Опробование полезных ископаемых

Цель опробования месторождений

 

Опробование полезного ископаемого производится на всех ста­диях изучения месторождения. Цель опробования — качественная оценка полезного ископаемого. На основании результатов опробования решается вопрос о том, для каких отраслей промышленности целе­сообразнее использовать данное полезное ископаемое и каковы должны быть методы его переработки. Так, например, ископаемые угли могут быть использованы как энергетическое топливо, для коксования, газификации и других целей. Вопрос о применении углей можно решить только на основании соответствующего изуче­ния их проб. Наряду с этим еще до того, как на данном месторождении начнет работать шахта или разрез, должен быть разрешен также вопрос и о методах переработки полезного ископаемого, поэтому он решается в процессе разведки на основании соответствующих видов опробования полезного ископаемого.

Пробы полезного ископаемого в зависимости от методов и стадии изучения месторождения отбираются из естественных обнажений, горных выработок и буровых скважин.

В большинстве случаев процесс опробования слагается из трех операций: отбора, обработки и исследования проб.

 

Основные методы отбора проб

 

Пробы полезного ископаемого должны отбираться с таким расче­том, чтобы они отражали средние качественные показатели полезного ископаемого в том месте, где отбирается проба. С учетом этого при­меняются следующие методы отбора проб полезных ископаемых в горных выработках и естественных обнажениях.

Штуфной способ заключается в отбойке отдельных кусков полезного ископаемого весом 0,5—2 кг. Этот способ приме­няется очень редко для приблизительной оценки качества полезного ископаемого.

Точечный способ заключается в отбойке примерно одинаковых но объему кусков полезного ископаемого из середины или углов клеток сетки, намеченной на забое или стенке выработки в пределах тела полезного ископаемого (рис. 62). Пробы, отобранные из каждой точки (частичные пробы), объединяют вместе и составляют одну пробу. Этот способ можно применять для тел полезного иско­паемого большой и средней мощности с относительно равномерным распределением полезных компонентов, т. е. составных частей, которые извлекаются из руды в процессе переработки.

Способ вычерпывания состоит в том, что после отпалки забоя навал полезного ископаемого накрывают сеткой или намечают ее мысленно и из середины ячеек отбирают частичные пробы опреде­ленного веса. При отборе частичных проб нужно следить, чтобы соотно­шение между крупными кусками и рудной мелочью соответствовало соотношению их в навале, так как содержание полезного компонента в крупных кусках и рудной мелочи может быть не одинаковым.

Рис 62.

Для многих металлических месторождений с рудной мелочью обычно связано более богатое содержание полезного компонента. Способ вычерпывания может применяться для опробования мощных и весьма мощных тел полез­ных ископаемых.

 

 

 

 

Рис 63.

 

Шпуровой способ заключается в сборе в процессе бурения шпуров буровой муки или шлама (буровой грязи), если бурение ведется с промывкой. Для сбора буровой муки и шлама применяются специальные пылеулавливатели и отстойники (рис. 63). Шпуровой способ применяется при опробовании рудных полезных ископаемых.

Бороздовый способ заключается в том, что на обна­женной поверхности тела полезного ископаемого намечается борозда, размеры и форма которой зависят от мощности тела и характера распределения в нем полезного компонента и вредных примесей. Борозду рекомендуется располагать в направлении истинной мощности. Однако это не всегда возможно из-за косого сечения тела полезного ископаемого выработкой. Кроме того, отбойка проб из борозд, расположенных в направлении истинной мощности, не всегда удобна в техническом отношении. Значительно удобнее производить отбойку проб из горизонтально и вертикально расположенных, борозд.

В подземных горизонтальных выработках, проходящих по прости­ранию тел полезных ископаемых, борозды располагают на забое, а в случае, если это невозможно из-за форсированной проходки, допускается расположение борозд по кровле или стенке.

В подземных горизонтальных выработках, проходящих вкрест простирания тел полезного ископаемого, борозды располагаются по стенкам. Пробы берутся до одной или обеим стенкам. Б последнем случае пробы из двух противоположных борозд объеди­няются.

В выработках, пройденных по падению и восстанию рудных тел, борозды располагаются по стенкам. При этом при крутом падении тел полезных ископаемых применяются горизонтальные борозды, а при пологом — вертикальные.

