Разведка месторождений. Системы разведочных работ

Общие задачи разведки заключаются в получении количественной характеристики всех геолого-промышленных параметров месторождения, необходимой для установления его промышленного значения, проектирования, строительства и реконструкции горного или горно-обогатительного предприятия. Разведка является первым этапом промышленного освоения месторождения.

Принципы проведения разведочных работ выработаны многовековой практикой несмотря на разнообразие типов месторождений полезных ископаемых. Выделяются четыре основных принципа: 1) последовательных приближений, 2) полноты исследований, 3) равной достоверности, 4) наименьших затрат средств и времени.

Принцип последовательных приближений состоит в наращивании знаний о месторождении в определенной последовательности — по этапам и стадиям. На каждом из этапов изучения месторождения применяются свои методики и технические средства (от простых и приближенных к сложным и точным) при обязательном учете особенностей месторождения.

Принцип полноты исследований заключается в полном и всестороннем изучении всего месторождения, а не его отдельных участков с целью получения данных, необходимых для проектирования и строительства горнорудного предприятия. Полнота исследований также увеличивается от стадии к стадии, но в любом случае прежде всего следует выяснить степень комплексности разведуемого сырья, а также контуры и размеры самого месторождения. Здесь также важна увязка положения проходимых разведочных выработок не только с результатами опробования, но и с проектируемой технологией добычи и обработки минерального сырья.

Принцип равной достоверности (равномерности) предусматривает равномерное изучение разведуемого месторождения, т.е. более детальные исследования сложных частей месторождения и менее детальные простых участков, что позволит достичь одинаковой достоверности результатов разведки по всему месторождению в целом или по его части. Принцип равной достоверности выражается в следующих требованиях: а) равномерный охват разведочными выработками месторождения или его частей, находящихся в одной и той же стадии разведки; б) равномерное распределение точек опробования в горных выработках; в) применение на разных участках месторождения таких технических средств разведки, которые дают сопоставимые результаты; г) использование равнозначных и равноточных методик исследования вещества.

Принцип наименьших затрат средств и времени предполагает, что количество разведочных выработок, число проб и объемы всех видов исследований должны быть минимальными, но достаточными для решения задач разведки. В то же время геологоразведочные работы необходимо проводить в кратчайшие сроки, не нарушая при этом других принципов разведки.

Перечисленные принципы разведки находятся в самой тесной взаимосвязи и при их правильном применении достигается наиболее рациональное осуществление геологоразведочного процесса.
К техническим средствам разведки относятся горные выработки, скважины и геофизические исследования. С помощью горных выработок и скважин создаются искусственные обнажения, так как естественные выходы полезного ископаемого на поверхность часто бывают недостаточны для оценки; кроме того, они изменены процессами выветривания.

Результаты, полученные при вскрытии рудного тела горными выработками, будут более достоверны, чем материалы бурения или геофизических исследований, но проходка — процесс длительный и дорогостоящий, тогда как бурение дешевле и оперативнее. Однако самые дешевые и оперативные— геофизические методы, хотя достоверность получаемых результатов ниже, чем при проходке и бурении, поэтому в практике работ комбинируют все средства.

К разведочным горным выработкам относятся: поверхностные выработки — расчистки, закопушки, канавы,. шурфы, дудки; подземные — штольни, разведочные шахты и проходимые из них квершлаги, штреки, гезенки, восстающие, орты и др.

Расчистки применяются для обнажения коренных пород и рудных тел, находящихся под наносами мощностью не более 1 м.
Закопушка—это простейшая ямообразная горная выработка, предназначенная для вскрытия коренных пород, залегающих непосредственно под растительным слоем, почвой и рыхлыми наносами мощностью до 0,5 м.

Канава — поверхностная горная выработка трапециевидного, реже прямоугольного сечения, имеющая при значительной длине небольшие глубину и ширину. Различают канавы магистральные длиной до нескольких сотен метров, иногда до километра, вскрывающие разрез коренных пород значительной мощности, и прослеживающие, обычно короткие, пересекающие только тело полезного ископаемого, контакты между породами и тектонические нарушения.

