Разведка месторождений бокситов (алюминиевых руд)

Боксит представляет собой горную породу осадочного происхождения, являющуюся рудой алюминия и состоящую главным образом из свободных (не связанных с кремнеземом) гидратов глинозема (Al2O3) с примесью других минералов.

Бокситы образуются в континентальных условиях в связи с процессами выветривания. Этот процесс сопровождается выносом водами гидратов глинозема и переотложением их в виде химических осадков в лагунах, а иногда и в озерах (так называемые первичные осадочные бокситы коллоидально-химического происхождения).

В зависимости от условий, в которых заканчивалось накопление бокситов, месторождения их подразделяются на прибрежноморские и континентальные. В соответствии с таким генезисом наибольшее практическое значение имеют месторождения бокситов, залегающие среди известняков, а также среди отложений древней коры выветривания. Обычно эти месторождения приурочиваются к базальным горизонтам, связанным с перерывами в образовании осадочных пород. Важнейшая задача при поисках бокситов — это выявление перерывов в осадочных толщах и изучение пород, непосредственно прилегающих к поверхностям, отвечающим перерывам накопления осадков. Работы заключаются в проведении детального геологического картирования, сопровождаемого искусственными обнажениями и колонковым бурением. При поисках и оконтуривании залежей железистых бобовых бокситов, которые почти всегда магнитны, успешно применяются магнитометрические геофизические методы.

Особенно хорошие результаты магнитометрия дает при поисках месторождений боксита, залегающих в карстовых формах древнего рельефа, сложенного известняками. В тех же местах, где бокситовые месторождения подстилаются порфиритами, магнитность последних затрудняет истолкование геофизических данных.

Месторождения боксита прибрежно-морского генезиса обычно залегают среди известняков. Для них характерно широкое площадное распространение и постоянство химического состава; поэтому их можно сравнивать с равномерными пластовыми месторождениями, например, с каменноугольными. Известняки, находящиеся в подошве залежей, всегда в той или иной мере закарстованы, т. е. имеют впадины и воронки, вызывающие быстрые колебания мощности пластов бокситов.

Все месторождения этого типа приурочены к геосинклинальным областям, в связи с чем часто интенсивно тектонически нарушены и метаморфизованы. Поэтому коллоидные соединения глинозема в них переходят в моногидратную форму — минерал диаспор (Аl2O3*Н2О); кроме того, в составе некоторых руд в значительных количествах участвуют хлориты.

Выходы залежей на поверхность разведываются канавами, шурфами и дудками, а глубокие горизонты пересекаются буровыми скважинами.

Из-за большой крепости пород широко применяется колонковое бурение. Начальный диаметр скважин выбирается с таким расчетом, чтобы пересекать бокситы коронками диаметром не менее 85 мм.

При предварительной разведке одного из месторождений на поверхностных выходах расстояние между разведочными линиями принималось равным 120 м и затем сокращалось до 60 м. Нормальной кровлей бокситового тела в рассматриваемом месторождении являются амфипоровые известняки. Если те же( породы присутствовали в выработках соседних разведочных линий, то дальнейшее сгущение сетки не требовалось; если же в кровле рудной залежи встречались глины флювиогляциальных отложений или вдоль тектонических нарушений пласт бокситов оказывался на протяжении нескольких метров растерт и раздроблен и, таким образом, отсутствовала уверенность в сохранении рудной залежи, расстояние между разведочными линиями сокращалось до 30 м. Разведка производилась шурфами.

В ненарушенных участках шурфы, заложенные на расстоянии 50 м, обычно дают запасы категории A2; в нарушенных участках даже удвоение количества выработок может не дать запасов выше категории В. Сетка буровых скважин при разведке пластовых бокситовых месторождений сильно изменяется в зависимости от размеров и тектонической нарушенности месторождений. На мало нарушенных участках месторождений сетка с расстоянием в 100 м достаточна для отнесения запасов к категории A2.

На месторождении, несколько отличном от вышеописанного и характеризующемся тектонической нарушенностью и чрезвычайной закарстованностью подстилающих известняков, разведочные профили располагались через 50 м, иногда даже чаще, а скважины на профилях проходились в среднем через 25 м. Однако даже и эта густота скважин не могла обеспечить вполне надежного изучения формы тела, потому что очень часто мощность пласта боксита изменялась от нуля до 1,5 м на протяжении 4—5 м.

Континентальные месторождения боксита характеризуются меньшими размерами, сравнительно с прибрежно-морскими, а также различным и часто низким качеством руд. Бокситы одного из таких месторождений залегают среди пестроцветных песчано-глинистых отложений и приурочены к древним девонским долинам. Промышленные залежи бокситов залегают в верхней и средней частях небольших эрозионных долин овражного типа. В более глубоких частях долин и при впадении их в более, крупные долины бокситы выклиниваются, сменяясь сиаллитами (водными алюмосиликатами без свободного глинозема) и затем огнеупорными глинами.

