные выработки задаются в характерных точках (точках перегиба) изменчивости основных геолого промышленных параметров рудных тел. Проектные геологические построения постоянно корректируются и уточняются в соответствии с новыми материалами разведки. При этом следует учитывать результаты не только по пройденным разведочным выработкам, но и всего комплекса геологоразведочных работ (опробования, геофизических и геохимических исследований, геологической съемки и т. п. ). В целом разведочная сеть проектируется и развивается по принципу максимального ее соответствия геологическим особенностям месторождения. 3. Методы математического расчета плотности разведочной сети используют как вспомогательные к методу геологических построений. 4. Метод сравнения разведочных данных с эксплуатационными можно использовать по разному. Например, полученные на основе разведок данные о залежи (форме, мощности, строении, тектонике, качестве полезного ископаемого, горнотехнических условиях эксплуатации, запасах и др. ) можно сравнивать с аналогичными данными геолого маркшейдерских планов ее отработки и по сходству и различию указанных показателей определять соответствие разведочной сети данному типу залежи. 5. Плотность разведочной сети можно также определять на основе принципа экономической целесообразности затрат на разведку, который называют еще методом экономических расчетов. . В залежи различают нормальные блоки — со средними показателями и аномальные, где показатели ниже средних, даже некондиционные. Аномальными блоки могут быть по различным показателям (мощности залежи, качеству полезного ископаемого, горнотехническим условиям и по комплексу их). Если такие аномальные блоки не выявлены разведкой, при эксплуатации приходится расходовать средства ( «бросовые» расходы) на проходку дополнительных подготовительных выработок. Чем гуще разведочная сеть, тем меньше размеры невыявленных аномальных зон. Экономически целесообразно сгущать разведочную сеть до такой степени, чтобы расходы на разведку не превышали дополнительных «бросовых» эксплуатационных расходов. Соблюдая принцип экономической целесообразности, расходы на разведку должны быть не выше «бросовых» затрат на горные работы

6. К экспериментальным методам относится метод разрежения разведочной сети. Он состоит в том, что характеристика залежи и месторождения и их запасы по наиболее густой разведочной сети, которая считается заведомо представительной, принимаются за истинные и с ними соответственно сравниваются геолого промышленные показатели залежи и месторождения и их запасы, получаемые при исключении одной, двух, трех и т. д. выработок. Разрежение сети следует проводить по различным возможным направлениям и с изменением начальной точки в сетях. Оптимальная сеть получается по заданной точности определения средних показателей, характеризующих залежь. Метод разрежения сети можно применять на реальных и гипотетических моделях. Очевидно, что распространение параметров рациональной системы на конкретный объект возможно только путем аналогии. Таким образом, главным является надежное установление аналогии конкретного изучаемого месторождения определенному геолого промышленному типу, а экспериментальные методы определения расстояний между разведочными выработками имеют хоть и важное, но вспомогательное значение.

Лекция 14 Разработка месторождений твердых полезных ископаемых может проводится открытым и подземным способами. Открытый способ включает отработку с помощью карьеров, траншей, канав, а закртый – с помощью подземных горных выработок – шахт, штолен и шурфов. Наиболее древние открытые разработки камня относятся к 6 му тыс. до н. э. Открытая разработка месторождений железных руд известна со 2 го тыс. до н. э. на Ближнем Востоке, в Индии и несколько позже в Южной Европе. В средние века в значительных масштабах осуществлялась открытая разработка месторождений руд цветных металлов в Испании (Рио Тинто), мрамора в Италии, медных и железных руд на территории России (Урал). В 18 в. в России, вначале на Урале, а затем в Сибири, распространилась открытая разработка россыпных месторождений. В начале 20 в. в США и Германии в связи с развитием машинной техники стала бурно развиваться открытая разработка месторождений В СССР первые крупные карьеры по добыче угля, руд чёрных и цветных металлов, неметаллических руд были созданы в 1928— 41. Важную роль открытая разработка месторождений сыграла в годы Великой Отечественной войны 1941— 45, позволив обеспечить быстрый ввод в эксплуатацию предприятий и значительное увеличение производственных мощностей. Открытая разработка месторождений обеспечивает 60— 65% мирового потребления рудного и нерудного сырья и 30— 35% твёрдого топлива. Это объясняется экономической эффективностью открытой разработки: например, стоимость открытой добычи угля в 2, 5— 3, а руды в 1, 5— 2 раза ниже, чем при подземной разработке месторождений, а производительность труда в 2— 3 раза выше. При использовании мощного горного и транспортного оборудования, средств автоматизации и вычислительной техники открытыми работами осваиваются крупные месторождения с низким содержанием металла в руде и тем самым увеличиваются запасы дефицитных сырьевых ресурсов. По сравнению с подземной разработкой потери полезного ископаемого снижаются в 4— 5 раз. Открытая разработка месторождений в России позволяет создавать мощные комплексы по добыче, переработке и потреблению сырья, отличающиеся высокой концентрацией производства, развитой сетью транспортных коммуникаций, минимальным расстоянием перевозок сырья и низкими затратами на производство. Так, на базе месторождений Канско Ачинского бассейна и на Экибастузском угольном месторождении создаются предприятия производств. мощностью 45— 60 млн. m угля в год, в железорудной промышленности работают предприятия с добычей до 30 млн. т сырой руды в год, в промышленности строительных материалов работают предприятия с годовой добычей 30— 35 млн. т асбестовой руды, строятся предприятия с годовой добычей 10— 12 млн. т гранита для производства щебня. Объём удаляемых в отвал вскрышных пород при открытой разработки месторождений обычно значительно превышает объём добываемого полезного ископаемого. Отношение этих объёмов характеризуется коэффициентом вскрыши, который иногда достигает 25, т. е. на 1 т полезного ископаемого приходится 25 т вскрышных пород. Открытая разработка месторождений включает этапы: подготовку поверхности, осушение месторождений полезных ископаемых, горно капитальные работы (рис. 1), вскрышные работы (удаление пустых пород, покрывающих или вмещающих полезное ископаемое) и добычные работы.

Вскрышные и добычные работы включают процессы отбойки, выемки, транспортировки и разгрузки полезного ископаемого. Эти основные производств. процессы объединяются в единую технологию на базе комплексной механизации и автоматизации. К вспомогательным процессам относятся зачистка уступов, ремонт и строительство дорог (автомобильных, железных), водоотлив и др. Отбойка состоит в отделении горной массы от массива с одновременным её дроблением с помощью буровзрывных работ. Выемка погрузка производится, как правило, экскаваторами и погрузчиками. Горную массу перемещают из забоя средствами карьерного транспорта Массив, сложенный некрепкими горными породами, не требует предварительного рыхления; в этом случае отбойка и погрузка составляют единый процесс, осуществляемый экскаваторами, скреперами, погрузчиками, бульдозерами или др. механическими средствами либо с помощью гидромеханизации При разработке россыпей успешно применяются драги. Полезные ископаемые транспортируются на склады или места их переработки, пустая порода – в отвалы. Рис. 1. Вскрытие месторождения при открытой разработке: 1 — карьер; 2 — капитальная траншея; 3 — разрезная траншея; 4 — наклонная выработка для транспортировки полезного ископаемого; 5 — отвал пустых пород.

Рис. 3. Системы открытой разработки: а — бестранспортная; б — транспортно отвальная; в — транспортная (наклонные пласты); г — транспортная (крутые пласты). Стрелками показано направление развития горных работ. Рис. 2. Циклично поточная технология открытой разработки месторождений: 1 — буровой станок; 2 —экскаватор; 3 — автосамосвал; 4 — бункер; 5 — грохот; 6 — дробилка; 7 — ленточный конвейер; 8 — перегружатель.

Подземная разработка месторождений полезных ископаемых (шахтная разработка) добыча полезных ископаемых в недрах Земли без нарушения дневной поверхности путём проведения системы подземных горн. выработок. B процессе подземной разработки месторождений выделяются 3 стадии: вскрытие, подготовка и очистная выемка. Oсновные горные выработки подземной разработки месторождений: шахтные стволы, квершлагии штольни, открывающие доступ c поверхности ко всему м нию п. и. или его части и обеспечивающие возможность проведения подготовит, выработок и очистной выемки в запланированных объёмах; штреки, уклоны, бремсберги, восстающие, орты, которыми вскрытая часть м ния разделяется на обособленные выемочные участки (этажи, блоки, панели, камеры, столбы), предусмотренные принятым способом подготовки и системой разработки Kак в России, так и за рубежом, несмотря на общее возрастание доли открытого способа разработки, роль подземной добычи в обеспечении освоения полезных ископаемых остаётся значительной. Этому способствуют достижения 2 й пол. 20 в. в области технологии, механизации горн. работ, общее повышение эффективности подземной разработки м ний, a также необходимость восстановления и рекультивации территорий, нарушенных открытыми горн. работами. B условиях ограниченного прироста запасов минерального сырья вблизи земной поверхности темпы освоения разрабатываемых м ний подземным способом непрерывно растут. B 80 e гг. годовое понижение горн. работ составляет от 10 до 40 м, a интенсивность выемки пологих м ний почти удвоилась. B CCCP и за рубежом на некоторых шахтах глубина горных работ понизилась до 800 1000 м и более (табл. 1). B перспективе можно ожидать существ. возрастания объёмов подземной добычи п. и. , повышение эффективности к рой связано c решением таких крупных науч. техн. проблем, как наиболее полное и комплексное использование минерально сырьевой базы, коренное усовершенствование технологии и способов механизации, в т. ч. завершение механизации вспомогат. производств. процессов, разработка и внедрение автоматизир. систем управления технол. процессами и горн. предприятиями, внедрение в горн. произ во дистанционного управления добычными машинами и робототехники. Предприятия по подземной разработки месторождений действуют практически на всей терр. страны. При этом осн. p ны подземной разработки месторождений угля Донецкий, Kузнецкий, Kарагандинский, Печорский, Подмосковный, Львовско Bолынский, Kизеловский бассейны; жел. руды Kриворожский басс. Урал (Богословское и Bысокогорское рудоуправления), Cибирь ("Шерегешский", "Aбаканский", "Kазский", "Tаштагольский" рудники), KMA (Kоробковское м ние), Kазахстан (Зап. Kаражал); марганцевой руды Украина (Heкопольское, Большое Tокмакское м ния), Грузия (Чиатурское м ние); руд цветных металлов Урал (Гайский комб т, рудник "СУБР"), Kазахстан (Джезказганское, Зыряновское. Иртышское и др. м ния), Kавказ (Tырныаузское, Kафанское, Урупское м ния) и др. Зa рубежом объектами подземной разработки являются м ния п. и. c весьма разнообразными условиями (по форме и элементам) залегания полезных толщ, a также физ. механич. свойствами п. и. и вмещающих г. п. Подземным способом разрабатываются м ния жел. руды в Швеции (Kирунавара, Mальмбергет, Гренгесберг), Kанаде (Mаклауд Уэй уэй), Франции (рудники басс. Лотарингии); медных руд в США (Cан Mаньюэл), Kанаде (Джеко (Геко)), Чили (Эль Tеньенте, Эль Cальвадор); полиметаллич. руд в Aвстралии (рудники "Брокен Xилл", "Mаунт Aeза"), США (Бюик, Флетчер, Bайбернем), Kанаде (Cалливан, Брансуик N 12, Kидд Kрик), Швеции (рудники "Булиден", "Лайсвалль Бельвиксберг"); молибденовых руд в США (Kлаймакс); вольфрамовых руд в KHP, США, Боливии; урановых руд в Kанаде (Денисон, Huю Kвирк); алмазов в ЮАР (Премьер, Bесселтон).

Подземная разработка месторождений известна ещё в глубокой древности. Дo революции 1917 П. p. м. в Pоссии была развита относительно слабо. Подземным способом добывали уголь в Донбассе, жел. руду в Kривом Pоге, руды меди, серебра и золота на Урале, полиметаллич. руды на Aлтае и в Kазахстане. Бурение, отбойка и откатка производились вручную, подъём п. и. при помощи конной тяги или в некоторых случаях c помощью парового привода. C начала периода индустриализации уже в СССР (1929 32) развернулась эксплуатация Tальбесского м ния жел. руд в Зап. Cибири и Kерченского м ния в Kрыму. Kоренной реконструкции были подвергнуты рудники Kривого Pога и Урала. B эксплуатацию были введены новые м ния марганцевой руды на Урале и в Зап. Cибири. Были построены рудники по добыче медной руды на Урале и в Kазахстане, "Aчисайский" полиметаллич. рудник, "Teхвинский" бокситовый рудник, "Балейский" золотой рудник, рудники редких металлов. B 1933 38 была создана никелевая пром сть. Ha комбинате "Cевероникель" началась выплавка никеля из руд медно никелевого м ния Mончетундры. B 1938 39 в цветной металлургии были введены в строй новые крупные рудники, поставляющие сырьё для Юж. Уральского никелевого и Уральского алюминиевого з дов. B число действующих предприятий вошли Mедногорский з д и "Блявинский" медный рудник

B эти годы построен вольфрам молибденовый комбинат в Tырныаузе и др. предприятия по произ ву цветных, редких и драгоценных металлов. Начиная с 50 x гг. 20 столетия, на горнорудных и угольных предприятиях страны механизированы все осн. процессы подземных горн. работ: бурение, отбойка, доставка, подземная откатка, подъём и другие процессы. B 60 x гг. произошли существенные сдвиги в осн. процессе добычи угля, стали применяться более производительные, узкозахватные комбайны, действующими в комплексе c механизир. крепями. Kоренные изменения произошли и в технике подземных работ в горнорудной промышленности. Ha рудных шахтах стало применяться самоходное оборудование на бурении, заряжании скважин, погрузке, доставке горн. массы и на вспомогат. процессах, что открыло возможность комплексной механизации подземных горн. работ. K кон. 80 x гг. подземная разработка месторождений насчитывала уже свыше 200 основных. систем и множество их вариантов c присущими им особенностями. Cистемы разработки отличаются одна от другой: видом и расположением подготовительных и нарезных выработок в массиве г. п. ; направлением подвигания фронта очистной выемки относительно элементов залегания п. и. ; состоянием образующегося в процессе выемки очистного пространства; построением и формой очистного забоя; кол вом стадий очистной выемки; способами отбойки и доставки п. и. при очистной выемке. Oпубликовано свыше 60 классификаций систем подземной разработки месторождений работой над которыми занимались видные учёные в области горн. науки Б. И. Бокий, A. M. Tерпигорев, Л. Д. Шевяков, M. И. Aгошков и др. Oсн. классификации систем подземной разработки месторождений можно разделить на 2 группы: системы подземной разработки угольных м ний; системы подземной разработки рудных м ний. Существуют системы разработки c разделением на слои: горизонтальными слоями; наклонными слоями; поперечно наклонными слоями; диагональными слоями; комбинированная c гибким перекрытием. Cовершенствование существующих систем подземной разработки рудных м ний заключается в их упрощении и увеличении параметров: высоты этажа и подэтажа, сечения выработок, ширины камер. Идёт оно также по пути внедрения высокопроизводит. самоходного оборудования, осн. достоинствами к рого являются эффективность и гибкость практически при любой системе разработки. . Ha всех рудниках, применяющих самоходное оборудование, значительно повысилась производительность выемочных участков. Производств. мощность рудника обеспечивается меньшим числом действующих очистных забоев и добычных участков.

Cтроительство подземного горного предприятия ведётся на основе проекта и в соответствии c графиками (в осн. сетевыми), к рые отражают последовательность выполнения и взаимоувязку отдельных видов работ, a также технологическую связь между ними. Укрупнённый комплексный сетевой график определяет продолжительность основных этапов строительства последовательность и сроки строительства отдельных объектов, срок поставки технологического и вспомогательного оборудования, срок освоения подземным горн. предприятием проектной мощности. B период осн. строительства ведутся горнокапитальные работы по сооружению стволов, др. вскрывающих и подготовит. горн. выработок, возводятся пром. здания, обогатит. фабрики и др. , подготавливается первый горизонт (или два первых), обеспечивается возможность развития добычи П. И. на полную проектную мощность. Kроме основных технологических процессов, на шахтах выполняются вспомогат. работы. Bce производственные процессы объединяются в единую Технологическую схему горнодобывающего предприятия. Продолжительность подземной pазработки месторождений (П. p. м) , a также и срок службы подземного предприятия зависят от миним. обеспеченности запасами, выявленными в результате детальной разведки, при соблюдении их необходимых соотношений по категориям. B зависимости от вида добываемых П. И. и производственной мощности подземных горн. предприятий установлены минимальные сроки их существования: шахты чёрной металлургии 20 25 лет; крупные ГОКи не менее 40 лет; крупные предприятия по добыче алюминиевого сырья, медной, свинцово цинковой и никелевой руд 30 40 лет; крупные предприятия по добыче руд и производству концентратов вольфрама, молибдена, олова, a также ртути 20 30 лет; золоторудные предприятия 15 20 лет; небольшие предприятия, эксплуатирующие богатые месторождения руд некоторых металлов, золота и ценных видов неметаллич. сырья 5 10 лет. Прекращение подземной pазработки месторождений и ликвидация подземного горного предприятия производится, как правило, только после полной отработки или списания балансовых запасов месторождения и при отсутствии перспектив их прироста. При подземной pазработки месторождений основное внимание уделяется безопасности ведения работ, для чего в обязательном порядке разрабатываются организационные и технические мероприятия, способствующие созданию безопасных условий труда и ликвидации случаев травматизма.

