Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Опробование разведочных выработок месторождений

Опробование разведочных выработок месторождений

26.09.2017

При разведке месторождений полезных ископаемых одной из наиболее важных и сложных работ является опробование. К горным породам, используемым в качестве минерального сырья, в зависимости от их вида и области намечаемого использования предъявляются различные требования. Это обстоятельство обусловливает разнообразие cпособов взятия проб и методов их испытания. Задачей геолога, разведующего месторождение, является обеспечение такого сочетания способов опробования и методов общего геологического изучения месторождения, которое позволило бы данные опробования с достаточной вероятностью распространить на всю залежь полезного ископаемого.
На каждом месторождении распределение слагающих тело полезного ископаемого компонентов обусловлено рядом сложных геологических и геохимических процессов, которые имели место при его формировании и последующем преобразовании. Вследствие неодинакового проявления этих процессов в различных частях месторождения полезное ископаемое нередко имеет значительные различия в вещественном составе, структуре и текстуре. Колебания в вещественном составе и качестве полезного ископаемого иногда бывают настолько велики, что одни участки или блоки имеют промышленное значение, а другие — не представляют практического интереса. В пределах контура развития промышленного сырья полезное ископаемое может быть представлено различными типами и сортами, переработка которых возможна по определенной технологии, что требует селективной их выемки. Все эти вопросы выявляются на основании результатов опробования в сочетании с геологическим изучением месторождения.
Опробование производится с различными целями и на всех стадиях геологоразведочного процесса. В зависимости от этого меняются и способы отбора проб. Однако во всех случаях каждая индивидуальная проба должна отбираться по определенным правилам и с таким расчетом, чтобы качество полезного ископаемого, попавшего в пробу, соответствовало бы качеству всей той массы его, от которой она отобрана.
Система расположения индивидуальных проб в залежи полезного ископаемого должна обеспечить достоверную характеристику среднего качества сырья в залежи и установить закономерности его изменения в пространстве. Таким образом, под опробованием следует понимать специальные геологические работы, проводимые с целью отбора проб для последующего определения по ним качества полезного ископаемого изучаемого месторождения.
Задачи опробования в разные стадии изучения месторождения различны и вытекают из задач, которые ставятся перед каждой стадией единого геологоразведочного процесса.
Главной задачей стадии предварительной разведки является общая оценка промышленного значения месторождения, его масштабов, установление возможных объемов добычи и основных горнотехнических условий разработки. Эта задача и обусловливает основные задачи опробования на стадии предварительной разведки. Основные из них сводятся к определению внешнего контура распространения промышленной минерализации, установлению непрерывности или прерывистости определения на площади развития полезного ископаемого, выделению отдельных слоев или пачек полезного ископаемого и некондиционных пород, позволяющих осуществлять их выемку селективно.
На стадии детальной разведки задачей опробования является полное выяснение состава и качества полезного ископаемого, позволяющее определить оптимальную схему его промышленной переработки.
Различие задач, стоящих перед опробованием на каждой стадии разведочного процесса, определяет и различные системы отбора проб, от правильности выбора которой зависит достоверность характеристики качества сырья в целом по залежи или отдельной ее части — блоку.
Важное значение имеет и способ отбора индивидуальных проб, от правильности которого зависит соответствие качества полезного ископаемого в пробе качеству полезного ископаемого в той точке месторождения, в которой она отобрана.
Методика опробования определяется особенностями геологического строения разведуемого месторождения, из которых наиболее важными являются следующие:
1. Степень изменчивости состава и качества полезного ископаемого.
2. Характер контакта полезного ископаемого с вмещающими его породами (резкий или постепенные переходы).
3. Внутреннее строение тела полезного ископаемого (однородное, чередование слоев различного состава и качества).
4. Возможность визуального распознавания слагающих тело полезного ископаемого пород и сырья разного состава и качества.
Промышленная ценность нерудного минерального сырья определяется его минеральным и химическим составом, а также физикомеханическими, техническими и технологическими свойствами. Обычно сохранить при отборе пробы все свойства сырья невозможно, что обусловливает необходимость отбора ряда проб, в каждой из которых должны быть сохранены именно те свойства, которые по данной пробе будут определяться.
