Последовательность прохождения различных горных выработок

 

 

- Простые залежи сначала горные выработки (неглубокие) доходят до рудного тела, его характеризуют – затем скважину(-ы), чтобы вскрыть висячий бок залежи.

- Сложные залежи сначала скважинами определяются контуры залежи, затем определяются направления горных выработок.

- Весьма сложные залежи сначала канавы (до рудного тела), затем скважины до висячего бока, в скважинах проводятся геофизические исследования, оконтуривается залежь и затем закладываются горные выработки.

При выборе относительного числа скважин и других горных выработок необходимо учитывать, что проходка скважин быстрее в 2-3 раза, чем горных выработок и стоимость скважины меньше, но скважины не позволяют возвращаться и дорабатывать пропущенные особенности строения. Чем мельче рудные тела, тем больше необходимость использования горных выработок. Чем проще тело, тем больше скважин по сравнению с горными выработками.

 

3.14. Опробование

 

3.14.1. Общие сведения о пробах и опробовании

 

Опробование это взятие, обработка и исследование проб с целью установления качества и количества руды и полезных компонентов. Опробование - важнейший способ получения информации в геологии. Это единственный способ непосредственного определения наличия руды, или значения изучаемого параметра геологической среды.

Опробование проводится на всех этапах и стадиях геологоразведочных работ, начиная с региональных и кончая эксплуатационной разведкой. На каждом этапе опробование имеет свои особенности, однако всегда опробование остается одним из ответственейших видов работ. Опробование используется также при любых геологических, инженерных, гидрогеологических и других работах. В основном, опробование применяют для двух целей. С одной стороны – пробы отбирают для выявления качества и количества полезного ископаемого, его химических, минералогических, технических (физических), технологических свойств. С другой стороны – это метод поисков (при изучении ореолов и потоков рассеяния) и разведки.

Результаты опробования служат основанием для выделения и оконтуривания промышленно ценных скоплений, природных и технологических типов и сортов полезных ископаемых, подсчёта их запасов, ведения геологоразведочных и эксплуатационных работ, выбора способа переработки минерального сырья, определения потерь и разубоживания, принятия мер для лучшего использования недр и борьбы с загрязнением окружающей среды, решения других задач.

Пробы делятся на материальные и нематериальные

Материальная проба - порция материала, отобранная от изучаемого объекта для проведения тех, или иных испытаний. Материальные пробы могут быть сплошными, или составленными из отдельных порций, отобранных по определенной системе. Материальные пробы уникальны и неповторимы.

Нематериальная проба (визуальная или приборная) - локальное специфическое одиночное измерение, предназначенное для определения какого-либо признака (или комплекса признаков) в объеме руды, или горной породы (геофизические, радиометрические, люминесцентные характеристики, или признаки).

Объекты опробования, его цели и задачи чрезвычайно разнообразны. Поэтому разные ведомства выпускают свои инструкции, регламенты, параметры и технические средства опробования.

Цели и задачи опробования

Определение среднего содержания, характерного для опробуемого объекта в целом, или для некоторой его части

Оценка наблюдаемой изменчивости и определении закономерностей этой изменчивости.

Задачи опробования при разведке

1. Определение запасов руды и металла.

2. Оконтуривание рудных тел, а в их пределах – участков различных по качеству видов минерального сырья.

3. Выработка направлений геологоразведочных и подготовительных эксплуатационных работ.

4. Выбор способа переработки руд при их обогащении.

5. Составление планов и программ добычи руды и металла.

6. Контроль за полнотой отработки рудных тел при эксплуатации.

7. Получение исходных данных для определения потерь, разубоживания и разработки мер борьбы с ними.

 

Виды опробования

1. Химическое – определяется содержание в руде главного элемента и элементы-примеси как полезные, так и вредные. При низких содержаниях химическое определение может быть не точным, его дополняют спектральными, нейтронно-активизационными и другими методами. Геохимическое опробование спектральное, атомно-адсорбционные – методы качественные, но позволяют отделить пробы с заведомо низким содержанием.

Необходимый размер пробы – граммы.

2. Минерало – петрографическое – по минеральному составу руд определяют условия их образования, поступления расплавов, условия технологии переработки, минералогическую зональность, минеральное строение рудных тел, распределение металла по разным минералам. Изучение шлихов и шлифов – визуальное изучение проб.

