Основные требования к методике поисков и разведки месторождений нерудного металлургического сырья

09.06.2018
Методика поисков и разведки месторождений нерудных полезных ископаемых, используемых металлургической промышленностью, принципиально не отличается от общей методики поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых.

Для правильного ведения поисковых и разведочных работ необходимо иметь кондиционную топографическую основу требуемого для данной стадии работ масштаба.

Хорошо составленная топографическая карта позволяет правильно (с учетом рельефа местности) проектировать поисковые маршруты, места заложения поисковых и разведочных выработок, планировать объемы и виды работ по подготовке площадок для буровых скважин, штолен и подъездных путей к ним. Для месторождений, подлежащих открытой разработке, топографическая карта необходима также для определения объема вскрышных пород, а нередко и самого полезного ископаемого. При разработке не выходящих на дневную поверхность месторождений подземным способом рельеф поверхности не влияет на точность определения объема полезного ископаемого, и необходимая точность вычисления площадей и объемов полезной толщи обеспечивается инструментальной привязкой разведочных выработок в плановом и высотном отношении. Однако и при подземном способе разработки топографическая основа также необходима.

Рельеф местности оказывает большое влияние на выбор места закладки шахтных стволов, наземных сооружений и транспортных, особенно железнодорожных путей. Устья шахт должны располагаться так, чтобы они и окружающие их сооружения не страдали от затопления при половодье, ливнях и таянии снегов, а в горных районах — от камнепадов, снежных лавин и оползней склонов. Естественно, что правильно выбрать место закладки ствола шахты и верно расположить наземные сооружения и подъездные пути можно лишь при наличии полноценной топографической основы, выполненной в масштабе, соответствующему рельефу местности. Таким образом, независимо от способа будущей разработки месторождения, на всех стадиях геологоразведочного процесса необходимо иметь полноценную топографическую карту требуемого масштаба.

Масштаб топографической съемки поверхности разведуемого месторождения определяется размером месторождения и сложностью рельефа местности, исходя из требований инструкции ГКЗ России по применению классификации запасов к соответствующим видам полезных ископаемых.

На крупных месторождениях, имеющих большое площадное распространение, и в условиях спокойного рельефа масштаб топографической основы может изменяться от 1:2 000 до 1:5 000, а в некоторых случаях (крупные месторождения карбонатных пород и глин) даже до 1:10 000. На месторождениях небольших или с сильно пересеченным рельефом масштаб топографической основы обычно не менее 1:500—1:1000.

Масштаб топографического плана окрестностей месторождения, охватывающий всю площадь развития продуктивного горизонта и прилегающих к нему участков, определяется площадью развития продуктивного горизонта и сложностью рельефа поверхности; он может колебаться от 1:10 000 до 1:50 000.

Сечение горизонталей на топографическом плане должно соответствовать масштабу. Топографические планы можно составлять в условной системе координат, но с обязательной привязкой опорной точки к общегосударственной сети триангуляции.

He менее важное значение имеют и геологические карты района поисковых работ, месторождения и его окрестностей. Хорошо составленные карты позволяют вскрыть особенности геологического строения изучаемых объектов. На геологических картах должны быть показаны взаимоотношения продуктивного горизонта с вмещающими его породами, фациальные изменения развитых на площади поисковых работ или слагающих месторождение пород по простиранию и на глубину, элементы тектонических нарушений и их влияние на формирование тел полезного ископаемого, приуроченность залежей полезных ископаемых к тем или иным структурным элементам и все другие факторы, которые помогают лучше познать геологическую позицию исследуемого объекта.

Основой для проведения поисковых и разведочных работ является геологическая карта необходимого масштаба. Масштаб карты определяется стадией геологоразведочного процесса, размером изучаемого объекта и сложностью его строения. Необходимые масштабы геологических карт для проведения поисковых работ были приведены выше. При разведке крупных месторождений (измеряемых несколькими квадратными километрами), характеризующихся простым строением или близким к горизонтальному залеганием слагающих их пород, наиболее рациональным является масштаб 1:5000—1:10 000. Для месторождений меньших или имеющих сложное строение при крутопадающих слоях может быть рекомендован масштаб 1:1 000—1:2 000.

На крупномасштабной геологической карте должны быть правильно и точно показаны не только поля развития тех или иных толщ, горизонтов, пачек, условия их залегания, структуры и тектонические нарушения в плоскости поверхностного среза или под четвертичным покровом, но и распространение всех этих элементов на глубину. Поэтому на крупномасштабной геологической карте по возможности должны быть построены стратоизогипсы и составлено к ней большое количество различно ориентированных разрезов, погоризонтных планов, блок-диаграмм и т. д. Геологической съемкой должна быть охвачена вся территория проведения поисковых и разведочных работ.

Очень важно правильно установить границы геологической съемки на стадии детальной разведки. Эти границы обязательно должны выходить за пределы месторождения. Площадь съемки должна охватывать все участки месторождения, структуры и элементы, определяющие условия залегания пород, вмещающих полезное ископаемое, рудоконтролирующие структуры, площади распространения пород, непосредственно влияющих на гидрогеологический режим месторождения, и т. д.

Центральным вопросом методики разведки месторождений полезных ископаемых является обоснование принятой плотности разведочной сети и ее соответствие геологическому строению месторождения.

Обычно для обоснования плотности разведочной сети на месторождениях нерудного сырья для металлургии используются метод последовательного разрежения разведочной сети и метод аналогии, реже метод математической статистики и др.

При анализе обоснования принятой плотности сети разведочных выработок методом последовательного разрежения следует учитывать, что опытное сгущение сети выработок должно производиться на достаточно больших участках, характеризующих тела полезного ископаемого различного генетического и морфологического типа. Размер опытного участка должен обеспечить размещение требуемого количества выработок по сети, вдвое превышающей сеть, принятую для категории C1. Требуемое количество выработок зависит от сложности геологического строения и, как правило, должно составлять не менее 9 на выдержанных месторождениях, 16 на относительно выдержанных и 25 — на невыдержанных.

Конечная плотность сети выработок в пределах опытного блока должна быть не менее чем в два раза более плотной, чем принятая при разведке данного месторождения для выявления запасов самой высокой категории. Сгущение сети для получения запасов высоких категорий должно производиться на площадях первоочередной отработки, представительных по геологическому строению и характеру изменения состава и качества полезного ископаемого.

