Эксплуатационная разведка

Эксплуатационная разведка проводится с целью обеспечения эффективной отработки месторождения и направляется обычно исходя из того, что выяснено предшествующей разведкой о месторождении в целом и из данных, которые получают при отработке участков, прилегающих к тому, где ставится эксплуатационная разведка. В соответствии с этим целевым назначением эксплуатационной разведки возникают две главные ее задачи специфического характера:

1) уточнение данных предшествующей разведки и

2) контроль процесса добычи полезного ископаемого.

В результате уточнения данных предшествующей разведки могут оказаться иными контуры тела полезного ископаемого, возрасти или уменьшиться значения среднего содержания полезного компонента, дифференцироваться по отдельным небольшим участкам качественные показатели полезного ископаемого, а также физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих горных пород, притоки воды и другие данные месторождения. На основании таких изменений уточняется количество балансовых запасов полезного ископаемого по сортам и может подвергнуться корректировке проект разработки месторождения.

Контроль процесса добычи полезного ископаемого заключается в наблюдении за выемкой его без значительных потерь и извлечением всего ценного, что в нем заключено, при последующей переработке минерального сырья. В связи с этим ведется работа по определению потерь и разубоживания полезного ископаемого в процессе его добычи и транспортировки, возможная лишь на основании достаточно достоверных разведочных данных и строгого учета при отработке. Кроме того, должны вестись непрерывные минералогические и другие исследования полезного ископаемого, позволяющие правильно решать вопросы комплексного использования минерального сырья. Только при тщательном контроле добычи минерального сырья возможна эффективная помощь предприятию со стороны геолога

Эксплуатационная разведка отличается от предшествующих стадий разведки наибольшей детальностью и должна давать наиболее достоверные результаты. На этой стадии достигают максимального значения густота разведочной сети, частота отбора проб и число других различных наблюдений и исследований.

Технические средства эксплуатационной разведки во многом зависят от системы разработки месторождения. Общей особенностью эксплуатационной разведки в отношении ее технических средств является возможность и целесообразность использования одних и тех же горных выработок как для целей эксплуатации месторождения, так и для целей его разведки. Поэтому основным средством эксплуатационной разведки твердых полезных ископаемых служат горные выработки.

При подземных разработках это почти все без исключения подготовительные и очистные выработки, а на открытых работах — уступы карьера, обнажающие тела полезного ископаемого. Кроме того, специально для целей разведки проходятся некоторые выработки, к ним относятся различного рода рассечки, восстающие, гезенки и другие подземные горные выработки, необходимые для завершения или уточнения разведки на эксплуатационном участке. Последние должны проводиться на эксплуатационных участках в минимальных количествах, так как они чаще всего не увеличивают запасов полезного ископаемого в эксплуатационном блоке и лишь уточняют его контуры и геологические соотношения разведуемого участка со смежными.

В настоящее время при эксплуатационной разведке все больше применяются буровые скважины, особенно на открытых разработках. В карьерах, когда производится сплошное опробование буровзрывных скважин, последние приобретают решающее значение в определении качества руд в различных частях уступа и для соответствующей раздельной отбойки разных сортов руды или сортировки отбитой массы минерального сырья.

Геофизические средства в стадии эксплуатационной разведки твердых полезных ископаемых применяются редко и главным образом для приближенного оконтуривания залежи между двумя разведочными выработками при помощи магнитометрии или электрометрии. Радиометрия широко используется для документации и определения качества радиоактивных руд в пределах эксплуатационных блоков и их частей. Буровые скважины эксплуатационной разведки подвергаются необходимым каротажным измерениям.

При подземной отработке месторождения для эксплуатационной разведки используются все подготовительные выработки, как горизонтальные, так и вертикальные. Обязательными становятся выработки, связывающие между собой соседние разведоч­ные сечения (горизонты) и необходимые для подсчетов запасов полезного ископаемого по категории А (или подготовленных запасов). Эти выработки, оконтуривающие со всех сторон эксплуатационный блок (рис. 147), начинают свое существование как разведочные: подвергаются соответствующей документации, опробованию и исполь­зуются для необходимых гидрогеологических и инженерно-геологи­ческих наблюдений.

Очистные выработки, вскрывающие и обнажающие большие участки тел полезных ископаемых, особенно их контакты с вмещающими горными породами, дают наиболее достоверные сведения о месторождении. В связи с этим в очистных выработках ведутся геологические наблюдения, осуществляется документация и опробование, если возможно проникнуть в отработанные пространства.