ОБОГАЩЕНИЕ РУДЫ это методы переработки природного минерального сырья, которое представляет собой естественную смесь ценных компонентов и пустой породы, с целью получения концентратов, существенно обогащенных одним или несколькими ценными компонентами. Обогащение руды осуществляется преимущественно механическими, а также термическими и химическими методами. Исторически обстоятельства сложились таким образом, что обогащение полезных ископаемых началось с обогащения руд; в связи с необходимостью дальнейшей переработки концентратов, полученных в результате обогащения руд, а также другого природного сырья, которое приобрело промышленную значимость, появились и другие отрасли горного дела. Первоначальные процессы обогащения руды заключались в промывке россыпных месторождений золота и дроблении крупных глыб горных пород, обогащенных самородными металлами, такими, как золото, серебро и медь. Г. Агрикола в своем труде О горном деле (De re metallica, 1556) цитирует записи, свидетельствующие о промывке россыпного золота раньше 4000 до н. э. Добыча золота из жил путем дробления и промывки производилась уже в 2400 до н. э. Сильное нагревание свинцово серебряных руд практиковалось в Греции в 3– 2 в. до н. э. Агрикола описал сложную переработку руд благородных и цветных металлов посредством методов, элементы которых включает и современная гравитационная концентрация. К главным процессам обогащения руды относятся измельчение руды и выделение концентрата. Измельчение заключается в дроблении природного материала, обычно механическими методами, с получением смеси частиц ценных и ненужных компонентов. Дробление может также дополняться химическим разложением молекул компонентов для освобождения полезных атомов. Выделение, или концентрация, состоит в обособлении полезных частиц одного или нескольких продуктов, называемых концентратами, и исключении ненужных частиц пустой породы (хвостов, или отходов). Частицы, которые не попали ни в концентрат, ни в отходы, называются промежуточным продуктом и обычно требуют дальнейшей переработки. Дробление. К дроблению относятся механические процессы, посредством которых добытая в руднике порода разбивается до размеров, подходящих для дальнейшего измельчения посредством размалывания. Устройства, которые разбивают добытое в руднике сырье, относятся к первичным дробилкам; дробилки щекового и конусного типов среди них являются основными. Вторичное дробление осуществляется в один, два, реже в три этапа. Размалывание представляет собой конечный этап механического отделения полезных минералов от пустой породы. Обычно оно производится в водной среде посредством машин, в которых порода измельчается при помощи чугунных или стальных шаров, кремневой гальки, а также гальки, образующейся из твердых кусков руды или вмещающей породы. Грохочение применяется для приготовления материала определенной размерности, поступающего на концентрирование. Грохотами обычно разделяют зерна, размер которых превышает 3– 5 мм; механические классификаторы используются для более тонкой сепарации мокрого материала. Большинство грохотов относится к вибрационному типу. Их главным элементом является сито, пластина с отверстиями или какая либо другая плоская перфорированная конструкция (обычно устанавливаемая наклонно под углом 20– 40°), которой придается вибрация с частотой 500– 3600 циклов в минуту. .

Механические классификаторы представляют собой прямоугольные лотки с наклонным дном, которым сообщается встряхивающее и возвратно поступательное движение. Материал, подлежащий разделению по крупности зерен, смешивается с водой, подается на верхний край классификатора и перемещается под действием силы тяжести в углубление на нижнем крае лотка. Там более тяжелые и крупные частицы оседают на дно и забираются конвейером. В центробежных конусных классификаторах для выделения рудных частиц используются центробежные силы в водной среде. Процесс разделения в таких классификаторах позволяет получить мелкозернистую песчано шламовую фракцию, пригодную для дальнейшего концентрирования методом флотации. МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ позволяют отделить ценные рудные частицы от частиц пустой породы с использованием чисто физических процессов, без химических превращений. Гравитационная концентрация основана на использовании разной плотности различных минералов. Частицы разной плотности вводятся в жидкую среду, плотность которой имеет промежуточное значение между плотностями минералов, подлежащих разделению. Этот принцип можно проиллюстрировать отделением песка от опилок, когда их бросают в воду; опилки всплывают, а песок тонет в воде. Обогащение в тяжелой среде основан на использовании суспензии, состоящей, помимо частиц руды, из воды и твердого компонента. Плотность суспензии варьируется от 2, 5 до 3, 5 в зависимости от свойств разделяемых минералов. При этом используются конические или пирамидальные емкости. Отсадочная машина – это один из видов гравитационного концентратора, в котором суспензия состоит из воды и рудных частиц. В отсадочных машинах непрерывного действия имеются по крайней мере два отделения. Тяжелые частицы, попавшие в приемное отделение, скапливаются на дне; более легкие частицы всплывают. Легкий материал смешивается с верхним слоем, и поперечный поток воды сносит его через перегородку в соседнее отделение, где происходит аналогичная сепарация. Автоматические разгрузочные устройства удаляют придонный слой с такой скоростью, чтобы он сохранял необходимую толщину. Концентрационные столы представляют собой гравитационные концентраторы, приспособленные для переработки материала песчаной фракции с размером зерна менее 2, 5 мм. Главный их элемент – это покрытая линолеумом прямоугольная дека шириной 1, 2– 1, 5 м и длиной около 4, 8 м. Она устанавливается с небольшим регулируемым поперечным уклоном и испытывает возвратно поступательное движение вдоль длинной стороны с частотой 175– 300 циклов в минуту и амплитудой от 6 до 25 мм. Дека имеет рифленую поверхность; при этом высота ее гребней уменьшается в направлении диагонали деки от края стола, где производится подача материала, к его выгрузочному концу. Водная суспензия попадает в бороздки и там расслаивается: более тяжелый материал оседает на дно, а более легкий оказывается наверху. Под воздействием возвратно поступательного движения легкий материал передвигается по деке. Поскольку высота гребней к выгрузочному концу стола уменьшается, верхний слой смывается потоком воды, идущим поперек стола, и уносится вниз к его боковой стороне, тогда как более тяжелый материал переносится к выгрузочному концу.

Концентрационный шлюз представляет собой наклонный желоб с шероховатым дном, вдоль которого перемещается гравий россыпи (золотоносной или оловоносной), увлекаемый потоком воды; при этом тяжелые минералы оседают на дне углублений и удерживаются там, тогда как легкие выносятся. Шероховатость дна создается деревянными брусками, рейками, рифленой резиной, небольшими жердями и даже железнодорожными рельсами, устанавливаемыми вдоль или поперек желоба. Для переработки мелкозернистого песка и шлама дно шлюза покрывают мешковиной, брезентом или другим подобным материалом, который обычно прикрепляется металлической решеткой или грубой проволочной сеткой. При переработке золотоносного гравия для сепарации довольно часто используется ртуть благодаря ее способности прилипать к мелким частичкам золота и удерживать их в потоке воды. Ширина шлюза составляет от 0, 5 до 2 м, а длина – от 3– 6 м до 1, 5 км и более. Наклон варьируют в пределах 2, 0– 12, 5 см/м; при этом в нижней части шлюза преобладает тонкозернистый материал с большим количеством воды, а в верхней части – более грубозернистый с меньшим количеством воды. Периодически подачу материала прекращают и создают легкий поток воды, рифли снимают, начиная с выходного конца, осевший песок переворачивают лопатами для отмывки легкого песка, а оставшуюся часть сгребают в бадьи. Очищенный золотоносный продукт затем обрабатывается в промывочном лотке (диаметром 0, 45 м и глубиной 5– 8 см) с наклонными под углом 45° стенками. Когда песок вместе с водой в лотке встряхивается, тяжелый материал оседает, а легкие отходы смываются через край. Флотация основана на различиях физико химических свойств поверхности минералов в зависимости от их состава, что вызывает селективное прилипание частиц к пузырькам воздуха в воде. Агрегаты, состоящие из пузырьков и прилипших частичек, всплывают на поверхность воды, тогда как не прилипшие к пузырькам частицы оседают, в результате чего происходит разделение минералов. Прилипание к пузырькам усиливается при селективном покрытии частиц одного из минералов поверхностно активным веществом. Примером такого вещества может служить парафин. Погрузите покрытую парафином частицу в газированную воду, и пузырьки выделившегося углекислого газа прилипнут к нему. Если частица достаточно маленькая, то она всплывет. Углеводородные ионы, в которых химически активная группа представлена производными тиокислот (ксантогенаты, тиофосфаты, меркаптаны и подобные им соединения), взаимодействуют предпочтительно с ионами тяжелых металлов. Флотация обеспечивает получение высокосортных концентратов. При этом флотационные реагенты составляют главную статью расходов. Этот процесс позволяет разделить практически любые два минерала, которые содержат существенно разные химические элементы или ионные группы.

Электрическая и магнитная сепарация основана на различной поверхностной проводимости или магнитной восприимчивости разных минералов. Магнитная сепарация применяется для обогащения руд, содержащих минералы с относительно высокой магнитной восприимчивостью. К ним относятся магнетит, франклинит, ильменит и пирротин, а также некоторые другие минералы железа, поверхности которых могут быть приданы нужные свойства путем низкотемпературного обжига. Сепарация производится как в водной, так и в сухой среде. Сухая сепарация больше подходит для крупных зерен, мокрая – для тонкозернистых песков и шламов. Обычный магнитный сепаратор представляет собой устройство, в котором слой руды толщиной в несколько зерен перемещается непрерывно в магнитном поле. Магнитные частицы вытягиваются из потока зерен лентой и собираются для дальнейшей переработки; немагнитные частицы остаются в потоке. Электростатическая сепарация основана на различной способности минералов пропускать электроны по своей поверхности, когда они находятся под поляризующим воздействием электрического поля. В результате частицы разного состава заряжаются в разной степени при определенных значениях напряженности этого поля и времени его воздействия и, как следствие, по разному реагируют на одновременно действующие на них электрические и другие силы, обычно гравитационные. Если таким заряженным частицам предоставить возможность свободно перемещаться, то направления их движения будут различаться, что и используется для разделения.

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ Химические методы обогащения включают, в качестве предварительного этапа, измельчение руды, которое открывает доступ химическим реагентам к ценным компонентам руды, после чего облегчается извлечение этих компонентов. Химические методы могут быть применены как непосредственно к рудам, так и к концентратам, полученным в результате обогащения руд механическими методами. Обжиг в ходе подготовки к выщелачиванию применяется либо для изменения химического состава полезных составляющих, что делает их пригодными для выщелачивания, либо для удаления некоторых примесей, присутствие которых значительно затрудняет и удорожает процесс выщелачивания ценных компонентов. Например, некоторые руды золота, содержащие мышьяк и серу, перед выщелачиванием подвергают обжигу для удаления этих составляющих. При выщелачивании ценные компоненты руды растворяются и отделяются от нерастворимого остатка посредством подходящего растворителя. В некоторых случаях для перевода ценного компонента в растворимую форму добавляется реагент. Эффективность (скорость и полнота протекания) процесса зависит от размера частиц, свойств реагентов, применяемых для выщелачивания, температуры и метода приведения в соприкосновение руды с растворителем или реагентами. Обычно чем меньше размер частиц, выше температура и концентрация выщелачивающих химических соединений, тем быстрее идет процесс. Методы непосредственного воздействия на руду выщелачивающих растворов. К этим методам относятся кучное выщелачивание, выщелачивание при просачивании и выщелачивание при перемешивании. Эти методы могут применяться как в периодических, так и в непрерывных процессах. В свою очередь непрерывные процессы могут быть реализованы как прямоточные либо как противоточные. В прямоточном процессе выщелачивающий раствор движется вместе с рудой и пополняется по мере его истощения. В противоточном процессе выщелачивающий раствор движется навстречу потоку руды. При этом передовой фронт раствора, встречаемый свежей порцией руды, обеднен реагентами и насыщен экстрагированным материалом, а тыловые порции раствора, которые позже встречаются с рудой, представлены свежим выщелачивающим раствором. Кучное выщелачивание применяется для переработки руд, содержащих легко растворимые полезные компоненты; такие руды должны быть относительно пористыми и недорогими (обычно они добываются в открытых разработках). Иногда кучное выщелачивание используется для переработки отвалов, возникших в результате процессов предшествующей добычи и утилизации руды, когда затраты на добычу уже произведены. Для загрузки руды подготавливается слабо наклонная поверхность, непроницаемая для выщелачивающих растворов. Вдоль и поперек этой поверхности создаются водосборные углубления для дренажа. После загрузки руда заливается большим количеством выщелачивающего раствора, достаточным для того, чтобы пропитать всю ее толщу. Раствор проникает между частицами руды и производит растворение полезных компонентов. Через некоторый период времени материал высушивают и извлекают корку, образованную растворившимися ценными составляющими, а обработанную рыхлую породу смывают в дренажную систему. .

Выщелачивание путем просачивания используется при переработке руд, которые при дроблении измельчаются плохо и не содержат природного шлама или глины. Это довольно медленный процесс. Выщелачивание при просачивании осуществляется главным образом в баках, хорошо приспособленных для загрузки и разгрузки. Дно бака должно быть эффективным фильтром, позволяющим производить через него закачку и откачку раствора. Баки загружаются раздробленной рудой определенной фракции крупности; иногда в целях более плотной и равномерной загрузки она смачивается. Затем выщелачивающий раствор закачивается в бак и впитывается в руду. По истечении необходимого времени выдержки раствор с выщелоченными компонентами откачивается, а руда промывается для удаления остатков выщелачивающего раствора. Выщелачивание с перемешиванием обычно применяется при переработке высокосортных руд или концентратов с относительно небольшим объемом материала, подлежащего выщелачиванию, а также руд, содержащих тонкую рассеянную вкрапленность полезных компонентов либо измельченных до весьма мелкозернистой фракции. Выщелачивание с перемешиванием позволяет сократить время взаимодействия растворов с рудой до нескольких часов по сравнению с сутками, которые требуются для выщелачивания при просачивании Извлечение ценных компонентов из растворов после выщелачивания, содержащих растворенные полезные составляющие, может осуществляться путем химического осаждения, экстракции растворителем, ионообменным методом или электролизом. Для химического осаждения раствор после выщелачивания подвергается воздействию соответствующих химических реагентов, в результате чего ценные компоненты переходят в форму нерастворимых соединений, которые выпадают в осадок, а затем отделяются путем отсадки или фильтрования. Экстракция растворителем представляет собой сравнительно новый метод, предложенный для переработки урановых руд. Раствор, содержащий выщелоченные ценные компоненты (называемый водной фазой), взаимодействует с несмешивающимся органическим растворителем (называемым органической фазой), в результате чего полезная составляющая переходит из водной фазы в органическую. Затем органическая фаза, несущая ценные компоненты, отделяется и взаимодействует с другой водной фазой, куда компоненты и переходят; этот процесс называется десорбированием. Новая водная фаза с извлеченными ценными компонентами обрабатывается с целью их осаждения. Органической фазой служит какой либо органический растворитель, например, трибутилфосфат, а в качестве разбавителя обычно используется керосин. Ионообменный процесс извлечения из руды ценных компонентов разработан сравнительно недавно. Он основан на том явлении, что синтетические смолы могут селективно экстрагировать нужные компоненты из содержащих их растворов. Ионообменные смолы синтезируются путем полимеризации с отщеплением воды. После полимеризации в смоле возникают функциональные группы, например, карбоксиловая (– COONa), сульфониловая (– SO 3 Na) или аминовая (– NH 2×HCl). Первые два примера соответствуют катионообменной смоле, ион натрия (Na+1) которой обменивается на положительно заряженный ион, содержащий ценный компонент; отрицательно заряженный ион хлора (Cl– 1) анионообменной смолы с аминовой группой обменивается на отрицательно заряженный ион, содержащий ценный компонент.