При доразведке разрабатываемых месторождений для определения плотности разведочной сети необходимо произвести сравнение данных разведки и эксплуатации.

Для сопоставления данных разведки и эксплуатации прежде всего следует принимать эксплуатационные блоки, совпадающие с подсчетами, при этом такие, по которым есть уверенность, что рудничная геологическая документация и эксплуатационное опробование проведены правильно. Очень важно, чтобы эти блоки характеризовали выемочные пространства большой площади и были отработаны не менее чем на половину. Сравнение разведочных и эксплуатационных данных должно быть произведено раздельно для залежей различных морфологических типов и оцениваться по результатам сходимости площади распространения полезного ископаемого и его мощности, а также — содержанию в нем полезных и вредных компонентов. Необходимо дать оценку подтверждаемости принятой при разведке морфологии рудных тел. Если при сопоставлении будут установлены расхождения, необходимо выяснить их причины и разработать мероприятия, исключающие возможность повторения при продолжении разведки данного месторождения или при проведении разведочных работ на других аналогичных ему месторождениях.

При постановке разведочных работ на еще не разрабатываемом месторождении необходимо произвести сравнение данных разведки и эксплуатации соседних однотипных эксплуатируемых месторождений и (исходя из результатов сопоставления) определить оптимальную плотность разведочной сети, проверив правильность ее другими методами.

Полезно произвести также сравнение данных детальной и эксплуатационной разведки, эксплуатационной разведки и эксплуатации, что позволит более полно и правильно судить о правильности применяемой сети выработок. При таком сопоставлении может быть установлено, что основной причиной расхождения между данными детальной и эксплуатационной разведки с одной стороны и данными эксплуатации — с другой являются не дефекты разведки, а дефекты эксплуатации: большие потери при добыче и обогащении, сверхнормативное разубоживание и т. д. В этом случае необходимо разработать рекомендации по улучшению работы горнодобывающего предприятия.

Опыт разработки месторождений нерудного металлургического сырья показывает, что имеются случаи существенного расхождения данных эксплуатации с разведочными данными. Это приводит к необходимости производить доразведку месторождения, менять проектные решения по вскрытию и подготовке месторождения, вносить коррективы в систему его отработки. Все это влечет за собой потерю времени на освоение месторождения и приводит к бросовым затратам на проходку горных выработок, к увеличению капитальных вложений по сравнению с предусмотренными проектом. Однако, говоря о неподтверждении разведочных данных эксплуатацией, необходимо иметь в виду, что данные разведки не могут абсолютно совпадать с теми, которые действительно устанавливаются при эксплуатации. Они должны подтверждаться в основных, главных чертах и с определенными допусками, не влияющими на технико-экономические показатели разработки месторождения. Уточнение деталей строения полезной толщи, мощности полезного ископаемого и содержания в нем полезных и вредных компонентов в пределах отдельных эксплуатационных блоков является задачей не детальной, а эксплуатационной разведки.

При сопоставлении данных разведки и эксплуатации за достоверные данные обычно принимаются данные эксплуатации. Однако при этом необходимо иметь в виду, что самые точные маркшейдерские планы выработанного пространства не всегда правильно отражают объем и форму отработанного тела полезного ископаемого. В процессе эксплуатации неизбежны потери полезного ископаемого и его разубоживание. Вследствие этого вынутая из недр масса полезного ископаемого ни по объему, ни по массе, ни по качеству не отвечает фактически существующей в недрах. Еще менее достоверны данные эксплуатации в отношении характеристики строения тела полезного ископаемого, так как очистные и горноподготовительные выработки, как правило, не пересекают полностью зоны дизъюнктивных нарушений, участки пустых пород, дайки, жилы, зоны интенсивного карстования, размывов и т. д. Поэтому точное положение ряда структурных элементов и их взаимоотношение с телом полезного ископаемого при эксплуатации месторождения не устанавливается.

Потери и разубоживание, неточный учет типов и сортов полезного ископаемого искажают качественную его характеристику. Допускаемые проектные ошибки разработки месторождения и переработки сырья еще более снижают достоверность данных эксплуатации. Все это говорит о том, что прежде чем принимать за эталон данные эксплуатации, их необходимо тщательно проанализировать. В отдельных случаях целесообразно работникам геологоразведочной организации провести контроль за полнотой выемки, правильностью разработки месторождения и переработки минерального сырья, соответствия технологической схемы, по которой работает предприятие, принятой при технологическом изучении сырья на стадии детальной разведки.

В практике о правильности разведки часто судят по равномерности разведочной сети. Действительно, на стадии предварительной разведки разведочные выработки должны быть распределены на площади месторождения равномерно. Это позволяет получить максимум объективной информации о месторождении, что достаточно обосновано в работе Д. Матерона и находит свое подтверждение в теории конфигурации расположений, определяемых равномерностью.

Однако при этом следует учитывать, что не всегда равномерная сеть выработок дает более полный и нужный материал для суждения о строении месторождения, чем неравномерная сеть. Почти на каждом месторождении возникает необходимость проходить дополнительные выработки для расшифровки отдельных деталей строения месторождения, уточнения положения зон тектонических нарушений, определения характера и скорости выклинивания тел полезных ископаемых на флангах и глубину, оконтуривания карстовых полостей, зон размыва и т. д. Все это и обусловливает неравномерность сети разведочных выработок на стадии детальной разведки. Поэтому при выборе системы расположения разведочных выработок следует исходить не из равномерности разведочной сети, а из того, насколько эта система позволит вскрыть особенности геологического строения разведуемого месторождения.

В тех случаях, когда детальная разведка требует проходки шахт или других дорогостоящих горных выработок, осуществлять ее следует в два этапа. На первом этапе проходятся только буровые скважины с целью определения целесообразности вскрытия месторождения или участка горно-эксплуатационными выработками, установления возможной производительности горнодобывающего предприятия и обогатительной фабрики. Степень разведанности на этом этапе доводят до категории В и C1 на месторождениях I группы и C1 — на месторождениях 2 группы.

На втором этапе для подготовки месторождения или участка к промышленному освоению из пройденных горно-эксплуатационных выработок проходят горноразведочные выработки и скважины подземного бурения с доведением запасов категорий А, В и C1 до требуемого соотношения.