Необходимый размер пробы – десятки граммов.

3. Техническое. Изучаются влажность, пористость, крепость, оптические свойства. Для руд – объемная масса, влажность, что необходимо для подсчета запасов. Например, строительные материалы исследуются на сопротивление сжатию, изгибу, на морозостойкость. В глинах определяются их керамические свойства (огнеупорность, пластичность, спекаемость, огневая усадка).

Подумайте, что определяют у драгоценных камней, слюды, асбеста, алмазов.

Необходимый размер пробы - штуфы 20х20х20 см и монолиты – 0,05 – 0,1 м³.

4. Технологическое – для выбора системы переработки. Производится в процессе детальной и эксплуатационной разведки.

Необходимый размер пробы от сотен килограммов до тысяч тонн.

Если проба не соответствует опробуемому объекту, она не нужна, а только вредит делу. Поэтому проба должна быть достоверной и представительной

Достоверность опробования

Степень соответствия значений признака (например, содержания полезного компонента), показанного пробой, реальному значению этого признака в объеме пробы. Количественное выражение достоверности – техническая ошибка, которая складывается из погрешности отбора, обработки и анализа

Ошибки разделяются на случайные и систематические. Случайные ошибки усредняются при увеличении числа проб. Систематические – нет.

Представительность степень соответствия содержания компонентов в пробе содержанию их в том объеме тела полезного ископаемого, на который распространяются данные этой пробы. Для оценки представительности пробы надо знать истинное среднее содержание, чего не бывает, что следует узнать.

Оценивают вероятную представительность: αn = tV0, где αn представительность пробы (погрешность аналогии), t коэффициент вероятности – (степень принимаемой вероятности оценки погрешности аналогии) V0 коэффициент вариации содержания в пробах данного вида в пределах конкретного блока

Процесс опробования месторождений разделяется на три этапа: отбор проб, их обработку и анализ (испытание). Отбор проб производится в обнажениях, различных горных выработках и буровых скважинах, как в естественных залеганиях, так и из отбитых или складированных масс. Способы отбора проб зависят от задач и видов опробования.

 

3.14.2. Способы отбора проб

 

Выделяются три группы способов отбора проб в горных выработках: точечные, линейные и объёмные. К первой относятся штуфной, когда проба представлена отдельными образцами, точечный — порции отбиваются по определённой сети со стенок горных выработок, горстевой — порции отбираются по сетке с поверхности отбитой руды или породы в навале, вагонетке, машине и др.

Представители второй группы — бороздовый и шпуровой способы. Бороздовый способ наиболее распространён в практике геологоразведочных работ; заключается в отбойке или выпиливании борозд различного сечения и длины в зависимости от мощности тела полезных ископаемых и характера распределения составляющих его компонентов. Шпуровой способ заключается в сборе материала, получаемого при бурении шпуров для проходки горных выработок или специально задаваемых для опробования.

К третьей группе относятся задирковый и валовый способы.

 

Штуфное опробование. В забое, стенке, или из уже отбитой массы отбирается 1-3 образца (штуфа) массой 0,2 – 0,5 кг. Быстро, просто, дешево. Для химического анализа штуфное опробование непригодно из-за малой точности и непредставительности этого вида опробования. Штуфное опробование используют для минералого-петрографических исследований, изучения физико-механических свойств, технических испытаний.

Бороздовое опробование. Наиболее распространенный способ опробования руд. При бороздовом опробовании выкалывается (вырезается) узкая лента (борозда), ориентированная по линии наибольшей изменчивости (по мощности). Пробы обычно отбираются в забое, по стенкам и в кровле.

Иногда, особенно при крайне неравномерном распределении материала, отбирают две-три параллельные пробы, которые затем объединяют. Зональные и полосчатые рудные тела опробуют по секциям. Длина бороздовых проб зависит от мощности и может составлять 2-3 м. Сечение – квадратное, треугольное и чаще всего прямоугольное, глубина – 2-3 см, ширина 5 – 15 см (рис.14.1).

 

 

Рис.14.1. Схемы расположения бороздовых проб в забоях и на стенках горных выработок. По Авдонину и др. 2007

 

Метод очень хороший, но трудоемкий. Поэтому применяют пунктирные борозды 2-4 см и промежуток 3-5 см (составная проба), или пленочные, глубиной 2 – 3 мм.