Буровые скважины в целях эксплуатационной разведки на подземных разработках твердых полезных ископаемых применяются не всегда и имеют обычно вспомогательное значение. Они проходятся иногда взамен рассечек. В случае потери смещенной части тела полезного ископаемого во избежание лишних затрат на горные выработки бывает целесообразно провести предварительно поиск при помощи бурения, а затем уже направить горную выработку.

Рис. 147. Геолого-маркшейдерский паспорт отработанного блока вольфрамово-оловянной жилы (продольная проекция и планы первой и шестой отбойных лент) Цифры в пунктах наблюдения: верхняя—мощность жилы, средняя — содержание вольфрама, нижняя — содержание олова

При открытой отработке месторождения или его верхней части необходимы детальные исследования для уточнения качества руды, формы и размеров блоков пустых пород внутри залежи, а также для проектирования нового уступа. Разведка на уступе проводится почти исключительно короткими буровыми скважинами, которые затем используются для отбойки горной массы как взрывные. Для этих целей применяются обычно ударные станки типа УА-75, но используются также и станки колонкового бурения.

Густота разведочной сети при этом достигает наибольших значений. Обычными являются сети 25 X 25 и 12 X 12 м, но иногда разведочно-эксплуатационные взрывные скважины бурятся через 5—6 м (рис. 148).

Рис. 148. Первомайское штокверковое месторождение молибдена. План горизонта 1644 м в эксплуатационном карьере 1 — гранодиориты; 2 — ороговикованные сланцы; 3 — рудоносные гранит-порфиры; 4 — буровые скважины детальной разведки; 5 — буровзрывные скважины на уступах; 6 — контур отработки на горизонте 1644 м

Особенности геологического изучения месторождения в стадию эксплуатационной разведки связаны с возможностями выяснения многих вопросов в горных выработках и ведением наблюдений в наиболее крупном масштабе. При документации в подготовительных и очистных выработаках представляется возможным выявить важные детали строения и состава тел полезных ископаемых _г которые не могли быть замечены в предшествующие стадии разведки, как, например, ориентировка и пересечения структурных элементов, состав тектонических глинок, строение зон брекчий. Изучение обогащенных частей тел — «рудных столбов» (рис. 149), «струй», «гнезд» и других малых, но весьма ценных образований — становится возможным в полной мере лишь при эксплуатационной разведке. Такое изучение в свою очередь позволяет предсказывать появление новых подобных богатых скоплений полезного ископаемого и повышать эффективность разведки и отработки месторождения. При изучении деталей форм и условий залегания рудных место­рождений большое значение имеет установление тектонических нарушений, предопределивших или изменивших формы залежей.

Важно различать нарушения дорудные (рис. 150), внутрирудные и послерудные (рис. 151). Признаками послерудных движений, нарушающих сплошность рудного тела, являются рудная брекчия или обломки рудных минеральных агрегатов, перемещенные вдоль сброса, следы истирания рудного материала в составе тектонической глинки; иногда по изгибу рудного тела в сторону движения вдоль нарушения хорошо видно, что оно разорвано последующими тектоническими нарушениями. Доказательствами дорудного характера нарушений служат заметные различия состава и формы жилы по разным сторонам от нарушения без следов послерудных движений по нему; рудные прожилки, прорезающие глинку трения; заполнение зоны нарушения (трещины) ненарушенным рудным материалом.

Рис.

150. Характер жилы у дорудной трещины (по Т. М. Кайковой). В полости трещииы ветвистые прожилки кварца и кальцита

Рис. 151. Послерудные нарушения жил (по Т. М. Кайковой)

При изучении послерудных нарушений всегда следует, если это возможно, определить направление и величину относительного смещения по ним. Самым достоверным способом определения смещения по трещине является замер расстояний и направлений между смещенными слоями нарушенных слоистых горных пород или дайками изверженных пород. Трещины, оперяющие крупное нарушение, иногда помогают установить направление перемещения по нему. Ориентировка борозд скольжения служит указателем направления перемещения — движение блока пород происходило в сторону выклинивания борозд, запечатленных на нем (рис. 152).

