Опробование месторождений
ОПРОБОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ полезных ископаемых (а. testing of deposits; н. Bemusterung der Lagerstatten; ф. etude des gisements; и. invegastion de propiedades de yacimientos, invegastion de propiedades de depositos, estudio de propiedades de yacimientos, estudio de propiedades de depositos) — процесс изучения качественного и количественного состава и свойств, слагающих месторождение природных образований. Результаты служат основанием для выделения и оконтуривания промышленно ценных скоплений, природных и технологических типов и сортов полезных ископаемых, подсчёта их запасов, ведения геологоразведочных и эксплуатационных работ, выбора способа переработки минерального сырья, определения потерь и разубоживания, принятия мер для лучшего использования недр и борьбы с загрязнением окружающей среды, решения ряда других задач (см. Оконтуривание месторождений полезных ископаемых).
Процесс опробования месторождений разделяется на три этапа: отбор проб, их обработка и анализ (испытание). Отбор проб производится в обнажениях, различных горных выработках и буровых скважинах, как в естественных залеганиях, так и из отбитых или складированных масс. Выделяются три группы способов отбора проб в горных выработках: точечные, линейные и объёмные. К первой относятся штуфной, когда проба представлена отдельными образцами, точечный — порции отбиваются по определённой сети со стенок горных выработок, горстевой — порции отбиваются по сетке с поверхности отбитой руды или породы в навале, вагонетке, машине и др. Представители второй группы — бороздовый и шпуровой способы. Бороздовый способ наиболее распространён в практике геологоразведочных работ; заключается в отбойке или выпиливании борозд различного сечения и длины в зависимости от мощности тела полезных ископаемых и характера распределения составляющих его компонентов. Шпуровой способ заключается в сборе материала, получаемого при бурении шпуров для проходки горных выработок или специально задаваемых для опробования. К третьей группе относятся задирковый и валовый способы.
Реклама
При опробовании маломощных тел, когда обычные бороздовые пробы не обеспечивают необходимой массы, отбирается задирковая проба: сплошная задирка по всей мощности анализируемого природного образования, глубина и ширина которой определяется необходимой массой пробы и размерами опробуемых частей тела полезных ископаемых. Валовый способ, при котором в пробу поступает вся отбитая масса полезных ископаемых или породы с определённой длины горной выработки, применяется при крайне неравномерном распределении полезных компонентов, когда другие способы не обеспечивают надёжность проб; служит для отбора проб для технических и технологических испытаний и специальных работ по контролю других способов пробоотбора. Для характеристики в полном объёме состава и свойств тела полезных ископаемых отбор проб производится в трёх направлениях: вкрест простирания, по простиранию и падению. Различают сплошное опробование и пунктирное. Последнее используется для сокращения числа и массы проб при геохимической съёмке и опробовании вмещающих пород. Для этой же цели проводится объединение отобранных проб до их обработки — объединённые пробы. Для сокращения числа анализов на попутные компоненты составляются групповые пробы из дубликатов рядовых и объединённых проб. При чередовании различных текстур, типов и сортов руд для их характеристики отбираются пробы отдельными интервалами (секциями), соответствующими мощности этих разновидностей руд. Такое опробование применяется и при большой мощности тел полезных ископаемых секциями заранее обусловленной длины. Расстояния между пробами и их массы зависят от назначения опробования и характера распределения полезных ископаемых. Расстояния варьируют от 1 до 50 м. Масса точечных и линейных проб достигает нескольких кг, а объёмных для технологических испытаний — нескольких тысяч т.
При опробовании скважин колонкового бурения большого диаметра отбирается 1/2 керна путём деления его вдоль специальными керноколами или распиливанием алмазными пилами. При малом диаметре бурения в пробу берётся весь керн. В случае малого его выхода (менее 70%) наряду с керном в пробу отбирается мелкая фракция, накапливаемая в шламовых трубах и отстойниках у устья скважин (шлам, муть, пыль и др.), или производится расширение стенок скважин с отбором получаемого материала или отдельных образцов с помощью специальных расширителей и пробоотборников. При бурении сплошным забоем в пробу поступает раздробленный материал, который поднимается желонкой или транспортируется промывочной жидкостью или воздухом. При бурении шнеком в пробу идёт материал, заполняющий шнек. Длины керновых и шламовых проб определяются конкретными геологическими особенностями тел полезных ископаемых и длинами рейсов бурения. Массы проб зависят от их длины, диаметра бурения и объёмной массы материала пробы. Как и при опробовании горных выработок, опробование скважин может быть сплошным, интервальным, секционным или пунктирным. Пробы воды отбираются из горных выработок и скважин, а также из естественных водоёмов и водотоков. На нефтяных месторождениях отбор проб производится из каждого промышленного пласта в стеклянные банки с притёртыми пробками. Отбор проб газа производится в естественных его выходах или из скважин способом вытеснения воды, продувания газом и заполнения резинового баллона. Объём разведочных проб 1-2 л, а для детальных исследований 30-50 л.
