Рудные месторождения

РУДНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ (а. ore deposits, metalliferous deposits; н. Erzlagerstatten, Erzvorkommen; ф. gites metalliferes, gisements de minerais; и. yacimientos de minerales, depositos de minerales, criadero de minerales) — участки земной коры, в недрах или на поверхности которых имеются рудные залежи, по своим размерам, качеству и условиям залегания пригодные для промышленной разработки.

Классификация и генезис рудных месторождений. Рудные месторождения могут состоять из одного или несколько рудных тел, которые формировались на всём протяжении истории геологического развития земной коры, в связи с чем выделяется восемь главных эпох рудообразования — архейская, раннепротерозойская, среднепротерозойская, раннерифейская, позднерифейская, каледонская, герцинская и альпийская (см. Металлогенические эпохи).

Рудные месторождения известны среди образований седиментогенной, магматогенной и метаморфогенной серий полезных ископаемых, среди большинства групп и классов, на которые эти серии подразделяются (см. Месторождение полезных ископаемых). Среди рудных месторождений выделяются месторождения руд чёрных, лёгких, цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов, а также рассеянных и редкоземельных элементов.

К месторождениям руд чёрных металлов принадлежат месторождения руд железа, марганца, хрома, титана и ванадия. Наиболее крупные среди них обладают запасами руды в несколько млрд. т с содержанием металла, достигающим нескольких десятков процентов. Месторождения железных руд наиболее крупные и разнообразные по условиям образования. Основное значение среди них имеют метаморфогенные гематитовые и магнетитовые месторождения железистых кварцитов докембрийского возраста (Криворожский бассейны KMA в CCCP, Великих озёр на территории США и Канады и др.). Весьма существенны осадочные бурожелезняковые, сидеритовые и железисто-хлоритовые месторождения Керченского района в CCCP, Тюрингии (ГДР), Лотарингии, Эльзаса (Франция) и др. Известны отдельные крупные месторождения гидротермального генезиса и остаточные в корах выветривания. Среди месторождений марганцевых руд выделяются осадочные оксидные и карбонатные руды, к которым принадлежит Никопольское на Украине и Чиатурское в Грузии. Известны метаморфизованные месторождения в Индии, Африке, Бразилии и др. Крупные ресурсы руд связаны с железомарганцевыми конкрециями на дне океанов. Все промышленные месторождения хромовых руд относятся к магматическим образованиям (Урал, Южная Африка, Индия, Турция и др.). Ванадиевые руды добываются из магматических ванадийсодержащих титаномагнетитовых и осадочных ванадиевых и ванадийсодержащих залежей.

Месторождения руд лёгких металлов представлены месторождениями алюминиевых руд. Основным сырьевым источником алюминиевых руд являются бокситы, месторождения которых принадлежат латеритным корам выветривания и морским осадкам. Палеозойские месторождения бокситов имеются на Урале и на Восточноевропейской платформе. Известны Средиземноморские и Австралийские провинции бокситов мезозойского возраста. Кайнозойские месторождения бокситов сосредоточены в тропическом поясе Африки, Индии, Гвианы и др. К небокситовым алюминиевым рудам относятся месторождения кианита, алунитовых руд, нефелин-апатитовых руд и глин с более сложной технологией и более высокой стоимостью получения из них этого металла.

Месторождения руд цветных металлов представлены месторождениями руд меди, свинца и цинка, никеля, сурьмы. Запасы металлов в наиболее крупных среди них достигают десятков — сотен млн. т, при обычном содержании металлов в единицы процентов. Значительное количество медной руды получают из стратиформных месторождений медистых песчаников и сланцев, к которым принадлежат Джезказганское в Казахстане, Удоканское в Сибири, месторождения Южной Африки, Польши и др. Крупным источником служат также гидротермальные штокверки т.н. медно-порфировых руд (Коунрадское в Казахстане, Алмалыкское в Узбекистане, Каджаранское в Армении, серия месторождений Кордильер и Анд в пределах Канады, США, Чили, Боливии, а также Филиппин). Медные руды добываются также из вулканогенных колчеданных (Урал в CCCP, Испания, Турция, ФРГ и др.) и гидротермальных жильных месторождений (Зангезурское в Армении, Бьютт в США и др.). Существенное количество этого металла извлекалось при разработке магматических сульфидных медно-никелевых месторождений Норильска и Печенги в CCCP, Садбери в Канаде.

Свинец и цинк в природе встречаются обычно совместно в составе месторождений полиметаллических руд. Крупную роль среди них играют стратиформные пластообразные месторождения в карбонатных породах, к которым принадлежат Жайремское и Миргалимсайское в Казахстане, месторождения долины Миссисипи в США, Верхней Силезии в Польше и др. Кроме того, свинцово-цинковые руды добывают из вулканогенных колчеданных месторождений (Рудный Алтай в CCCP, Маунт-Айза в Австралии и др.), гидротермальных метасоматических месторождений в карбонатных породах как среди скарнов, так и без них (в CCCP — Дальнегорское на Дальнем Востоке, Горевское в Енисейском кряже; в США, Мексике, Югославии и др.), гидротермальных жильных месторождений (Садонское на Кавказе; в США, Австралии, Чехословакии, ГДР и др.). Главная масса никелевых руд добывается из магматических сульфидных медно-никелевых месторождений, а также из месторождений выветривания силикатного состава, известных на Южном Урале, Кубе, Новой Каледонии, в Бразилии и др. Все месторождения сурьмяных руд относятся к гидротермальным пластовым (Кадамджайское и др. в Средней Азии; KHP) и жильным (Сарылах в Якутии и др.).