Рис. 152. зеркало скольжения в кварце

Существенной деталью в анализе тектоники является глинка трения. В трещинах от долей миллиметра до метров накапливается эта глинка, часто в смеси с грубыми обломками пород. По ориентировке глинистых полос, загнутых в сторону движения прилежащего блока пород, можно определить направление перемещения. Признаки движений по глинке трения особенно ценны при наблюдении рудных тел, залегающих в изверженных массивах, где нет других признаков перемещения боков.

Соотношения рудных жил и даек могут быть вполне выяснены при эксплуатационной разведке в очистных выработках, где они обнажаются в различных плоскостях. Пересечения рудных жил дайками и, наоборот, — даек жилами позволяет разобраться в последовательности геологических образований и тектонических нарушений, что в свою очередь дает возможность прогнозировать распространение оруденения в пределах экс­плуатационного участка.

При эксплуатационной разведке угольных и им подобных пластовых месторождений большое значение придается изучению тектонических нарушений, влияющих на элементы залегания и формы пластов. В процессе складчатости угольное вещество, способное к пластическим деформациям, легко перераспределяется с образованием раздувов и пережимов. Первые обычно встречаются в шарнирных перегибах складок, вторые часто имеют место на крыльях. Изменчивость мощности угольного пласта нередко определяется размывом его в прошлые геологические периоды и. поэтому необходимы систематические наблюдения за кровлей пласта. Выяснение характера выклинивания угольного пласта существенно для оценки промышленных перспектив прилегающего к эксплуатационному соседнего участка месторождения.

Весьма большое значение имеет исследование характера и вида контактов залежи любого полезного ископаемого с вмещающими породами, а также между различными типами и сортами полезного ископаемого внутри залежи. Для эффективной эксплуатации месторождения необходимы сведения не об интерполированных и экстраполированных на большие расстояния границах тел полезных ископаемых, а об их контурах, близких к фактическим, которые почти всегда существенно отличаются от прямолинейных границ, проводимых при геометризации тел полезных ископаемых к подсчету запасов.

Полнота оконтуривания тела полезного ископаемого при эксплуатационной разведке является непременным условием и полноты отработки этого тела. Неправильное изображение контуров залежи ведет к оставлению в недрах и безвозвратной потере части полезного ископаемого, если размеры залежи преуменьшены, и вызывает излишние затраты средств на добычу и переработку пустой породы, когда размеры залежи преувеличены против действительных. Поэтому геолог на эксплуатационном участке должен стремиться проследить контакты каждого тела полезного ископаемого с предельной точностью наблюдений. В случаях четких контактов их прослеживание удается легче, чем при расплывчатых. В первом случае контакты устанавливаются при документации обнажений в выработках и буровых скважинах. Когда же контакты залежи или границы между различными сортами полезного ископаемого нечеткие, не могут быть различимы на глаз, выяснение границ между полезным ископаемым и пустыми породами, необходимое для производства выемки полезного ископаемого, достигается главным образом путем своевременного опробования подготовительных и очистных выработок. При этом для ускорения процесса опробования целесообразно применять геофизические методы определения качества полезного ископаемого (радиометрию, магнитометрию, электрометрию, люминесценцию) и полуколичественные химические или спектрографические экспресс-анализы. Контакты рудных жил достаточно четкие, но крайне сложные могут также вызвать необходимость их уточнения путем опробования; такие причудливые формы контактов изображены на рис. 153.

Рис 153 Сложный контакт кварц-касситеритовой жилы Корнуэлла

Наблюдения за качеством полезного ископаемого и внутренним строением залежи на действующем горном предприятии ведутся систематически и тщательно по каждому эксплуатационному участку и в каждом эксплуатационном блоке. Оценка качества производится прежде всего по минеральному составу полезного ископаемого. Минералогическое изучение начинается уже в забое горной выработки. Минеральные скопления в виде различных агрегатов, прожилков, вкраплений ценных минералов невольно привлекают внимание всякого, тем более разведчика, который весь свой труд отдает ради выявления этих ценных минералов. При взгляде на обнажение неизбежно запечатлеваются расположение, сочетание, степень концентрации полезных и сопутствующих им минералов. Все эти наблюдения в виде геологической документации закрепляются на бумаге и служат важнейшим основанием для оценки качества полезного ископаемого в той или иной части эксплуатационного участка.

