Задачи и этапы геологоразведочных работ на месторождениях полезных ископаемых до начала и во время разработки.

Геология

Определение масштабов найденного месторождения

Третий шаг геологоразведочных действий включает предварительные работы по определению промышленных масштабов найденного месторождения. На этом этапе определяются общие параметры участка, фракции ископаемого сырья, места и условия их залегания, общие параметры. По итогу выполненных разведочных работ количество и качество запасов подсчитывается по категориям С1 и С2, после этого разрабатывается экономическое обоснование необходимости выполнения работ для более детальных работ по исследованию.

Основной разведывательный этап

Четвертая стадия — основной разведывательный этап. Это серьезные работы, требующие серьезной подготовки и использования специальной техники, поэтому их выполнение начинается только после завершения третьего этапа, во время которого доказана целесообразность работ на конкретном участке. Последовательность четвертой стадии определяется после согласования с горнодобывающими органами и реализуется в соответствии с разработанным планом разведывательных работ объекта.

В процессе выполнения детальной разведки осуществляются подготовительные работы для промышленной работы на объекте. Определяется степень изученности участка, запасы классифицируются и распределяются по категориям А, В, С1 и С2.

Доразведка месторождений

Пятая стадия – это своеобразная доразведка месторождений. Работы выполняются на тех участках, которые не были детально охвачены при выполнении предыдущей стадии. Подробно изучаются отдельные части месторождений, расположенные в пределах горного отвода и имеющие промышленное значение. Если участки не предполагается осваивать в дальнейшем, то доразведка таких месторождений не выполняется. Пятая стадия работ предполагает работы, не противоречащие основному плану, в соответствии с которым можно перевести запасы, относящиеся к категориям С1 и С2 на более ценные категории. Дополнительно проводится подсчет выявленного сырья на отдельных участках месторождений.

Эксплуатационная разведка

На шестой стадии выполняется эксплуатационная разведка совместно с подготовительными работами. Этап очень важен, так как проводится до очистных работ и является подготовительной стадией перед добычей полезных ископаемых. Эксплуатационная разведка позволяет получить более точные данные о строении, условиях залегания и качестве добываемых ископаемых.

Геологоразведочные действия позволяют получить все необходимые данные о запасах природного сырья. В процессе работ выясняется количество запасов, прогнозируются характеристики природных ресурсов, оцениваются выгоды от проведения разведывательных работ.

 

 

Горно-геологические и экономико-географические факторы, определяющие оценку месторождений полезных ископаемых.

Методы борьбы с подземными водами при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Агрессивность рудничных и защита поверхностных вод.

Изменение гидродинамического режима подземных вод при осушении карьеров (гидравлический уклон, скорость движения подземных вод, коэффициент фильтрации).

ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Подземные воды в большинстве случаев находятся в движении. Раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод, называется динамикой подземных вод. Движение подземных вод подчиняется определенным законам с присущими им определенными формами передвижения. Все это учитывается при гидрогеологических расчетах, при решении вопросов водозабора или водопонижения уровней подземных вод.

Законы движения. Подземные воды могут передвигаться в горных породах как путем инфильтрации, так и фильтрации. При инфильтрации передвижение воды происходит при частичном заполнении пор воздухом или водяными парами, что обычно наблюдается в зоне аэрации. При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтрационный поток.

Фильтрационные потоки подземных вод различаются по характеру движения и подчиняются двум законам. Если движение грунтового потока в водоносных слоях (галечнике, песке, супеси, суглинке) имеет параллельно-струйчатый или так называемый ламинарный характер, то он подчиняется закону Дарси. Ламинарный характер движения воды наблюдается также в трещиноватых породах, но при скорости движения не более 400 м/сут. При наличии крупных пустот и трещин движение воды в породах носит вихревой, или турбулентный, характер, но это наблюдается сравнительно редко. Это второй закон, носящий более сложный характер.

 

Движение подземных вод может быть установившимся и неу-становившимся, напорным и безнапорным.

При установившемся движении все элементы фильтрационного потока (скорость, расход, направление и др.) не изменяются во времени. Во многих случаях эти изменения настолько малы, что для практических целей ими можно пренебречь.