Лекция 15 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАДАЧИ ОПРОБОВАНИЯ Главная задача опробования — изучение качества полезного ископаемого. Объектами изучения могут быть отдельные пробы, природные типы или промышленные сорта руд, блоки подсчета запасов, рудные тела и месторождение в целом. Кроме того, опробовать приходится и вмещающие породы, особенно те, которые залегают внутри рудных тел или в непосредственной близости к ним. В процессе опробования изучают различные показатели качества разными способами, поэтому выделяется несколько видов опробования: химическое, минералогическое, технологическое и техническое. Химическое опробование служит для изучения химического состава руд и вмещающих пород. В процессе опробования определяется содержание главных и попутных компонентов, изменение химического состава в пространстве, выявляются зависимости между содержаниями компонентов. Для большей части полезных ископаемых химическое оп робование является основным, с помощью его оконтуривают рудные тела и промышленные сорта руд и считают запасы руды и компонентов. Обычный химический анализ дает общее, или валовое, содержание компонентов в руде. В тех случаях, когда требуется знать содержание компонентов, связанных с разными минералами, прибегают к фазо вому химическому анализу. , Минералогическое опробование применяется для определения минерального состава руды и вмещающих пород, их текстурно структурных особенностей, а также для определения химического состава минералов. Особенно детально изучаются главные минералы. В процессе оп робования устанавливается форма нахождения ценных компонентов в руде, баланс распределения важнейших компонентов между минералами. Минералогическое опробование имеет большое значение для решения ряда научных вопросов, в частности, для установления генетических особенностей месторождения. На некоторых типах месторождений (россыпи) минералогическое опробование является основным и приме няется для подсчета запасов. С помощью минералогического опробова ния выделяют природные типы руд и выясняют строение рудных тел. Технологическое опробование проводится с целью создания рациональной схемы или проверки применимости существующих схем переработки минерального сырья, а также для установления технологических показателей. Результаты технологических ис пытаний могут использоваться для установления зависимостей пока зателей переработки от состава руды, для подсчета запасов. Большое значение они имеют при геолого экономической оценке месторождений и проектировании горнорудных предприятий. Г. А. Коц, В. М. Григорьев и Е. Г. Разумная предложили проводить технологическое картирование месторождений, т. е. составлять карты, планы или табличный материал, показывающие изменение технологических свойств в пространстве. Техническое опробование служит для изучения физических свойств полезного ископаемого. Для ряда полезных ископаемых (слюда, асбест, пьезооптическое сырье, строительные материалы, каменный уголь и др. ) техническое опробование является основным. Кроме установления качества опробованием решаются и другие задачи. На многих месторождениях, где руда постепенно переходит в оруденелую породу, опробование позволяет оконтуривать рудные тела, а внутри них выделять промышленные сорта руд. Результаты опро бования служат основой подсчета запасов. С помощью опробования изучается изменчивость качества руды, закономерности размещения ценных компонентов и минералов в руде.

При эксплуатации месторождений опробование позволяет учитывать потери и разубоживание руды, создает основу для планирования добычи руды и усреднения ее состава. В ходе переработки руды опробуют получаемые из нее промпродукты и концентраты для взаимных расчетов между потребителями и поставщиками горнорудного сырья. Одно из основных требований, предъявляемых к опробованию, заключается в его достоверности. Ошибки в опробовании могут сильно исказить контуры рудных тел, повлечь за собой существенные погрешности в подсчете запасов руды и компонентов, привести к неверному заключению о значении месторождения, к ошибкам в проектировании горнорудного предприятия. Достоверность опробования обеспечивается рациональным выбором видов проб, их размеров и размещения, способов взятия, обработки и анализа проб. Для соблюдения требования достоверности применяют контроль опробования, позволяющий оценить его погрешность и избежать грубых ошибок. Опробование должно быть не только достоверным, но и полным. Во первых, в руде должны быть выявлены все ценные компоненты, заслуживающие внимания. К сожалению, иногда повторное изучение месторождений выявляет пропущенные при опробовании ценные компоненты, не только попутные, но и главные. Во вторых, опробованием должно быть охвачено все месторождение. Ошибочна применяемая ино гда рактика исследования части проб на те п или иные компоненты. К опробованию часто предъявляется требование оперативности, особенно при эксплуатации месторождения. Опробование не должно задерживать добычу или переработку руды. Наконец, опробование должно быть экономичным и высокопроизводительным. Требование экономичности вообще противоречит требованию достоверности, и следует так построить систему опробования, чтобы с наименьшими затратами обеспечить заданную достоверность. Существует много видов проб, позволяющих решать указанные задачи. Для каждого вида проб можно выделить три главные последовательные операции опробования: 1. взятие, 2. обработка и 3. испытание проб. Взятие пробы —ответственная операция; она должна обеспечивать представительность пробы, т. е. соответствие качества пробы качеству той руды, которую она характеризует. При взятии пробы особенно опасны систематические искажения состава руды, например, вследствие избирательного истирания и потери ценных минералов, попадания пустой породы в пробу и др. Применяется много способов взятия проб, зависящих от их назначения и свойств полезного ископаемого. Иногда о качестве полезного ископаемого можно судить без отбора проб, например, по данным геофизических исследований или на основе анализа выявленных закономерностей размещения компонентов в рудах. Следующая операция — обработка пробы — предназначена для подготовки материала пробы к исследованию, например к химическому анализу. Обработка проб осуществляется многими способами, определяемыми назначением проб. В обработку пробы могут входить дробление, сокращение, промывка, выделение концентратов и другие способы. Главное требование к этой операции — сохранение представительности пробы. Так, навеска, направляемая на химический анализ, по составу должна быть идентична исходной пробе. Испытания пробы проводятся с помощью различных методов: спектрального или химического анализов, минералогического, петрографического, технологического исследований и пр. В результате испытаний пробы получают сведения о качестве полезного ископаемого в этой пробе, например о химическом составе руды.

СПОСОБЫ ОТБОРА ПРОБ Разнообразие видов минерального сырья, различия в изменчивости оруденения, в назначении проб обусловливают множество способов взятия проб. Можно выделить три группы способов взятия проб, зависящие от вида разведочных выработок и состояния материала, подлежащего опробованию. К первой группе относятся способы взятия проб из горных выработок, иногда из обнажений. Этими способами опробуются канавы, шурфы, штреки, рассечки, восстающие и другие горные выработки. Способы взятия проб здесь наиболее многочисленные, наиболее распространенными являются штуфной, точечный, бороздовый, шпуровой, задирковый и валовой. Ко второй группе относятся способы взятия проб из скважин. Различия в способах взятия проб этой группы обусловлены видами бурения, которые в свою очередь определяются характером полезного ископаемого и глубиной его залегания. Чаще других приходится опробовать скважины колонкового бурения, где материалом для взятия проб служит керн, иногда шлам. Для некоторых типов полезных ископаемых применяется ударно канатное бурение скважин, при котором пробы берутся из шлама. В бескерновых скважинах иногда пробы берут с помощью грунтоносов. В рыхлых отложениях применяется механическое ударно вращательное или ручное бурение; в этих условиях также есть некоторая специфика взятия проб. Третья группа — взятие проб из отбитой руды, в том числе в забоях горных выработок, в отвалах и даже в вагонах и вагонетках, причем опробовать можно не только руду, но и получаемые из нее концентраты. Штуфной способ взятия проб широко распространен и применяется при поисках для выявления первичных геохимических ореолов (проведение металлометрических съемок), при разведке для изучения минерального состава, петрографических особенностей и некоторых физических свойств (объемной массы, пористости, влажности, прочности и пр. ) полезного ископаемого. В пробу отбираются типичные штуфы или несколько штуфов массой 0, 2— 2 кг из целика или отбитой руды. Если тело полезного ископаемого имеет сложное строение, то штуфы следует брать из каждого типа руды пропорционально их расрространенности. Типичность штуфов определяется визуально по минеральному составу и текстурно структурным особенностям. Штуфной способ, как правило, непригоден для изучения химического состава руды и оконтуривания рудных тел, так как в отборе штуфов может сказаться субъективность, которая приводит к существен ным погрешностям опробования. Только в редких случаях, когда оруденение весьма равномерное, штуфной способ может дать некоторое пред ставление химическом составе руды. Достоинства штуфного способа: высокая оперативность и произво дительность, о не задерживается продвижение забоя горных выработок. Точечный способ. Материал пробы составляется из кусочков (частичных проб) раз мером , 5— 3 см и массой 10— 20 г, реже 1 до 50 г, взятых в ряде точек из руды в целике. Точки взятия частичных проб располагают по определенной системе в зависимости от характера распределения исследуе мых омпонентов. Если в пределах плоскости опробования изменчи вость к содержаний компонентов в двух направлениях одинакова, то ча стичные пробы отбирают по квадратной сети, 'если изменчивость в од ном направлении больше, чем в другом, то принимают прямоугольную сеть, а иногда и ромбическую. Число частичных проб, составляющих пробу, колеблется от 10 до 20, редко более. Расстояние между частичными пробами зависит от не равномерности аспределения компонентов: при квадратной сети оно равно 10 х10 см или 20 X 20 см, реже р 50 X 50 см, а при прямоугольной — 10 X 20 см или 20 X 40 см. Чем сильнее изменчивость, тем чаще следует брать частичные пробы. Общая масса пробы пропорциональна числу и массе частичных проб и колеблется в пределах 0, 2— 2 кг.

Достоверность точечного способа взятия проб прямо пропорциональна числу частичных проб. Благоприятными текстурами для данного способа являются массивные и вкрапленные, в том числе прожилково вкрапленные, тонко полосчатые и грубо пятнистые с незакономерным распределением мономинеральных агрегатов. В последнем случае точечный способ дает более надежные результаты, чем бороздовый (рис. 34). Однако в трещиноватых рудах с очень хрупкими рудными минералами, а также в рудах с грубо полосчатой текстурой, " когда ширина полос близка к расстоянию между частичными пробами, точечный способ может привести к систематической ошибке. Этот способ не следует применять также в рудах, сложенных минералами разной вязкости, так как возникает систематическая ошибка за счет преобладания в пробе вязких минералов. Точечный способ обладает высокой производительностью, но немного уступает по достоверности бороздовому способу, поэтому он наиболее пригоден для взятия проб в горно подготовительных и очистных выработках при эксплуатации месторождения, представленного рудными телами средней и большой мощности. Высокая производительность обусловлена тем, что материал пробы отбирается скалыванием. 1 2 Рис. 34. Отбор точечной пробы (1) при опробовании грубопятнистых руд с крайне неравномерным распределением мономинеральных агрегатов и взятие бороздовой пробы (2) а — правильного сечения, б — пунктирной, в — объемной Бороздовый способ. Рассматриваемый способ наиболее широко применяется при опробовании горных выработок, в разведке он уступает по распространению только взятию проб из керна. В. И. Бирюков, изучив опробование на 2006 месторождениях, приводит такие цифры распространенности способов взятия химических проб (в %): Точечный — 0, 5 Валовой — 9, 5 Бороздовый — 35, 5 Весь керн — 11 Шпуровой— 0, 1 Часть керна — 39, 7 Задирковый— 3, 4 Прочие — 0, 3 Бороздовый способ взятия проб применим для большей части полезных ископаемых, но особенно эффективен при опробовании полосчатых или слоистых руд, для которых характерна максимальная изменчивость оруденения по мощности рудного тела. Можно также опробовать руды, развитые по системе грубо параллельных трещин. Нельзя применять бороздовый способ при неравномерном пятнистом или гнездовом распределении ценных минералов, а также при весьма малой мощности (10— 20 см) рудных тел

Существует несколько вариантов взятия бороздовых проб, основной является борозда правильного прямоугольного сечения. Реже применяется пунктирная или объемная борозда. Во всех случаях борозды стараются ориентировать как можно ближе к направлению максимальной изменчивости оруденения, обычно по мощности рудного тела (рис. 35), но допустимо проводить борозду под углом к направлению наибольшей изменчивости, если это связано с удобством взятия пробы. Борозда правильного сечения позволяет получать с каждого погонного метра борозды равное количество материала, что обеспечивает высокую представительность опробования и достигается строгим соблюдением сечения борозды. Отбор бороздовой пробы состоит из следующих операций: а) подготовки плоскости и разметки борозды; б) зарубки борозды; в) скалы вания полезного ископаемого между зарубками; г) сбора материала с брезента или с железного желоба (иногда после предварительного просушивания) в мешочки; д) документации и этикетирования пробы. Самая трудоемкая операция — зарубка борозды, в рудах высокой крепости на нее затрачивается 45— 52% времени, тогда как на скалывание 11— 14%, на подготовку и разметку борозды 16— 19%, на сбор материа ла и документацию 18— 28%. Сечение правильной борозды выбирают в зависимости от изменчивости оруденения, крепости руд и мощности рудных тел (табл. 34). Таблица 34 Рекомендуемые сечения правильной борозды, см 3 Крепкие полезные ископаемые Мощность рудных тел, м Распределение компонентов более 2, 5 Весьма равномерное и равномерное Неравномерное Весьма и крайне неравномерное 2 X 5 2, 5 х8 3 х8 0, 5 2, 5 м 2 х6 2, 5 х9 3 х10 менее 0, 5 2 х10 2, 5 х10 3 х12 Мягкие полезные ископаемые (без учета мощности рудных тел) Весьма равномерное и равномерное (2 5)Х(5— 10) Неравномерное и весьма неравномерное (5— 10)Х(10— 20)

При ручном отборе проб из за трещиноватости руд, различия физических свойствах минералов (твердость, хрупкость) трудно сохранить правильное сечение борозды, что может привести к систематическим ошибкам в опробовании. Одной из мер по уменьшению систематической ошибки может служить увеличение сечения борозды, но главный путь улучшения достоверности способа взятия состоит в механизации отбора проб, что повышает также и производительность труда. Разработано много вариантов механических пробоотборников, главным образом в ВИТРе и ЦНИГРИ, но, к сожалению, серийное производство пробоотборников еще не налажено. Можно выделить два типа механических пробоотборников. К первому типу относятся пробоотборники скалывающего действия. Обычно это пневматические отбойные молотки, оборудованные специальными коронками, позволяющими производить зарубку борозды (рис. 36), а затем скалывание полезного ископаемого. Так, Б. Б. Лихарев и И. Я. Серебрин предложили П образную коронку, присоединяемую к отбойному молотку, которая дает борозду глубиной 3— 4 см и шириной 7, 5 см. Производительность механического пробоотборника в 7 раз выше ручного способа и достигает 35 м в смену. Ко второму типу относятся пробоотборники режущего действия, в которых основную роль играет алмазная дисковая пила, позволяющая делать врезы, ограничивающие сечение борозды. Материал пробы затем скалывается зубилом. А. Д. Леля и В. Панкратов описали щелевые пробоотборники, вырезающие щелевые пробы (глубина борозды больше ее ширины) сечением 15 см 2. Производительность таких пробоотборников 2— 2, 8 м борозды в час, что приблизительно в три раза выше производительности ручного отбора проб. За рубежом (США, Канада) механизация отбора проб также идет по пути применения режущих инструментов, обеспечивающих высокую достоверность опробования. В Свердловском горном институте разработан пробоотборник СГИ 3, позволяющий выполнять механизированный отбор как бороздовых, точечных, так и шпуровых проб. При этом порции точечной пробы имеют строго одинаковый объем, что исключает роль субъективного фактора при отборе, материал пробы получается в виде муки и не требует измельчения при ее обработке, сводится к минимуму избирательное выкрашивание хрупких минералов, повышается производительность труда. Масса пробоотборника 10— 12 кг соединенного с ним ручного перфоратора — 11— 14 кг. Рис. 36. Устройство для отбора бороздовых проб. 1 отбойный молоток; 2 — разрезная пружинная муфта; 3 — колпак предохранительный; 4 переходник; 5 — пробоотборная коронка.