Однако полностью и с достаточной достоверностью установить минеральный состав полезного ископаемого в обнажении не удается прежде всего из-за недостаточной освещенности в подземных горных выработках, а также вследствие трудности определения многих минералов на глаз в их мелких выделениях даже при дневном свете в карьере открытых работ. Поэтому обязательной операцией при минералогических исследованиях является отбор образцов в подгото­вительных и очистных выработках, которые затем изучаются при помощи микроскопа и ряда качественных химических реакций в лаборатории.

В результате макроскопических наблюдений в обнажениях и лабораторных минералогических исследований удается достаточно точно установить минеральный состав полезного ископаемого и выделить ассоциации минералов или иные качественные признаки, характерные для различных частей эксплуатационного участка.

Если тело полезного ископаемого или группа тел отличается неоднородностью качества, то уже при минералогических исследованиях бывает возможно наметить сорта руд на основании природных различий полезного ископаемого. Обычно выделение сортов руд производится по следующим показателям или по одному из них:

1) по концентрации полезного компонента, позволяющей разделять руды на «богатые» и «бедные»;

2) по соотношению нескольких полезных компонентов и соответственно по различному минеральному составу, как, например, подразделение полиметаллических руд на свинцовые, цинковые, свинцово-цинковые, медно-цинковые;

3) по различным минеральным формам одного и того же полезного компонента, что имеет место при развитой зоне окисления ряда месторождений (галенитовые и церусситовые руды) или при существенно различной крупности минеральных выделений (слюды крупнокристаллические и мелкокристаллические).

Для углей критериями выделения сортов служат другие качественные показатели, для строительных материалов — свои. Но, тем не менее минералогические признаки, выявляемые углепетрографическими или другими методами минералогического анализа, всегда служат важным показателем для отнесения полезного ископаемого к тому или иному сорту. Разумеется, окончательное выделение сорта полезного ископаемого, кроме минералогических исследований, в большинстве случаев подтверждается химическими анализами и соответствующими технологическими испытаниями проб.

По итогам изучения вещественного состава, текстур и структур руд и наблюдений над тектоническими элементами как в натуре по обнажениям, так и по косвенным признакам под микроскопом устанавливаются некоторые закономерные связи различных минеральных ассоциаций со структурой месторождения или его части и, в частности, тектоническими нарушениями. Так возникает в учении о рудных месторождениях понятие стадий минерализации и соответствующих минеральных ассоциаций, разделенных во времени и часто в пространстве этапами тектонической деятельности. Такое выяснение стадий минерализации и характера внутриминерализационных нарушений приводит к углубленному пониманию генезиса месторождений и позволяет выяснить практически важный вопрос о закономерности распределения полезных компонентов в разных частях ме­сторождения или в разных частях залежи.

Когда месторождение сложено разнообразными перемежающимися с полезным ископаемым горными породами (слоями, дайками изверженных пород и т. п.) и контакты залежей весьма извилисты, приходится более внимательно изучать вмещающие породы и те, которые заключены внутри залежей. Это необходимо делать прежде всего ввиду неизбежного разубоживания добытого минерального сырья, в котором будут присутствовать вмещающие горные породы, так или иначе влияющие на технологию его переработки и качество. Если возможна сортировка добытого минерального сырья с целью отделения основной массы пустых пород (подземная или на поверхности), необходимо установить для этого надежные отличительные признаки с тем, чтобы каждый занятый на сортировке рабочий мог различать полезное ископаемое и пустую породу. На многих месторождениях характер вме­щающих горных пород служит направляющим признаком при проведении и оценке данных разведочных и подготовительных выработок. Породы, подстилающие или перекрывающие продуктивный пласт или слагающие висячий и лежачий бока жилы, обладая заметными различиями, позволяют правильно вести соответствующие разведочные, подготовительные и очистные выработки. Поэтому при изучении и характеристике вмещающих горных пород необходимо их достаточно выразительное макроскопическое описание с подбором типичных образцов в эталонную коллекцию геологической службы предприятия. Такие признаки, как цвет, текстура, крепость, объемный вес, характерные минеральные выделения и другие показатели, должны быть тщательно описаны и отражены в наглядных пособиях.