Фильтрационный поток называется неустановившимся, если основные его элементы изменяются не только от координат пространства, но и от времени. Подземный поток становится переменным, т. е. приобретает неустановившийся характер движения под действием различных естественных и искусственных факторов (неравномерная инфильтрация атмосферных осадков, откачка воды из скважины, сброс сточных вод на поля фильтрации и т. д.).

Ненапорные грунтовые воды имеют водоупор снизу и свободную поверхность сверху. Ненапорные подземные воды в зоне полного насыщения передвигаются при наличии разности гидравлических напоров (уровней) от мест с более высоким к местам с низким напором (уровнем). Это можно видеть на рис. 72. Разность напоров АН=Н—Н₂ в сечениях / и II обусловливает движение воды в направлении сечения II. Скорость движения грунтового потока зависит от разности напора (чем больше АН, тем больше скорость) и длины пути фильтрации.

Отношение разности напора АН к длине пути фильтрации / называют гидравлическим уклоном (или гидравлическим градиентом I) I = АН/1.

Современная теория движения подземных вод основывается на применении закона Дарси

<2 = *_ф РАН/1 = к_ф /7,

где 0 — расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу времени, м³/сут; к_ф — коэффициент фильтрации, м/сут;

Скорость фильтрации V = (или V = &_ф/. Скорость движения воды (фильтрации) измеряется в м/сут или см/с. Эти формулы требуют уточнения в связи с тем, что в них входит величина /% отражающая все сечение фильтрующейся воды, а вода, как известно, течет лишь через часть сечения, равную площади пор и трещин породы. Поэтому величина V является кажущейся. Действительную скорость ВОДЫ Уд определяют с учетом пористости породы

Ун = (?/Гя,

где п — пористость, выраженная в долях единицы.

Сопоставив формулы у = &_ф/ и у_д = 0//я, можно установить, ЧТО Уд = у/я. Формула скорости ВОДЫ Уд = 0//я в этом виде в свою очередь правомерна лишь для песков и крупнообломочных пород, где все поры открыты и вода имеет полную свободу движения. В глинистых породах часть пор закрыта и вода передвигается только через открытые поры, поэтому в формулу вводят не я, а я_акт (активную пористость), т. е. значение пористости, через которые фактически проходит вода. Также следует помнить, что движение воды в породах происходит обычно с разной скоростью, поэтому

при рассмотрении вопроса о движении воды в данной породе можно говорить лишь об ее средней скорости движения.

Источники. Под источниками (ключами, родниками) подразумеваются места естественных выходов воды на дневную поверхность. Наиболее часто это происходит при прорезании грунтовой воды эрозионной сетью. Это дает нисходящие источники.

По своему характеру источники бывают сосредоточенные, т. е. выходящие в одном месте, в виде потока, и рассредоточенные, когда грунтовая вода просачивается на склоне оврага или речной долины через слой глинистого грунта. После расчистки этого слоя источник может стать сосредоточенным.

Интенсивность выхода воды в единицу времени оценивается дебитом источника (л/с или м³/сут). Источник, выход вод которого улучшен человеком, называется каптированным. Напорные воды могут давать фонтанирующие (восходящие) источники.

Форма движения потоков грунтовых вод. На строительных или хозяйственных площадках при решении практических задач по водоснабжению или устройству дренажей почти всегда необходимо знать направление движения потоков воды. Грунтовые воды совершают сложные движения в зависимости от местных геологических условий, рельефа местности и других факторов. Различают потоки плоские, радиальные (сходящиеся и расходящиеся) и криволинейные (рис. 73).

При определении направления потоков следует помнить, что установленное направление может быть справедливо лишь для сравнительно ограниченной территории (участка). Ниже приводятся некоторые способы определения направления движения грунтовых вод.