Любая механизация отбора проб дает большое увеличение производительности труда при опробовании крепких и весьма крепких полезных ископаемых. На мягких полезных ископаемых ручные способы отбора проб мало уступают по производительности механическим способам. Если рудное тело имеет четкие границы, простое строение и малую мощность, на одно пересечение рудного тела берут одну борозду. Но чаще рудные тела имеют сложное строение, т. е. состоят из чередования природных типов руд, а также постепенно переходят во вмещающие породы. В этих случаях борозду делят на части, называемые секциями (рис. 37). Каждая секция представляет собой отдельную пробу. Секционные пробы позволяют изучать качество каждого типа руды, распре деление ценных компонентов по мощности рудного тела, а также оконтуривать его. Длина секций определяется мощностью природных типов руд и обычно колеблется в пределах 1— 5 м. Минимальная длина секций может достигать 0, 3— 0, 5 м, но чаще принимается 0, 7— 1 м, так как рудные тела меньшей мощности не могут быть добыты селективно. При опробовании однородных рудных тел большой мощности длина секций может достигать 5— 10 м. В период эксплуатационной разведки, если намечается валовая разработка месторождения, длина секций опреде ляется высотой эксплуатационного уступа и составляет 10— 20 м. В сложных рудных зонах, где чередуются руды и пустые, часто оруденелые породы, секционные пробы берут не только из руды, но и из пустых пород, потому что при добыче они будут попадать в рудную массу, разубоживая ее. Необходимость ориентировки борозды по направлению максимальной изменчивости оруденения предопределяет различное размещение борозд в горных выработках. Если выработки проходят по простиранию или падению рудного тела (штреки, восстающие, некоторые штольни), опробуется забой, если они расположены вкрест простирания (рассечки, квершлаги, подходные штольни), — опробуются стенки. В канавах также предпочтительно опробовать стенки, но иногда приходится опробовать дно, при этом следует избегать загрязнения пробы. Расположение борозд зависит также от ориентировки рудных тел. В полого падающих рудных телах (до 30— 45°) борозды располагают вертикально, а в круто и вертикально падающих — горизонтально. Рис. 37. Схема расположения секционных проб в стенке орта. 1 — кремнистые сланцы; 2 — медьсодержащие_вкрапленные сульфидные руды: богатые (а) и бедные (б); 3 — полосчатые мелкозернистые руды, обогащенные халькопиритом; 4 — полосчатые среднезернистые руды, обогащенные сфалеритом (а) и халькопиритом (б); 5 — кварцевые альбитофиры; 6 — секционные пробы и их нумерация.

Пунктирная борозда имеет меньшую достоверность по сравнению с бороздой правильного сечения, но вполне достаточную для полезных ископаемых с равномерным распределением минералов. Материал в пробу берется из отдельных точек на расстоянии 2— 3 см, иногда непре рывно (см. рис. 35). Диаметр кусочков частичных проб 1— 2 см, реже до 3 см. Масса материала с 1 м борозды колеблется от 0, 2 до 2 кг, чаще составляет 1— 1, 5 кг. Способ взятия проб весьма производителен, так как основан на скалывании кусочков руды. В литературе имеются при меры, оказывающие применимость пунктирной п борозды на месторож дениях Кривого Рога и на медно колчеданных месторождениях. Объемная борозда не имеет строго определенного сечения. Название ее связано с тем, что с каждой единицы длины пробы берется равный объем материала, например с каждых 10 см берется 100— 300 см 3 руды. Принятый объем строго соблюдается и контролируется мерным сосудом с водой. Способ обладает высокой производительностью и достаточной достоверностью (рис. 38), но он не пригоден в случае растворимых руд или руд с глинистыми примазками, так как часть материала пробы в виде раствора или взвеси переходит в воду и теряется, что влечет за собой систематическую погрешность опробования. Взятие проб пунктирной и объемной бороздой можно рекомендовать на стадии эксплуатационной или детальной разведки при условии экспериментальной проверки применимости способов в конкретных условиях. Шпуровой способ. Материалом пробы служит буровая пыль, получаемая при бурении шпуров с продувкой, или шлам при бурении с промывкой. Взятие проб шпуровым способом принципиально не отличается от бороздового способа. Поверхность шпура имеет правильную цилиндрическую форму, поэтому можно считать, что пропорциональность количества материала длине пробы выдерживается более строго, чем при отборе борозды. Однако это справедливо только в слабо трещиноватых рудах и в рудах, сложенных минералами с близкой твердостью и хрупкостью. При бурении шпуров в трещиноватых рудах обычно происходит избирательная потеря материала. Бурение с продувкой сопровождается потерей более тонких и легких минеральных частиц в трещинах, что может привести к завышению содержания металла в руде. В процессе промывки шпуров, наоборот, наиболее крупные и тяжелые частицы попадают в трещины, вследствие чего происходит занижение содержания металла. Если минералы существенно различаются по твердости или хрупкости, под влиянием удара бура о забой происходит выкрашивание хрупких или мягких минералов. Рис. 39. Сбор шлама и мути в отстойниках. По А. А. Якжину [9]. а — применение патрубка; б — применение тройника со шлангом, 1 — шпур; 3 — патрубок; 3 — отстойники с перегородками; 4 — бур; 5 — скважина; 6 — тройник.

Сбор материала при бурении шпуров с промывкой происходит следующим образом. После забурки на глубину до 140 мм вставляется патрубок (рис. 39) для отвода шлама в отстойники. Часто для полной отсадки шлама необходимо иметь четыре отстойника. В первом отстойнике осаждается 68% шлама, во втором 16%, в третьем 10%, в четвертом 6%. Шлам собирают из отстойников, подсушивают на песчаной бане (во избежание потери кристаллизационной воды) и без дополнительной обработки направляют в химическую лабораторию. При бурении шпуров с продувкой сбор пыли производится пылеулавливателями, что позволяет собирать до 75— 90% буровой пыли, а в плотных однородных рудах даже до 100%. Шпуровой способ наиболее пригоден для взятия проб в рудных телах большой мощности, которые не вскрываются полностью горными выработками (рис. 40). Шпуры, как и борозды, располагают в направлении наибольшей изменчивости оруденения. В горных выработках, ориентированных вкрест мощности рудного тела, для взятия проб пригодны шпуры, буримые в забое для буровзрывных работ. Это не задерживает процесса проходки выработок. В горных выработках, проходимых по простиранию, необходимо бурение шпуров в стенках выработок. Глубина шпуров при бурении обычными перфораторами может достигать 7— 8 м, а колонковыми перфораторами — до 50— 70 м. Основной недостаток шпурового способа состоит в том, что по материалу пробы трудно или невозможно определить границы рудного тела, его строение, контуры природных типов и промышленных сортов руд. Нельзя применять шпуры на рудных телах малой мощности из за сильного ее искажения. Достоинства шпурового способа заключаются в механизации опробования, часто в совмещении опробования с проходкой горных выработок, в высокой производительности, улучшении условий труда при улавливании пыли, отсутствии необходимости обработки химических проб для анализа. Рис. 40. Отбор проб шпурами за пределами горных выработок: а — при опробовании рудных тел большой мощности; б — при вскрытии и опробовании параллельных рудных тел; в — при опробовании слепых рудных тел.

Задирковый способ. При малой мощности рудных тел (не более 15— 20 см) или при весьма неравномерном распределении оруденения по площади забоя пробу берут задиркой — снятием слоя руды мощностью 3— 10 см, редко 20 см. Представительность пробы обеспечивается тщательным выравниванием поверхности забоя перед опробованием и строгим соблюдением глубины задирки на всей площади. Нарушение этих условий может привести к образованию существенных погрешностей опробования руд, сложенных хрупкими или мягкими минералами, а также минералами с весьма совершенной спайностью. Следует учитывать, что чем больше площадь задирки, тем труднее контроль ее глубины. Задирковый способ является очень трудоемким, поэтому применя ют его редко, когда другие способы, например бороздовый, оказывается недостоверным. Иногда применение задиркового способа бывает вызвано спецификой полезного ископаемого, в частности, способ применяется на месторождениях амфибол асбеста. Материал пробы в этом случае подвергается ручной разборке. Задирковый способ иногда целесообразно применять как контрольный при выяснении погрешностей других способов отбора проб. Валовый способ или объемный, способ взятия проб применяется при крайне неравномерном распределении компонентов в трех измерениях, а также при необходимости взятия проб большой массы (например, для технологических испытаний). При валовом способе в пробу идет вся рудная масса, отбитая в процессе проходки горной выработки. Отбор материала обычно механизирован и не задерживает продвижение забоя выработок. В пробу может поступать материал с одной или с нескольких уходок. Масса валовых проб составляет 1, 5— 5 т, иногда десятки и даже тысячи тонн. Масса пробы тем больше, чем крупнее кристаллы ценного минерала полезного ископаемого, ниже содержание и больше степень неравномерности распределения. Иногда при пробной эксплуатации месторождений в валовую пробу поступает вся рудная масса, добываемая за смену, сутки или за какой либо другой период работы предприятия или отдельного участка. Если мощность тела полезного ископаемого небольшая, при взрывном способе проходки горных выработок в валовую пробу поступает рудная масса, содержащая смесь руды и вмещающих пород. При значительной мощности рудных тел сложного строения с помощью валовых проб иногда удается раздельно опробовать природные типы или промышленные сорта руд. Так как валовые пробы имеют большой объем, при взятии их часто подвергают сокращению. Например, при выдаче руды из шурфа в пробу берется каждая третья, четвертая, седьмая бадья и т. д. в зависимости от массы исходной пробы и крупности составляющих ее кусков. Так же поступают, если руда выдается в вагонетках или скипах. Иногда выданную на поверхность рудную массу разгружают на пробо разделочных площадках, где ее перемешивают и при перелопачивании сокращают. Сохранение свойств исходной пробы более надежно обеспечивается сокращением ее мелкими порциями. Объемный способ наиболее широко применяется для взятия проб при изучении специфических полезных ископаемых, например слюд, оптического сырья, поделочных и драгоценных камней, строительных камней, где существенное значение имеет величина кристаллов и монолитов, а также сохранность их физических свойств. Кроме того, валовый способ используется при исследовании руд благородных металлов, отборе некоторых технических и технологических проб, а также для контроля других способов пробоотбора. Валовый способ наиболее дорогой, так как требует больших затрат на обработку пробы. Это ограничивает его применение для химического опробования. Затраты на валовый способ иногда частично возмещаются за счет попутного получения продукции: кристаллов слюды, исландского шпата, горного хрусталя, алмазов, изумрудов и пр. , а также некоторых ценных металлов — олова, ртути, золота, платины и пр.

Горстевой способ представляет собой вариант точечного опробования отбитой руды или рудной массы. Он заключается во взятии частич ных проб с поверхности отвалов, рудной массы из вагонеток, самосвалов по квадратной или прямоугольной сети, которая задается мысленно или с помощью веревочной сетки. Стороны квадрата сетки обычно рав ны 20— 50 см, а прямоугольника — 20— 40 см на 50— 100 см. Число частичных проб колеблется от 10 до 50. Минимальное число частичных проб берется из вагонеток, чаще по способу конверта в пяти точках. Объем отдельной частичной пробы 20— 200 см 3, масса 50— 600 г. Густо та сети частичных проб зависит от степени изменчивости распределения компонентов в пробе, крупности и однородности размеров кусков. Для обеспечения представительности опробования требуется, чтобы соотношение материала различного качества в пробе и опробуемой руде было одинаковым. Нарушение этого правила приводит к систематическим ошибкам. Для его выполнения необходимо из точек взятия частичных проб отбирать как крупный, так и мелкий материал. От глыб руды, занимающих несколько ячеек сети, отбивают соответствующее число частичных проб принятого объема. Если глыбы руды имеют по лосчатое строение, частичные пробы отбивают вкрест ориентации полос. Причиной систематической ошибки может быть сегрегация рудной массы по плотности или размеру обломков, в результате которой состав руды на поверхности отвала и на глубине его будет различен. Однако при взрыве и погрузке материала в вагонетки происходит его перемешивание, что позволяет широко применять горстевой способ. Горстевой способ высоко производителен, так как исключает необходимость отбойки руды, опробование этим способом не задерживает работу в забое выработки. Но применений его не позволяет обычно оконтурить промышленные сорта руд и опробовать их раздельно. Способ вычерпывания. В отличие от горстевого, при способе вычерпывания частичные пробы берутся не с поверхности отвала, а на всю его глубину, что позволяет устранить влияние сегрегации рудного материала на погрешность опробования. Способ вычерчивания применяется при опробовании отвалов, хвостов обогатительных фабрик и пр. Отбор частичных проб по сетке, разбитой на поверхности отвала, производится желонкой, специальным пробоотборником, трубой или щупом. Наиболее удобен диаметр трубы 50 мм. Сетка частичных проб такая же, как и в горстевом способе, но может быть и реже. Способ вычерпывания часто применяется для сокращения объема проб в процессе их обработки. Он дает достаточную точность и позволяет сокращать материал пробы в любое число раз. Способы горстевой и вычерпывания служат основным средством опробования не только отбитых рудных масс, но и отвалов горных работ, а также для товарного опробования горнорудной продукции (руды, концентратов) при ее транспортировке (в вагонах, самосвалах и пр. ). При опробовании отвалов значительных размеров для получения частичных проб в узлах сетки можно проходить шурфы или буровые скважины. Размещение их зависит от формы отвала и его мощности. Необходимо стремиться, чтобы в сфере влияния шурфа были примерно равные объемы рудной массы [1]. При размещении частичных проб в отвалах, образовавшихся в отстойных бассейнах, необходимо учитывать различную скорость осаждения частиц рудных и нерудных минералов. Более тяжелые минералы осаждаются в отстойном бассейне ближе к местам поступления пульпы

Товарное опробование вагонеток, самосвалов, барж и других транспортных средств используется для определения качества руд или концентратов при хозяйственных расчетах между предприятиями. В транспортных средствах исследуемый материал обычно хорошо перемешан, и для получения надежной характеристики качества достаточно взять пробы с его поверхности. В простейшем случае частичные пробы берут из пяти точек способом конверта, но можно применять прямоугольное, шахматное, радиальное и более сложные варианты размещения частичных проб. Частичные пробы отбирают лопатой, совком и другими приспособлениями. При большом объеме работ применяются механические пробоотборники. Отбор проб при бурении Это наиболее распространенный способ взятия проб при геолого разведочных работах. Материалом пробы служит керн, керн и шлам или только шлам. Кроме того, с помощью специальных приспособлений пробы отбирают из стенок скважин. Наиболее достоверные результаты опробования получают при взятии проб из керна. Шлам используется как дополнительный материал в случае неполного выхода или потери керна, а также при его избирательном истирании. Достоверность опробования по керну зависит от полноты его выхода, а также от степени неравномерности распределения минералов в руде. Полнота выхода керна определяется многими факторами. В сильно трещиноватых, пористых, разрушенных, хрупких и рыхлых породах и рудах выход керна резко снижается за счет его истирания при бурении и разрушения промывочной жидкостью. Увеличение выхода керна достигается многими способами: увеличением диаметра бурения (рис. 41), применением алмазного бурения, использованием двой ных олонковых труб, сокращением к рейсов, бурением всухую и пр. Полнота выхода керна (или просто выход керна) измеряется чаще всего линейным способом — по отношению длины керна l к длине пробуренного интервала L. В сильно разрушенных и трещиноватых рудах линейный способ дает большую погрешность, в этих случаях более надежно определять выход керна как отношение объема фактического керна, что можно измерить в мерном сосуде с водой, к расчетному объему керна с интервала бурения, так как диаметр керна бывает известен. Избирательное истирание часто происходит на месторождениях молибдена, ртути, сурьмы, углей и др. , вызывая систематические погрешности опробования. Рис. 41 Зависимость линейного выхода керна от диаметра скважины Для получения керна при бурении растворимых в воде полезных ископаемых, например калийных солей, в качестве промывочных жидкостей употребляются рассолы, насыщенные солями того же состава, но и в этом случае отмечается частичное растворение