В зависимости от характера исследования отбираемых проб применяемое при разведке месторождений нерудных полезных ископаемых опробование разделяется на минералогическое, химическое, техническое и технологическое.
Минералогическое опробование производится с целью установления минерального и петрографического состава полезного ископаемого. Оно является основным видом опробования при разведке месторождений пьезооптического сырья, слюды, асбеста, драгоценных и поделочных камней и других полезных ископаемых, в которых ценность представляют сами минералы, а не химические элементы, из которых они состоят. В некоторых случаях минералогическое опробование предшествует химическому или техническому, так как в зависимости от минерального состава полезного ископаемого к его химическому составу промышленностью предъявляются различные требования (например, кварцевые и полевошпатовые пески как формовочный материал, обычные формовочные и бентонитовые глины и т. д.). Минералогическое опробование необходимо также для установления баланса распределения полезных компонентов по минералам, для разработки оптимальной технологической схемы обогащения или переработки сырья, так как минеральный состав последнего во многом определяет технологические свойства сырья и возможность извлечения полезного компонента в товарный продукт.
Химическое опробование производится с целью определения химического состава полезного ископаемого, содержания в нем полезных компонентов и вредных примесей. Оно является основным видом опробования на месторождениях, на которых качество полезного ископаемого определяется его химическим составом (цементное, стекольное сырье и др.) или содержанием полезных компонентов и вредных примесей (сера, борное сырье, калийные и поваренная соль, фосфориты и др.).
Химическое опробование предопределяет не способ анализа проб, а лишь его цель — определение химического состава изучаемых пород. В настоящее время для этого успешно используются физические, термические и другие методы анализов. Так, для определения содержания плавикового шпата, Р2О5 в апатитовых и фосфоритовых рудах успешно используются радиометрические методы, разработана методика физического определения содержания BaSO4 в баритовых рудах, для тальковых руд апокарбонатного типа хорошие результаты дает дифференциально-термический анализ. Использование этого метода при разведке Алгуйского месторождения, например, повысило эффективность работ и обеспечило высокое качество анализов. Приведенное свидетельствует о том, что для анализа химических проб следует в зависимости от состава полезного ископаемого вместо дорогостоящих и малопроизводительных химических анализов шире применять физические и другие эффективные методы.
Техническое опробование осуществляется с целью выяснения технических свойств полезного ископаемого. Оно применяется при разведке месторождений полезных ископаемых, качество которого определяется его физико-механическими, термическими, диэлектрическими и другими техническими свойствами. Техническое опробование является основным видом опробования при разведке месторождений каменных строительных и облицовочных материалов, широко используется при разведке керамических и огнеупорных глин, формовочных материалов, песчано-гравийных пород. Техническое опробование необходимо также для оценки технических свойств слюды, асбеста, пьезооптического сырья, ювелирных и технических камней.
Технологическое опробование производится с целью изучения способов обогащения и переработки полезных ископаемых, а также установления наиболее рациональных схем и режимов технологических процессов.
Различное назначение проб в значительной мере определяет их вид, массу и способ отбора. Однако не меньшее значение имеют и сами особенности полезного ископаемого: его структура и текстура, крупность зерен слагающих минералов, степень равномерности распределения полезных и вредных компонентов, выдержанность физико-механических свойств. По способу отбора проб в горных выработках и естественных обнажениях различают штуфное, бороздовое, задирковое и валовое опробование.
Штуфное опробование заключается в отборе в разведочной выработке или естественном обнажении по определенной системе кусков (штуфов) типичных разновидностей полезного ископаемого или вмещающих его пород. Штуфное опробование широко используется для определения физикомеханических и технических свойств горных пород.
Бороздовое опробование является наиболее распространенным способом опробования горных выработок. Заключается оно в вырубке в теле полезного ископаемого и вмещающих его пород борозды прямоугольного сечения, проводимой на всю мощность залежи или по отдельной ее части. На всю мощность залежи бороздовая проба отбирается при однородном ее строении и небольшой мощности (до 2—3 м). При большой мощности или сложном строении залежи отбираются секционные пробы, обычно равными интервалами, если строение залежи равномерное, или по отдельным слоям, если строение залежи неоднородное.