Такая методика была применена при разведке месторождения плавикового шпата Таскайнар Восточный, что дало экономию средств на первом этапе разведки в размере 2 млн. руб. и сократило срок проведения разведочных работ на два года. После завершения работ первого этапа выяснилось, что необходимость осуществления работ второго этапа может и не возникнуть, так как невыясненные на первом этапе при буровой разведке вопросы могут быть решены при разработке рядом расположенного аналогичного месторождения Таскайнар Южный, эксплуатация которого будет предшествовать эксплуатации месторождения Таскайнар Восточный.

Нерудное металлургическое сырье в значительной своей части представлено карбонатными породами. При проведении поисковых и разведочных работ на месторождениях этих пород особое внимание должно быть уделено изучению процессов карстообразования.

Карст в теле полезного ископаемого затрудняет выявление достоверных запасов, осложняет горнотехнические условия разработки месторождения, обусловливает значительные потери сырья. На территории России карстом затронуты месторождения известняков, приуроченных почти ко всем стратиграфическим горизонтам палеозоя, частично протерозоя, мезозоя и неогена.

Особенности развития карстовых процессов неодинаковы для месторождений различных типов. В платформенных областях за-карстованные месторождения развиты довольно широко, но степень пораженности их значительно ниже, чем в горноскладчатых областях. Карст обычно проявляется по-разному: в одних случаях наиболее интенсивная закарстованность отмечается на участках с маломощным чехлом покровных отложений или участков развития трещиноватых пород, в других — карстом поражается вся толща карбонатных пород. На юго-западной окраине Донбасса, например, где находится большая группа (месторождений карбонатных пород нижнего карбона (Ново-Троицкое, Еленовекое, Kaракубское), наиболее интенсивные карстопроявления тяготеют к зонам тектонических нарушений сбросо-сдвигового характера и связаны с зонами контакта карбонатных пород с углесодержащими породами и сланцами. Количество карстовых пород в продуктивных горизонтах этих месторождений достигает 15—25%.

На развитие карста в известняках платформенных месторождений решающее влияние оказывают изменения региональных и местных базисов эрозии, вызванные эпейрогеническими колебательными движениями. В связи с этим интенсивные карстопроявления отмечаются в долинах рек, на участках сближения современной и древней гидрографической сети, близ глубоких эрозионных размывов и тектонически мобильных зонах.

В горноскладчатых областях сильно закарстованные месторождения приурочены преимущественно к поднятиям палеозойской складчатости с многочисленными разрывными нарушениями, раздробленностью и трещиноватостью. В горноскладчатых областях значительно более, чем на платформах, выражена связь карста с различными структурно-тектоническими формами, зонами разломов, повышенной трещиноватостью и другими тектоническими нарушениями. Другая особенность развития карста обусловлена частой литологической изменчивостью пород в разрезах геосинклинальных формаций. С этим связана, с одной стороны, неравномерность развития карста, с другой — приуроченность его к контактам растворимых и некарстующих пород. Особенно благоприятные условия для развития карста появляются на контакте известняков со сланцами, содержащими пирит, который способствует насыщению подземных вод углекислотой и таким образом повышает их растворимость.

При изучении карста обычно возникают трудности установления закономерностей его поведения на глубине. Экспериментальные работы позволили установить связь между закарстованностью и проницаемостью известняков. Производя корреляционный анализ, Н.И. Плотников пришел к выводу, что связь между коэффициентом фильтрации и коэффициентом закарстованности апроксимируется уравнением прямой. При этом им установлено пять типовых зависимостей коэффициентов закарстованности на глубине.

Достаточной проверки выведенные Н.И. Плотниковым зависимости не прошли, вследствие чего применение предложенных им формул должно в каждом конкретном случае обосновываться экспериментальными работами.

При проведении разведочных работ вскрытые карстовые полости обычно оконтуриваются. Это позволяет судить о форме карстовых проявлений, их характере, размере, глубине распространения и в какой-то мере прогнозировать развитие карста как по площади развития, так и по глубине распространения карбонатных пород.

Однако при определении величины закарстованности оконтуренные карстовые проявления должны учитываться. Исключение их приводит к искажению представления о действительной степени закарстованности пород. На рис. 1 приведен разрез толщи карбонатных пород Сысоевского месторождения известняков. Скважиной 47 вскрыта карстовая полость. Для ее оконтуривания пройдены шурфы № 155 и 159 на приведенном разрезе и ряд шурфов на смежных с ним, находящихся в 50 км от него. Таким образом, карстовая полость надежно оконтурена. Аналогичным образом оконтурены и другие карстовые полости, встреченные разведочными выработками. После исключения вскрытых карстовых полостей остальная часть карбонатных пород характеризовалась как не содержащая карстовых полостей, ибо в ней не установлено ни одной карстовой полости, не исключенной из контура подсчета запасов. Между тем в толще карбонатных пород несомненно имеются карстовые полости, не вскрытые разведочными выработками, особенно на площади подсчета запасов по категории C1, где сеть разведочных выработок довольно редка. Чтобы исключить ошибки, целесообразно процент закарстованности определять статистически, включая в вычисления и крупные полости, оконтуренные разведочными выработками, а верхнюю границу полезной толщи проводить без учета карстовых проявлений, как показано на рис. 1. Для выявления и картирования карста на участке разведки карбонатных пород целесообразно провести электропрофилирование.

Учитывая, что поверхностный карст распространяется до определенной глубины, нижнюю границу закарстованных пород следует проводить по отметке, соответствующей максимальной глубине вскрытых карстовых проявлений. Запасы нужно подсчитывать отдельно и в подсчет вводить установленный коэффициент закарстованности. Запасы, расположенные ниже отметки максимального развития поверхностного карста, следует подсчитывать отдельно и степень их закарстованности определять статистически по величине глубинного карста.

При установлении верхней границы зоны карбонатных пород затронутых поверхностным карстом, серьезное внимание необходимо уделять литологическому составу пород, покрывающих карбонатные отложения, чтобы более точно отделить материал карстовых заполнений от делювиально-элювиальных отложений. Нередко в материале, выполняющем карстовые полости, заключены: крупные глыбы карбонатных пород, что при недостаточной глубине вскрышных выработок может привести к неправильному установлению границы коренных карбонатных пород и неверному определению коэффициента закарстованности. При решении вопроса залегания карбонатных пород (коренное или некоренное), по данным вскрышных выработок, следует сопоставлять элементы залегания пород, а в случае их неясности проходить вскрышные выработки на большую глубину (2—3 м).