Обработка проб включает дробление, перемешивание и сокращение. Дробление (измельчение, истирание) осуществляется дробилками, мельницами и истирателями. Перемешивание производится в механических смесителях или вручную, а сокращение — механическими делителями или вручную (квартованием, вычерпыванием, перелопачиванием и др.). Операции измельчения чередуются с операциями сокращения. При этом проба сокращается до тех пор, пока не достигнет минимально необходимой при данном измельчении массы. Расчёт её производится по формуле Демонда и Хальфердаля: Q=k•da,
где Q — надёжная масса начальной или сокращённой пробы в кг;
к — коэффициент, зависящий от размеров частиц полезных ископаемых и степени неоднородности его распределения (изменяется от 0,05 до 1,0);
d — диаметр частиц пробы в мм;
а — коэффициент, корректирующий зависимость массы пробы от диаметра её частиц (от 1,5 до 2,7).
Обработка проб россыпных месторождений заключается в предварительном обогащении песков путём их отмывки до получения шлиха (шлиховые пробы). Этим же методом пользуются при производстве шлиховой съёмки и подготовке фракционных проб для минералогических исследований.
В зависимости от видов минерального сырья и назначения выделяют следующие основные анализы или испытания. Спектральные полуколичественные анализы наиболее широко используются для определения элементарного состава природных образований при изучении геохимических ореолов (геохимическое опробование, геохимическая съёмка) и для разбраковки проб. Для определения полного химического состава природных образований, содержания полезных компонентов и вредных примесей в недрах и добытом минеральном сырье применяются химические (спектральный, количественный) и физические (рентгеноспектральный, рентгенорадиометрический, атомно-абсорбционный, ядерно-физический и др.) методы. Минералогические исследования используют для уточнения минерального и петрографического состава полезных ископаемых и вмещающих пород, содержания и баланса распределения полезных (основных и попутных) компонентов и элементов примесей, связанных с отдельными минералами и определяющих оптимальные технологические схемы переработки сырья и возможность извлечения полезных компонентов, предварительного разделения полезных ископаемых на природные типы и технологические сорта, определения содержания компонентов в рудах, неохваченных химическими анализами, корректировки данных химических анализов проб, фазовых, фракционных и других анализов при технологических испытаниях проб.
Технические испытания позволяют определять физико-механические свойства полезных ископаемых и вмещающих пород, характеризующие качество отдельных видов полезных ископаемых (качество и размеры кристаллов слюды, кварца, полевого шпата; длину и прочность асбестового волокна; истираемость облицовочного камня и др.), а также свойства, учитываемые при подсчёте запасов и составлении проекта отработки месторождения (объёмную массу, влажность, пористость, разрыхлённость, трещиноватость, устойчивость, вспучиваемость, слоистость и др.). Технологические испытания осуществляются в лабораторных, полупромышленных и промышленных масштабах. Лабораторные испытания позволяют получить принципиальные способы и схемы переработки минерального сырья, а полупромышленные и промышленные — выбрать наиболее эффективные из них и уточнить технико-экономические показатели технологического процесса, обеспечивающего комплексное извлечение полезных компонентов. Каждый из указанных анализов или испытаний в отдельности или в комплексе в зависимости от вида полезных ископаемых выполняет функции рядового (основного), определяющего качество полезных ископаемых. Для их выполнения указанными выше способами производится отбор так называемых рядовых проб, которыми охватываются все выработки и обнажения на протяжении всего периода изучения месторождения. Разновидностью рядовых проб являются товарные (коммерческие), контролирующие качество минерального сырья в процессе добычи и переработки.
Пробы воды подвергаются полному химическому анализу, нефти — элементарному анализу и фракционной перегонке, с определением выхода бензина, керосина, соляровых дистиллятов и мазута в остатке.
Геофизические исследования, основанные на использовании определённых физических свойств пород и руд (магнитной проницаемости, электропроводности, естественной или искусственной радиоактивности), проводятся для изучения состава и свойств полезных ископаемых и вмещающих пород как в естественные залегания, так и в отбитой горной массе. Опробование руд цветных, редких металлов и рассеянных элементов в условиях горных выработок и скважин и лабораторные анализы образцов и проб проводятся в основном ядерно-геофизическими методами. Среди методов, основанных на изучении естественной радиоактивности (радиометрические методы), основная роль принадлежит гамма методам (ГМ), на изучении искусственной радиоактивности — гамма-гамма и нейтронным методам (см. Геофизические исследования).
Контроль опробования проводится по отбору проб — путём дублирования этой операции по части проб; по обработке проб — путём систематического анализа всех отходов после сокращения материала проб; по анализам — путём проведения специального внутреннего и внешнего контроля работы лаборатории, устанавливающего случайные и систематические погрешности. При наличии последних производится арбитраж курирующими лабораториями. Контроль геофизических исследований заключается в оценке воспроизводимости замеров и сравнении полученных результатов с наиболее представительным геологическим опробованием.
