Опробование месторождений полезных ископаемых и геологическая документация

Опробование - это комплекс операций, предназначенных для изучения качества полезного ископаемого. В зависимости от аспектов, определяющих качество минерального сырья, различают химическое, минералогическое, технологическое (исследование степени обогатимости полезных ископаемых) и техническое опробование.

Химическое опробование производится с целью определения химического состава полезного ископаемого для дальнейшего использования полученных материалов при подсчете запасов различных компонентов, определения мощности и площадей рудных залежей в случае нечетко выраженных границ, изучения природных типов и промышленных сортов руд и т. п.

Минералогическое опробование позволяет установить качественный и количественный минеральный состав полезного ископаемого, структурные и текстурные особенности и физические свойства минералов, выявить присутствие и характер минералов-спутников в различных природных типах и промышленных сортах руд. Разновидностью минералогического опробования является шлиховое опробование механических (песчано-гравийных) ореолов и потоков рассеяния с целью изучения состава и количественных соотношений тяжелых (шлиховых) минералов: алмаза, берилла, вольфрамита, золота, касситерита, киновари, магнетита и др.

Техническое опробование состоит из ряда операций, направленных на изучение физических свойств полезного ископаемого в зависимости от его специфики и области использования, например электрического сопротивления и крупности кусков кристаллов мусковита или длины, прочности, кислотоупорности и жаростойкости асбеста и т. п.

Технологическое опробование проводится для выяснения технологических свойств полезного ископаемого и разработки по технико-экономическим показателям оптимальной схемы обогащения и передела сырья с учетом его комплексного использования.
Процесс опробования состоит из отбора, обработки и испытания проб. В зависимости от изменчивости полезного ископаемого, вида разведочных выработок и назначения проб применяют различные способы их отбора: точечные (точечный, штуфной и вычерпывания), линейные (бороздовый и др.), площадные (задирковый), объемные (валовый). При выборе конкретного способа пробоотбора решающее значение имеет представительность отбираемой пробы, т.е. способность ее правильно отражать изучаемые свойства тела полезного ископаемого в пункте опробования.

Штуфной способ. В пробу отбираются куски типичных руд (штуфы) с учетом строения рудного тела. Объем штуфов пропорционален распространенности соответствующих типов руд. Способ применяется для изучения минералогического и химического состава, структур и текстур руд, физических свойств минерального сырья. Для отбора представительной пробы нужно хорошо знать типы руд месторождения. Штуфной способ применяется на хорошо изученных месторождениях.

Точечный способ. В пробу отбирается материал, состоящий из кусочков руды примерно равного объема (диаметр 1,5—3 см), которые скалываются в отдельных точках, расположенных по квадратной, прямоугольной или ромбической сетке по сечению залежи. В точечной пробе число частных проб может изменяться от 10 до 100. Масса начальной пробы колеблется от нескольких до 50 кг и более. Этот способ отличается высокой производительностью и применяется на месторождениях с относительно равномерным распределением исследуемых компонентов.

Бороздовый способ. Наиболее распространенный способ опробования. В пробу отбирается материал, который вырезается или вырубается в виде борозды, вытянутой по линии наибольшей изменчивости состава и строения рудной залежи или близком, к этому направлению. В подземных горных выработках, как правило, борозды опробования располагают вертикально (для полого залегающих рудных тел) или горизонтально (для крутопадающих), что соответствует вертикальным или горизонтальным разведочным сечениям рудного тела. Обычно придерживаются следующих правил: при опробовании забоя проба отбирается горизонтальной или вертикальной бороздой; в случае опробования в горизонтальных секущих горных выработках (квершлагах, ортах, заходках) борозды отбираются непрерывной цепочкой от лежачего до висячего бока обнаженной залежи; при опробовании кровли (если не были опробованы забои) — горизонтальные борозды и т.д. Для выявления различных сортов руд часто проводят секционное бороздовое опробование. Секционный отбор проб в разведочных пересечениях производится: для оконтуривания рудных тел при постепенном переходе руды во вмещающую породу; для раздельного изучения слагающих залежь природных типов или разновидностей полезного ископаемого; для изучения внутренней изменчивости мощных и внешне однородных тел полезного ископаемого.

Сечение пробной борозды чаще всего выбирается прямоугольным. В большинстве случаев пробы отбираются вручную: с помощью специального зубила выбивается борозда определенного сечения. Весь отбитый материал и образует единую пробу, которая передается для анализа. Существует и механизированный способ отбора бороздовых проб.

Валовой способ. В пробу отбирается весь материал, полученный при проходке той или иной выработки (если количество рудного материала ограничено), или его часть (если выработка вскрывает рудное тело большой протяженности). В пробу может отбираться также часть материала при его погрузке или транспортировке из выработки (например, в пробу входит каждая вторая, третья и т.д. лопата, бадья, вагонетка).
Валовое опробование наиболее представительное, поэтому его используют для технологических испытаний и исследований. Масса пробы может достигать многих килограммов и тонн. Валовые пробы отбирают отдельно по каждому сорту или виду руды согласно проектируемым способам обогащения и переработки руд, а следовательно, различно подсчитываемым запасам.

Отбор монолитов. Для определения физических свойств строительных и облицовочных камней, к которым относятся известняки, песчаники, доломиты, мраморы, граниты и др., отбираются крупногабаритные образцы горной породы определенной формы и размера — монолиты. Их отбор производится без нарушения естественного сложения горной породы, свойственного ей в природных условиях.