Большое влияние на достоверность геологической оценки изучаемого объекта оказывают детальность и правильность документации поисковых и разведочных выработок. Геологическая документация должна отражать все детали, необходимые для правильной увязки вскрытых разрезов, выяснение роли и влияния на геологическое строение района поисков или разведуемого месторождения тектонических нарушений, жил и даек интрузивных пород, закарстованности и т. д. Естественно, что геологическая документация должна соответствовать натуре. Поэтому в процессе проведения полевых работ необходимо регулярно производить сличение документации с натурой. Особенно тщательно сличение документации с натурой должно производиться на стадиях предварительной и детальной разведки месторождений. На этих стадиях сличение документации с натурой следует осуществлять не реже одного раза в год специально созданными для этого комиссиями, в состав которых должен входить представитель геологического контроля. Результаты сличения должны быть оформлены актом, в котором указаны все сличаемые выработки, общий объем проконтролированного керна и горных выработок и дано заключение о соответствии документации натуре, ее качестве, а также разработаны рекомендации по устранению установленных недостатков. Объем необходимого сличения зависит от масштаба месторождения и может колебаться в зависимости от сложности его строения от 10 до 50%, но во всех случаях должно быть проконтролировано не менее 6—10 выработок каждого типа.

При поисках и разведке месторождений нерудных полезных ископаемых опробование их является наиболее важной и сложной частью работы. К горным породам, используемым в качестве нерудного металлургического сырья, в зависимости от их вида и области применения предъявляются различные требования. Это обстоятельство обусловливает разнообразие способов взятия проб и методов их испытания. Задачей геолога является обеспечение такого сочетания способов опробования и методов общего геологического изучения месторождений, которое позволило бы данные опробования с большой долей вероятности распространить на всю залежь полезного ископаемого.

На каждом месторождении распределение слагающих его компонентов обусловлено рядом сложных геологических и геохимических процессов, которые имели место при его формировании и последующем преобразовании. Вследствие неодинакового проявления этих процессов в различных частях месторождения полезное ископаемое нередко имеет значительные различия в вещественном составе, структуре и текстуре. Колебания в составе и качестве полезного ископаемого иногда бывают настолько велики, что одни участки месторождения имеют промышленное значение, а другие не представляют практического интереса. В пределах контура развития промышленного сырья полезное ископаемое может быть представлено различными типами и сортами, переработка которых возможна по определенной технологии. Все эти вопросы выявляются на основании данных опробования в сочетании с геологическим изучением месторождения.

Опробование производится с различными целями и на всех стадиях поисковых, разведочных и эксплуатационных работ. В зависимости от этого меняются и способы отбора проб. Однако во всех случаях каждая индивидуальная проба должна отбираться по определенным правилам и с таким расчетом, чтобы качество полезного ископаемого, попавшего в пробу, соответствовало качеству всей той массы его, от которой она отобрана. Система расположения индивидуальных проб в залежи полезного ископаемого должна обеспечить достоверную характеристику среднего качества сырья в залежи и установить закономерности его изменения в пространстве. Таким образом, под опробованием следует понимать специальные геологические работы, проводимые с целью отбора проб для последующего определения по ним качества полезного ископаемого изучаемого месторождения.

Задачи опробования в разные периоды изучения месторождения различны и вытекают из задач, которые ставятся перед каждой стадией геологоразведочного процесса.

Основной задачей поисковых работ является установление наличия полезного ископаемого, по своему качеству и условиям залегания способного представлять промышленный интерес. Решение этой задачи достигается путем изучения имеющихся на площади поисковых работ естественных обнажений полезного ископаемого и пройденных для его вскрытия редких поисковых выработок. Как правило, в эту стадию изучения месторождения имеющихся естественных и искусственных обнажений полезного ископаемого недостаточно для характеристики найденного проявления полезного ископаемого, вследствие чего большое значение приобретают не только прямое определение качества полезного ископаемого, но и изучение признаков, его контролирующих. Из задач поисковых работ вытекают и задачи опробования на этой стадии. Это, прежде всего — установление качества полезного ископаемого в отдельных точках выхода его на дневную поверхность или по искусственным обнажениям, а также определение мощности продуктивных пород, характера изменения минерализации по мощности продуктивного горизонта. В задачи опробования на стадии поисков входят также установление характера контакта продуктивных и вмещающих пород, выяснение зависимости интенсивности минерализации от стратиграфических, литологических и тектонических факторов, изучение парагенезиса минералов.

Главной задачей стадии предварительной разведки является общая оценка промышленных перспектив месторождения, установление возможных масштабов добычи и основных горнотехнических условий эксплуатации. Эти вопросы обуславливают и задачи опробования, основными из которых являются: определение внешнего контура распространения промышленной минерализации, установление непрерывности или прерывистости промышленной минерализации на площади распространения полезного ископаемого, выделение отдельных слоев или пачек полезного ископаемого и некондиционных пород, позволяющих производить их выемку селективно.

На стадии детальной разведки задачей опробования является полное выяснение состава и качества полезного ископаемого, позволяющее определить оптимальную схему его промышленной переработки. Различие задач, стоящих перед опробованием на каждой стадии изучения месторождения, определяет и различные системы отбора проб на каждой из этих стадий. Однако, кроме системы отбора проб, от правильности выбора которой зависит достоверность характеристики качества сырья в целом по залежи или отдельной ее части (блоку), важное значение имеет способ отбора индивидуальных проб, от правильности которого зависит соответствие качества полезного ископаемого в пробе качеству полезного ископаемого в той точке месторождения, в которой она отобрана. Поэтому, производя поисковые или разведочные работы, необходимо осуществлять контроль опробования с тем, чтобы убедиться в достоверности получаемых данных при определенном способе взятия проб.

Контроль опробования обычно производится путем взятия двух сопряженных проб разными способами. Для контроля керновых проб отбираются бороздовые пробы в сопряженных со скважинами шурфах. Контроль бороздового опробования осуществляется путем взятия проб большего сечения, задирковых или валовых. На эксплуатируемых месторождениях с целью контроля опробования производится сопоставление его результатов с результатами эксплуатации. Помимо контроля опробования на всех стадиях геологоразведочного процесса должен производиться и контроль работы лаборатории, выполняющей химические анализы. Этот контроль разделяется на внутренний и внешний.