Рудные залежи характеризуются зональным строением. В центре залежи располагаются бокситы, которые вверх и вниз по разрезу постепенно переходят в аллиты (породы с небольшим количеством свободного глинозема) и сиаллиты. Такое строение рудной залежи является причиной пестроты состава, но закономерное распределение разновидностей облегчает выделение промышленных руд.

По минералогическому составу эти бокситы моногидратные, представлены бёмитом (Al2O3*H2O), но в небольших количествах имеется и тригидрат — гидраргиллит или гиббсит (Al2O3*3Н2О).

Для поисков бокситоносных отложений, приуроченных к древним долинам, применяются скважины, задаваемые по разведочным линиям, ориентированным вкрест длинных осей долин. Расстояние между линиями 400—800 м; расстояние между скважинами на профилях 100—200 м. На участках, где обнаружены бокситы, производится сгущение сетки выработок, и эти работы соответствуют стадии предварительной и детальной разведки. При детальной разведке профили располагаются через 50 м, скважины задаются на профилях через 25—50 м в зависимости от ширины залежи и характера выклинивания бокситов в краевых зонах. После получения результатов анализов проб по скважинам первой очереди в промежутках между краевыми и пустыми скважинами закладываются краевые скважины второй очереди, чем достигается оконтуривание залежей бокситов с точностью до 12,5 м от краевой линии.

При вскрытии кровли бокситовых пород скважины механического колонкового бурения закрепляются обсадными трубами так, что башмак врезается на 0,25 м в боксит. После очистки скважины начинается проходка по руде, с подъемами проб через каждые 25 см углубки. При каждом последующем спуске производится проверка чистоты забоя. Снаряд должен совершенно свободно опускаться на забой; если этого не происходит, скважину подвергают тщательной очистке и только после этого начинается дальнейшее углубление на 25 см. Бурение по бокситу ведут «всухую», без промывки водой.

При эксплуатационной разведке, которая организуется не на всех участках, а только там, где было установлено наиболее сложное строение залежи, и также в краевых зонах месторождений производится дальнейшее сгущение сетки скважин. Если между соседними скважинами детальной разведки устанавливаются расхождения: а) по содержанию кремнезема — больше, чем на 3 %; б) по содержанию глинозема — больше, чем на 5 % и в) по мощности промышленной руды — больше, чем на 1,5 м, проходят дополнительные выработки, задавая их на половине расстояния между выработками, показавшими слишком большие расхождения. В краевых зонах отдельных залежей наблюдается быстрое выклинивание, резкие колебания мощности и качества бокситов. В связи с этим в краевых зонах часто возникает необходимость проведения дополнительных выработок на расстоянии 12,5 м от контура запасов категории A2, т. е. посередине между периферическими рудными скважинами и соседними с ними уже безрудными. Это позволяет оконтурить границу рудного тела с точностью до 6,25 м.

Контрольная проверка буровых скважин шурфами существенных расхождений не показала. Опробование по буровым скважинам и бороздовое опробование по шурфам для отдельных горизонтов дают расхождение в 2—3%, и для всей промышленной толщи в целом в большинстве случаев получаются почти тождественные результаты.

В сложных горно-технических условиях контрольные шурфы могут быть заменены контрольными скважинами колонкового бурения. Опыт показывает, что в условиях рассматриваемых месторождений как при колонковом, так и при ручном бурении границы руд выделяются с одинаковой точностью. Расхождения в данных химических анализов незначительны.

Выделение сортов бокситов в данном случае осуществляется легко, потому что химический состав слоев достаточно хорошо выдерживается.

На месторождениях пластообразной формы, представленных железистыми бобовыми гиббситовыми бокситами, плотными и твердыми, которые могут проходиться только долотом, а в шурфах — с применением взрывных работ, ручное бурение не применимо. Разведка их производится только колонковым или ударным бурением. Буровые скважины должны контролироваться шурфами.

Очень трудной задачей при разведке этого типа месторождений является выделение сортов руды. Колебания химического состава руд весьма быстры и незакономерны, и даже при самой густой сетке выработок выделить сорта обычно не удается. Поэтому часто приходится отказываться от разведочной сетки большой густоты, ибо она не приводит к нужному результату и в то же время бесцельно удорожает разведку.

Гнездовые месторождения бокситов, залегающие в карстовых углублениях рельефа, возможно являются озерными образованиями и представлены бёмитовыми и гидраргиллитовыми разностями. Есть указания на тесную связь месторождений этого типа с древней корой выветривания. Они обладают крайне неровной поверхностью подошвы рудного пласта (разность отметок в 8—10 м наблюдается на протяжении 10—20 м). Мощность руд на коротких расстояниях изменяется от 0 до 4—5 м. На таких месторождениях редко бывает целесообразно сгущать выработки более, чем до 50 м, но следует около половины скважин заменять шурфами с рассечками. При небольшой мощности наносов и благоприятных гидрогеологических условиях целесообразно всю разведку проводить шурфами или дудками. Непостоянство формы рудных тел в этом типе месторождений даже при детальной разведке не дает возможности получить запасы по категории выше В. Проектирование приходится производить на запасах этой категории и затем переходить непосредственно к пробной эксплуатации.