Бороздовое опробование невозможно применять, если необходимо опробовать тонкие одиночные прожилки благородных металлов, очень редкие зерна ценных металлов (конгломераты с золотыми самородками), гнезда хромшпинелидов с крупными включениями платины и т.д., очень хрупкие вкрапленники (выкрашиваются).

В этих случаях, а также при опробовании маломощных тел, когда обычные бороздовые пробы не обеспечивают необходимой массы, применяют сплошной (рис.14.2) или составной задирковые способы отбора проб.

Сплошная задирка проводится по всей мощности анализируемого природного образования, глубина и ширина которой определяется необходимой массой пробы и размерами опробуемых частей тела полезных ископаемых. Для этого срезают сплошной слой руды со всей площади тела полезного ископаемого, вскрытого горной выработкой. Глубина задирки - 3-10 см, масса до сотен килограммов и тонн. Это трудоемкий и дорогостоящий, поэтому его используют в случаях, когда необходимо:

1. опробовать тонкие рудные жилы золотых и редкометальных месторождений мощностью, не превышающей 10 см;

2. для контроля более простых и менее надежных методов;

3. для замены еще более дорогой валовой пробы (тогда глубина увеличивается до 20 см).

 

 

Рис.14.2. Задирковый способ опробования (По Авдонину и др. 2007)

 

Валовое опробование, при котором в пробу поступает вся отбитая масса полезных ископаемых или породы с определённой длины горной выработки, применяется при крайне неравномерном распределении полезных компонентов, когда другие способы не обеспечивают надёжность проб; служит для отбора проб для технических и технологических испытаний и специальных работ по контролю других способов пробоотбора. Для характеристики в полном объёме состава и свойств тела полезных ископаемых отбор проб производится в трёх направлениях: вкрест простирания, по простиранию и падению залежи. При валовом опробовании берут все. Количество материала при этом часто превышает разумные пределы и тогда пробу сокращают. Для этого либо берут пробу по отдельным интервалам, или каждую 2, 3, n - ную лопату, бадью, вагонетку. Объем валовых проб достигает десятков куб.м и сотен тонн.

При шпуровом опробовании собирают шлам, выбуриваемый в процессе проходки шпуров. Достоинства способа: высокая производительность, механизация пробоотбора, выдержанность сечения пробы, тонкое измельчение материала, возможность отбора проб за пределами горной выработки.

Недостатки способа невозможность опробования выработок, идущих вдоль рудного тела, невозможность секционного отбора проб, неточность геологической документации, большие потери шлама.

Составные пробы получаются, когда испытуемый материал отбирают в отдельных точках, а потом объединяют. При этом применяются квадратная, ромбическая и прямоугольная сетки (рис.14.3) с ячейками примерно 10х10, 20х20 см. Масса одной порции 50-100 г., число порций – 10-20. Составные пробы разрешаются, если доказано, что составная проба сопоставима со сплошной (задирковой).

 

а б в

Рис.14.3. Расположение точечных проб по сетке (по Авдонину и др. 2007): а - квадратная сетка, б - ромбическая сетка, в - прямоугольная сетка

 

Разновидностью точечного является горстьевой способ когда проба (от 10 до 25 порций, в зависимости от равномерности распределения компонента, и массой каждого до 200 г) отбирается из навала отбитой руды (рис.14.4).

 

 

Рис.14.4. Расположение точечных проб в навале отбитой руды у забоя (горстьевой способ) (по Авдонину и др. 2007):

 

Этот способ неточный, так как в навале имеются большие глыбы, и, кроме того, в навале происходит селекция по удельному весу обломков.

Иногда единичные пробы вычерпывают до дна (опробование с помощью вычерпывания (рис.14.5).

 

 

 

Расположение лунок при опробовании навала руды по способу вычерпывания

(по Авдонину и др. 2007):

 

Опробование при бурении разведочных скважин процесс специфический, так как стенки скважин недоступны для непосредственного осмотра. Иногда в скважину помещают телевизионную камеру. Кроме того, обычно невозможен повторный отбор проб и количество материала в пробе ограничено.

В зависимости от видов бурения и разные способы отбора проб.

