Классификация рудных тел месторождений полезных ископаемых

ЛЕКЦИЯ №3

Технологическая характеристика руд и вмещающих пород.

 

Полезным ископаемым называется всякое природное минеральное вещество, которое при современных технико-экономических условиях целесообразно извлекать из недр земли для промышленного использования.

Месторождение полезных ископаемых – это естественное скопление полезных ископаемых в земной коре.

Месторождение считается промышленным, если разработка его данном уровне развитии техники и экономики выгодна.

По физическому состоянию полезные ископаемые делят на твердые (уголь, руды, горно-химические, строительные материалы), жидкие (нефть, минеральные воды), газообразные.

Принято также месторождения делить на рудные и нерудные. Отличительной чертой рудных месторождений является необходимость их дальнейшей переработки для извлечения содержащихся в них полезных компонентов.

Горные породы, окружающие месторождения (вмещающие породы) или включения в него не содержащие металла (полезных минералов) или содержащие его в количестве, недостаточном для промышленной переработки, принято называть пустыми породами.

Граница между рудными и нерудными ископаемыми условна. Многие полезные ископаемые, которые раньше использовались сразу после добычи, в настоящее время подвергаются комплексной переработке (уголь и др.). Разделение месторождений на промышленные и непромышленные также условна. Месторождения с одинаковой по составу и качеству рудой м.б. промышленным вследствие благоприятных горно-геологических условий разработки (малая мощность покрывающих пород, большая мощность рудного тела) и непромышленным ввиду трудности эксплуатации.

Пример: В Криворожском бассейне много млрд. запасы ж/руд с содержанием Fe ниже 30-35%, залегающие вблизи поверхности, считались ранее непромышленными, а теперь разрабатываются (развитие техники, технологии).

По этим причинам стало экономически целесообразно разрабатывать бедные титаномагнетитовые руды Качканарского месторождения на Урале (16-17% Fe).

Большое значение имеет также потребность народного хозяйства страны или данного района в том или ином металле или минерале.

По промышленной принадлежности месторождения полезных ископаемых группируют следующим образом:

1. Топливно-энергетическое сырье: нефть, газ, уголь, уран.

2. Черные, легированные и тугоплавкие металлы: руды железа, марганца, хрома, титана, ванадия, никеля, вольфрама, ниобия, тантала, циркония.

3. Цветные металлы: руды алюминия, меди, цинка, олова висмута, ртути, сурьмы.

4. Благородные металлы: золото, серебро, платиноиды.

5. Химическое и агрономическое сырье: калийные соли, апатиты, фосфориты, сера, плавиковый шпат.

6. Техническое сырье: алмазы, асбест, графит, пьезокварц, исландский шпат, мусковит, флогопит.

7. Флюсы и огнеупоры: кальцит, доломит, кварц и кварцит.

8. Строительные материалы, цементное сырье.

9. Ювелирное сырье: драгоценные и поделочные камни

Сейчас мы вкратце рассмотрим основные руды и минералы.

Руды и минералы цветных металлов.

Руды для получения глинозема и алюминия. Основным сырьем для алюминиевой промышленности является бокситы, которые перерабатываются на глинозем гидрохимическим способом, способом спекания или комбинированным. Из глинозема электротермическим путем получается Аl. Бокситы – это горная порода, состоящая из гидроокислов алюминия, окислов и гидроокислов Fe.

Медные руды: главное значение имеют 4 промышленных типа месторождений меди: медно-никелевый, медистых песчаников и сланцев, медно-колчеданный медно-порфировый.

Эндогенные свинцово-цинковые (полиметаллические) руды главные минералы: галенит, сфалерит, халькопирит. Серебро связано с галенитом. Золото встречается в свободном состоянии или входит в состав пирита и халькопирита.

Вольфрамовые и молибденовые руды: Они сосредоточены в россыпях, штокверковых и скарновых месторождениях. Min содержание трехокиси вольфрама составляет 0,2 %, в рудах – 0,07 %.

Главный минерал вольфрама – вольфрамит (Mn, Fe) WО₄, шеелит (Са W_o4), гюбнерит (MnW_o4), верберит (Fe W_o4), молибдена – молибденит (МоS2), повеллит (СаМоО₄).

В вольфрамовых рудах присутствуют: пирит, халькопирит, арсенопирит, галенит, золото и др.

Оловянные руды: Главный рудный минерал: - касситерит.

Сопутствующие минералы: галенит, пирит, халькопирит, пирротин, арсенопирит, сфалерит, серебросодержащие, висмутовые, сурьмяные и др. минералы.

Золотосодержащие руды: Месторождения представлены эндогенными, экзогенными и метаморфогенными образованиями. В свободном виде золото содержат кварцевые, тальковые, баритовые руды. Аu обычно связано химически с другими элементами. Сложные золотосодержащие руды: мышьяковистые, сурьмянистые и др. Сопутствующие минералы: пирит, халькопирит, арсенопирит.