Бороздовые пробы отбираются главным образом для определения химического состава пород. Размер борозды зависит от характера распределения полезных и вредных компонентов и для месторождений неметаллических полезных ископаемых обычно составляет 10x5—10x3 см. При отборе бороздовых проб направление борозды должно совпадать с направлением наибольшей изменчивости полезного ископаемого в залежи, которое обычно совпадает с линией ее истинной мощности (рис. 5).

В практике разведочных работ при опробовании выработок, пересекающих тело полезного ископаемого по его мощности (орты, квершлаги, рассечки), пробы нередко располагаются в виде горизонтальной борозды, проходящей по стенке выработки от почвы до кровли полезного ископаемого. В случае изменения угла падения отдельных слоев залежи такое расположение борозды может повлечь за собой серьезные ошибки в оценке качества сырья вследствие непропорционального попадания в пробу материала из разных слоев (рис. 6). Кроме того, пробы могут иметь большую массу, что повысит стоимость их отбора и обработки.
Бороздовые пробы должны характеризовать залежь на всю ее мощность без каких-либо перерывов в опробовании. Применение так называемого пунктирного опробования (рис. 7) нельзя признать правомерным. Даже при однородном качестве полезного ископаемого необходимо отбирать пробы сплошной бороздой, без перерывов. С целью уменьшения трудоемкости отбора проб более целесообразно отбирать пробы меньшего сечения, чем опробовать полезное ископаемое пунктирной бороздой.

В практике иногда применяется опробование горных выработок по двум стенкам. Однако, как показывает опыт, в большинстве случаев при разведке месторождений нерудных полезных ископаемых это не требуется, так как результаты опробования по одной и двум стенкам практически одни и те же. В некоторых случаях серьезное значение имеют сроки отбора проб. Экспериментальные работы, проведенные на Хибинских месторождениях апатита, показали, что бороздовые пробы, отбираемые в стенках выработок, сразу же после их проходки дают менее точные результаты, чем пробы, отобранные через значительное время после их проходки, когда стенки выработок приобретают устойчивое положение. Объясняется это избирательным выкрашиванием апатита, особенно если проходка горных выработок осуществляется взрывным способом. Это обстоятельство необходимо иметь в виду при опробовании полезных ископаемых, склонных к избирательному выкрашиванию (апатита, самородной серы, флюорита и т. д.). He исключена и обратная картина, когда при большом перерыве между окончанием проходки выработки и ее опробованием, вследствие выветривания и вымывания полезного минерала из стенок выработок результаты опробования будут менее точные, чем сразу после проходки горных выработок.
Задирковое опробование заключается в отбойке равного слоя полезного ископаемого на всю обнаженную мощность залежи. Глубина задирки принимается равной 3—5 см, редко 10 см. При разведке месторождений неметаллических полезных ископаемых задирковое опробование применяется редко, главным образом при опробовании маломощных жил. Значительно чаще применяется опробование руд с неравномерным содержанием полезного компонента широкой бороздой (до 50 см), которое ошибочно называют задирковым.
Валовое опробование заключается в том, что вся масса полезного ископаемого, добываемая при движении забоя, поступает в пробу. Этим способом отбираются пробы большой массы (до 10 т и более). Валовые пробы используются главным образом для производства технологических испытаний. Оно является также основным видом опробования при разведке месторождений слюды, пьезооптического и камнесамоцветного сырья, технического агата, песчаногравийных отложений и других полезных ископаемых, характеризующихся крупным размером составляющих их минералов, обломки пород или крайне неравномерным содержанием полезного компонента.