Шурф — вертикальная горная выработка квадратного или прямоугольного сечения, проходимая с поверхности Земли. Глубина шурфов различна и может достигать 30 м. Неглубокие шурфы круглого сечения называются дудками. Шурфы, которые проходят в неустойчивых и рыхлых породах, должны крепиться.

Штольня — горизонтальная подземная горная выработка, имеющая выход на дневную поверхность. Штольни проходятся на участках с достаточно расчлененным рельефом.

Разведочная шахта—вертикальная или наклонная горная выработка большого сечения (2х3,3х4 м), проходимая с поверхности Земли или из подземных выработок (слепая разведочная шахта).

Квершлаг — горизонтальная подземная горная выработка, проходимая из шахт или штолен вкрест простирания горных пород или полезного ископаемого с целью вскрытия всего рудного тела и составления опорных геологических разрезов.

Штрек—горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на дневную поверхность и предназначенная для прослеживания рудного тела по простиранию. Штреки могут изменять направление вслед за изгибами контакта рудного тела, что позволяет проследить рудное тело на всем протяжении.

Гезенк—небольшая подземная горная выработка, проходимая из других подземных выработок сверху вниз.

Орт—горизонтальная подземная горная выработка, проходимая в пределах залежи полезного ископаемого вкрест ее простирания с целью изучения широких рудных тел по мощности (рис.4).

Рис. 4. Схема разведки рудной залежи ортами, пройденными из штрека: 1 — диориты; 2 — зона измененных пород, 3 — рудная залежь

Буровые разведочные скважины—это наиболее распространенное средство изучения полезного ископаемого на глубине. Помимо сведений об условиях залегания и размерах рудного тела, с помощью бурения можно достаточно надежно и быстро установить и качество полезного ископаемого.

Наиболее распространенный вид разведочного бурения — колонковое. Это вращательное бурение, при котором горная порода разрушается не по всей площади поперечного сечения скважин, а по кольцу. Для бурения используют твердосплавные и алмазные коронки. В результате выбуривается столбик горной породы, который называется керн. По мере бурения керн поступает в колонковую трубу, из которой после поднятия бурового снаряда на поверхность извлекается керн. Разрушаемые при бурении частички породы или руды (шлам) выносятся на поверхность промывочной жидкостью — водой или глинистым раствором, а иногда и воздушной струёй. Промывочная жидкость или воздух, нагнетаемые под давлением в скважину, одновременно охлаждают режущий наконечник бурового снаряда.

Основные преимущества колонкового бурения — возможность бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин любого направления и получение керна (фактический каменный материал), характеризующего полезное ископаемое и геологический разрез. Широко распространено колонковое многоствольное бурение с помощью искусственного искривления скважин на определенной глубине. Это позволяет из одного пункта на поверхности получить несколько разведочных пересечений на нужных глубинах.

Значительно реже применяется ударно-канатное, роторное и турбинное бурение, которое не позволяет получать керн и соответственно определять границы полезного ископаемого, его геометрию и условия залегания.

Выполняется разведочное бурение и из подземных горных выработок. Для этой цели применяются специально разработанные станки подземного бурения.

Третьим техническим средством разведки являются геофизические методы, достаточно широко использующиеся для прослеживания и оконтуривания отдельных тел полезных ископаемых как в плане, так и в разрезах. Для этой цели применяют уже известные методы, такие как грави-, магнито-, сейсмо-, электро- и радиометрия и все их разновидности.

В зависимости от морфологии, положения рудных тел в пространстве и ряда других свойств при разведке месторождений пользуются какой-либо определенной системой разведки.

В составе разведочных систем выделяют три неразрывно связанных элемента: тип разведочных выработок, конфигурацию разведочной сети (расположение выработок в пространстве) и ее плотность (густоту). Также учитывается глубина и последовательность проходки разведочных выработок. Классификация разведочных систем проводится по первым двум элементам.