В шахтах и шурфах, пересекающих рудные тела, борозды рас­полагаются по стенкам вертикально.

Если полезное ископаемое имеет полосчатое или слоистое сложе­ние и требуется охарактеризовать каждую полосу или слой, борозда разбивается на отдельные секции, количество которых равно числу участков, подлежащих раздельному опробованию. Материал, отби­тый из каждой секции, составляет отдельную пробу.

При опробовании мощных рудных тел, когда требуется просле­дить характер изменения качества полезного ископаемого в направ­лении мощности, производится секционное опробование. При этом борозда разбивается на секции по 1—3 м.

Чаще всего применяются борозды прямоугольного сечения, в которых ширина больше глубины. Значительно реже применяются борозды треугольного сечения.

Бороздовый метод широко применяется при опробовании место­рождений самых разнообразных полезных ископаемых.

Задирковый способ заключается в отбойке (задирке) ровного слоя полезного ископаемого по всей обнаженной части тела полезного ископаемого в забое, кровле или почве горной выработки. Глубина задирки 5—10 см. Это способ применяется главным образом при опробовании маломощных рудных тел.

Валовой способ заключается в том, что в пробу отбирают все полезные ископаемые с каждой второй или третьей уходки, а в необходимых случаях все полезное ископаемое, полученное в процессе проходки горной выработки по рудному телу. Приме­няется этот способ главным образом в тех случаях, когда требуется отобрать пробу большого веса.

Отбор проб из скважин. При колонковом бурении в качестве пробы отбирается керн полезного ископаемого при доста­точном его выходе, керн и шлам при недостаточном выходе керна и один шлам при отсутствии керна. Неполный выход керна или его отсутствие могут быть обусловлены размывом струями промывочной жидкости, если полезное ископаемое имеет небольшую твердость, а также перетиранием в колонковой трубе. Для отбора шлама про­мывочную жидкость, выходящую из скважины, пропускают через систему желобов и отстойников. При бурении сплошным забоем пробой служит шлам.

 

Обработка проб

 

Обработка проб производится с целью подготовки их к лабора­торным или другим исследованиям. Необходимость обработки проб вытекает из того, что количество отобранного в пробу материала — начальная проба — значительно превышает количество материала, необходимого для проведения исследования — лабораторную пробу. Каждая лабораторная проба должна быть представительна, т. е. по содержанию компонентов должна соответствовать начальной пробе.

Если из начальной пробы без всякой обработки отделить необхо­димое для проведения того или иного исследования количество материала, составляющее небольшую часть от начальной пробы, то полученная лабораторная проба не будет представительна, так как содержание различных компонентов в разных кусках материала пробы может быть неодинаковым. Для того чтобы от начальной пробы сразу можно было отобрать представительную лабораторную пробу, начальную пробу нужно измельчить до состояния очень тонкого порошка и тщательно перемешать. Однако измельчение большого количества рудного материала до очень тонкого состояния, особенно если полезное ископаемое обладает большой механической прочностью, является очень трудоемкой, длительной и дорогосто­ящей операцией. Для облегчения ее процесс сокращения начальной пробы ведется в несколько стадий. При этом исходят из следующих соображений. Если объем материала пробы большой, то для того, чтобы сократить ее всего в несколько раз, нет необходимости измель­чать материал пробы до очень тонкого состояния. Можно ограничиться дроблением материала пробы до такого размера кусков, который позволит после перемешивания сократить ее в несколько раз. Вполне понятно, что если объем начальной пробы большой, то велико и количество частиц рудного материала, составляющего пробу, причем вес каждой частицы по сравнению с весом всей пробы составляет ничтожную величину. Чем больше количество частиц материала пробы, тем равномернее после перемешивания располо­жатся в пробе частицы с более богатым и более бедным содержанием полезных компонентов. Следовательно, если разделить такую пробу. на две равные части, в каждую половину попадет примерно одина­ковое количество частиц с богатым и бедным содержанием полезных компонентов. Конечно, количество таких частиц в каждой половине совершенно одинаковым не будет, но так как вес каждой частицы, по сравнению с весом начальной пробы, невелик, это сколько-нибудь существенно не отразится на среднем содержании компонентов в той и другой половине. Исходя из этих соображений, обработку проб ведут следующим образом. Сначала по соответствующей фор­муле определяют, можно ли при данной крупности кусков начальной пробы произвести ее сокращение без предварительного дробления, если можно, то во сколько раз, если нельзя, то до какого размера нужно измельчить пробу, чтобы ее можно было сократить в несколько раз, например в два или четыре раза (в соответствии с наличием того или иного оборудования).