Внутренний контроль осуществляется в той же лаборатории, где производятся основные анализы рядовых проб путем анализа некоторого количества зашифрованных дубликатов проб. Основной задачей внутреннего контроля является своевременное выявление и устранение причин, приводящих к недопустимым случайным погрешностям рядовых анализов.

Оценку качества лаборатории при внутреннем контроле целесообразно производить не только по средней величине случайной ошибки, как это рекомендуют Н.В. Барышев и А.П. Прокофьев, но и по частоте ошибок, превышающей установленный норматив в соответствии с рекомендованной В.М. Борзуновым схемой.

Наличие в работе химической лаборатории случайных ошибок при достаточно большом количестве сопоставлений не влияет на среднее содержание определяемого компонента в минеральном сырье, но приводит к необоснованному включению в контур полезной толщи некондиционных пород или, наоборот, исключению из подсчитываемых запасов промышленного сырья, т. е. влияет на правильность установления промышленного контура тела полезного ископаемого. Наличие же в работе химической лаборатории систематической ошибки приводит к неправильному определению среднего содержания в сырье полезных компонентов и вредных примесей, т. е. к неправильной оценке его качества и отсюда к возможным ошибкам при разделении запасов на балансовые и забалансовые, определению количества кондиционных запасов. Наличие или отсутствие систематической ошибки устанавливается путем проведения внешнего контроля работы химической лаборатории. Внешний контроль должен производиться в другой лаборатории или в той же лаборатории, но другим методом. Для этой цели не реже одного раза в квартал отбираются и направляются в контрольную лабораторию пробы в количестве 25—30 для каждого типа и сорта минерального сырья. Отбор проб для проведения внешних контрольных анализов должен производиться из остатков порошков проб в основной лаборатории. Отбор материала для внешнего контрольного анализа не из остатков лабораторных проб, а из их дубликатов не всегда позволяет установить истинную величину погрешности работы лаборатории, так как погрешности подготовки проб могут вуалировать погрешности химического анализа. Поскольку целью внешнего контроля является установление наличия и величины систематической погрешности, внешний контроль следует осуществлять на пробах, предварительно подвергнутых внутреннему контролю и показавших хорошую сходимость. Это помогает при определении систематической ошибки исключить влияние случайных погрешностей. Поскольку случайные ошибки могут быть и в работе контролирующей лаборатории, то при установлении резких расхождений в анализах отдельных проб эти пробы должны быть подвергнуты повторному анализу в той же контролирующей лаборатории и независимо от результатов повторные анализы контролирующей лаборатории должны быть приняты при обработке результатов контроля. Механическое исключение сопоставления всех анализов, показавших большие расхождения, не должно иметь места.

В практике подсчета запасов во многих случаях обработку результатов контрольных анализов производят по схеме, рекомендуемой А.П. Прокофьевым. По этой схеме производится вычисление отклонений по каждой пробе с указанием знака отклонения и по преобладанию знаков отклонения устанавливается наличие систематической ошибки.

Величина ошибки определяется как отношение среднего содержания определяемого компонента по контрольным анализам к среднему содержанию полезного компонента по данным основных анализов.

Предложенная А.П. Прокофьевым схема обработки проб с установлением наличия систематической ошибки по преимущественному знаку отклонения является упрощенной. Этим методом можно установить лишь наличие или отсутствие ясно выраженной систематической ошибки, причем при условии очень большого количества контролируемых проб. При относительно небольшом количестве проб (20—30), а также при неясно выраженной систематической ошибке рекомендуется для установления ее наличия и величины обработку контрольных анализов вести по схеме, предложенной Н.В. Барышевым.

При установлении систематической ошибки, содержание искомого компонента в полезном ископаемом должно быть откорректировано путем введения поправочного коэффициента. Однако для этого необходимо убедиться в том, что результаты внешнего контроля достаточно точны сами и что выявленная систематическая ошибка действительно относится к работе основной лаборатории. Для этой цели должно быть произведено достаточное количество (не менее 25) контрольных арбитражных анализов тех же проб в третьей, наиболее квалифицированной лаборатории. Только после подтверждения достоверности контрольных анализов арбитражными может быть решен вопрос о введении того или иного поправочного коэффициента.

При оценке результатов контрольных анализов обычно вопрос представительности выборки, по которым производились контрольные анализы, не рассматривается, что может привести к существенным ошибкам. Так, при разведке одного флюоритового месторождения внешний контроль показал наличие систематических расхождений в отдельных классах проб по содержанию флюорита, причем в классах — 10 и 10—20% CaF2 контрольные анализы показывали более высокие содержания (+21,4 и 14,8% отн.), а в классах 20—30; 30—50 и более 50% CaF2 — более низкие (—4,2; —5,6 и —7,8% отн. соответственно). Суммарная ошибка во всех пробах контрольного анализа составила +0,12%, что позволило авторам отчета придти к выводу об отсутствии систематической ошибки и не вводить по результатам контрольных анализов поправочный коэффициент на содержание в рудах CaF2.

Произведенные арбитражные анализы подтвердили наличие и величины расхождений, установленные контрольными анализами (для указанных классов соответственно +21,3; +15,1; —4,3; —5,5 и —8,1), однако суммарная ошибка для всех классов составила + 10,6%. Это свидетельствует о наличии существенной систематической ошибки в определении содержания CaF2 и необходимости введения понижающего поправочного коэффициента.

Противоречивость полученных по данным контрольных и арбитражных анализов результатов объясняется не работой химических лабораторий, выполнявших эти анализы (обе лаборатории работали хорошо, о чем свидетельствует высокая сходимость результатов контрольных и арбитражных анализов отдельных классов руд), а соотношением в выборе проб с высоким и низким содержанием фтористого кальция, При производстве контрольных анализов непропорционально большое число проб с низким содержанием компенсировало ошибку определения CaF2 в пробах с высоким его содержанием. При производстве арбитражных анализов соотношение проб разных классов по содержанию CaF2 соответствовало этому соотношению для всех рядовых проб, участвующих в подсчете запасов. Косвенно о непредставительности выборки, по которой производились контрольные анализы, свидетельствует резкое различие в среднем содержании CaF2 в пробах, подвергнутых контрольному анализу (18,2%), и средним содержанием его в целом по месторождению, определенном по всем рядовым пробам (32,3%). Среднее содержание CaF2 в пробах, подвергнутых арбитражному анализу (34,1%), близко к среднему содержанию его в рудах месторождения.