Масса отобранных проб и размер частиц в ней значительно превышают массу и размер анализируемых навесок, поэтому для получения конечной пробы, непосредственно используемой для анализа, начальные пробы обрабатывают. Обработка проб предусматривает несколько последовательных операций: дробление, просеивание, перемешивание и сокращение.

Обработка проб заключается в чередующихся операциях дробления, грохочения (просеивания), перемешивания и сокращения исходной пробы. Сокращение должно быть выполнено так, чтобы содержание полезного компонента в уменьшенной пробе соответствовало его содержанию в начальной. Для этого пробу измельчают, тщательно перемешивают, а затем сокращают. Обычно процесс обработки пробы включает несколько этапов (стадии). На каждой стадии материал пробы дробится до кусков определенного размера и сокращается. Размер кусков в каждой стадии обработки контролируется путем просеивания материала пробы через стандартные сита. Для сохранения представительности пробы необходимо соблюдение пропорций между размерами частиц и оптимальной массой сокращенной пробы, что проверяется с помощью формулы Ричардса-Чечотта .Q=kd2 (Q—масса пробы после ее сокращения, кг; k.—коэффициент, определяющий характер оруденения по степени его неравномерности; d—диаметр частиц максимальной фракции пробы, мм). (Г.О.Чечотт – профессор ЛГИ) Значение коэффициента k зависит от характера распределения металла в руде и колеблется от 0,05 (равномерное распределение) до 1 (крайне неравномерное). В большинстве случаев величина коэффициента k для рудных месторождений равна 0,5. На основании рассчитанного коэффициента k. разрабатывается схема обработки пробы. На рис.6 приведен пример такой схемы.

При одинаковой степени измельчения частиц пробы мелкое дробление обходится в четыре раза, а тонкое в 25 раз дороже среднего, поэтому основная масса отходов от обработки должна быть получена на стадии среднего и отчасти мелкого дробления. Следует избегать лишних операций: например, контрольного просеивания при отсутствии последующего сокращения пробы; вспомогательного просеивания при малом ожидаемом выходе мелкой фракции и т.д.

Рассмотрим основные элементы обработки проб.

Дробление—это измельчение материала проб, как правило, механическое. Для дробления проб применяются специальные дробилки: щековые—средняя крупность дробления; валковые— мелкое измельчение и истиратели, шаровые или стержневые мельницы—тонкое измельчение. Иногда для тонкого измельчения материала пробы применяют ручное истирание его в ступах.

Просеивание материала проб (грохочение) после его дробления производят с помощью набора стандартных сит. Материал, оставшийся на сите после просеивания, снова дробится и опять просеивается. Так поступают до тех пор, пока весь материал пробы данной стадии не будет измельчен до соответствующего размера,

Перемешивание материала пробы—процесс создания однородной массы из материала пробы. К наиболее распространенным относятся методы кольца и конуса и перелопачивания.

Сокращение пробы — отделение определенным способом части пробы с сохранением ее представительности. Для сокращения широко пользуются методом перелопачивания, квартования, специальными делителями. При квартовании проба раскатывается в диск, который разделяется по двум взаимно перпендикулярным диаметрам на четыре части. Затем расположенные накрест две части пробы сбрасывают в отвал, а оставшиеся две части объединяются в одну пробу, которая аналогичным образом может сокращаться и дальше. В случае сокращения крупных проб пользуются методом перелопачивания, при котором проба разделяется на части попеременным насыпанием отдельных лопат сокращаемого материала.

Рис. 6. Схема обработки пробы кварц-вольфрамитовой руды. По В. И. Смирнову.

Существуют геологические, геофизические и геохимические способы изучения качества полезного ископаемого без отбора, проб, являющиеся экспрессными, дешевыми, не требующими остановки горных работ для осуществления опробования.

Вид испытания проб зависит от характера полезного ископаемого и требований промышленности в отношении полезных и вредных компонентов.

Для осуществления контроля над всеми операциями опробовании выявляют случайные и систематические ошибок опробования как в целом, так и по отдельным операциям. При выявлении систематических погрешностей вводят поправки к результатам основных анализов.

Геологическая документация представляет собой всестороннее описание и графическое изображение на зарисовках, планах, картах и разрезах элементов геологического строения, устанавливаемых в процессе специальных геологических исследований, геологической съемки и поисках, разведочных работах, а также при промышленной разработке месторождений полезных ископаемых. Геологическая документация включает тщательную географическую или топографическую (геодезическую) привязку, полное описание местоположения обследуемого объекта (обнажения, выработки), отобранных образцов горных пород и руд как из обнажении, так и из керна, палеонтологических образцов шлихов и др. Особое значение имеет геологическая документация при геологоразведочных работах, так как систематические геологические наблюдения, зафиксированные в геологической документации, очень важны для построения структуры, карты, разрезов месторождения, необходимых для его оценки, определения правильного направления геологоразведочных работ, составления проекта эксплуатации и собственно самой эксплуатации.

Геологическая документация разведочных выработок предусматривает проведение первичных наблюдений и фиксацию их в процессе изучения месторождения. Она подразделяется на первичную и сводную. Геологическая документация включает: 1) графическое изображение строения

Рис. 6. Примеры зарисовки кровли штрека и забоев при геологической документации; на зарисовках отмечены места опробования.
По В. И. Смирнову

участков месторождений; 2) описание этого изображения; 3) сбор, систематизацию и изучение образцов пород, вмещающих рудные тела, образцов руды; 4) опробование рудных тел и вмещающих пород (рис.6).

Вернуться в оглавление: Полезные ископаемые