Приуроченность тел полезных ископаемых к определенным горным породам позволяет прослеживать эти тела в процессе эксплуатационной разведки и находить смещенные их части. Изменения вме­щающих пород, сопутствующие залежам полезных ископаемых, нередко оказываются надежным признаком близости промышленной залежи. Так, для большинства сульфидных месторождений редкая вкрапленность сульфидов может указывать на приближение к рудному телу; вкрапленность пирита во вмещающих осадочно-метаморфических или изверженных породах часто указывает на присутствие вблизи золоторудных кварцевых жил; грейзенизация гранитоидов приводит к обнаружению оловорудных или вольфрамитовых жил; скарнирование карбонатных горных пород сопутствует шеелитовым, полиметаллическим, медным и некоторым редкометальным рудным телам. Ввиду этого большое значение приобретают минералогические и петрографические исследования вмещающих горных пород при помощи микроскопа и химических анализов.

Различия в гранулометрической характеристике россыпей или различных частей одной россыпи весьма важно для выявления обогащенных участков («струй») и установления надлежащей схемы промывки песков. В россыпях с хорошо рассортированным материалом наибольшие концентрации полезных минералов обычно отмечаются в участках или прослойках песков с определенной крупностью зерен. Следовательно, для успешного направления разведочно-эксплуатационных выработок и установления рациональных пределов на каждом участке отработки необходимо выяснение закономерностей распределения полезных компонентов россыпи в связи с ее гранулометрическим составом в различных частях. Знание гранулометрических особенностей фракции песков, с которыми связаны промышленные содержания ценных минералов, необходимо и для правильной организации промывки этих песков.

Особенности геологической документации, опробования и других исследований в стадии эксплуатационной разведки определяются главным образом детальностью исследований по сравнению с предшествующими стадиями и специфическими задачами, связанными с добычей и первичной обработкой полезного ископаемого.

При эксплуатационной разведке требуется значительно больше всякого рода зарисовок и описаний по сравнению с таковыми до эксплуатации месторождения, так как число подземных горных выработок или обнажений на открытых разработках сильно возрастает и обнаруживаются многие детали строения месторождения, ранее скрытые от разведчика. Приемы и способы документирования подземных горных выработок и буровых скважин, проводимых на эксплуата­ционных участках с целью разведки и подготовки блоков для выемки полезного ископаемого, существенно не отличаются от тех, которые применялись на ранних стадиях разведки в подобных выработках. На металлических рудниках наибольшее внимание уделяется при документации структурным элементам — простиранию и падению пластов, жил, трещин, сбросов и надвигов; обломки рудных минералов в трещинах, брекчии, борозды и царапины, глинка трения должны быть тщательно зафиксированы. Все контакты между различными горными породами и рудными телами наносятся с предельно доступной точностью, так как от этого зависит правильность или ошибочность представлений о формах рудных тел и их взаимоотношениях с вмещающими породами. Весьма важны наблюдения за изменением минерального состава рудных тел или вмещающих горных пород, отраженные в геологической документации. Геологическая документация в период эксплуатационной разведки вместе с увеличением ее объема может быть и несколько упрощена по сравнению с предшествующими периодами. Так, если наблюдаемая трещиноватость пород или какие-то минеральные выделения не имеют зна­чения для решения задач эксплуатации месторождения, то они могут и не фиксироваться.

Сводная геологическая документация подземных разведочно-эксплуатационных выработок представлена обычно погоризонтными планами и разрезами, отстоящими друг от друга на небольших расстояниях. Такие горизонтальные и вертикальные сечения экс­плуатационного участка составляются в масштабах от 1:500 до 1:100.

Главная особенность документации при эксплуатационной разведке заключается в необходимости проводить ее в очистных выработках. Это вызывается прежде всего задачей наиболее эффективного проведения самой очистной выработки. Кроме того, данные по вы­работанному пространству освещают перспективу в смежных частях эксплуатационного участка. Приемы документирования могут быть различны в зависимости от применяемых систем разработки месторождения. Непосредственные наблюдения и достаточно полная геологическая документация возможны при системах с мелкошпуровой отбойкой полезного ископаемого или при работе других машин там, где в очистном блоке или лаве выработанное пространство поддерживается временной крепью. Системы же подэтажных штреков, системы с отбойкой минными камерами и подэтажного обрушения и т. п. не позволяют проводить зарисовку и описание всего выработанного пространства. Поэтому в таких случаях приходится ограничи­ваться данными подготовительных выработок и некоторыми косвен­ными показателями, как, например, шлам из взрывных скважин. Документация открытых очистных выработок (карьеров) проводится по уступам и выполняется обычно в масштабе 1:500. Зарисовка делается в виде развертки стенки уступа на вертикальную плоскость. Последовательное документирование уступов позволяет в результате составить эксплуатационно-разведочный план карьера (рис. 154), который пополняется и соответственно претерпевает изменения по мере отработки месторождения. При документации выработанных пространств на россыпных месторождениях кроме бортов эксплуатационных разрезов большое внимание должно быть уделено плотику россыпи, так как в нем могут оказаться «карманы» с богатыми скоплениями ценного минерала, а также ввиду возможности обнаружения под рыхлыми отложениями выходов коренных месторождений. Документацию плотика россыпи следует вести сразу же вслед за отработкой участка или его части как в очистных, так и в подготовительных выработках.