Пробы из керна отбирают при его выходе более 70%. Керн может использоваться для химического, минералогического, технического и технологического опробования. При геологической документации керна производят разметку рядовых (секционных) проб. В них обычно берут половину, реже четвертую часть, а оставшееся его количество хранить как дубликат. Отбор проб из керна производят либо раскалыванием либо выпиливанием вдоль оси керна на камнерезных станках. В пробу может идти половинка керна или даже сегмент. Распиливание керна улучшает качество опробова ния, ускоряет взятие проб. К взятию проб из шлама при колонковом бурении прибегают в редких случаях — при низком выходе или потере керна. Низкая достоверность опробования при этом вызвана рядом причин: шлам разубоживается вышележащими породами, засоряется рудой, загрязняется промывочной жидкостью, часть его теряется в трещинах, при подъеме шлама происходит отставание более тяжелых и изометричных частиц. Некоторые металлы и сульфиды флотируются и уходят в слив. При бурении дробью она большей частью попадает в шлам, искажая его состав. В тех случаях, когда необходимо опробование шлама, принимают меры к полному его улавливанию: тампонируют трещины в породах, крепят вышележащие породы обсадными трубами, после каждого рейса скважину промывают до появления осветленной воды, не применяют глинистых растворов и др. Следует стремиться к совпадению интервалов опробования по керну и шламу. В пределах интервала опробования керн и шлам собирают в отдельные пробы. Для повышения достоверности опробования при низком выходе керна часто применяются геофизические методы (каротаж скважин), которые позволяют уточнить положение и контакты рудного тела, а иногда и состав руды. Отбор проб из скважин ударно-канатного бурения При ударно канатном, а также при бескерновом бурении пробы берут из шлама. Благодаря большому диаметру скважин ударно канатного бурения пробы имеют большую массу (45 — 200 кг с 1 м углубки), а в связи с хорошим перемешиванием материала в процессе бурения они характеризуются хорошей представительностью. Ударно канатное бурение применяется при разведке вольфрамовых, медно молибденовых и молибденовых штокверковых месторождений, россыпей, а также для проходки буровзрывных скважин при открытой разработке полезных ископаемых. Шлам с забоя скважины ударно канатного бурения поднимают желонками, наиболее полное удаление шлама достигается поршневыми желонками. Если забой скважины расположен выше уровня грунтовых вод, скважину периодически заливают водой. Удаление шлама производят до осветления воды. В крепких рудах для полноты его извлечения в скважину рекомендуется добавлять глину, которая потом легко отмы вается от шлама. Поднятый шлам поступает в приемный желоб и потом в различные отстойники. Полученный шлам перемешивают и берут из него пробы способом вычерпывания. Если скважины проходят бурением с продувкой, то для улавливания шлама используют пневмоциклоны различных систем, затем из шлама берут пробы также способом вычерпывания. Достоверность опробования по шламу при ударно канатном буре нии ависит от полноты извлечения шлама. Кроме того, возможно обрушение стенок скважины и засорение з шлама вышележащими поро дами ли полезными ископаемыми, потеря шлама в трещинах. Для контроля потери шлама и и обрушения стенок скважины производится систематическое сравнение объема поднятого материала с теоретически рассчитанным объемом. Результаты сравнения заносят в специальный журнал.

Для устранения обрушения стенок скважины иногда применяют крепление скважины обсадными трубами. Это используется также на участках с открытыми трещинами, чтобы уменьшить потери шлама. При опробовании скважин бескернового и ударно канатного бурения наиболее трудной задачей является отбор секционных проб, отражающих строение залежей. Для ее решения используют комплексный каротаж скважин, наблюдения за косвенными признаками (изменение скорости бурения, окраски шлама), а также спектральный, минералогический или химический экспресс анализ. Но часто опробование не обеспечивает точного определения границ рудных тел, природных типов и промышленных сортов руд. Опробование россыпей проводится чаще по скважинам механического ударно канатного бурения. В рыхлых обводненных породах бурение ведется с опережением забоя обсадными трубами, в устойчивых породах крепят только устье скважины. Чтобы установить мощность песков (рудного пласта) с промышленным содержанием компонентов, из шлама следует отбирать секционные пробы. Для этого скважину углубляют на 0, 2— 1 м. После каждой углубки шлам извлекают с помощью желонки. Длину секций выбирают исходя из мощности пласта, намечаемого способа разработки месторождения и стадии разведки. На россыпях золота и платины длина секций принимается 0, 2 м, на россыпях касситерита, вольфрамита, шеелита, монацита и ильменита — до 0, 5— 1 м. На стадии детальной и эксплуатационной разведки, когда границы пласта определены, длину проб можно увеличивать до 1— 2 м. Часто опробуются и торфа (рыхлые покровные отложения), длина проб по ним колеблется в пределах 1— 5 м. Если торфа не содержат ценных компонентов, то применяется выборочное их опробование не по всем скважинам, но на всю мощность торфов с целью контроля. Опробование россыпей имеет заметные погрешности, чаще занижается содержание ценных минералов. Погрешности опробования возникают за счет обводненности рыхлых отложений, большого различия в плотности рудных и нерудных минералов, неравномерности распределения ценных минералов, низкого их содержания, наличия самородков благородных металлов, валунов и пр. Обсадка скважины и долочение валунов вызывают перемещение вниз тяжелых частиц, приводящее к уменьшению мощности пласта. Для отбора проб применяют желонки, буровая ложка, а также иногда применяется стакан грунтонос, который ударом бурового снаряда с высоты 10— 20 м забивают в полезное ископаемое на глубину 15— 20 см. Поступающий в стакан материал уплотняется в нем и хорошо удерживается при подъеме. При опробовании мягких видов отложений часто не обеспечивается поднятие всех тяжелых частиц с плотика и происходит систематическое занижение содержания ценных компонентов, «оседание» вниз пласта по сравнению с его действительным положением. С целью уменьшения влияния искажающих факторов следует использовать большие диаметры бурения. Опробование скважин требует систематического контроля путем проходки и опробования сопряженных с ними контрольных шурфов, что позволяет определять поправочные коэффициенты к данным опробования скважин. Отбор проб из скважин ручного и ударно-вращательного бурения Для опробования строительных песков, суглинков, диатомита трепела и других сыпучих, но необводненных полезных ископаемых и пластичных полезных ископаемых применяются змеевики (ручное бурение) и шнеки (механическое бурение). Материал уходки удерживается на лопастях змеевика или шнека. За одну уходку змеевиком углубляются на 30— 40 см, а шнеком — на 1, 3— 1, 5 м. При подъеме материал на лопастях змеевика и шнека в результате трения о стенки скважины загрязняется вышележащими породами, поэтому вначале его очищают от загрязнения. . В зависимости от мощности и строения тела полезного ископаемого отбирают секционные пробы, длина которых колеблется в пределах 0, 5— 2 м.

Опробование россыпей Качественное опробование аллювия, делювия и элювия на содержание рудного минерала является важным методом поисков рудных и россыпных месторождений. Оно позволяет изучить площадь ореола рассеяния и вести поиски в сторону наибольшей концентрации, приближаясь к выходу коренного месторождения. Наличие тяжелых рудных минералов в рыхлых отложениях легко устанавливается при помощи ковшовых или лотковых проб, промывка которых позволяет получить шлих (концентрат) тяжелых минералов. Метод поисков рудных месторождений путем шлихового опробования называется шлиховым методом или шлиховой съемкой. Шлиховая съемка получила широкое распространение в нашей стране при поисках коренных месторождений золота, платины и редких металлов, особенно в районах с плохой обнаженностью коренных пород. Шлихом называется концентрат тяжелых минералов, полученный при промывке рыхлых элювиальных и аллювиальных отложений или толченых руд и горных пород. Для определения объема шлиховой пробы обычно применяют специальный мерный ящик — ендовку объемом 0, 02 м 3. По объему пробы устанавливается выход шлиха в граммах на 1 м 3 промытой породы. Пробы промывают в железном ковше или в деревянном лотке. Как только зерна тяжелых полезных компонентов проникнут на дно ковша, приступают к доводке, осторожно вращая ковш. Самородное золото или платина легко отстают от всех шлиховых минералов и становятся ясно видимыми металлическими блестками на дне ковша. После доводки шлих высушивают на дне ковша или на специальном железном совочке и ссыпают в бумажный пакет Лекция 16 Технологическое опробование проводится с целью создания рациональной схемы или проверки применимости существующих схем переработки минерального сырья, а также для установления технологических показателей. Результаты технологических испытаний могут использоваться для установления зависимостей показателей переработки от состава руды, для подсчета запасов. Большое значение они имеют при геолого экономической оценке месторождений и проектировании горнорудных предприятий. Иногда проводят технологическое картирование месторождений, т. е. составляют карты, планы или табличный материал, показывающие изменение технологических свойств в пространстве. Технологические пробы позволяют составить рациональную схему переработки руд и определить показатели переработки (выход продук ции, ее состав, извлечение компонентов, расход воды, энергии, реагентов и др. ). Они различаются по масштабу и объекту исследования. По масштабу можно выделить лабораторные, укрупненно лабораторные и полузаводские технологические пробы. Лабораторные пробы позволяют исследовать технологические свойства руды в лабораторных условиях путем постановки отдельных опытов по обогащению и металлургии при разных режимах, чтобы определить оптимальный режим переработки руды. Масса лабораторных проб колеблется в пределах десятков— сотен килограммов. Укрупненно лабораторные пробы изучаются также в лабораторных условиях, но после достижения наилучшего режима переработки руды проводятся опыты в непрерывном процессе, которые дают надежные показатели переработки руды. Кроме того, в процессе таких испытаний можно получить значительное количество концентратов или промпродуктов, которые могут быть использованы для других технологических или технических исследований. Масса укрупненно лабораторных проб обычно составляет тонны или десятки тонн.

Полузаводские технологические пробы предназначены для проведения технологических испытаний на опытных полупромышленных и промышленных установках с целью проверки технологической схемы и определения надежных показателей переработки руды. Масса полузаводских проб может достигать несколько сотен или тысяч тонн. Полузаводские испытания применяются лишь в особых случаях: с целью проверки новых технологических схем, еще не освоенных промышленностью, и технологических свойств руд сложного состава (например, комплексных руд) при крайне неравномерном оруденении. Технологическая проба может характеризовать природные типы, промышленные сорта руд, рудные тела или месторождение в целом. Соответственно можно различать и виды технологических проб по объекту исследования. Пробы, освещающие природный тип руды, называют минералого технологическими. Они имеют минимальную массу (десятки, редко сотни килограммов) и позволяют выявить различия в технологических свойствах природных типов руд при использовании одной стандартной для данного вида сырья пробы. Число минералого технологических проб должно быть пропорционально распространенности типов руд. Минералого технологические пробы, испытанные по стандартной схеме, позволяют установить разнообразные зависимости технологических показателей от состава руды (см. рис. 44). Технологические пробы освещают промышленный сорт руды. Они позволяют разработать рациональную технологическую схему переработки минерального сырья и определить основные технологические показатели (выход продуктов, их состав и свойства, извлечение компонентов и др. ). Такая технологическая промышленная проба чаще представляет собой смесь природных типов руд, и для обеспечения надежных показателей переработки необходимо, чтобы химический и минеральный состав пробы, а также соотношение в ней типов руд были близки к соответствующим характеристикам промышленного сорта руды. Число технологических проб обычно пропорционально числу промышленных сортов руд, иногда числу участков месторождения. В редких случаях отбирают составные технологические пробы из смеси промышленных сортов руд в заданном соотношении для характеристики какого либо участка, рудного тела или месторождения в целом. Необходимость в составных пробах возникает, когда предполагается совместная добыча нескольких сортов руд, обладающих сходными технологическими свойствами, и требуется оценить технологические показатели смешанной руды. Следует отметить, что во многих случаях вероятные значения технологических показателей при смешивании сортов руд можно определить расчетным путем на основе зависимостей показателей от состава руды. Одной из важных геологических задач является обеспечение представительности любых технологических проб, что обычно достигается рассредоточением мест взятия пробы по участку или по месторождению, а также соблюдением в ней заранее известного и заданного минерального и химического состава руды и соотношения природных типов руд. Технологические пробы отбирают различными способами. При буровой системе разведки материал для проб берут либо из керна, оставшегося после химического опробования, либо из керна специальных технологических скважин, проходимых увеличенным диаметром. При ударно канатном бурении технологическую пробу отбирают из шлама. Если применяется горная или буровая система разведки, то технологические пробы берут из горных выработок бороздовым или валовым способом в зависимости от необходимой массы пробы.

Требования к процессу опробования Опробование производится с целью определения содержания полезного компонента в месторождении. Начальный вес взятых проб и их количество должны быть минимальными и соответствовать среднему содержанию опробуемого объекта. Неравномерное распределение полезных компонентов во многих рудных месторождениях, при широком разнообразии минерального состава, определяет необходимость опробования их совокупностью проб. Методика опробования при разведке и эксплуатации месторождений должна быть выбрана с учетом геологических особенностей строения рудной залежи и горнотехнических условий эксплуатации и должна обеспечивать наиболее высокую производительность и отвечать требованиям техники безопасности. Если начальный вес прбы большой, то усложняется и замедляется процесс ее приготовление до конечного веса, поступающей на химический анализ. При обработке пробы необходимо следить за тем, чтобы coдержание металла в начальном и конечном ее весах сохранилось постоянным, в пределах допустимой ошибки. Для правильного выбора начального веса проб и определения возможности его уменьшения рекомендуется учитывать следующие факторы: 1. Текстура руды и крупность минералов оказывают решающее влияние на начальный вес пробы. При опробовании руды с полосчатой, ленточной или массивной текстурой вес пробы может быть уменьшен без нарушения представительности. При опробовании руд с пятнистой, брекчиевидной или конгломератовидной текстурой, а также вкрапленных руд с крупными размерами зерен начальный вес пробы значительно увеличивают. 2. Чем крупнее зерна рудного минерала, тем больше должен быть вес пробы. Например, для начального веса пробы некоторых полиметаллических уральских и алтайских руд, диаметр зерен сульфидов которых не превышает десятых долей миллиметра, вполне достаточно 2— 3 кг. При диаметре зерен вольфрамита в кварцевых жилах, достигающем 100 мм, начальный вес пробы должен составлять не менее 50 кг. 3. Чем больше число зерен рудного минерала в пробе, тем менее вероятна ошибка при каждом приеме сокращения пробы. Если количество зерен рудного минерала в кусках составляет преобладающую массу, то после каждого сокращения они разделяются почти поровну, особенно при хорошем смешении пробы перед ее сокращением. При малом числе рудных зерен в пробе ошибка от сокращения быстро возрастает. 4. Чем выше удельный вес рудного минерала в пробе (по сравнению с другими минералами), тем больше его влияние на изменение содержания металла. Так, например, в кварцево галенитовой руде каждое зерно галенита в три раза тяжелее зерна кварца того же диаметра. Следовательно, влияние лишнего или недостающего зерна галенита на содержание свинца в сокращенной пробе втрое больше влияния зерна кварца. 5. Чем выше среднее содержание металла в руде и равномернее его распределение, тем меньше должен быть вес пробы. Содержание железа в железной руде определяется десятками, меди в медной руде — единицами процентов. При прочих равных условиях начальный вес пробы железных руд может быть значительно меньше начального веса пробы медных.

Зависимость начального веса проб от отношения содержания металла в рудном минерале «в» к среднему содержанию его в рудах «а» для железных, медных и вольфрамовых руд приведена в табл. 8. Таблица 8 В Зависимость начального веса проб от отношения в/а Содержание, % в/а Руда (рудный минерал) Обычный начальный вес забойных проб, кг 1, 5 17, 0 160, 0 1— 2 2— 5 5 10 в а Железная руда (магнетит) Медная руда (халькопирит). . . Вольфрамовая руда (шеелит). . . 72 34 80 50 2, 0 0, 5

Факторы, определяющие способ отбора проб и их размер При рассмотрении отдельных способов взятия проб отмечались те или иные факторы, влияющие на способ их отбора. Все факторы можно разделить на геологические и прочие. К геологическим факторам относятся вид полезного ископаемого, размеры и строение рудных тел, степень и характер изменчивости оруденения, текстура и структура руд, физические свойства руд и минералов. К прочим факторам —задачи опробования, изученность месторождения, объем и условия проведения работ, производительность и стоимость способов взятия проб. В конечном счете, способ взятия проб должен обеспечивать представительность опробования и его высокую экономичность при условии безопасности работ. Вид полезного ископаемого, или более точно, геолого промышленный тип месторождения, часто определяет способ взятия проб и систему опробования в целом. Многие типы месторождений, особенно рудные, опробуются практически одними и теми же способами. Специфика типов месторождений отчетливо заметна при сравнении способов взятия проб, например, на рудных и россыпных месторождениях, на рудных и нерудных полезных ископаемых. Размеры рудных тел имеют значение при взятии проб из горных выработок. На мощных рудных телах можно применять следующие способы: шпуровой, точечный, горстевой и вычерпывания. На рудных телах средней мощности в основном используется бороздовый способ и в редких случаях — точечный. Рудные тела малой мощности лучше всего опробовать задирковым способом. Строение рудных тел влияет на применение секционного способа взятия проб. При сложном строении рудных тел секции выделяют как при бороздовом способе, так и при опробовании керна. От степени изменчивости оруденения зависит размер и тем самым способ взятия проб. При равномерном оруденении достаточной представительностью обладают точечный, бороздовый, штуфной способы взятия. При неравномерном оруденении приходится увеличивать сечение борозды, при весьма неравномерном — переходить на задирковый способ, а при крайне неравномерном — на валовый способ. Учитывается также и анизотропия изменчивости оруденения. Если изменчивость сильная только в одном направлении (например, по мощности рудного тела), то наилучшие результаты дают линейные способы взятия проб: бороздовый, шпуровой, опробование керна. При сильной изменчивости по площади, т. е. в двух направлениях, достоверность обеспечивается пло щадными пособами взятия с проб: точечным или задирковым. Если изменчивость сильная в трех направлениях, то пригоден преимущественно валовый способ. Степень изменчивости оруденения часто выражается в появлении тех или иных текстур. Для равномерного оруденения характерны однородные текстуры, сильная изменчивость в одном направлении связана с полосчатыми текстурами, сильная площадная или объемная изменчивость характеризуется грубопятнистой или гнездовой текстурами. Обычно чем крупнее зерна минералов в руде и ниже содержание ценных минералов, тем более крупные должны быть пробы. При различии физических свойств рудных и нерудных минералов, особенно хрупкости, твердости, плотности, также требуется увеличение массы пробы, а иногда замена способа взятия проб.