По карте гидроизогипс направление потока устанавливается по высотным отметкам гидроизогипс (рис. 74). Более точные данные для отдельного участка получают методом трех скважин. Берут от-

чо

Рис. 73. Формы потоков грунтовых вод:

а — плоский; 6 — радиальный расходящийся; в — радиальный сходящийся; г — криволинейный; / — гидроизогипсы

Рис. 75. Определение направления потока грунтовой воды по трем буровым скважинам (/, 2, 2); 4 — гидроизогипса

Рис. 74. Определение направления потока воды по карте гидроизогипс

метки уровней воды буровых скважин, расположенных на вершинах равностороннего треугольника, например, 128, 138 и 126 м (рис. 75). Между наибольшей и наименьшей отметками, т. е. 138 и 126 м, путем линейной интерполяции находят точку с отметкой воды 128 м. Две одинаковые отметки соединяют линией. На эту линию с наибольшей отметки опускают перпендикуляр, который и указывает направление потока воды. Можно также использовать метод красителей (или солей). Для этого необходимо иметь несколько скважин. В центральную скважину (опытную) вводят сильный органический краситель (для кислых вод, например, метиленовый голубой, щелочных — флюоресцеин и т. д.). Появление красителя в одной из наблюдательных скважин указывает направление потока воды.

Межпластовые подземные воды. Границами таких потоков служат нижний и верхний водоупор. Напорные потоки характеризуются полным заполнением поперечного сечения водопроницаемого пласта водой, имеется пьезометрический уровень, движение воды происходит как под действием гравитации, так и за счет упругих свойств воды и водовмещающих пород, режим фильтрации — упругий.

Напорно-безнапорные потоки образуются при откачке воды из скважин, если пьезометрический уровень опускается ниже кровли напорного водоносного слоя.

Фильтрационные показатели горных пород. К основным фильтрационным параметрам относят коэффициент фильтрации, а также коэффициенты водопроводимости, пьезопроводности и уров-непроводности.

Коэффициент фильтрации к_ф. Как следует из основного закона движения подземных вод, коэффициент фильтрации — это скорость фильтрации при напорном градиенте /= 1. Коэффициент фильтрации грунтов в основном определяется геометрией пор, т. е. их размерами и формой. На значение коэффициента фильтрации влияют также свойства фильтрующейся воды (вязкость, плотность), минеральный состав грунтов, степень засоленности и др. Вязкость воды, в свою очередь, зависит от температуры, поэтому нередко вводится поправочный температурный коэффициент (0,7—0,03) для приведения водопроницаемости к единой температуре 10 °С.

Методы определения. Приближенная оценка коэффициента фильтрации возможна по табличным данным (табл. 31).

Таблица 31

Коэффициент фильтрации некоторых горных пород

Характеристика пород	Коэффициент фильтрации, м/сут
Очень хорошо проницаемые галечники с крупным песком; сильно закарстованные и сильно трещиноватые породы	100—1000 и более
Хорошо проницаемые галечники и гравий, частично с мелким песком; крупный песок; чистый среднезернистый песок; закарстованные, трещиноватые и другие породы	100-10
Проницаемые галечники и гравий, засоренные мелким песком и частично глиной; среднезернистые и мелкозернистые пески; слабо закарстованные, малотрещиноватые и другие породы	10-1
Слабопроницаемые тонкозернистые пески, супеси; слаботрещиноватые породы	1-0,1
Весьма слабопроницаемые суглинки	0,1-0,001
Почти непроницаемые глины, плотные мергели и другие монолитные скальные породы	<0,001

Для получения более обоснованных значений коэффициента фильтрации применяют расчетные, лабораторные и полевые методы. Расчетным путем коэффициент фильтрации определяют преимущественно для песков и гравелистых пород. Расчетные методы являются приближенными и рекомендуются лишь на первоначальных стадиях исследования.

Для расчетов используют одну из многочисленных эмпирических формул, связывающих коэффициент фильтрации грунта с его гранулометрическим составом, пористостью, степенью однородности и т. д.

 

Геология

Задачи и этапы геологоразведочных работ на месторождениях полезных ископаемых до начала и во время разработки.

Цель геологоразведочных работ – наиболее продуктивно и полно использовать природные ресурсы на изучаемой территории. Для получения всесторонней объективной информации об их составе, разработаны нормативные документы и определены основные виды геологоразведочных работ.