Опробование в процессе эксплуатационной разведки становится работой, значительно большей по своему объему по сравнению с предшествующим периодом разведки, так как приходится отбирать множество проб различного назначения. Взятие проб в горных выработках, буровых скважинах на эксплуатационных участках, их обработка и испытания принципиально не отличаются от аналогичных операций до эксплуатации месторождения. Основная специфика эксплуатационного опробования состоит в том, что в этот период опробуются очистные выработки и массы добытого минерального сырья на пути от места его добычи до потребителя или до перерабатывающего предприятия.

Опробование в очистных выработках преследует три цели:

1) подсчет запасов, остающихся в отрабатываемых блоках или на уступах карьера, по некоторым периодам выемки полезного ископаемого;

2) определение потерь и степени разубоживания полезного ископаемого при добыче;

3) текущий контроль качества добываемого полезного ископаемого.

Рис. 154. План карьера на железорудном месторождении (по М. Н. Альбову). 1 — магнетитовые руды с содержанием железа более 45%; 2 — магнетитовые скарны с содержанием железа 30 — 40%; 3 — магнетитовые скарны с со­держанием железа 20—30%; 4 — магнетитовые скарны с содержанием железа 15—20%; 5 — безрудные скарны; 6 — сиениты рудовмещающие; 7 — сиениты зернистые; 8 — устья разведочных скважин колонкового бурения

Опробование для подсчета запасов полезного ископаемого вызывается необходимостью периодического составления баланса запасов и добычи к началу каждого эксплуатационного периода — квартала, полугодия, года. При этом должны опробоваться очистные забои по всей площади их обнажения. Данные опробования забоя очистной выработки вместе с данными опробования в обрамляющих подготовительных выработках позволяют довольно точно подсчитать оставшиеся в блоке запасы. Расстояния между пробами и число проб определяются по общим правилам методики разведки в зависимости от изменчивости свойства тела полезного ископаемого в пределах эксплуатационного блока.

Опробование для определения потерь и разубоживания полезного ископаемого включает в себя все те операции, которые производятся при изучении качества полезного ископаемого для подсчета его запасов в эксплуатационном блоке (на уступе), и, кроме того, обычно требует еще некоторых дополнительных проб в очистных выработках, в местах образования потерь (стенках камер, целиках); проводится систематическое опробование руды и на пути ее следования от очистной выработки до поверхности (в навале отбитой руды, вагонетках, бункерах на поверхности). Общее количество проб с эксплуатационного участка зависит от степени равномерности качества полезного ископаемого, ожидаемого в пределах эксплуатационного блока (уступа). Примерное число проб для определения среднего содержания металла в блоке за отчетный период приведено в табл. 35. Число индивидуальных проб в ней установлено из опыта для рудных тел малой и средней мощности, по которым каждая бороздовая проба полностью пересекает тело.

Для тел большой мощности (более 10 м) число индивидуальных проб возрастает ввиду разделения каждого разведочного пересечения на секции. Тогда необходимое количество индивидуальных проб (n') определяется по формуле

где п — число проб (по табл. 35);

γ — отношение средней мощности опробуемого тела к средней длине секции пробы;

δ — отношение коэффициентов вариации аналогичного месторождения малой мощности к коэффициенту вариации опробуемого месторождения большой мощности.

При небольших колебаниях содержания полезного компонента во вмещающих породах достаточно в каждом эксплуатационном блоке взять 15—20 равномерно расположенных проб из боковых пород. При значительных колебаниях содержаний и при нечетких контактах число их должно определяться в каждом случае в индивидуальном порядке.

Вторым этапом опробования для определения потерь и разубоживания является опробование добытой массы минерального сырья.