Для определения веса, до которого может быть сокращена проба, пользуются формулой Чечотта:

Q = К * d2

где Q — вес, до которого может быть сокращена проба;

d — диаметр наиболее крупных частиц пробы в мм;

К — коэффициент, зависящий от характера руды.

После измельчения пробы до необходимого размера ее просеивают через грохот с отверстиями, диаметр которых соответствует диаметру частиц, до которого производилось измельчение. Не прошедшие через грохот куски подвергают повторному дроблению и присоеди­няют к измельченной пробе. Затем пробу подвергают тщательному перемешиванию и сокращению во столько раз, сколько позволяет степень измельчения. Далее определяют, до какого диаметра необхо­димо измельчить сокращенную пробу, чтобы ее можно было сокра­тить еще в несколько раз. Вновь производят дробление, но уже до более мелкого диаметра, затем грохочение, перемешивание и сокра­щение. Так последовательно в несколько стадий пробу сокращают до лабораторной.

Дробление проб может производиться вручную в чугунных ступах или молотками на чугунных плитах и механически при помощи различных дробилок и истирателей.

Грохочение (просеивание) также может производиться вручную при помощи обычного грохота, на который материал пробы кидают лопатой, а если проба небольшого объема — при помощи лабораторных сит и механически при помощи механических грохотов различных типов.

Перемешивание крупных проб весом свыше 2—3 т производится перелопачиванием.

Сокращение производят при помощи делителей, механиче­ских сократителей и вручную. Наиболее распространенным способом ручного со­кращения проб является способ кварто­вания.

Проба после перемешивания раз­вертывается в диск небольшой толщины и при помощи крестовины делится на четыре равных сектора. Два противоположных сектора отбрасываются, а два других объединяются. Если на данной стадии обра­ботки пробу нужно сокращать еще, производят перемешивание оставшейся части и повторное квартование. Так поступают, пока не получат пробу требуемого веса.

Сокращение квартованием производится обычно при весе началь­ной пробы не более 2—3 т. При большем весе начальной пробы ее вначале делят на две или более кучи лопатами. Одна из куч отби­рается в качестве пробы.

 

Испытание проб

Для качественной характеристики полезного ископаемого при­меняются химические анализы, минералогические исследования, технические и технологические испытания.

Химические анализы проб во многих случаях яв­ляются основой для определения промышленной ценности место­рождения. На основании химического анализа определяется со­держание в полезном ископаемом различных составных частей, в том числе полезных и вредных компонентов. Для рудных полезных ископаемых химический анализ является основой для определения запасов руды и заключенных в ней металлов.

Минералогические исследования произво­дятся для определения минералов, входящих в состав данного полезного ископаемого. При помощи этих исследований выясняют условия образования месторождения и физические свойства минера­лов, которые необходимо знать для выбора способа обработки или переработки руды. Иногда минералогические пробы служат для определения содержания полезных компонентов.

Технические испытания производятся в тех слу­чаях, когда качественная характеристика полезного ископаемого не может быть дана на основании химического анализа. Например, качественная характеристика строительных камней определяется их механической прочностью, слюды — площадью кристаллов, асбеста — прочностью, длиной, тонкостью, гибкостью, огнестой­костью волокна и т. п.

Технологические испытания проводятся с целью выяснения основных технологических процессов будущей промыш­ленной обработки и переработки полезного ископаемого, например для выяснения наиболее подходящего способа обогащения полезного ископаемого, выбора наиболее подходящего технологического процесса коксования угля, выплавки металла из руды и т. п. Эти данные необходимы для проектирования предприятий, которые бу­дут производить обработку или переработку полезного ископаемого (обогатительные фабрики, коксохимические комбинаты и т. п.).