Руды и минералы черных металлов

Железные руды. В зависимости от основного рудообразующего минерала определяются технологические свойства руды. Так, промышленные железные руды делятся на следующие типы: магнетитовые, полумартитовые, мартитовые, содержащие до 60-65% Fe; титано-магнетитовые-до 50% Fe и до 20% двуокиси титана; гематитовые и гидрогематитовые (красные железняки) – до 50-60% Fe; гидрогематитовые (бурые железняки) – до 40-50% Fe; сидеритовые (силикатные) – до 25-40 % Fe.

Полезными примесями в железных рудах является марганец, никель, медь, хром, титан, кобальт, вольфрам, молибден.

Марганцевые руды: по генезису это осадочные, магматогенные, метаморфизованные месторождения. Значительная часть (до 95 %) запасов марганцевых руд сосредоточено в осадочных месторождениях морского происхождения. Главные минералы: пиролюзит (МnO₂), родохрозит [Mn(CO₃)], браунит (Mn²¹Mn₆³¹SiO₂), гаусманит (MnMn₂O₄) и др.

Хромовая руда: Главные минералы: магнохромит [(Mg,Fe)Cr₂O₄], хромниконит [(Mg,Fe)(CrAl)₂O₄], хромит (Fe Cr₂O₄).

Неметаллические руды и минералы.

Асбест – минерал, легко расчленяется на тонкие прочные волокна. Этим свойствам обладают минералы 2-х групп: серпентина и амфибола.

Плавиковый шпат (флюрит) (СаF₂).

Потребители: химическая промышленность (фтористые соединения); черная металлургия и цементная промышленность (применяется в качестве флюса); стекольное и эмалевое производство.

Фосфатное сырье: Главный минерал: апатит.

Сопутствующие минералы: нефелин, сфен, минералы Fе, слюды, фтор. Апатитонефелиновые руды содержат 22 % Р2О5 (пятиокиси фосфора); фосфоритовые руды – 25-30%.

 

Элементы залегания рудного месторождения.

 

На выбор системы и технологию разработки наибольшее влияние оказывают его форма (морфология), размеры и условия залегания.

 

ЛЕКЦИЯ №3

Технологическая характеристика руд и вмещающих пород.

 

Полезным ископаемым называется всякое природное минеральное вещество, которое при современных технико-экономических условиях целесообразно извлекать из недр земли для промышленного использования.

Месторождение полезных ископаемых – это естественное скопление полезных ископаемых в земной коре.

Месторождение считается промышленным, если разработка его данном уровне развитии техники и экономики выгодна.

По физическому состоянию полезные ископаемые делят на твердые (уголь, руды, горно-химические, строительные материалы), жидкие (нефть, минеральные воды), газообразные.

Принято также месторождения делить на рудные и нерудные. Отличительной чертой рудных месторождений является необходимость их дальнейшей переработки для извлечения содержащихся в них полезных компонентов.

Горные породы, окружающие месторождения (вмещающие породы) или включения в него не содержащие металла (полезных минералов) или содержащие его в количестве, недостаточном для промышленной переработки, принято называть пустыми породами.

Граница между рудными и нерудными ископаемыми условна. Многие полезные ископаемые, которые раньше использовались сразу после добычи, в настоящее время подвергаются комплексной переработке (уголь и др.). Разделение месторождений на промышленные и непромышленные также условна. Месторождения с одинаковой по составу и качеству рудой м.б. промышленным вследствие благоприятных горно-геологических условий разработки (малая мощность покрывающих пород, большая мощность рудного тела) и непромышленным ввиду трудности эксплуатации.

Пример: В Криворожском бассейне много млрд. запасы ж/руд с содержанием Fe ниже 30-35%, залегающие вблизи поверхности, считались ранее непромышленными, а теперь разрабатываются (развитие техники, технологии).

По этим причинам стало экономически целесообразно разрабатывать бедные титаномагнетитовые руды Качканарского месторождения на Урале (16-17% Fe).

Большое значение имеет также потребность народного хозяйства страны или данного района в том или ином металле или минерале.

По промышленной принадлежности месторождения полезных ископаемых группируют следующим образом:

1. Топливно-энергетическое сырье: нефть, газ, уголь, уран.

2. Черные, легированные и тугоплавкие металлы: руды железа, марганца, хрома, титана, ванадия, никеля, вольфрама, ниобия, тантала, циркония.

3. Цветные металлы: руды алюминия, меди, цинка, олова висмута, ртути, сурьмы.

4. Благородные металлы: золото, серебро, платиноиды.

5. Химическое и агрономическое сырье: калийные соли, апатиты, фосфориты, сера, плавиковый шпат.