В зависимости от системы разработки пробы могут отбираться или непосредственно в очистных выработках (в камерах, магазинах), или из вагонеток при перевозках. Из навала отбитого минерального сырья пробы целесообразно отбирать способом вычерпывания. В вагонетках пробы можно брать из нагруженной массы в трех-пяти местах по 0,5—1 кг в каждом. Обычно пробы руд с равномерным содержанием берутся с каждой десятой вагонетки, с неравномерным — с каждой пятой или третьей. Все единичные пробы объединяются в суточные и недельные, которые и анализируются отдельно по каждому эксплуатационному блоку.

Сопоставление результатов опробования в очистных и подготовительных выработках с результатами опробования добытого минерального сырья и вычисления по уравнению баланса запасов и добычи, как было указано выше, может дать достаточно правильное представление о фактических потерях и разубоживании полезного ископаемого, если все измерения и анализы выполнялись тщательно.

Текущий контроль качества добываемого полезного ископаемого, необходимый для обеспечения устойчивой работы перерабатывающего предприятия (обогатительной фабрики, завода) или непосредственного потребителя минерального сырья (тепловой электростанции, цементного завода), обычно может основываться на тех же пробах, которые берутся для определения потерь и разубоживания. В таких случаях из суточных проб составляются не­дельные, месячные, квартальные объединенные пробы, характеризующие среднее качество добываемого минерального сырья по всему горному предприятию. В зависимости от величины колебаний качества сырья принимаются меры по его поддержанию на требуемом уровне путем соответствующего смешения руд из разных эксплуатационных блоков, например, более богатых и менее богатых. В некоторых случаях для контроля текущей добычи приходится прибегать к отбору специальных проб. В случае селективной выемки полезного ископаемого бывают целесообразны специальные контрольные пробы из добытой массы полезного ископаемого и различных его сортов еще на руднике, до приемного пункта продукции горнодобывающего предприятия.

Различные виды полезных ископаемых вызывают и различия в эксплуатационном опробовании. Например, при разработке россыпей опробованию подвергаются не только пески, но и торфа в процессе вскрышных работ, а также плотик после выемки песков. В зависимости от целевого назначения опробование россыпей подразделяется на оперативное, систематическое и специальное. Задачей первого является ориентировочное определение содержания полезных компонентов по разрезу россыпи на том или другом экс­плуатационном участке — в литологически различных отложениях, в плотике, бортах. На основании этого опробования направляются подготовительные и очистные выработки и ориентируются дражные ходы. Систематическое опробование уточняет эксплуатационные контуры и является основанием для наиболее точного учета запасов песков, подлежащих выемке; оно дает возможность контролировать качество работы промывочных или обогатительных агрегатов и определять потери и разубоживание добываемого минерального сырья. Специальное опробование проводится с целью изучения некоторых важных свойств россыпи — гранулометрического состава песков, коэффициента разрыхления, льдистости и т. п., а также для контроля предшествующего опробования, что особенно важно при весьма неравномерном распределении полезных минералов в песках. Для россыпей с очень малыми концентрациями полезных минералов предпочтительными являются пробы возможно большей массы. Так, при разработке алмазоносных россыпей рекомендовано определять объем пробы в зависимости от средней массы кристаллов алмаза (d), выявленного по данным предшествовавших разведок, и среднего содержания алмазов в кубическом метре песков (с). Необходимый объем пробы вычисляется по формуле

Для богатых россыпей К принимается равным примерно 5, а для средних концентраций — 3.

Эксплуатационное опробование дражного полигона производится автоматически, в частности, пневматическим пробоотборником, отсекающим необходимое количество материала, поступающего из завалочного люка в промывочное устройство.

На горном предприятии накапливаются различного рода отвалы, в том числе и содержащие значительные количества полезных компонентов в составе минеральных масс, которые оказались обогащенными этими полезными компонентами при добыче и транспор­тировке минерального сырья или представляющими собой руду, считавшуюся в прежнее время забалансовой. Эти отвалы время от времени подвергаются опробованию. Отвалы, не имеющие качественной характеристики, опробуются как массы добытого минерального сырья по той или другой сетке в зависимости от степени однородности материала. Иногда для оценки старых сильно слежавшихся отвалов на них производится бурение скважин по редкой сети или проведение канав и шурфов для взятия проб.

Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования в период эксплуатации месторождения подчинены идее наиболее детального выяснения обводненности на разных участках объекта, а также физико-механических свойств полезного ископаемого и вмещающих горных пород, которые имеют большое значение для решения задач эффективной отработки месторождения. В то же время на эксплуатируемом месторождении в большинстве случаев нет специализированных гидрогеологической и инженерно-геоло­гической служб, и повседневное решение частных гидрогеологических и инженерно-геологических вопросов лежит на рудничных, шахтных, промысловых геологах.

Главной задачей гидрогеологических исследований на действующем горном предприятии является выяснение и прогнозирование обводненности объекта эксплуатации, измеряемой количеством воды, поступающей или могущей поступать в горные выработки. Обводненность зависит от многих причин: климата, рельефа поверхности, степени проницаемости окружающих горных пород, тектонических нарушений. Все эти факторы должны учитываться при проходке подготовительных и очистных выработок как на подземных, так и на открытых работах. Один из эффективных приемов предупреждения прорыва в горную выработку больших количеств подземных вод или песков-плывунов состоит в бурении опережающих скважин (рис. 155), которые исключают катастрофические притоки вод.

Рис. 155. Опережающие гидрогеологические скважины (по Д. И. Щеголеву).

Инженерно-геологические исследования на эксплуатационных участках сводятся к определению ряда физических свойств горных пород и полезного ископаемого. Определение крепости пород является повседневной обязанностью геологической службы. Крепость выражается через те или иные показатели податливости горной породы при проведении выработки или при бурении скважины; она зависит от твердости, вязкости, пористости, трещиноватости и других свойств породы, но не тождественна ни одному из них. Выяснение крепости весьма важно, так как производительность труда на бурении и проходке горных выработок непосредственно зависит от нее. Наиболее достоверным способом определения крепости является опыт бурения или проходки выработок хронометражем этих процессов. Для ориентировочных расчетов применяется метод аналогии на основании соответствующих шкал крепости (табл. 36).

Коэффициент разрыхления (К_рз) представляет собой отношение объема отбитого полезного ископаемого или горной породы (V_m) к объему этого же количества полезного ископаемого или горной породы в целике (У_ц):

Гранулометрический состав рыхлых горных пород или кусковатость отбитой горной массы определяется соотношениями частиц и кусков по различным фракциям. Это соотно­шение важно для установления наиболее эффективного способа выемки полезного ископаемого и для технологии переработки минерального сырья. Кроме того, гранулометрический состав определяет ту или иную оценку гидрогеологических и инженерно-геологических условий отработки россыпных месторождений. Наиболее распространенным способом выяснения гранулометрического состава природной рыхлой или отбитой массы полезного ископаемого и горных пород служит ситовый анализ.

Устойчивость горных пород и полезного ископаемого при отработке имеет большое значение для темпов проведения и качества подготовительных и очистных выработок на эксплуатационных участках. Как в подземных выработках, так и в карьерах имеют место различного рода нарушения установившегося равновесия в пределах участка земной коры, вскрываемого горными выработками: оползни, обвалы, пучение, которые затрудняют добычу полезного ископаемого.

Для определения условий безопасного ведения горных работ в карьерах применяются расчетные методы, учитывающие зависимость высоты откоса (уступа, борта разреза и т. п.) от сцепления частиц породы, выражаемого через угол внутреннего трения при различных углах откоса. Расчетные методы всегда должны быть подтверждены опытом, и на основании этого возможны рекомендации предельных значений высоты откоса и его угла, как, например, рекомендации об откосах рабочих уступов карьеров (табл. 37). Допустимые размеры обнаженных поверхностей в подземных горных выработках зависят от свойств и элементов залегания горных пород и от величины горного давления в данном участке. Для расчета величины горного давления, степени устойчивости кровли выработки, ее стенок и почвы применяются эмпирические формулы, рассматриваемые в специальных курсах по горному делу. Сотрудники геологической службы горного предприятия должны быть достаточно хорошо знакомы с этими элементами горной науки, чтобы решить задачу по оценке устойчивости горных пород на участках, подготавливаемых к эксплуатации. При этом важно предвидеть возможную деформацию поверхности над развитой системой подземных выработок, которая тем больше проявляется, чем ближе подземные выработки к дневной поверхности. Например, зависимость амплитуды оседания поверхности от глубины разработок угольных пластов в Донбассе и их мощности приведена в табл. 38.