При опробовании скважин колонкового бурения большого диаметра отбирается 1/2 керна путём деления его вдоль специальными керноколами или распиливанием алмазными пилами. При малом диаметре бурения в пробу берётся весь керн. В случае малого его выхода (менее 70%) наряду с керном в пробу отбирается мелкая фракция, накапливаемая в шламовых трубах и отстойниках у устья скважин (шлам, муть, пыль и др.), или производится расширение стенок скважин с отбором получаемого материала или отдельных образцов с помощью специальных расширителей и пробоотборников. Если выход керна менее 70%, или если установлено избирательное истирание полезного компонента попутно отбирается шлам.

2. При ударно-канатном бурении изучается шлам.

3. При бурении сплошным забоем в пробу поступает раздробленный материал, который поднимается желонкой или транспортируется промывочной жидкостью или воздухом. При выносе тяжелые частицы отстают от легких.

4. При бурении шнеком в пробу идёт материал, заполняющий шнек.

Длины керновых и шламовых проб определяются конкретными геологическими особенностями тел полезных ископаемых и длинами рейсов бурения. Массы проб зависят от их длины, диаметра бурения и объёмной массы материала пробы.

Как и при опробовании горных выработок, опробование скважин может быть сплошным, интервальным, секционным или пунктирным.

Пробы воды отбираются из горных выработок и скважин, а также из естественных водоёмов и водотоков. На нефтяных месторождениях отбор проб производится из каждого промышленного пласта в стеклянные банки с притёртыми пробками.

Отбор проб газа производится в естественных его выходах или из скважин способом вытеснения воды, продувания газом и заполнения резинового баллона. Объём разведочных проб 1-2 л, а для детальных исследований 30-50 л.

 

По направлению мощности рудное тело опробовается непрерывно.

Для определения расстояния между пробами по простиранию используется эмпирическая формула или используются табличные значения (табл.14.1).

l = 200: V, где

l – расстояние между пробами,

V – коэффициент вариации

Коэффициент вариации используют для сравнения рассеивания двух и более признаков, имеющих различные единицы измерения. Коэффициент вариации представляет собой относительную меру рассеивания, выраженную в процентах.

Он вычисляется по формуле:

,

где - искомый показатель, - среднее квадратичное отклонение, - средняя величина.

Измеряется в единицах измерения самой случайной величины. Равно корню квадратному из дисперсии случайной величины. Среднеквадратическое отклонение используют при расчёте стандартной ошибки среднего арифметического, при построении доверительных интервалов, при статистической проверке гипотез, при измерении линейной взаимосвязи между случайными величинами.

Среднеквадратическое отклонение:

 

 

Таблица 14.1.

Расстояния между пробами (по В.Смирнову)

 

Группа месторождений	Характер распределения металла, подлежащего определению	Коэффициент вариации содержания этого металла	Тип месторождения	Расстояние между пробами, м
	Весьма равномерный		Морские осадочные месторождения железа и марганца	50-15
	Равномерный	20-40	Осадочные месторождения железа, марганца, бокситов, некоторые метаморфические месторождения железа	15-4
	Неравномерный	40-100	Большинство месторождений цветных металлов, некоторые месторождения редких металлов	4-2,5
	Весьма неравномерный	100-150	Преимущественно месторождения редких металлов, золота	2,5-1,5
	Крайне неравномерный	Более 150	Некоторые месторождения редких металлов, золота	1,5-1

 

Для сокращения числа анализов на попутные компоненты составляются групповые пробы из дубликатов рядовых и объединённых проб. При чередовании различных текстур, типов и сортов руд для их характеристики отбираются пробы отдельными интервалами (секциями), соответствующими мощности этих разновидностей руд. Такое опробование применяется и при большой мощности тел полезных ископаемых секциями заранее обусловленной длины. Расстояния между пробами и их массы зависят от назначения опробования и характера распределения полезных ископаемых. Расстояния варьируют от 1 до 50 м. Масса точечных и линейных проб достигает нескольких кг, а объёмных для технологических испытаний — нескольких тысяч т.

 

3.14.3. Обработка проб

 

Для получения средних данных по участку смежные однотипные пробы нередко объединяются.

Пробы обычно высушиваются (при температуре не более 100°) и иногда делается предварительное просеивание, дробление – в дробилках различных конструкций.

Обработка проб россыпных месторождений заключается в предварительном обогащении песков путём их отмывки до получения шлиха (шлиховые пробы). Этим же методом пользуются при производстве шлиховой съёмки и подготовке фракционных проб для минералогических исследований.