Задачи – качественное и полноценное изучение участка (района), на основе которого формируется банк данных, подробные карты местности с количественной оценкой залежей, что выясняется при проведении определенных видов геологоразведочных работ. Это позволяет прогнозировать перспективы и экономическую рациональность добычи природных запасов.

С учетом цели, которую заказчик ставит перед геологами, поиск и изучение залежей полезных ископаемых делят на несколько этапов и стадий геологоразведочных работ:

• региональный – подразделяют на две стадии – первая подразумевает прогноз, вторая – географический анализ зон накопления ресурсов;
• поисково-оценочный этап включает в себя следующие стадии геологоразведочных работ – выявление локальных мест, участков поискового бурения, либо прокладки канав, шурфования (зависит от предполагаемой глубины разработки), затем подготовка к проведению буровых работ либо шурфованию, и собственно поисковые мероприятия по выявлению месторождений;
• разведочный – пробная эксплуатация скважины.

· Рассмотрим подробнее каждый из этапов геологоразведочных работ.

· Региональный этап. Его проводят в малоизученных районах или при изучении отложений, которые не вызывали интерес промышленников раньше. На стадии прогнозирования проводится геологическое и географическое изучение территории, определяются физические закономерности формирования залежей, районирование и определение перспективных для подробного и глубокого исследования участков.

· Стадия оценки подразумевает анализ территориального распространения и количественного изменения зон, с достаточной для разработки концентрацией запасов, их подсчет.

· Основные виды геологоразведочных работ на этом этапе - площадные съемки (геологические, геофизические и др).

· Поисковый этап. Целью этого этапа является нахождение неизвестных до настоящего времени залежей. На этой стадии проведения геологоразведочных работ создается перечень перспективных участков изучаемой территории, проводятся подготовительные работы для поискового бурения и на следующей стадии дается количественная оценка запасов для того, чтоб определить очередность их глубокого изучения (как правило, начинают с самых перспективных участков, по приблизительным оценкам имеющих наибольший экономический потенциал). Этот этап включает в себя следующие виды геологоразведочных работ – сейсмо- и электроразведка, непосредственно поиск с рытьем канав, шурфов, а также бурением скважин.

· Разведочный этап – это итоговая стадия, которая подразумевает подготовку участка к промышленной разработке. По итогам предшествующего этапа уже известны и изучены места перспективных участков. Следующий шаг - это разведка месторождений, которая представляет собой разработку скважин до грунтовых слоев, эксплуатация которых экономически оправдана.

· Плотность размещения разведочных выработок, выбор технологий и способов забора проб выбирают исходя из особенностей конкретного участка. При этом учитываются финансовые возможности и имеющиеся в распоряжении средства разведки.

· По итогам проведенных этапов геологоразведочных работ и изысканий создается аналитический документ - технико-экономическое обоснование с приложением материалов, в которых подсчитан объем запасов и имеются результаты их экономической оценки.

Без геологоразведочной деятельности не обойтись при поиске месторождений для будущей разработки. Геологоразведочные работы подразумевают выполнение шести этапов.

Первая стадия подразумевает выполнение региональных съемочных и геофизических работ. На этом этапе проводятся специализированные работы по поиску перспективных мест для разработки предположительных месторождений.

На второй стадии действий по геологоразведке выполняется поиск потенциальных мест залегания ископаемых. Для выполнения этой стадии работ проводится три этапа:

• Общие работы по поиску
• Более подробные детальные поиски
• Работы по оценке месторождений

Выполнение общих поисков предполагает обнаружение участков, на которых предположительно могут располагаться ценные месторождения. К таким участкам относятся потенциальные месторождения, высокая вероятность которых обусловлена геологическими исследованиями. На этих площадях проводятся детальные поиски. Далее проводятся поисково-оценочные работы, включающие в себя целый комплекс исследований: геохимических, геологических, геофизических.

Для осуществления всех типов исследований используются буровые скважины. На этом этапе проводится оценка масштабов выявленного месторождения. Если предположения о ценности месторождения неверны, и количество ископаемых не имеет промышленного значения, то участок отбраковывается. При положительном исходе проведенных исследований определяется количество запасов, которые можно отнести к категории С2, составляется обоснование об экономической важности проведения следующих этапов.