Приведенный пример свидетельствует о том, что при определении результирующей ошибки в выборке, по которой производились контрольные анализы, необходимо учитывать соотношение классов в рядовых пробах и суммарную ошибку находить путем взвешивания средней ошибки, установленной для каждого класса на частоту рядовых проб этих классов. При такой обработке средняя ошибка в приведенном выше примере составила бы 10,4 отн.%, т. е. практически была бы подтверждена ошибка, установленная арбитражными анализами.

Проведенное в процессе детальной разведки месторождения опробование отражает размещение и изменчивость качества полезного ископаемого по пробам малого объема и характеризует среднее качество сырья в достаточно больших объемах полезного ископаемого, а иногда и всего месторождения.

Это обстоятельство часто вызывает ошибки при проектировании горнодобывающего предприятия, так как для проектирования используются средние значения признаков, характеризующие объемы полезного ископаемого, которые будут добываться и перерабатываться в течение многих лет или всего срока эксплуатации месторождения. Учесть все природные закономерности месторождения, определяющие технические решения работы предприятия на ограниченный срок, по опробованию на стадии детальной разведки не всегда возможно. Эта задача должна решаться на стадии эксплуатационной разведки.

Однако и достоверность опробования, осуществляемого на стадии эксплуатационной разведки, требует проверки. С этой целые результаты эксплуатационного опробования необходимо сопоставлять с данными обогатительной фабрики или перерабатывающего сырье предприятия. При этом также следует иметь в виду, что на обогащение или переработку может поступать сырье из разных блоков или даже участков месторождения и что обогатительная фабрика или перерабатывающее предприятие могут работать с отклонением от установленного режима. Вследствие этого для сравнения следует принимать лишь данные фабрики или предприятия по переработке сырья, полученного из эксплуатационных блоков, принятых для сопоставления, при условии что указанные предприятия во время переработок сырья работали в заданном проектном режиме.

Сопоставление следует производить не только в цифровом выражении. Необходимо произвести детальный разбор разрезов, гипсометрических и погоризонтных планов, первичной рудничной документации, планов опробования и т. д. Все эти материалы должны быть построены по одним и тем же линиям и сечениям, на тех же горизонтах и площадях как по данным разведки, так и по данным работы обогатительной фабрики или перерабатывающего сырье предприятия. Особое внимание при проведении разведочных работ должно быть уделено отбору технологических проб, главным образом в части их представительности.

В литературе по методике разведки месторождений полезных ископаемых широко распространено мнение, что представительной является проба, по своему составу и качеству руд отвечающая среднему составу и качеству руд месторождения. Такое положение служит одной из причин, обусловливающих недостижение в промышленных условиях технологических показателей, полученных при производстве технологических исследований. Дело в том что на обогатительные фабрики и перерабатывающие предприятия полезное ископаемое поступает не такого качества и состава, каким оно было в недрах, а в определенной мере разубоженное, причем в состав разубоживающих пород нередко входят породы, содержащие вредные примеси. Вследствие этого технологическая проба может считаться представительной в том случае, если полезное ископаемое в ней по своему вещественному составу, структуре и текстуре соответствует средним величинам указанных показателей сырья, поступающего на обогатительную фабрику или технологический передел. Это значит, что при определении представительности пробы необходимо учитывать степень разубоживания полезного ископаемого при добыче, вещественный состав, структуру и текстуру не только полезного ископаемого, но и разубоживающих его пород.

Однако сырье каждого месторождения неоднородно: имеется сырье, характеризующееся худшими показателями, чем среднее по месторождению (более низким содержанием полезных компонентов, более высоким содержанием вредных примесей, более сложным характером прорастания полезных и вредных минералов и т. д.). Это обусловливает необходимость отбора и испытания (кроме средней) пробы с предельно допустимыми показателями, установленными кондициями.

Отбор и испытание таких проб позволяет установить технологическую и экономическую целесообразность добычи и переработки сырья с предельными показателями.

Приведенное выше свидетельствует о том, что для оценки представительности технологической пробы необходимо хорошо знать вещественный состав, структуру и текстуру полезного ископаемого. Для этого в процессе разведки месторождения следует изучать минеральный и химический состав полезного ископаемого, его текстуру и структуру, составлять баланс распределения полезных и вредных компонентов по минералам. Большое значение имеют также правильность разделения минерального сырья на типы и разновидности по его вещественному составу, структуре и текстуре и количественная оценка распространения каждого типа и разновидности. Каждый выделенный тип и разновидность полезного ископаемого должен быть охарактеризован лабораторными технологическими исследованиями, что позволит определить принципиальную оптимальную схему обогащения или переработки их, установить возможность обогащения или переработки всех типов и разновидностей сырья по одной схеме или необходимость применения двух и более схем. Для подтверждения возможности обогащения или передела сырья разных типов и сортов по одной технологической схеме необходимо составлять объединенные пробы, состоящие из материала проб разных технологических типов и сортов, пропорционально их природному соотношению на месторождении.

Очень важно правильно выбрать масштаб технологических испытаний. Как правило на новых месторождениях, запасы которых предназначаются для промышленного использования, технологические исследования должны быть проведены в полупромышленных условиях. Полупромышленная проба отбирается для проведения технологических исследований в условиях, моделирующих промышленную технологию обогащения или переработки минерального сырья. При проведении полупромышленных испытаний уточняются основные узлы технологической схемы, реагентный режим и т. д. Проводятся они обычно на опытно-промышленных фабриках или в лабораторных условиях на установках, моделирующих промышленные.

Полупромышленным испытаниям обязательно должно подвергаться сырье месторождений новых генетических типов, схема переработки которых промышленностью не освоена, а также сырье известных промышленных типов при внесении в схему обогащения или переработки усовершенствований, не внедренных в производство. Сырье известных промышленных типов, технология обогащения или переработки которых не вызывает затруднений, полупромышленным испытаниям, как правило, не подвергается; производятся они в виде исключения с целью уточнения деталей промышленно-освоенной схемы применительно к сырью данного месторождения и улучшения технологических показателей.