Нередко с целью сокращения объема валовой пробы применяются различные разновидности валового опробования: способ кратной бадьи при отборе проб в шурфах, способ кратной вагонетки при опробовании горизонтальных горных выработок и т. д. При этих способах по существу совмещается процесс отбора проб с их сокращением. Поскольку перемешивание материала при добыче происходит недостаточно полно, то при отборе валовых проб кратными порциями могут быть допущены существенные погрешности. Обусловливаются они главным образом наличием маломощных прослоев пустых и некондиционных пород или, наоборот, прослоев, линз, гнезд, в значительной мере обогащенных полезным компонентом и не попадающих в кратную бадью или вагонетку. Вследствие этого при выборе способа отбора проб кратными порциями необходимо произвести опытные работы, доказывающие возможность их применения. Экспериментальные работы заключаются в сопоставлении результатов анализа проб, в которые поступал весь материал, полученный при проходке, с результатами анализа проб, отобранных кратными порциями. Валовое опробование кратными порциями целесообразно применять в случаях большой выдержанности состава и качества полезного ископаемого.
В отдельных руководствах по опробованию приводится описание точечного, горстьевого и шпурового методов опробования. Эти методы не обеспечивают необходимой представительности проб, вследствие чего на стадиях предварительной и детальной разведки применяться не должны. Они могут в определенных случаях использоваться на стадии эксплуатационной разведки и для опробования спецотвалов и товарной продукции.
Опробование скважин колонкового бурения производится по керну. При опробовании керна обязательны предварительная его документация и установление поинтервального выхода. В зависимости от мощности и строения тела полезного ископаемого от керна отбирается одна или несколько проб по тому же принципу, что и при бороздовом опробовании. Нельзя объединять в одну пробу куски керна разного диаметра, так как это приведет к непропорциональному попаданию в пробу материала, характеризующего разные части разреза залежи.
Для определения химического состава в пробу отбирается половина керна путем его раскалывания или распиливания по длинной оси. Для производства физико-механических или технических испытаний отбирают штуфы ненарушенного керна. Если одновременно требуется отбор пробы для определения химического состава полезного ископаемого и его физико-механических или технических свойств, то по стенке штуфа керна проба отбирается небольшой бороздкой.
При разведке месторождений калийных и каменных солей, боросолевых руд пробы от керна скважин отбираются, как правило, путем высверливания отверстия по длинной оси керна. Диаметр сверла и количество отверстий во всех кусках керна, составляющих одну пробу, должны быть одинаковыми. Отбор проб солей путем обычного раскалывания керна обычно не применяется, так как при неоднородном составе солей происходит их избирательное выщелачивание из стенок керна.
Достоверность кернового опробования в значительной степени зависит от выхода керна. Экспериментальными работами, проведенными на хибинских месторождениях апатита, например, было доказано, что при выходе керна не менее 75 % керновое опробование дает полную сходимость с опробованием шлама. Это свидетельствует о том, что при указанном выходе керна избирательного истирания его не происходит. При выходе керна ниже 75 % керновое опробование дает, по сравнению со шламом, заниженные результаты, что объясняется избирательным истиранием при бурении апатита. Расхождения в среднем составили отн. 19,1 %.
Приведенное обусловливает необходимость при опробовании скважин с низким выходом керна устанавливать наличие или отсутствие избирательного истирания, и при его наличии наряду с керном опробовать и шлам. В практике иногда встречаются случаи опробования скважин только по шламу, что неправомерно, так как в шламе вследствие того же избирательного истирания могут накапливаться в большем количестве или полезные компоненты, или минералы, не содержащие полезных компонентов. Согласно проведенному на хибинских месторождениях эксперименту, содержание Р2О5 в шламе в среднем на 10 % превышало его содержание в руде.
Контроль опробования. В практике геологоразведочных работ на нерудные полезные ископаемые контроль опробования, к сожалению, осуществляется редко и недостаточно полно. Основным методом, которым руководствуются разведчики при выборе способа отбора проб, является метод аналогии, причем сама аналогия, как правило, не доказывается. Между тем при отборе проб могут возникать систематические ошибки, вызванные несоответствием способа опробования строению залежей полезного ископаемого, текстурам горных пород и их физическим свойствам. Особенно часто систематические погрешности наблюдаются при опробовании полезных ископаемых, в которых полезный компонент и вмещающая его горная порода обладают различной твердостью и хрупкостью, что обусловливает избирательное попадание в пробу менее твердых пород и минералов. Поэтому, выбирая способ опробования, следует проверять его представительность другим способом. Обычно проверку бороздового опробования производят путем взятия борозд разного сечения и глубины или задирковым способом, реже валовым.
