Лекция 6. Технические средства геологического изучения при оценке и разведке месторождений

Геологическое изучение месторождений полезных ископаемых как объектов промышленного использования направлено на решение двух основных задач:

- установление распределения полезного ископаемого и ценного компонента в недрах и построение пространственной модели месторождения;

- определение объема недр, занимаемого полезным ископаемым и характеристик его качества в этом объеме.

Положение полезного ископаемого в недрах определяется по результатам вскрытия их техническими средствами, включающими горные выработки и буровые скважина в сочетании с геофизическими исследованиями. Скважины и горные выработки располагают таким образом, чтобы получить равномерную пространственную сеть полных пересечений тела полезного ископаемого по направлению близкому к его мощности (вкрест простирания). Чем ближе расположены такие пересечения, тем более достоверной будет отстраиваемая модель и меньше возможные ошибки в оценке качества полезного ископаемого. Однако, если очень близко располагать пересечения, то будут большие затраты времени и средств. Необходимая и достаточная плотность разведочной сети достигается опытным путем, с заверкой полученных результатов контрольными пересечениями. При проектировании оценки (разведки) используются усредненные данные, обобщающие опыт разведки аналогичных месторождений.

Серия разведочных пересечений, располагающихся в одной плоскости, позволяет построить разведочный геологический разрез. Система определенным образом расположенных разрезов является по существу – пространственной моделью месторождения. Технические средства (горные выработки, скважины, геофизические исследования) различаются по своим возможностям, информативности и стоимости.

Горные разведочные выработки являются наиболее информативными, т.к. позволяют осуществлять визуальные наблюдения особенностей полезных ископаемых на месте залегания, зарисовать (сфотографировать), привязать в пространстве, отобрать пробы любых размеров и массы. Однако проходка горных выработок осуществляется относительно медленно, а стоимость их высока. Кроме того, проходка горных выработок ограничивается определенными условиями глубинности, устойчивости пород и руд, обводненности. Горные выработки делятся на поверхностные (канавы, шурфы, расчистки) и подземные (шахты, штольни, квершлаги, штреки, орты).

Применение горных выработок в качестве средств разведки должно осуществляться с учетом следующих положений:

- заложение горных выработок, должно быть основано на данных детального геологического изучения выходов месторождения и в некоторых случаях на данных разведочного бурения;

- горно-разведочные выработки в большинстве своем должны проходиться с учетом их дальнейшего использования при эксплуатации;

- габариты, направления и горно-геологические условия проходки разведочных выработок должны выбираться так, чтобы они допускали скоростную проходку этих выработок;

- наибольшее количество горно-разведочных выработок целесообразно проходить по полезному ископаемому с целью его изучения и опробования при попутной добыче.

Буровые разведочные выработки представляют собой наиболее широко применяемые технические средства разведки благодаря своей мобильности, скорости работ, относительной легкости оборудования и меньшими расходами материальных средств на погонный метр проходки.

Последнее обстоятельство имеет особо важное значение в связи с тем, что в настоящее время приходится разведывать все более и более глубоко залегающие месторождения. К недостаткам следует отнести: небольшой объем полученной геологической информации (столбик керна); невозможность пространственной привязки; не всегда достаточный выход керна. Однако буровые скважины проходятся в 2-3 раза быстрее и стоят в три-четыре раза дешевле горных выработок. Разумное сочетание этих двух важнейших средств разведки дает наилучший технико-экономический эффект и обеспечивает высокое качество разведочных работ.

Геофизические исследования в ряде случаев играют существенную роль при составлении геологических разрезов, оконтуривании площади распространения полезного ископаемого и даже при определении его качества.

На разведочном этапе геофизические исследования могут быть эффективно использованы для решения некоторых задач. Задачи связаны с подсчетом запасов (железорудных и радиоактивных) месторождений:

1) изучение характера границ рудных тел в выработках и между ними;

2) обоснование интерполяций между разведочными выработками и разрежение сети последних;

3) определение мощностей горизонтов полезных ископаемых в разведочных скважинах;

4) опробование рудных тел, вскрытых скважинами и горными выработками, на месте залегания.

Задачи, связанные с выяснением горнотехнических условий эксплуатации месторождений:

1) изучение характера вмещающих пород;

2) определение мощности вскрыши;

3) изучение гидрогеологических условий месторождения.

Однако не все перечисленные выше задачи могут решаться геофизическими методами в полном объеме на всех месторождениях.

При разведке выполняются следующие основные геофизические работы:

1) каротаж в различных модификациях (электрический, радиоактивный и т.д.);

2) приближенное оконтуривание тел полезных ископаемых, в частности, слепых;

3) вспомогательные технические измерения (искривления, размеров).

Выбор тех или иных средств разведки зависит от многих факторов и, прежде всего, от следующих условий: экономических, горнотехнических и геологических.

Общеэкономические условия объединяют: пути сообщения, энергетическую базу, наличие крепежного леса, водные ресурсы, климат, наличие людской силы.