Очень часто технологические исследования нерудного минерального сырья для металлургии проводятся в промышленных условиях. Промышленная или заводская проба отбирается для проведения промышленных (заводских) испытаний в условиях действующего промышленного предприятия. При проведении промышленных испытаний проверяется весь ход технологического процесса обогащения или переработки сырья по принятой на действующем предприятии схеме и технологическом режиме.

Последнее обстоятельство не позволяет вносить в технологический процесс каких-либо существенных коррективов. Вследствие этого промышленным испытаниям должно подвергаться труднообогатимое или сложноперерабатываемое сырье новых участков или месторождений, предназначенных для обогащения или переработки на данном предприятии, а также труднообогатимое сырье новых месторождений, переработка которых будет производиться на новом предприятии, построенном по той же технологической схеме, по которой работает предприятие, производившее промышленные испытания.

При необходимости внесения изменений в принятую схему технологические последования должны производиться в полупромышленных условиях. При оценке выбора технологической схемы необходимо учитывать не только технологические показатели, но и возможность воспроизводства ее в промышленных условиях, наличие и дефицитность оборудования, реагентов, факторы охраны окружающей среды. В частности все технологические исследования должны проводиться на оборотной воде, что обычно снижает технологические показатели, но обеспечивает сохранность окружающей среды.

Для перевода запасов полезных ископаемых из объемных единиц в единицы массы, а также расчета транспортных средств необходимо знание величины объемной массы. Различают объемную массу плотного тела и насыпную объемную массу.

Объемной массой плотного тела называется масса единицы объема минерального сырья, установленная без нарушения его структуры и текстуры. Величина объемной массы прямо пропорциональна ее плотности и обратно пропорциональна величине пористости и трещиноватости. Объемная масса плотного тела может определяться как в полевых, так и в лабораторных условиях, однако она должна быть определена для всех разновидностей и сортов минерального сырья. В полевых условиях объемная масса плотного тела определяется путем выемки определенного объема полезного ископаемого с последующим замером образованного в результате выемки пространства и взвешиванием вынутого объема минерального сырья. Отношение массы полезного ископаемого к его объему в недрах и является объемной массой сырья.

В лабораторных условиях объемная масса определяется или взвешиванием образцов полезного ископаемого в воздухе и жидкости, или взвешиванием образцов и определением их объема в мерном сосуде. В обоих случаях образцы полезного ископаемого обязательно перед взвешиванием в жидкости должны быть покрыты тонкой пленкой парафина. Возможно использование и других способов определения объемной массы, например расчетно-аналитического и графического, применение которых целесообразно в том случае, когда требуется знание объемных масс большого количества проб и при этом не требуется большой точности (например для установления корреляции между объемной массой и содержанием).

При определении объемной массы лабораторными способами следует иметь в виду, что эти способы дают удовлетворительные результаты для плотных, малотрещиноватых пород. Вследствие того что крупные полости, крупная трещиноватость при этом не учитываются, обычно объемные массы, определенные лабораторным путем, бывают завышенными. Поэтому лабораторные методы требуют проведения контрольных определений полевым способом.

При поисках и разведке сыпучих полезных ископаемых (формовочные пески и др.) важное значение имеет насыпная объемная масса.

Под насыпной объемной массой понимается масса единицы минерального сырья в разрыхленном состоянии. Величина насыпной объемной массы полезного ископаемого зависит от его плотности, формы и выдержанности размера слагающих его частиц.

Насыпная объемная масса определяется путем замера объема в мерных ящиках, при соответствующем уплотнении материала пробы за счет встряхивания ящика.

Для получения надежных данных о величине объемной массы обычно в полевых условиях достаточно выемки 2—3 целиков для каждой разновидности, а в тех случаях, когда объемная масса определяется лабораторным путем, средняя величина ее может быть установлена по 10—20 образцам для однородных по сложению полезных ископаемых и по 20—30 — для сложных. Масса, а следовательно, и объем образцов, используемых для определения объемной массы, должны быть достаточными для того, чтобы характеризовать более или менее близкие к средним состав и структурно-петрографические особенности породы. В ряде случаев соответствие состава образцов, по которым определяется объемная масса, среднему составу породы должно контролироваться химическими и минералогическими анализами. На практике масса образцов различных пород колеблется в широких пределах — от 250—300 г до 1—2 кг.

При оценке величины объемной массы следует учитывать, что она зависит от влажности минерального сырья в момент определения (особенно для пористых пород). Поэтому необходимо, чтобы одновременно с определением объемной массы производилось также и определение влажности. Определение объемной массы без одновременного установления влажности или определение влажности по другим образцам может привести к ошибкам. Для сохранения естественной влажности образцы, по которым предполагается определять влажность, обычно упаковываются в стеклянные бюксы. Если объемная масса определялась не при естественной влажности, то кроме последней должна быть также установлена и лабораторная влажность, при которой определялась объемная масса.

В оценке промышленного значения месторождения большую роль играют гидрогеологические и инженерно-геологические условия его разработки. Вследствие этого при проведении разведочных работ должны быть получены материалы, обосновывающие возможность правильной, экономически целесообразной и безопасной его разработки.

К числу показателей, которые должны быть установлены при проведении разведочных работ, относятся: 1) количество водоносных горизонтов, глубина их залегания, мощность и литологический состав; 2) статические уровни подземных вод по каждому водоносному горизонту; 3) фильтрационные свойства пород водоносных горизонтов; 4) источники, условия и области питания водоносных горизонтов; 5) наличие или отсутствие гидравлической связи водоносных горизонтов между собой и с поверхностными водами и водоемами, степень активности этой связи и значение ее для эксплуатации месторождения; 6) возможные водопритоки при вскрытии и разработке месторождения, необходимые для расчетов водоотливных установок; 7) химический состав подземных вод; 8) физико-механические свойства пород полезного ископаемого, почвы и кровли в отношении их поведения при вскрытии и эксплуатации; при изучении физико-механических свойств должны быть определены, в образцах глинистых пород (гранулометрический состав, естественная влажность, пластичность, консистенция, объемная масса и плотность, пористость, водопроницаемость, коэффициент уплотненности, сопротивление сдвигу); в образцах песков (гранулометрический состав, влажность, плотность, объемная масса, пористость, коэффициент фильтрации, водоотдача, степень плотности, угол естественного откоса); в образцах полускальных и скальных пород (модуль упругости, минералогический состав, морозоустойчивость, сопротивление сколу, временное сопротивление сжатию, объемная масса, размокаемость в воде); 9) возможные источники питьевого и технического водоснабжения.