По типу применяемые выработок разведочные системы делят на буровые, горные и комбинированные (горно-буровые), причем чисто горные системы встречаются редко – на весьма сложных месторождениях.

По взаимному расположению выработок в пространстве разведочные системы подразделяются на две группы: системы правильных геометрических сетей и системы линий.

Плотность разведочной сети может характеризоваться либо расстоянием между соседними разведочными выработками, либо площадью залежи, приходящейся на одну разведочную выработку (только для правильных сетей). Существует несколько способов выбора оптимальной плотности разведочной сети в зависимости от геологических особенностей месторождения и стадии разведочных работ: способы аналогий, геологических построений, математические методы.

На выбор разведочных систем влияют стадии ГРР, геологическая сложность месторождения, т.е. особенности формы и условий залегания залежей, изменчивость полезных ископаемых.

Горные системы. Применяются в том случае, когда форма рудных тел и распределение металла в них характеризуются повышенной изменчивостью. В том случае, когда рудные тела залегают горизонтально и расположены вблизи поверхности, для разведки могут быть использованы линии шурфов (рис.5,а).Если разведуемое месторождение расположено в местности с расчлененным рельефом, то комплекс разведочных работ предусматривает проходку штолен и необходимого количества разведочных выработок из них: штреков, ортов, квершлагов и др. (см. рис.5,б). Эта система позволяет получить детальный геологический материал и проста в горно-техническом отношении. Разведка шахтами производится на месторождениях, залегающих в условиях ровного рельефа, для того чтобы из них с помощью квершлагов, штреков, ортов и других подземных горных выработок разведать собственно рудное тело. Обычно выработки проходят на 1—2 горизонтах при расстоянии между ними 30— 50 м (см. рис.5,в). Разведка шахтами дает наиболее точный и полный геологический материал, но является дорогой и сложной и поэтому применяется сравнительно редко.

Рис. 5. Системы разведки рудного тела (черное) горными выработками:
в — шурфами; б - штольнями; в — шахтой

Буровые системы. Разведка всего месторождения только буровыми скважинами возможна в том случае, когда месторождение характеризуется устойчивыми морфологическими параметрами, непрерывным оруденением и относительно равномерным распределением металла в крупных рудных залежах. В этой группе возможны несколько способов разведки. Так, например, разведка неглубокими скважинами применяется одновременно с разведкой шурфами, но первое предпочтительнее при разведке сильно обводненных участков типа долинных россыпей, где проходка шурфов затруднена. Эта система дешевле разведки шурфами, но дает менее подробный геологический материал.

Самой распространенной является разведка глубокими скважинами колонкового бурения, которая может применяться в условиях практически любого рельефа, при любом залегании рудных тел и для любых пород. Основные достоинства колонковых скважин — возможность их бурения в любом направлении и под любым углом, а также получение образцов разбуриваемых пород в виде керна. К недостаткам этого способа бурения относится повышенный расход, воды или промывочной жидкости, низкий выход керна в слабых породах и малые по массе и объему пробы по сравнению с теми, которые получают при разведке горными выработками. При разведке месторождений на нефть и газ широко используется роторное (бескерновое) бурение.

Рис.6. Горно-буровые системы разведки рудного тела (черное) в разрезе:
а – разведка штольнями и глубокими скважинами колонкового бурения, б – разведка шахтой и глубокими скважинами колонкового бурения.

Горно-буровые системы разведки. Чаще всего разведка рудных месторождений предусматривает комплекс горных и буровых работ, во время которых детальные геологические данные собственно по месторождению получают в горных выработках, а с помощью скважин изучают прилегающие к месторождению площади. Здесь тоже возможно несколько вариантов разведки: штольнями и скважинами колонкового бурения; шахтой и скважинами и др. (рис.6).

Вернуться в оглавление: Полезные ископаемые