Горнотехнические условия включают: рельеф местности, глубину залегания тел полезных ископаемых, условия их залегания, характер вмещающих пород, водоносность участка.

Геологические условия объединяют: устойчивость формы тел полезных ископаемых, характер и степень изменчивости качества полезного ископаемого, размеры тел полезного ископаемого.

В соответствии с выше сказанным существует большое разнообразие систем разведочных работ, которые целесообразно разделить на три группы: система буровых, система горных и система горно-буровых работ.

Под системой разведочных работ понимается такое пространственное размещение разведочных средств, которое дает возможность построить намеченные разрезы и провести необходимое опробование для подсчета промышленных запасов полезного ископаемого. В понятие «система разведки» входит тип геофизических измерений, являющийся важным средством разведки.

В зависимости от геологических особенностей объекта разведки применяются следующие группы буровых систем:

- системы вертикальных ударно-вращательных скважин;

- системы вертикальных ударно-канатных и колонковых скважин;

- системы наклонных колонковых скважин;

- системы глубоких скважин переменной кривизны.

Каждая из выделенных буровых систем характеризуется различной глубиной бурения, отличаются применяемыми бурильными комплектами и типами буровых станков, а также геологическими условиями разрабатываемых месторождений.

Горными системами осуществляется полная и наиболее достоверная разведка месторождений. Поскольку проходка горных выработок требует значительных затрат времени и средств, применение горных систем обычно ограничивается разведкой сложных тел полезных ископаемых, весьма неустойчивых по формам и с крайне неравномерным распределением полезного ископаемого.

Горные системы делятся на три вида:

- системы разведочных шурфов;

- системы разведочных штолен;

- системы разведочных шахт.

Внутри каждого вида различаются модификации, зависящие главным образом от характера и геологических условий залегания полезного ископаемого.

Система разведочных шурфов, применяемая, как и система вертикальных ударно-вращательных скважин для разведки пологих близ поверхностных тел полезных ископаемых, подразделяется на систему простых шурфов и систему шурфов с рассечками. Экономичной глубиной системы разведочных шурфов является 15-20 м, реже 30 м, обязательным условием проведения является безводность или слабая обводненность разведочного участка.

Системы разведочных штолен возможны лишь в условиях расчлененного рельефа и применяются для самых разнообразных по формам и условиям залегания тел полезного ископаемого. Выделяются три основные разновидности систем разведочных штолен:

- система штолен, прокладываемых по простиранию продуктивной зоны;

- система штолен квершлажного типа (вкрест простирания тела полезного ископаемого);

- система штолен со слепой шахтой на нижнем горизонте.

Системы разведочных шахт оказываются рациональными в тех случаях, когда другим, более дешевым путем невозможно разведать месторождение. Основными условиями применения системы разведочных шахт являются относительно ровный рельеф и глубокое залегание крайне изменчивых тел полезного ископаемого. Сама шахта не является разведочной выработкой, ими являются квершлаги и штреки, задаваемые из шахты.

По характеру и сочетаниям подземных горных выработок, применяемых в зависимости от геологического строения месторождения, выделяются три разновидности систем разведочных шахт:

- система вертикальных разведочных шахт с квершлагами;

- система вертикальных разведочных шахт, пересекающих продуктивную зону;

- система наклонных шахт.

Горнобуровые разведочные системы представляют собой рациональное сочетание тех или иных горных выработок и буровых скважин и наиболее широко распространены в разведочной практике.

Они подразделяются на:

- системы вертикальных ударно-вращательных скважин с контрольными шурфами;

- системы разведочных штолен и буровых скважин;

- системы разведочных шахт и буровых скважин (задаваемых с поверхности или из подземных выработок – скважины подземного бурения).

При сравнении перечисленных систем разведки и выборе наиболее рациональной, существенное значение имеют технико-экономические показатели и, прежде всего стоимость разведочных выработок, отнесенная к ценности полезного ископаемого.

Основными направлениями, по которым должен проводиться технико-экономический анализ систем разведки являются:

- выбор рационального комплексирования разведочных средств применительно к различным по вещественному составу и физическим свойствам полезных ископаемых и вмещающих пород;

- возможность применения различных технических средств к определенным объектам разведки;

- сопоставимость эффективности различных разведочных систем с учетом неодинаковой степени точности и достоверности результатов разведки;

- экономичность различных разведочных систем, выражаемую расходом средств на единицу разведанной руды.

Такой технико-экономический анализ разведочных систем позволил бы дать достаточно строгий способ их оценки, обеспечил бы наиболее правильный выбор системы разведки в каждом конкретном случае.

Основная литература: 1 [52-61]; 2 [64-70];

Дополнительная литература: 4, 5, 6

Контрольные вопросы

1. Основные задачи геологического изучения месторождений как промышленных объектов.

2. Основные технические средства изучения недр.

3. Необходимые положения применимости горных выработок в качестве средств разведки.

4. Задачи, решаемые геофизическими методами при изучении недр.