Способы взятия в большей степени зависят от назначения проб. Для определения химического состава руды пробы можно брать почти всеми способами. Изучение текстурно структурных особенностей и минерального состава руд требует обычно взятия штуфов, но иногда можно отбирать бороздовые пробы, пробы из отвалов, из шлама скважин. Технические пробы в большинстве случаев требуют получения монолитов, т. е. штуфного способа взятия проб. Для технологических проб часто необходима большая масса, что достигается применением валового способа взятия. Технологические пробы небольшой массы могут быть взяты и другими способами, например бороздовым или вычерпывания. Хорошая изученность месторождения на стадиях детальной или эксплуатационной разведки, а также большой объем опробования определяют применение упрощенных высоко производительных способов взятия проб: вычерпывания, горстевого, точечного и др. ОБРАБОТКА ПРОБ Основные принципы обработки проб Пробы, предназначенные для химического, а иногда и для минералогического анализа, требуют обработки. Цель ее состоит в том, чтобы сократить и измельчить пробу до массы и крупности, необходимых для химического анализа или для других испытаний. Для наиболее распро страненного химического анализа рядовых проб на несколько компонентов конечная масса пробы составляет 50 — 100 г, редко 200 г. Для спектрального анализа нужно 5 — 20 г, а для пробирного 0, 5 — 1 кг, иногда более. Материал пробы должен быть измельчен до крупности порядка 0, 1 мм, но для некоторых руд, сложенных ковкими (золото) или чешуйчатыми минералами, пробу измельчают до крупности 0, 5 — 1, 0 мм. Обработка пробы состоит в чередовании операций измельчения, перемешивания и сокращения, выполняемых по определенным правилам, обеспечивающим сохранение представительности пробы в конечном материале. Принцип и уравнение Ричардса — Чечетта гласит, что представительность пробы сохраняется, если ее масса изменяется пропорционально квадрату максимальных частиц. Чечетт выразил эту зависимость формулой Q= k d 2 где Q — надежная масса сокращенной пробы, кг; d — диаметр максимальных частиц, мм; k — коэффициент, зависящий от свойств полезного ископаемого: а) изменчивости содержания полезных компонентов, б) крупности ценных минералов, в) содержания компонентов в рудах, г) различий в плотности минералов. Чем больше изменчивость содержаний, крупность зерен, различия в плотности минералов и чем ниже содержание компонентов, тем больше значение k.

На основе практических исследований можно рекомендовать следующие значения коэффициента k в зависимости от характера оруденения: Весьма равномерное и равномерное Распределение компонентов 0, 05 неравномерное распределение 0, 1 весьма неравномерное распределение 0, 2— 0, 3 крайне неравномерное распределение 0, 4— 0, 5 месторождения золота с крупностью золотинок более 0, 6 мм. . . . 0, 8— 1, 0 Операции обработки проб Обработка проб состоит из четырех операций: 1) измельчение; 2) вспомогательное и поверочное грохочение (просеивание); 3) перемешивание; 4) сокращение. Измельчение проб производится обычно механическим способом с помощью дробилок различного типа. Различают дробилки для крупного, мелкого и тонкого измельчения. Каждая дробилка требует загрузки материалом определенной максимальной крупности и за один прием измельчает материал в некоторое число раз, называемое степенью измельчения. При крупном и мелком измельчении степень дробления порядка 4— 6, а при тонком — достигает 10— 25 раз. Максимальный входной и минимальный выходной размеры частиц при дроблении на разных дробилках, а также их производительность приведены в табл. 36. Размер частиц, мм Производи Мощность тельность, двигателя, кг/ч к. Вт питание (максималь ный размер) разгрузка (минималь ный размер) Щековая ДШ 100 Х 60 (58 Др) 60 3— 10 230— 400 1, 0 Щековая ДШ 150 Х 80 80 3 10 400— 650 1, 7 Валковая 59 ТДр 10 0, 5— 4 90 1, 0 Валковая ДВ 200 Х 150 10 0, 5 10 200— 800 0, 6 Дисковый истиратель И ДА 175 3 0, 05 40 0, 5 Мельница стержневая 48 А Мл 25 0, 15 0, 3 4, 0— 5, 5 1, 1 Виброистиратель 75 Т ДР М 2 3 0, 05 Менее 0, 07 0, 6' Тип дробилки Таблица 36. Некоторые характеристики дробилок

Крупное измельчение производят на щековых дробилках, которые имеют простую конструкцию и надежны в работе. Материал пробы поступает в зазор между подвижной и неподвижной щеками. Подвижная щека, совершая возвратно поступательные движения, раздавливает материал, который просыпается в разгрузочную щель. Ширина щели может регулироваться и определяет конечную крупность материала. Производительность дробилки колеблется в зависимости от прочности материала и степени измельчения. Мелкое измельчение производится на валковых дробилках, представляющих собой два валка, вращающиеся навстречу другу. Материал пробы из загрузочной воронки просыпается между валками и раздавливается. Расстояние между валками можно в некоторых пределах изменять, что позволяет получать различную крупность частиц. Тонкое измельчение производят на дисковых истирателях, виброистирателях и в мельницах. Дисковый истиратель представляет собой два вертикальных диска — один неподвижный, другой подвижный. Истирание материала происходит в зазоре между дисками. Мельница состоит из цилиндра, в который помещены металлические стержни. В цилиндр загружается проба массой 0, 5— 1, 0 кг, и цилиндру придается вращение. Стержни, катаясь в цилиндре, измельчают пробу в течение 30— 60 мин до крупности 0, 15— 0, 3 мм. Виброистиратель по принципу работы близок к мельнице и состоит из четырех цилиндров, в каждый из которых можно загрузить не более 100— 200 г материала. Стержни в цилиндрах катаются по стенкам за счет их вибрации и раздавливают материал пробы. По мере уменьшения размера частиц производительность дробления быстро падает (см. табл. 36), поэтому нецелесообразно измельчать всю пробу до конечного размера частиц. Обычно чередуют операции измельчения и сокращения, обеспечивая при этом представительность пробы, например по принципу Ричардса—Чечетта. Просеивание (грохочение) материала пробы преследует две цели. Вспомогательное просеивание позволяет выделить мелкую фракцию измельченной пробы и направить ее на следующую операцию, минуя дробление — самую трудоемкую операцию. Это повышает производительность дробления, а в некоторых случаях дает возможность избежать переизмельчения материала пробы. Контрольное просеивание позволяет контролировать максимальный размер частиц после дробления. Крупная фракция, не прошедшая через сито, снова направляется в дробилку. Просеивание мелкого и тонкого материала производят с помощью ручных или механических сит, а крупного материала — с помощью грохотов различной конструкции (плоские, качающиеся, барабанные, вибрационные и пр. ). Для сохранения представительности пробы при просеивании потери материала должны быть минимальными. Во избежание потерь просеивание обычно производится в закрытых грохотах или ситах, что улучшает условия труда. Перемешивание материала пробы производится после дробления, если намечается сокращение пробы. Цель перемешивания — получение однородного материала пробы и устранение или снижение роли сегрегации материала по плотности и размеру частиц. Существует несколько способов перемешивания материала. Способ перелопачивания применяется для проб большой массы (свыше 2— 3 т). При перелопачивании материал складывают в виде конуса, повторяя эту операцию два три раза, после чего материал готов к сокращению.

Способ кольца и конуса применяется для перемешивания материала массой до нескольких килограммов. Перемешивание выполняют на специальном столе, покрытом листовым железом. В центре стола перпендикулярно к его поверхности крепится металлический стержень. Материал пробы высыпают в одну точку — на стержень, в результате чего создается конус. С помощью специальной доски конус развертывают в усеченный конус, далее в диск и в кольцо. С внутренней стороны кольца материал собирают совком и снова создают конус. Эти операции повторяют два три раза, после чего переходят к сокращению про бы. Рассмотренный способ применяется очень широко. Способ перекатывания применяется редко и для небольших проб (3— 5 кг). Перекатывание материала производится на брезенте, плотном полотне или на клеенке. Способ пригоден для получения однородного материала тонко измельченных проб. При большом различии в плотности минералов не исключены явления сегрегации. Сокращение проб необходимо для уменьшения массы исходных или измельченных проб в пределах, допускаемых формулой Ричардса — Чечетта. Существуют как ручные, так и механические способы сокращения материала. Способ кратной отборки применяется для сокращения проб большой массы. Из перемешанного материала, сложенного в виде конуса, лопатой берут материал и разбрасывают в определенной последовательности на два, три конуса и т. д. в зависимости от того, насколько нужно сократить материал пробы. Способ производителен и обеспечивает высокую достоверность, так как материал отбирается из пробы относительно малыми порциями. Способ вычерпывания применяется для сокращения рыхлого материала и осуществляется аналогично взятию проб этим способом. На поверхности равномерно рассыпанной и перемешанной пробы разбивают квадратную сеть и в узлах или ячейках сети берут частичные пробы с помощью трубки, совка или лопаты. Способ высоко производителен, обеспечивает любую степень сокращения материала и достаточную точность. Если материал пробы подвергается сегрегации, то данный способ может привести к возникновению систематической ошибки, так как с поверхности отвала берется обычно больше материала, чем со дна. Способ квартования применяется после перемешивания пробы по способу кольца и конуса. На металлический стержень, находящийся в центре конуса или диска, надевают крестовину и делят материал про бы на четыре части. Две противоположно расположенные части объединяют для дальнейших операций, а оставшиеся/две части направляют в отвал. Один прием сокращения позволяет уменьшить массу пробы в два раза. Широко применяется сокращение проб желобковым делителем. Делитель просто устроен и обеспечивает довольно точное разделение пробы на две равные части. При этом происходит также некоторое перемешивание материала пробы. Один прием сокращения занимает несколько минут. Для сокращения проб разной массы и крупности частиц необходимы различные по размерам делители. Составление схемы обработки проб Обработка проб производится по схеме, составляемой ведущим геологом каждого месторождения с учетом особенностей руд, задач их исследования, вида и массы проб. Если предстоит обработка различных руд, составляют несколько схем. При составлении схем обработки проб следует исходить из максимальной наиболее часто получаемой массы проб, поскольку проба той же руды меньшей массы всегда может быть обработана по данной схеме.

ИСПЫТАНИЯ ПРОБ Отобранные пробы поступают на испытания. Вид испытаний определяется характером полезного ископаемого, его минеральным и химическим составом, задачами исследования, требуемой точностью анализа, степенью изученности месторождения. Некоторые виды испытаний могут проводиться в геологоразведочной партии, другие — в специальных лабораториях, при этом геолог должен сообщить в лабораторию цель испытаний и желаемую точность анализа, а иногда и сведения об ожидаемом составе руд. Документация и обработка данных опробования Первичная документация при взятии и обработке проб Взятие каждой пробы должно сопровождаться обязательной геологической документацией забоя. Документацию и опробование забоя как процессы, неразрывно между собой связанные, должен вести квалифицированный пробщик, коллектор или геолог. Геологическая служба предприятия должна дать детальную разработку процессов зарисовки забоя и взятия проб и выпустить (применительно к данному месторождению) подробную инструкцию «о геологической документации и опробованию. С пробщиками, коллекторами или техниками по опробованию проводят ряд теоретических и практических занятий. Зарисовки забоев должны быть выполнены в стандартном масштабе (обычно 1 : 50 или 1 : 100), с (Применением установленных условных обозначений для разных естественных типов руд и боковых пород. Существуют следующие способы оформления первичной документации забоя: 1. Каждую зарисовку переносят на отдельную стандартную карточку, на которой даются точные сведения об опробовании данного забоя, включая и анализы проб. Все карточки зарисовок хранятся в геологоразведочной конторе в определенном порядке (по каждой шахте, горизонту и блоку). Основным первичным документом геологической службы предприятий является журнал опробования. Журнал должен содержать следующие данные: дату взятия пробы; номера проб (цеховые и лабораторные); точное место взятия пробы; метод взятия пробы, длину борозды, начальный и конечный вес пробы; фамилию сотрудника, взявшего пробу; описание вещественного состава (иногда и физических свойств); результаты анализа (на один или несколько ведущих компонентов; зарисовку забоя с указанием места взятия пробы. Цеховые номера проб устанавливают по заранее намеченному распределению общего планового количества проб на данный год между объектами опробования. В графу «Точное место взятия пробы» следует заносить название рудного тела, горной выработки (скважины), горизонт, координаты пункта опробования или расстояние в метрах и направление от ближайшей маркшейдерской точки.

Журнал должен быть пронумерован, прошнурован и скреплен печатью предприятия. Техник по обработке проб должен вести текущий журнал, в котором отмечаются номера поступивших в обработку проб, дата их поступления, начальный и конечный веса проб (в ки лограммах) и дата сдачи их в лабораторию. 2. Окончательная документация анализов проб Анализы проб из журнала опробования следует переносить на пробные геолого маркшейдерские планы и разрезы. Масштаб пробных планов и разрезов определяется размерами рудного тела, а также расстоянием между разведочными выработками и точками взятия проб. Обычно выбирают один из следующих масштабов: 1 : 2000, 1 : 1000, 1: 500, а для малых рудных тел — 1: 200 или 1 : 100. На вертикальных разрезах должны быть одинаковыми горизонтальный и вертикальный масштабы. Исключение составляют разрезы по россыпям и плоским рудным телам, где при горизонтальном масштабе 1 : 2000— 1 : 1000 вертикальный масштаб может приниматься 1 : 200 — 1 : 100. На планы и разрезы наносят контуры рудных тел и вмещающих пород, а также горные выработки (или их проекции) и данные опробования. Контуры рудных тел внутри очертаний горных выработок проводят толстой сплошной линией, а за их пределами — пунктирной. На планах шурфы обозначают квадратом со сторонами 2— 3 мм, скважины ручного бурения — кружком, скважины механического бурения — двойным кружком. Над знаками шурфа или скважины ставят их номера, под ними — глубину до лежачего бока в метрах (иногда общую глубину выработки), слева от них — вертикальную мощность рудного тела в метрах и справа содержание главного полезного компонента в процентах. На планах россыпных месторождений содержание шлихового металла обозначают в граммах или миллиграммах на 1 м 3. При разработке глубоких россыпей подземным способом содержание шлихового металла в граммах на 1 м 3 относится только к указанной слева мощности песков. На вертикальных разрезах по буровым скважинам в интервалах взятия проб по оси скважины ставят номер пробы; опробованный интервал отмечают в метрах (от — до), выход керна — в процентах; содержание металла (в отдельности по керну и буровой мути) следует писать в виде таблички на свободном поле разреза. Кроме того, на разрез наносят замеры искривления скважин. Данные опробования очистных горных выработок наносят на отдельные карточки (паспорта), на которых указывают среднюю мощность и среднее содержание металла по данному блоку. Кроме цифрового выражения анализов проб, на планах и разрезах иногда вдоль выработки или буровой скважины строят график содержания металла (рис, 80).