Контроль кернового опробования осуществляется путем сопоставления его результатов с результатами опробования сопряженных горных выработок. Число сопряженных выработок зависит от сложности геологического строения месторождения и степени изменчивости содержания полезных и вредных компонентов или физических и технических свойств полезного ископаемого. Обычно для однородных, выдержанных по качеству полезных ископаемых достаточно 4—6 сопряженных выработок, для неоднородных и невыдержанных число их может достигать 16—25.
На разрабатываемых месторождениях контроль опробования обычно осуществляется путем сопоставления результатов опробования разведочных выработок с данными эксплуатации или эксплуатационной разведки, что принципиально является правильным. Однако достоверность опробования, производимого при эксплуатационной разведке и в процессе эксплуатации месторождения, также требует проверки. Для доказательства достоверности эксплуатационного опробования следует сопоставить его данные с данными обогатительной фабрики или перерабатывающего сырье предприятия. При этом следует иметь в виду, что на обогащение или переработку может поступать сырье из разных блоков и даже участков месторождения и что обогатительная фабрика или перерабатывающее предприятие могут работать с отклонением от установленного режима. Вследствие этого для сравнения следует принимать лишь данные фабрики или предприятия, полученные при переработке сырья, добытого из эксплуатационных блоков, принятых для сопоставления, при условии что указанная фабрика или предприятие во время обогащения или переработки сырья работали в правильном режиме.
Обработка проб. Отобранные в горных выработках и буровых скважинах пробы обычно до передачи их на анализы и испытания подвергаются обработке. Начальная масса проб, отбираемых для определения химического состава горных пород, колеблется в широких пределах, но, как правило, измеряется килограммами или даже десятками килограммов. Для анализов требуется навеска, масса которой измеряется граммами. Наибольший размер частиц в пробе начальной массы нередко достигает 50—100 мм и более. Размер частиц пробы, подвергающейся анализу, не должен превышать 0,2 мм, а чаще всего составляет менее 0,1 мм. Эти обстоятельства и обусловливают необходимость обработки проб. Техника обработки проб, предназначенных для определения химического состава, состоит из четырех операций: 1) дробления и измельчения; 2) грохочения или просеивания; 3) перемешивания и 4) сокращения.
В зависимости от крупности материала пробы различают процессы дробления (до 10 мм) и измельчения (от 10 до 1 мм). Дробление и измельчение производят или ручным, или механизированным способом. Ручное дробление и измельчение применяются в полевых условиях на стадии поисков при небольшом объеме опробовательских работ. В процессе разведки месторождения дробление и измельчение осуществляются механизированным способом. Очень важно правильно выбрать оборудование для дробления и измельчения. При этом необходимо учитывать перечень компонентов, на которые будут исследоваться обрабатываемые пробы. Нельзя применять, например, железные стуны и песты при подготовке к анализу проб стекольных песков, оценка качества которых в значительной степени определяется содержанием в них железа, так как при дроблении и истирании песков в железных ступах будет происходить обогащение железом за счет самих ступ. При подготовке проб для анализа на кремнезем нельзя применять яшмовые ступы и песты, и т. д.
Грохочение или просеивание представляет собой процесс разделения измельченной пробы на классы по крупности частиц. Разделение материала по крупности частиц, производят на ручных или механических грохотах.
С целью обеспечения равномерности состава измельченной до требуемого размера породы производят ее перемешивание, которое осуществляется путем простого перелопачивания или по способу кольца и конуса. В практике перемешивание иногда производят на клеенке, брезенте или другом гибком материале путем многократного перекатывания из одного угла в другой предварительно насыпанного на нее материала пробы. Такой метод применять не рекомендуется, так как вследствие неоднородности материала по размеру зерен и их плотности полностью однородный материал не всегда удается получить.
Наиболее ответственной операцией обработки проб является сокращение. Производя сокращение, необходимо убедиться в том, что разделенный на две части материал полностью однороден по своему составу. Широко распространен способ сокращения проб квартованием, однако более точные результаты дает сокращение проб желобковым делителем.