При наличии на месторождении эксплуатационных выработок как подземных, так и открытых они должны быть максимально использованы для характеристики гидрогеологических и инженерно-геологических условий разработки месторождения. Наблюдения в подземных горных выработках должны проводиться с целью установления фактических притоков воды в выработки, химического состава и температуры воды, устойчивости пород в горных выработках, эффективности работы осушительных и дренажных устройств. Наблюдения в открытых выработках должны дать сведения о притоках воды в карьер, температуре и химическом составе карьерных вод, устойчивости откосов бортов н дна карьера, устойчивости карьерных отвалов.

На основании проведенного комплекса гидрогеологических и инженерно-геологических работ должны быть разработаны рекомендации по борьбе с подземными и поверхностными водами, а также процессами оползнеобразования, плывунами и т. д. В случае необходимости отвода рек за границы месторождения должны быть приведены возможные варианты трасс и дана их общая сравнительная инженерно-геологическая оценка.

Как показывает практика, при разведке месторождений нерудных полезных ископаемых для металлургической промышленности в процессе изучения горнотехнических условий их разработки часто возникают определенные трудности. Общепринятой методики установления показателей физико-механических свойств пород до настоящего времени не разработано. Испытания пород обычно проводятся в стационарных условиях, что значительно удорожает работы и увеличивает сроки их проведения. В то же время экспериментальная полевая инженерно-геологическая лаборатория (ПИГЛ-1) при разведке месторождений используется слабо. Эта лаборатория позволяет непосредственно в полевых условиях получать информацию о физико-механических и технических свойствах горных пород. С ее помощью можно определять показатель водно-физических свойств пород (среднюю плотность, открытую и эффективную пористость, влажность, водонасыщение, способность к размоканию и набуханию), прочностные свойства породы (прочности при сжатии и разрыве, сопротивление сдвигу по поверхности ослабления, сцепление и угол внутреннего трения), деформационные показатели (модуль упругости, коэффициент Пуассона), технические характеристики (крепость по М.М. Протодьяконову, константную прочность, абразивность, буримость).

Установка ПИГЛ-1 смонтирована на платформе автомашины. Проведение сравнительных испытаний образцов горных пород в стационарных и полевых условиях с помощью лаборатории ПИГЛ-1 показали, что точность определения средних значений показателей свойств в обоих случаях практически одинакова. Это позволяет рекомендовать применение полевой лаборатории на всех стадиях изучения месторождений.

Испытания физико-механических свойств горных пород на установке ПИГЛ-1 целесообразно производить по схеме, приведенной в табл. 2.

В последние годы большое внимание уделяется проблеме охраны окружающей среды, в частности вопросу обезвреживания промстоков. Получаемые при разработке месторождения и особенно при переработке сырья биологически вредные промстоки нередко сбрасываются в глубокозалегающие водоносные горизонты, при этом влияние сброса их на загрязнение окружающей среды не всегда учитывается.

Для правильного выбора водоносного горизонта необходимо определять его емкость, надежность изоляции от эксплуатируемых водоносных комплексов, дать прогноз изменения условий приема водоносным горизонтом промстоков во времени. Для этого следует выяснить состояние гидрохимических условий водоносного горизонта, установить характер и степень проницаемости слагающих и вмещающих его пород, провести опыты с целью изучения физико-химических процессов взаимодействия промстоков с подземной водой и породой, дать качественную и количественную оценку степени изменения естественной проницаемости пород под влиянием процессов, возникающих при сбросе промышленных вод.

He менее важное значение для охраны окружающей среды имеет и восстановление природного ландшафта, существовавшего до начала разведки месторождения и его эксплуатации. При проходке канав, шурфов, карьеров создаются новые формы рельефа, уничтожается почва и растительность, изменяются гидрогеологические условия участка, развиваются эрозионные процессы. При проходке горноразведочных выработок и буровых скважин производится прорубка просек, прокладка подъездных путей, строительство складов и т. д. Поэтому необходимо осуществлять рекультивацию земель в процессе проведения геологоразведочных работ даже в тех случаях, когда разведка месторождения производится только буровыми скважинами, так как механическое бурение вызывает изменение структуры почвы, ее влажности, разрушение корней деревьев, кустарников и т. д. Существующие способы рекультивации делятся на три группы: горнотехнические, биологические и строительные.

Горнотехнические способы рекультивации заключаются в засыпке выработок, выравнивании и покрытии почвенным слоем поверхности. При биологической рекультивации, которой предшествует горнотехническая, озеленяются земли, возделываются сельскохозяйственные и лесные культуры, заселяются искусственно созданные водоемы. Строительная рекультивация предусматривает использование горных выработок для строительных объектов.

Рекультивация площадей, нарушенных горноразведочными выработками, — процесс сложный. Для ее выполнения требуются значительные средства, частичное изменение технологии проходческих работ, пересмотр существующих методов ликвидации и консервации разведочных выработок. Рекультивационные работы должны сочетаться с комплексом мероприятий по рациональному использованию земельных фондов и их охране. При проведении разведочных работ следует ограничить вырубку леса, разработать и внедрить принципиально новые методы и средства проходки канав, так как площадь нарушения земельной поверхности зависит от способа их проходки, применения технических средств и глубины. В табл. 3 приведены значения коэффициента изменения площади нарушения за счет отклонения фактической ширины канавы от требуемой (Ks).

Из таблицы видно, что влияние способа проходки канав и применение технических средств более значительно при малых глубинах. Затраты на рекультивационные работы зависят от многих факторов, в частности от технологии. При существующей технологии проходки горных выработок применяется валовый способ размещения горной массы, при котором плодородный слой смешивается с остальной породой. Это осложняет последующие рекультивационные работы. Более целесообразно применять селективный способ, при котором почвенно-растительный слой снимается и складируется отдельно. По данным Дальневосточного территориального геологического управления, при таком способе и механизации работ стоимость засыпки 1 м3 канавы составляет 0,15— 0,30 руб.