Рис. 80. Построение сглаженной кривой методом скользящего окна. 1— по трем ординатам, 2 — по пяти ординатам Надо заметить, что подобные графики являются лишь удобной формой наглядного изображения изменчивости содержания металла вдоль скважины или вдоль штрека, но не могут заменить цифр для подсчета запасов.

Лекция 17 ПОДСЧЕТ ЗАПАСОВ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Подсчет запасов является окончательной стадией обработки геологических материалов по разведке месторождений полезных ископаемых. В нашей стране проводится строгай учет подсчитанных запасов. Эти функции у нас выполняют Государственная комиссия по запасам (ГКЗ) полезных ископаемых при Совете Министров и территориальные комиссии по запасам (ТКЗ). При подсчете запасов преследуются следующие цели: 1) определение количества полезного ископаемого и полезного компонента или минерала с выделением отдельных сортов полезных ископаемых; 2) определение качества полезного ископаемого; 3) определение достоверных запасов с целью принятия решения об использовании месторождения в промышленности. Подсчет запасов полезных ископаемых проводится в две стадии: 1) ориентировочный в процессе полевых работ; этот подсчет помогает дать предварительную оценку месторождения. 2) окончательный — в камеральный период, когда выяснена качественная характеристика сырья. Материалы по подсчету запасов должны содержать все данные, необходимые для проверки подсчета. В Государственную комиссию по запасам представляется текст отчета, содержащий геологическую характеристику района месторождения, подробное описание структуры и горных пород, слагающих месторождение, подробное описание морфологии и вещественного состава тел полезных ископаемых и выводы о генезисе месторождения. Кроме того, дается инженерно геологическая и гидрогеологическая характеристика месторождения, приводятся результаты технологических испытаний и обоснование методики разведочных работ и их эффективность. В заключение указывается способ подсчета, принципы выделения подсчетных блоков и даются итоговые таблицы подсчета запасов. Графические материалы содержат геологические карты района, составленные на топографической основе в масштабе 1: 25000 — 1: 200 000; геологические карты месторождения, составленные на инструментальной топоснове в масштабе 1 : 1000 — 1 : 5000, с нанесением на них всех выработок и скважин; геологические планы и планы опробования в масштабе 1: 100— 1: 200; геологические разрезы по разведочным линиям, подсчетные планы, и размеры с нанесением на них контуров тел полезных ископаемых, подсчетных блоков и данных опробования. В виде отдельных приложений представляются: 1) колонки и зарисовки скважин, горных выработок и естественных обнажений; 2) журналы скважин, горных выработок и естественных обнажений; 3) журналы опробования с актами взятия проб; 4) отчеты по технологическим и техническим испытаниям проб; 5) журналы химических анализов и определений объемного веса; 6)обоснование и протоколы утверждения кондиций для данного месторождения. В случае сложных гидрогеологических и инженерно геологических условий на месторождении представляется отчет о специальных работах, проведенных для решения данных вопросов.

ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ПОДСЧЕТА ЗАПАСОВ Запасы полезного компонента в недрах подсчитываются по фор муле P = QC, где Р — запасы полезного компонента в тонне, кг; Q — запасы руды в тонне, кг; С — содержание полезного компонента в руде, %, г/т. Запасы руды в свою очередь определяются по формуле Q — Vy, где Q —объем руды в массиве, м 3; у — объемный вес руды, т/м 3; V — Sm, где S — площадь рудного тела или части его, по которой производится подсчет запасов, m — средняя мощность тела полезного ископаемого, по которому производится подсчет запасов. Величины S, m, у, С носят название параметров подсчета запасов. Количество полезного ископаемого может подсчитываться в весовых (тонны, килограммы, караты) и в объемных единицах. Обычно в объемных единицах подсчитываются запасы строительных материалов. Запасы подсчитываются без учета потерь и разубоживания при добыче. ОКОНТУРИВАНИЕ ТЕЛ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ. Для того чтобы подсчитать площадь и объем тел полезных ископаемых, их необходимо оконтурить. Подсчет запасов и оконтуривание горизонтально и полого залегающих изометричных тел производится на планах, крутопадающих тел на продольных разрезах, спроектированных на вертикальную плоскость, и тел полезных ископаемых со средними углами падения — на плоскости параллельной плоскости залежи. Прежде всего, на выбранной плоскости проводится внутренний контур, т. е. контур, проведенный по крайним положительным выработкам, пересекающим полезное ископаемое (рис. 78). Предполагается, что мощность и содержание плавно меняется от одной точки к другой по прямолинейному закону. Контур проводится по методу интерполяции. Затем проводят внешний (нулевой) контур, за пределами точек, пересекающих полезное ископаемое (рис. 78, а). При этом следует учитывать два случая. 1. Внешний контур проводится между выработками, пересекшими полезное ископаемое, и выработками, показавшими отсутствие его; применяется метод ограниченной экстраполяции. В этом случае внешний контур проводится: а) через середину расстояния между выработками, пересекшими залежь и показавшими отсутствие ее; б) по среднему углу выклинивания. Во втором случае учитывается мощность по каждой крайней выработке, пересекшей полезное ископаемое. Средний угол выклинивания определяется следующим образом: вычисляют среднюю мощность mср по всем крайним выработкам; вычисляют среднее расстояние между контурными и законтурными выработками lср; на оси абсцисс откладывают lср в произвольном масштабе, а по оси ординат mср/2, затем соединяют конец отрезка mср /2 с серединой отрезка lср и получают угол α/2 — половина среднего угла выклинивания (рис. 78, 6). Для получения точки внешнего контура по оси ординат откладывают половину мощности по выработке на контуре, проводят линию, параллельную гипотенузе треугольника с углом α /2. Отрезок, полученный при этом на оси абсцисс, и есть расстояние от выработки до внешнего контура. 2. Проведение внешнего контура но методу неограниченной экстраполяции. При проведении внешнего контура по методу неограниченной экстраполяции, во первых, учитываются геологические условия образования и морфология тела полезного ископаемого, позволяющие наметить выклинивание полезного ископаемого (рис. 79, а). Когда невозможно учесть геологические и морфологические данные по месторождению, внешний контур намечается от внутреннего на половине расстояния между выработками (рис. 79, б), на один или два этажа от внутреннего контура.

а)учитываются морфология тела полезного ископаемого, позволяющие наметить выклинивание полезного ископаемого; б) внешний контур намечается от внутреннего на половине расстояния между выработками; в) на половину или на четверть длины исследованной нижней части залежи Очень часто экстраполяция на глубину крутопадающих тел проводится на половину или на четверть длины исследованной нижней части залежи. В объеме это соответственно будет трехгранная призма или параллелепипед; в контуре — треугольник и прямоугольник. На площади этих прирезанных фигур сохраняется средняя мощность нижней части залежи (рис. 79, в). Иногда внешний контур проводится не по линии выклинивания, а по установленной рабочей мощности. Этот контур проводится по методу интерполяции мощностей на внутреннем контуре и нулевой мощности на внешнем контуре. Площади, ограниченные как внешними, так и внутренними контурами, разделяются вспомогательными контурами на отдельные участки (по отдельным категориям запасов, по сортам руды, по эксплуатационным блокам и другим показателям).

СПОСОБЫ ПОДСЧЕТА ПЛОЩАДЕЙ. В пределах выделенных контуров необходимо подсчитать площади S. Определение площадей производится планиметром, палеткой, по простейшим геометрическим формулам и по координатам угловых точек. Каждая площадь измеряется планиметром дважды и затем в случае сходимости замеров берется средняя величина. При определении площадей способом палетки — 5 миллиметровой сетки с точкой в центре каждого квадрата — ее набрасывают на измеряемую площадь. Подсчитывают число квадратиков, приходящихся на эту площадь, зная площадь (цену) каждого квадратика, множат ее на число квадратиков. Вычисление площади по геометрическим формулам может проводиться, если контур тела полезного ископаемого представляет простую геометрическую фигуру, или сложная фигура может быть расчленена на более простые. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ. Мощность залежи полезного ископаемого устанавливается по каждой выработке или скважине. В случае, если по выработке получена не истинная мощность, а нужна истинная, вводится поправка на угол падения и зенитный угол скважины. В большинстве случаев при подсчете запасов необходимо определять среднюю мощность тела полезного ископаемого для всего месторождения или для отдельных подсчетных блоков. В случае равномерного распределения пунктов замера средняя мощность подсчитывается методом среднего арифметического Мcp. = ml+m 2+m 3 +. . . + mn n где n — число измерений. В случае неравномерного распределения пунктов замера и закономерного изменения мощности в этих пунктах средняя мощность определяется методом среднего взвешенного путем уравновешивания частных значений мощностей на длины их влияний, т. е. Мcp. = ml ll+m 2 l 2+ m 3 l 3 +. . . + mnln ll + l 2+ l 3 +. . . + ln где l — длина влияний замеров мощности. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОГО ВЕСА. Определение объемного веса, т. е. определение веса единицы объема, может производиться в лабораторных и в полевых условиях. В лаборатории определение объемного веса производится: 1) взвешиванием образцов в воздухе и в воде. В этом случае для определения объемного веса образец следует покрыть парафином или лаком. Объемный вес вычисляется по формуле Р у= Q P V 0, 9 где у — объемный вес образца, г/см 3; Р — вес образца, г; Q — вес пара финированного образца, г; V — объем парафинированного образца, см 3; 0, 9 — удельный вес парафина, г/см 3; 2) взвешиванием образцов и определением их объема в мерном сосуде.

В полевых условиях объемный вес определяется надежнее всего путем точного замера пройденной выработки и взвешиванием вынутой породы: Q Y= V где Y — объемный вес, г/м 3; Q — вес пробы, т; V — объем породы, м 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕГО СОДЕРЖАНИЯ В результате проведенных испытаний в лабораториях определяется содержание полезного компонента. Содержание полезного компонента определяется либо в процентах, в каратах, граммах и килограммах на тонну, либо — в россыпных месторождениях — в граммах или каратах на кубический метр. В случае незначительных изменений при определении средних содержаний в ряде проб среднее содержание по этому ряду проб определяется методом среднего арифметического: сcp. = сl+с2+с3 +. . . + сn n где с — содержание полезного компонента в отдельных пробах; п — число проб. Среднее содержание полезного компонента определяется также путем уравновешивания частных содержаний на длины, площади и объемы. Способ уравновешивания частных содержаний на мощность проводится при секционном опробовании забоя (рис. 74, ж): сcp. = сml+сm 2+сm 3 +. . . + сmn n В выработках, пройденных по простиранию при различных расстояниях между пробами (рис. 80), частные содержания будут уравновешиваться на длину влияния частной пробы: Ccp. = Cl ll+C 2 l 2+ C 3 l 3 +. . . + Cnln ll+ l 2+ l 3 +. . . + ln где С 1, С 2, С 3. . . — частные содержания по отдельным пробам; l 1, l 2, lз. . . ln — длины влияния проб. Уравновешивание частных значений при изменчивой мощности рудного тела, опробованного на различных интервалах, может производиться на произведение мощности т и длины влияния l. Рис. 80. Взятие проб в выработках, пройденных по простиранию руд ного тела.

Иногда уравновешивание производится на объемы V или веса Q* проб; так, например, при определении среднего содержания полезного компонента на определенном интервале колонковой скважины уравновешивание производится на объем керна и шлама. Опыт Государственной комиссии по запасам показал, что при большом количестве анализов итоговые значения средних содержаний, полученные способом уравновешивания на какую либо величину, очень мало отличаются от средних значений, полученных способом среднего арифметического, и что можно использовать во многих случаях последний более простой способ. Ураганные пробы. Иногда при вычислении средних содержаний, особенно по месторождениям с весьма и крайне неравномерным распределением ценного компонента, встречаются пробы, выделяющиеся исключительно высоким содержанием полезного компонента. Существует несколько способов выделения этих проб, ниже приводятся два из них. 1. Выделение выдающихся проб по пяти группам месторождений с учетом коэффициента вариации (этот метод предложен В. И. Смирновым) приводится в табл. 26. . Таблица 26 Во сколько Группы месторо ж дений Характер рраспределения компонентов Коэффициент вариации Типичные месторождения раз содержание должно быть выше среднего, чтобы считаться выдающимся I II Весьма равномерное Равномерное до 20 20— 40 Большинство осадочных месторождений 2— 3 4— 5 III IV Неравномерный Весьма неравномерное 40— 50 100— 150 Сложные осадочные и метаморфические месторождения Преобладающее большинство месторождений цветных металлов 8— 10 12— 15 V Крайне неравномерное >150 Преимущественно месторождения редких металлов и золота Некоторые месторождения редких металлов и золота 50

2. В. В. Богацкий предложил для выделения ураганной пробы следующую формулу: H = Сср(1+0, 2 n), где H— предельное верхнее содержание в нормальных пробах; Сср — среднее содержание металла по всем пробам; n — число проб. Для учета проб с повышенным содержанием при определении среднего содержания по месторождению предложены многочисленные эмпирические и аналитические способы. Из них наиболее часто применяются: а) замена выдающихся проб средним значением, вычисленным с учетом выдающихся проб, и б) замена выдающихся проб содержанием наиболее высокой нормальной пробы. Бортовое и минимальное среднее содержание Промышленные контуры рудных тел проводятся по скважинам или выработкам (с наименьшим допустимым содержанием Смин или мощностью Mмин. Однако нередко пограничные контуру убогие участки могут представлять интерес при их совместной отработке с богатыми рудами; необходимо только, чтобы среднее содержание по участку или блоку не было ниже допустимого. Для этого вводят понятие о минимальном среднем содержании по участку или блоку. В таких случаях в контуры подсчета могут быть включены скважины и выработки с содержанием ниже минимального среднего содержания, для них устанавливается свое минимальное допустимое содержание, которое называется бортовым. Включение в подсчет проб с бортовым содержанием несколько снижает среднее содержание по участку или блоку, но зато увеличивает общее количество полезного ископаемого. Контрольные анализы В большинстве случаев анализы для определения среднего содержания проводятся в химических лабораториях. Надежность определения компонента в руде подтверждается контрольными анализами. Контрольные анализы бывают внутренние и внешние. Внутренний контроль осуществляется в лаборатории, проводящей основные анализы по некоторому числу (5— 10% от общего числа проб) зашифрованных проб, составленных из дубликатов основных проб. Внутренний контроль может вскрыть только случайные ошибки, производимые лабораторией. Внешний контроль производится в высоко квалифицированных лабораториях на остатках основных измельченных проб (чаще всего дубликатов). Количество контрольных проб должно быть не менее 25 для каждого периода контроля и сорта руды. Внешний контроль вскрывает систематическую ошибку основной лаборатории, вызванную методическими недостатками. Данные контрольных анализов обрабатываются по правилам вариационной статистики, выводятся случайные и систематические ошибки. Нами предлагается простейший способ их определения, указанный В. И. Смирновым (табл. 27). В зависимости от установленных Государственной комиссией по запасам допустимых погрешностей определяется достоверность химических анализов.