6. Техническое сырье: алмазы, асбест, графит, пьезокварц, исландский шпат, мусковит, флогопит.

7. Флюсы и огнеупоры: кальцит, доломит, кварц и кварцит.

8. Строительные материалы, цементное сырье.

9. Ювелирное сырье: драгоценные и поделочные камни

Сейчас мы вкратце рассмотрим основные руды и минералы.

Руды и минералы цветных металлов.

Руды для получения глинозема и алюминия. Основным сырьем для алюминиевой промышленности является бокситы, которые перерабатываются на глинозем гидрохимическим способом, способом спекания или комбинированным. Из глинозема электротермическим путем получается Аl. Бокситы – это горная порода, состоящая из гидроокислов алюминия, окислов и гидроокислов Fe.

Медные руды: главное значение имеют 4 промышленных типа месторождений меди: медно-никелевый, медистых песчаников и сланцев, медно-колчеданный медно-порфировый.

Эндогенные свинцово-цинковые (полиметаллические) руды главные минералы: галенит, сфалерит, халькопирит. Серебро связано с галенитом. Золото встречается в свободном состоянии или входит в состав пирита и халькопирита.

Вольфрамовые и молибденовые руды: Они сосредоточены в россыпях, штокверковых и скарновых месторождениях. Min содержание трехокиси вольфрама составляет 0,2 %, в рудах – 0,07 %.

Главный минерал вольфрама – вольфрамит (Mn, Fe) WО₄, шеелит (Са W_o4), гюбнерит (MnW_o4), верберит (Fe W_o4), молибдена – молибденит (МоS2), повеллит (СаМоО₄).

В вольфрамовых рудах присутствуют: пирит, халькопирит, арсенопирит, галенит, золото и др.

Оловянные руды: Главный рудный минерал: - касситерит.

Сопутствующие минералы: галенит, пирит, халькопирит, пирротин, арсенопирит, сфалерит, серебросодержащие, висмутовые, сурьмяные и др. минералы.

Золотосодержащие руды: Месторождения представлены эндогенными, экзогенными и метаморфогенными образованиями. В свободном виде золото содержат кварцевые, тальковые, баритовые руды. Аu обычно связано химически с другими элементами. Сложные золотосодержащие руды: мышьяковистые, сурьмянистые и др. Сопутствующие минералы: пирит, халькопирит, арсенопирит.

Руды и минералы черных металлов

Железные руды. В зависимости от основного рудообразующего минерала определяются технологические свойства руды. Так, промышленные железные руды делятся на следующие типы: магнетитовые, полумартитовые, мартитовые, содержащие до 60-65% Fe; титано-магнетитовые-до 50% Fe и до 20% двуокиси титана; гематитовые и гидрогематитовые (красные железняки) – до 50-60% Fe; гидрогематитовые (бурые железняки) – до 40-50% Fe; сидеритовые (силикатные) – до 25-40 % Fe.

Полезными примесями в железных рудах является марганец, никель, медь, хром, титан, кобальт, вольфрам, молибден.

Марганцевые руды: по генезису это осадочные, магматогенные, метаморфизованные месторождения. Значительная часть (до 95 %) запасов марганцевых руд сосредоточено в осадочных месторождениях морского происхождения. Главные минералы: пиролюзит (МnO₂), родохрозит [Mn(CO₃)], браунит (Mn²¹Mn₆³¹SiO₂), гаусманит (MnMn₂O₄) и др.

Хромовая руда: Главные минералы: магнохромит [(Mg,Fe)Cr₂O₄], хромниконит [(Mg,Fe)(CrAl)₂O₄], хромит (Fe Cr₂O₄).

Неметаллические руды и минералы.

Асбест – минерал, легко расчленяется на тонкие прочные волокна. Этим свойствам обладают минералы 2-х групп: серпентина и амфибола.

Плавиковый шпат (флюрит) (СаF₂).

Потребители: химическая промышленность (фтористые соединения); черная металлургия и цементная промышленность (применяется в качестве флюса); стекольное и эмалевое производство.

Фосфатное сырье: Главный минерал: апатит.

Сопутствующие минералы: нефелин, сфен, минералы Fе, слюды, фтор. Апатитонефелиновые руды содержат 22 % Р2О5 (пятиокиси фосфора); фосфоритовые руды – 25-30%.

 

Элементы залегания рудного месторождения.

 

На выбор системы и технологию разработки наибольшее влияние оказывают его форма (морфология), размеры и условия залегания.

 

Классификация рудных тел месторождений полезных ископаемых

 

По геометрическому признаку	По взаимоотношению с вмещающими породами
Сингенетические тела (одновременное образование)	Эпигенетические тела (вторичная возникшая после осадочных)
Изометрические тела	Шток, гнезда вкрапленность	Шток, гнезда вкрапленность
Пластообразные	Пласт, линза чечевица	Жила, седловидная жила, линза
Столбообразные	-	Столбчатая жила,
Сложные тела	Сложный пласт	Штокверк, сетчатая жила, сложная жила

 

Горно-геологическая характеристика месторождений.