Перечисленные операции обработки проб не являются изолированными друг от друга и в процессе обработки пробы повторяются неоднократно. Для того чтобы обработка проб осуществлялась правильно, необходимо заранее составить ее схему. Схема обработки проб зависит от начальной и конечной массы проб, размера начальных и требуемых конечных частиц пробы, а также степени неравномерности распределения полезных и вредных компонентов. Работами многих исследователей (Везен, Брунтон, Ричардс, Демонд и Хальфердаль, Чечотт и др.) доказана связь массы проб с крупностью зерен опробуемого полезного ископаемого. Эта связь Г.О. Чсчоттом была выражена в виде формулы
Опробование разведочных выработок месторождений

где Q — масса пробы, кг; К — коэффициент определяющийся степенью равномерности распределения полезных или вредных компонентов; d — наибольший диаметр частиц материала пробы, мм.
Коэффициент К отражает влияние изменчивости содержания компонентов на массу пробы: чем больше эта изменчивость, тем больше коэффициент. Находиться он должен экспериментальным путем, но, как правило, такие эксперименты проводятся редко и обычно коэффициент К принимается по аналогии. Для нерудных полезных ископаемых коэффициент К обычно принимается 0,05—0,2, изредка 0,3—0,5. Принятие коэффициента К по аналогии, причем часто не доказанной, может привести к серьезным ошибкам. Механизированное дробление и истирание пород резко снижает трудоемкость этих операций, что позволяет рекомендовать дробление и истирание бороздовых и керновых проб, характеризующихся относительно небольшой массой, производить до требуемого конечного размера частиц. Это исключит необходимость проведения экспериментальных работ по определению значения коэффициента К и позволит избежать ошибок, допускаемых при обработке проб при коэффициенте К, принятом по аналогии.
Обработку крупнообъемных проб, отобранных валовым, задирковым способом, широкой бороздой или из керна скважин большого диаметра, следует производить по схеме, с обязательным доказательством экспериментальными работами принятого значения коэффициента К.
Схема обработки проб выражается графически. На ней условными знаками показываются все операции, которым подвергается проба, а также указываются массы пробы после каждого сокращения (в кг), диаметры отверстий сит и размеры частиц после каждого измельчения (в мм). Графическая схема обработки проб имеет вид, приведенный на рис. 8. В некоторых случаях, кроме отбора пробы для определения химического состава породы, требуется отобрать пробы и на другие виды испытаний. В этом случае схема обработки проб изменяется таким образом, чтобы обеспечить получение проб требуемой массы для всех видов испытаний и анализов (рис. 9).


Сокращение объема пробы, предназначенной для производства гранулометрических анализов, может производиться по приведенной схеме, но при этом дробление материала пробы не производится, так как требуется установить выход фракций в естественном виде.
Обработка проб для проведения физико-механических испытаний обычно ведется в самой лаборатории, которая производит испытания. Она заключается в придании пробе таких формы и вида, которые требуются для испытаний, При подготовке пробы, например, для определения сопротивления породы сжатию из нее выпиливаются кубики или цилиндры требуемых размеров. При этом очень важно, чтобы противоположные плоскости их, подвергающиеся давлению пресса, были строго параллельные и идеально плоские.
В практике геологоразведочных работ контроль за правильностью обработки проб к сожалению осуществляется редко. Между тем имеются случаи, когда обработка проб фактически производится не в соответствии со схемами, при составлении схемы не всегда правильно определяется масса пробы после сокращения, и т. д. При дроблении и измельчении материала пробы в дробилках образуется мелочь, которая в том или ином количестве оседает на аппаратуре Дробильной установки. Нередко к мелким фракциям пробы приурочивается полезный или вредный компонент, что и обусловливает несоответствие между качеством материала начальной пробы и продуктами ее измельчения. Приведенное свидетельствует о необходимости систематического контроля за работой цеха обработки проб, систематической чистки дробильного и делительного оборудования. Представляется целесообразным периодически образовывать специальные комиссии для проверки правильности обработки проб и результаты проверки оформлять соответствующими актами, в которых отмечать выявленные недостатки и давать рекомендации по их устранению.