Таблица 27 Содержание металла в пробах № пробы Отклонения абсолютных % Контроли руемых Контроль ных + _ 1 0, 73 0, 03 _ 2 0, 75 0, 76 0, 01 — 3 0, 34 0, 43 0, 09 — 4 0, 88 0, 69 — 0, 19 5 0, 29 0, 30 0, 01 — 6 0, 97 0, 78 — 0, 19 Сумма. . . 3, 93 3, 69 0, 14 0, 38 Средняя случайная ошибка α определяется: α = 0, 52 (сумма отклонений без учета знака) . 100 = 13, 24% 3, 93 Систематическая ошибка β определяется: β = — 0, 24 (сумма отклонений с учетом знака). 100 = 6, 11 3, 93 в

СПОСОБЫ ПОДСЧЕТА ЗАПАСОВ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Большинство тел полезных ископаемых имеет поверхность сложной конфигурации. Чтобы подсчитать точный объем такого тела, необходимо трансформировать сложные формы в равновеликие им по объему простые тела, объем которых легко подсчитать по геометрическим формулам. В настоящее время применяются шесть главных способов подсчета запасов твердых тел: 1) среднего арифметического, 2) геологических блоков, 3) эксплуатационных блоков, 4) разрезов (линейный), 5) непараллельных сечений, 6) многоугольников. Способ среднего арифметического При подсчете запасов этим способом тела полезных ископаемых, ограниченные сложными поверхностями, приравниваются в пределах внутреннего контура к пластине с постоянной высотой, равной средней мощности. Объем тела полезного ископаемого в пределах внутреннего контура определяется по формуле V = Smср где V — объем тела; S — площадь тела; mср— средняя мощность. Объем полезного ископаемого в межконтурной полосе вычисляется как произведение площади на половину средней мощности тела полезного ископаемого. Запасы сырья определяются по формуле Q = VY где Q — вес полезного ископаемого; Y — объемный вес. Запасы полезного компонента определяются по формуле P = QC где Р — вес полезного компонента; С — содержание полезного компонента в руде. Способ применим только при равномерном распределении выработок и устойчивых мощностях и содержаниях полезного компонента; этим способом невозможно подсчитать запасы отдельных сортов полезного ископаемого. Способ геологических блоков При этом способе подсчета площадь тела полезного ископаемого разделяется на отдельные участки (блоки) в зависимости от сорта полезного ископаемого, степени разведанности, горнотехнических и гидрогеологических условий, очередности в эксплуатации и т. д. Подсчет запасов каждого блока производится способом среднего арифметического. Тело полезного ископаемого преобразуется в ряд сомкнутых фигур, высота которых равняется средней мощности каждого блока. Способ эксплуатационных блоков Этот способ применяется при подсчете запасов по отдельным эксплуатационным блокам, на которые членится тело полезного ископаемого горными выработками. Блоками являются части тела, оконтуренные и опробованные обычно с четырех сторон (рис. 81). Тело полезного ископаемого преобразуется в ряд сомкнутых по штрекам и восстающим равновеликих параллелепипедов, высота которых равняется средней мощности по блоку. Запасы в каждом блоке подсчитываются способом среднего арифметического.

Подсчет запасов осуществляется на плане или продольном профиле с изображением на нем системы горизонтальных « вертикальных выработок. Когда тело полезного ископаемого и все выработки спроектированы на плоскость, не параллельную залежи, величину площади определяют по формуле S = S ' cos α где S — истинная площадь блока; S' — проекция площади блока; α — угол между средней плоскостью залежи и плоскостью, на которую залежь спроектирована. Рис. 81. Продольный разрез по двум эксплуатационным блокам Способ разрезов (линейный) (рис. 82). Подсчет запасов этим методом производится по следующим этапам 1) определяются запасы по участкам, расположенным между двумя выработками на разведочной линии, при ширине участков 1 м по формулам V 1=m 1+m 2 a 2 где V 1— объем участка, (расположенного между двумя выработками, . при ширине 1 м; а — расстояние между выработками по разведочной линии; m 1, m 2 — мощность тела полезного ископаемого по выработкам; Q 1 =V 1 Y P 1= Q 1 C 1 где Q 1 — запасы руды; Y —бъемный вес; C 1 — среднее содержание полезного компонента; P 1 — запасы полезного компонента; 2) суммируются запасы этих трапецоэдров в ленте шириной 1 м по данной разведочной линии; 3) определяются запасы между разрезами по формулам; 4) определяются запасы месторождения путем суммирования запасов отдельных

5. Подсчет запасов при непараллельных сечениях. В этом случае для подсчета используют формулы, разработанные Г. С. Золотаревым: 1) угол между разрезами менее 10°: Q= (Q 1+Q 2) (H 1+H 2) 4 2) угол между разрезами более 10°: Q= α (Q 1+Q 2) (H 1+H 2) sin α 4 где Q — запасы между разведочными линиями I и II; Q 1, Q 2 — запасы в лентах шириной в 1 м по разведочным линиям I и II; H 1, Н 2 перпендикуляры, опущенные из центров тяжести сечений I и II до противоположной разведочной линии; α — угол между разведочными линиями (в радианах). Способ многоугольников Способ сводится к выделению участка вокруг каждого пункта пересечения тела полезного ископаемого выработкой, все точки которого ближе к этой выработке, чем к любой другой. Для этого весь подсчетный план разбивается на многоугольники, а тело полезного ископаемого преобразуется в группу сомкнутых многогранных призм, основанием которых служат указанные многоугольники, а высотой мощность тела по выработке, находящейся в центре многоугольника. Подсчет запасов в каждом блоке (призме) проводят по формулам: Q=Smy Р =Smy. C где S — площадь многоугольника; m — мощность полезной толщи по скважине; у — объемный вес; С — содержание полезного компонента по выработке.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ПРИ ПОДСЧЕТЕ ЗАПАСОВ ЭВМ при подсчете запасов может выполнять двоякую функцию: либо на основе типовых алгоритмов и программ производить расчетные операции по известным методам подсчета, либо на основе многофакторного корреляционного анализа исходной геологоразведочной информации произвести количественную и качественную оценку запасов. В первом случае эта оценка не должна существенно отличаться от оценки, полученной при подсчете без применения ЭВМ. Здесь ЭВМ облегчает и ускоряет выполнение вычислительных операций, особенно при большом массиве цифровых данных на стадии эксплуатационной разведки. Варианты подсчета запасов с использованием ЭВМ могут выполнять функции контроля подсчета обычными методами. Во втором случае автоматизированная обработка позволяет использовать весь банк исходной геологоразведочной информации, чем достигается более высокая достоверность подсчета запасов. При этом применяют специальные способы подсчета запасов, основанные на методах множественной корреляции, сглаживания или нелинейной аппроксимации полученных параметров. Использование ЭВМ дает возможность по координатам точек пересечения скважинами лежачих и висячих боков залежи определить ее объем; провести более точно расчет средних содержаний. Эффективно применение ЭВМ при многовариантных подсчетах запасов по различным значениям кондиционных показателей. Многие вопросы, связанные с автоматизированными системами подсчета запасов, находятся в стадии разработки и совершенствуются. При подсчете запасов с использованием ЭВМ необходимо обосновать применяемые алгоритмы и программы, дать их описание, а также привести данные, обеспечивающие возможность проверки промежуточных и окончательных результатов с помощью обычных методов подсчета запасов. Глава III. ПОДСЧЕТ ЗАПАСОВ ЖИДКИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Подсчет запасов жидкостей осуществляется тремя методами: объемным, статистическим, материальных балансов. Объемный метод основан на определении объема продуктивных пород, условий распределения в них нефти и возможности ее извлечения. Он подразделяется на собственно объемный, объемно статистический, объемно весовой и гектарный. Собственно объемный метод применяется при разведке новых площадей, для подсчета пользуются следующей формулой: Q = SmφμKyή где Q — извлекаемый запас нефти, т; S— площадь нефтеносного участка в пределах подсчетного контура, м 2; m — эффективная мощность пласта, м; φ — коэффициент эффективной пористости; μ — коэффициент насыщения нефтью; К — коэффициент отдачи; у — удельный вес нефти; ή— коэффициент усадки нефти. При подсчете должны быть получены: 1) фактические данные по скважинам об эффективной мощности горизонта и его пористости, а также методика получения и обоснование принятых средних величин;

2) структурная карта горизонта с указанием выделенных категорий запасов и с данными пробной эксплуатации; 3) обоснование коэффициентов μ и К; 4) данные об анализах, усадке нефти при извлечении ее на поверхность и о газовом факторе; 5) данные о пластовом давлении, составе газа и температуре газоносного горизонта. Объемно-статистический метод применяется при. отсутствии данных о коэффициентах насыщения и отдачи, когда есть разработанный (истощенный эксплуатацией) горизонт с аналогичными теологическими условиями. Подсчет ведется по формуле Q = SmφμKyή где S, m, φ, y, ή получаются в соответствии с данными разведываемо го горизонта, а и К считаются такими же, μ как в разработанном горизонте. При объемно-весовом методе балансовый запас определяется по формуле Q = Smd, где m — нефтенасыщенная мощность пласта, м; S — продуктивная площадь; d — нефтенасыщенность на 1 м 3 породы, определяемая в лаборатории. Извлекаемый запас (промышленный) вычисляют по формуле Qпром =QK где К — коэффициент отдачи, величина которого устанавливается в соответствии с методом извлечения. Гектарный метод применим, когда имеются истощенные площади. Подсчитывается суммарная добыча Q из всех пластов за все время эксплуатации, определяется суммарная эффективная мощность всех продуктивных горизонтов М и средняя продуктивная площадь S для всех продуктивных горизонтов. Затем определяют извлекаемый (удельный) запас на 1 га и 1 м мощности истощенной площади q: q=Q SM Величина q может быть распространена на соседние площади, геологически сходные с истощенной. Статистический метод, или «метод кривых» , известен более 40 лет. При построении кривых падения дебита применяют математическую статистику — отсюда название метода. При нормальных условиях эксплуатации падение дебита имеет закономерный характер и может быть выражено кривой. Полученные кривые эксплуатации представляют собой, как правило, ломаные линии, их «сглаживают» , т. е. подыскивают к данной фактической ломаной кривой наиболее близкую теоретическую кривую. Полученные кривые используют для экстраполяции при определении возможной добьгчи и расчета запасов нефти.

Глава IV. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПАСОВ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Классификация запасов полезных ископаемых обязательна для всех геологических служб. Общие положения 1. Все запасы твердых полезных ископаемых подразделяются по степени изученности и достоверности на четыре категории: А, В, C 1 и С 2. 2. Классификация запасов устанавливает пригодность запасов различной степени изученности в народном хозяйстве, их назначение, единые принципы подсчета. 3. Запасы учитываются раздельно для каждого вида минерального сырья, а для полезных ископаемых, из которых извлекаются ценные металлы и минералы, подсчитывается отдельно руда, отдельно металл или минерал. 4. Запасы полезных ископаемых подсчитываются в недрах без учета потерь при добыче, обогащении и переработке. 5. Классификация запасов позволяет определять подготовленность месторождения к эксплуатации в зависимости от соотношения категорий. 6. Запасы полезных ископаемых подсчитываются в весовых или объемных единицах. Группы запасов Запасы полезных ископаемых по экономическому значению разделяются на две группы: балансовые — запасы, использование которых в настоящее время экономически целесообразно и которые должны удовлетворять кондициям для подсчета запасов в недрах; забалансовые — запасы, использование которых экономически нецелесообразно вследствие малого. количества, малой мощности залежи, низкого содержания полезного компонента и других причин. Запасы в охранных целиках подсчитываются отдельно и соответственно могут относиться к той или иной группе. Кондиции устанавливаются соответствующими государственными органами на основе технико экономических расчетов и утверждаются Государственной комиссией по запасам при Совете Министров СССР

ОПЕНКА ТОЧНОСТИ ПОДСЧЕТА ЗАПАСОВ. Оценка точности подсчета запасов зависит от того, насколько построенная по результатам разведки геологическая модель месторождения близка к его реальному выражению (параметрам). Наибольшее подобие модели объекту и наименьшая погрешность оценки запасов на определенной стадии разведки будет для месторождений с простым геологическим строением (1 я группа). Подобие моделей месторождениям сложного (2 я группа), очень сложного (3 я группа) и весьма ложного (4 я группа) геологического строения последовательно снижается, а погрешность увеличивается. Величина погрешности зависит также от степени соответствия формы, ориентировки и плотности разведочной сети, геолого статистической неоднородности месторождения. При подготовке исходных материалов к подсчету запасов невозможно избежать технических погрешностей, а при создании самих моделей месторождения, участка и отдельных рудных тел неизбежны погрешности их геометризации (ошибки аналогии), оценки дискретности и среднего содержания полезных компонентов. Технические погрешности, связанные с проведением геологической документации и опробования горных выработок и скважин, как и последующим нанесением полученных данных на планы и разрезы, могут взаимно компенсироваться. Систематические погрешности данных бурения и химических анализов корректируются введением поправочных коэффициентов к подсчету запасов. Погрешности геометризации связаны с геологической неоднородностью изучаемого объекта, которая характеризуется анизотропией и зональностью. Эти свойства, определяющие неслучайную изменчивость, становятся известными с достаточной полнотой лишь на завершающих стадиях разведки и в процессе эксплуатации месторождения. Погрешности геометризации запасов могут быть самыми различными по абсолютному значению. . Средние их значения в месторождениях различных рудных формаций в зависимости от сложности морфологии продуктивных залежей и их внутреннего строения изменяются от 10 15 до 50%. Погрешности геометризации находятся в прямой зависимости от дискретности оруденения. Существенное расхождение величин фактических и подсчитанных запасов может привести к соответствующим изменениям производственной мощности предприятия или срока его существования. Погрешности оценки среднего содержания полезных компонентов более опасны, чем ошибки подсчета количества запасов, так как непосредственно отражаются на технологии производственного процесса и в конечном итоге на себестоимости продукции с момента эксплуатации месторождения. Поправочные коэффициенты при подсчете запасов При подсчете запасов нередко используют разнообразные поправочные коэффициенты, которые можно разделить на две группы, учитывающие: 1) особенности геологического строения месторождения и 2) дефекты геологоразведочных работ и опробования. Поправочные коэффициенты, учитывающие особенности геологического строения месторождений. К этой группе относятся поправочные коэффициенты на валунистость, каменистость, закарстованность, льдистость и на безрудные дайки. Эти коэффициенты должны быть надежно обоснованы, установлены по представительному числу измерений для каждого подсчетного блока.

Использование этих коэффициентов оправдано только в том случае, когда возможно селективное оставление в целиках при добыче или отсортировка перед обогатительным процессом всех этих инородных образований. В противном случае применение поправочных коэффициентов недопустимо. Многие месторождения содержат безрудные дайки часто столь незначительной мощности, что отсортировка их невозможна либо нецелесообразна. Такие дайки разубоживают руду и вместе с ней поступают на обогатительные фабрики. Ясно, что в этих условиях уменьшать запасы руды не следует. Разубоживание руды должно быть учтено путем соответствующего снижения среднего содержания полезного компонента. Коэффициент валунистости и каменистости применяется обычно при подсчете запасов россыпных месторождений и определяется по формуле K=V 0 Vk V 0 где V 0 — общий объем пробы, м 3; Vk — объем валунов или глыб, удаляемых перед промывкой, м 3. Этот коэффициент определяется путем отбора крупных валовых проб из шурфов, выборки из горной массы валунов и глыб и замера объемов пробы и валунов. Коэффициент закарстованности используется при подсчете запасов закарстованных месторождений известняков, бокситов и др. На практике нередко этот коэффициент определяют площадным методом как отношение незакарстованной площади месторождения к его общей площади. . Коэффициент льдистости иногда применяют на россыпных месторождениях в условиях многолетней мерзлоты, когда среди рыхлых отложений содержатся значительные прослои ископаемого льда. Поправочные коэффициенты, учитывающие‘ дефекты геологоразведочных работ и опробования. Использование этих поправочных коэффициентов в отличие от рассмотренных выше всегда нежелательно и спорно. Их применение свидетельствует об упущениях в разведке и недостаточной надежности исходных данных для подсчета запасов. Поэтому необходимо серьезное их обоснование и предусмотренный проектом разведочных работ контроль. Поправочные коэффициенты этого рода используются для уточнения мощности, содержания полезного компонента и объемной массы руды. Поправочный коэффициент к мощности рудного тела определяется по данным бурения. Как правило, он больше единицы. Необходимость его применения возникает обычно из за неполного выхода керна, в результате чего мощность полезного ископаемого по документации скважин существенно занижается.

Для обоснования этого поправочного коэффициента необходима проходка контрольных горных выработок, совмещенных с ранее пройденными скважинами. В ряде случаев поправочный коэффициент может быть установлен по данным каротажа. Коэффициент к содержанию полезного компонента, определяемому по данным бурения, вводят в связи с избирательным истиранием керна. В одних случаях опробование керна занижает содержание полезного компонента, в других — наоборот, завышает. Этот поправочный коэффициент определяется также по контрольным горным выработкам Коэффициент на избирательное выкрашивание при бороздовом опробовании применяется на месторождениях, где установлено избирательное выкрашивание хрупких рудных минералов при отбойке руды бороздой (особенно небольшого сечения), которое ведет к обогащению пробы рудным минералом. Коэффициент на систематическую погрешность химического анализа определяется на основе внешнего контроля работы основной лаборатории. Коэффициент намыва применяется довольно часто на россыпных месторождениях золота, касситерита и некоторых других полезных ископаемых в связи с тем, что при обогащении извлекают металла больше, чем ожидают по данным разведки. Причина этого, видимо, заключается в неправильном выборе типа разведочных выработок, методов опробования, а возможно, и способов расчета средних содержаний и учета «ураганных» проб.