Форма и размеры рудного тела чаще имеют неправильную форму. Размеры по простиранию и падению изменяются от нескольких десятков до сотен метров, доходя до нескольких км.

Основные элементы залегания:

Мощность рудного тела: тонкие - <0,8 м – подработка вмещающих пород; маломощные – от 0,8 до 3 м;

Средней мощности – от 3 до 20 м., в которых располагают выемочные блоки длинной стороной по простиранию.

Мощные: > 20 м., блоки длинной стороной располагают вкрест простирания.

Весьма мощные: >50-80 м, при которых этаж на блоки делят не только по простиранию, но и вкрест простирания, а пологое рудное тело - на этажи.

Угол падения (α). Различают: крутопадающие > 50⁰. При подготовке разделяют залежь на этажи. Возможно транспортирование отбитой руды под собственным весом.

Наклонные – от 20⁰ до 50⁰. Также делят на этажи, но наклон недостаточен для транспортирования под собственным весом. Возможна взрывная доставка.

Пологие: до 20⁰. Рудные тела отрабатываются без деления на этажи. В т.ч. горизонтальные: до 3⁰, что делает возможным рельсовую откатку.

По крепости: руды и породы подразделяются на:

мягкие – f до 4. Возможная механическая отбойка. Бурение шпуров и скважин осуществляется электросверлами (в случае взрывной отбойки).

Средней крепости – f=4-9 возникает необходимость применения БВР.

Крепкие – f = 9-15. В затратах на отбойку основная часть приходятся на бурение.

Весьма крепкие: - f>15. Основная доля затрат при очистной выемке приходится на отбойку.

По устойчивости: руды и породы подразделяются на:

1. Весьма неустойчивые (исключается разработка без крепления).

2. Неустойчивые – требуют прочного поддержания вслед за выемкой.

3. Малоустойчивые – обрушаются при пролете обнажения примерно более 3-х м.

4. Средней устойчивости – допускают обнажение кровли на сравнительно большой площади (до 100 м²), но требуют поддержания при длительном стоянии.

5. Устойчивые – допускают очень значительное обнажения (с пролетом 600 м²), но требуют поддержания при длительном стоянии.

6. Весьма устойчивые – допускают обнажения без крепления до 1000 м² и более, при длительной эксплуатации не требуют крепления.

Нужно учитывать, что трещиноватость может снизить устойчивость крепких пород. Густая сеть трещин способствует хорошему дроблению, редкие трещины увеличивают выход негабарита.

Слеживаемость руд – исключает или резко ограничивает применение систем разработки с магазинированием руды и перепуском руды под собственным весом.

Возгораемость руд. Некоторые руды при длительном пребывании в отбитом состоянии окисляются и самовоспламеняются. Разогревание происходит от нескольких дней до месяца и года. Она свойственна рудам содержащим серу до 10-15% в зависимости от минерального состава.

Обводненность. Снижает устойчивость народного массива, требует дренажных работ.

Ценность руды. Определяется содержанием полезных компонентов и их ценностью. Fe – от 28-35 до 55-65%. Цветных металлов – от 0,4 – 1,5% и более. Редких металлов – десятки и сотни доли %. Благородные – г/т; Алмазы – стомиллионными долями.

Большинство руд цветных, редких, благородных металлов содержат по несколько компонентов (до 30) и более.

От ценности зависит выбор методов работ. Добыча бедной руды выгодна при дешевых методах работ.

Свойства вмещающих пород. Разнообразная крепость и устойчивость. Контакт с рудой бывает «расплывчатый» и отчетливый (четкий). При четких контактах предъявляются более жесткие требования к точности отбойки и чистоте выемки.

Другие особенности: Глубина залегания месторождений составляет от нескольких десятков метров до 3,5 км. и более. Толща обводненных наносов, различных рассолов (алмазы) над рудой.

Горные работы постепенно понижаются в пределах от 10-15 до 20-25 м/год в различных районах. Начиная с глубины 400-600 м, значительно затрудняется поддержание выработок и ограничивается применение методов добычи, связанных с оставлением пустот.

Общие особенности условий разработки рудных месторождений:

Таким образом, рудные месторождение по своим горно-геологическим условиям чрезвычайно разнообразны и их характеристик могут изменяться в широких пределах.

Соответственно разнообразны применяемые техника и технология горных работ.

Для подавляющего большинства рудников стереотипное решение возможны лишь по отдельным элементам работ, но никак ни по всему комплексу. Исключается возможность ограничиться одним направлением для всех рудников (например комбайновая выемка).