Месторождения руд редких металлов представлены месторождениями руд олова, вольфрама, молибдена, ртути, бериллия, лития, тантала и ниобия. Наибольшие запасы в них достигают сотен тысяч т при содержании металла в руде обычно не выше 1%. Значительное количество оловянных руд добывается при разработке гидротермальных сульфидно-касситеритовых и кварцево-касситеритовых месторождений, известных в CCCP на Колыме, в Приморском и Приамурском краях, в Забайкалье, а за рубежом — в Боливии, ГДР, Великобритании и др. Кроме того, олово добывают из россыпей, наиболее известных в странах юго-восточной Азии и Тихоокеанского архипелага. Вольфрамовые руды сосредоточены в гидротермальных жильных и штокверковых вольфрамитовых (в CCCP — Забайкалье, Казахстан; KHP, Бирма, Боливия и др.), а также в скарновых шеелитовых месторождениях (в CCCP — Тырныаузское на Кавказе, в Средней Азии; в США, Бирме, КНДР и др.). Молибденовые руды добывают при эксплуатации штокверковых и жильных гидротермальных месторождений (Красноярский край, Забайкалье, Казахстан в CCCP, Клаймакс в США и др.), а также скарновых месторождений типа Тырныауз на Кавказе. Все ртутные руды добывают из гидротермальных месторождений, среди которых наибольшее значение имеют пластовые залежи ртутных руд, известные в CCCP в Донбассе, Средней Азии, а за рубежом в Испании, Италии, Югославии, KHP и др. Среди разнообразных источников бериллиевых руд наиболее существенны месторождения пегматитовые и гидротермальные кварцевые и флюоритовые с бериллом, грейзеновые и скарновые с гельвином и фенакитом, вулканогенные флюорит- бертрандитового и гельбертрандитового состава. Литий получают из пегматитов и минеральных литийсодержащих вод (см. также Литиевые руды). Танталовые руды и ниобиевые руды добываются из магматических месторождений среди нефелиновых сиенитов, карбонатитов, альбититов и пегматитов, хорошо изученных как в CCCP, так и за рубежом.

Месторождения руд благородных металлов представлены месторождениями руд золота, платиноидов и серебра. Их запасы обычно измеряются десятками — сотнями (редко тысячами) т при содержании, например, золота, редко превышающем 10 г/т, т.е. 0,001 %. Наиболее распространённым типом золоторудных месторождений являются золотоносные кварцевые и иного состава гидротермальные жилы и штокверки, известные в CCCP на Дальнем Востоке и Северо-востоке, в Западной и Восточной Сибири, на Урале, в Казахстане, Средней Азии, на Кавказе и во многих странах мира. Существенную роль играет добыча золота из вулканогенных гидротермальных комплексных золотосеребряных руд, известных в пределах Тихоокеанского пояса на территории CCCP, Канады, США, Чили, Перу, Боливии. Ранее главным источником золота были россыпи, ныне в своей существенной части отработанные. Уникальным является месторождение золота в докембрийских конгломератах Витватерс-ранда в Южной Африке (см. Золотые руды). Платиноиды, в состав которых кроме платины входят осмий, иридий, палладий, родий и рутений, добываются в основном при разработке содержащих эти металлы комплексных магматических сульфидных медно-никелевых руд типа Норильска в CCCP или Садбери в Канаде (см. Платиновые руды).

К месторождениям радиоактивных руд принадлежат месторождения руд урана, тория и радия. Запасы урановых руд в отдельных месторождениях составляют тысячи — десятки тысяч т, редко более при обычном содержании металла в руде, составляющем десятые доли процента. Среди урановых месторождений весьма существенна роль осадочных, обычно осложнённых приповерхностными инфильтрационными процессами, к которым принадлежат месторождения, залегающие в палеозойских, особенно мезозойских и кайнозойских породах. Разнообразны гидротермальные метасоматические и жильные месторождения урановых руд. Крупные запасы сосредоточены в металлоносных докембрийских конгломератах типа Эллиот-Лейк в Канаде и Витватерсранд в Южной Африке.

Месторождения руд рассеянных элементов (актиний, гафний, галлий, германий, индий, кадмий, протактиний, рений, рубидий, селен, скандий, таллий, теллур, цезий и др.) представлены месторождениями седиментогенной, магматогенной и метаморфогенной серий; рассеянные элементы извлекаются в качестве дополнительного продукта при переработке руд других металлов.

Месторождения руд редкоземельных элементов цериевой и иттриевой групп самостоятельно не существуют; руды этих элементов извлекают также в основном попутно при разработке магматических, пегматитовых, карбонатитовых, альбититовых, гидротермальных и россыпных месторождений руд цветных, редких и радиоактивных металлов.

Особенности вскрытия рудных месторождений. Многообразие форм и условий залегания рудных тел предопределяет специфику схем вскрытия рудных месторождений. Оценка и выбор этих схем (пространственное расположение основных вскрывающих выработок по отношению к залежам, поверхности и в породном массиве), а также их конструктивных параметров (шаг вскрытия, высота этажа, число этажей в шаге вскрытия, длина шахтного поля) основываются на учёте геологических условий, элементов залегания залежей и принятых для конкретных условий порядка разработки (восходящий или нисходящий, от центра шахтного поля или от его границ); способа разработки (с обрушением вмещающих пород, оставлением целиков или с закладкой выработанного пространства); эффективной технологической схемы добычи (с выдачей руды по вертикальным скиповым стволам или по наклонным конвейерным стволам; транспортированием по подземным выработкам руды, горных пород и других грузов посредством рельсовых, конвейерных или самоходных средств; применением рудо- и породоперепускных систем и дробильно-перегрузочных комплексов); способа и схемы проветривания; прогнозируемого периода времени до начала технического перевооружения шахты. К схемам вскрытия предъявляются требования: соответствия типоразмерам, принятым для эксплуатации механизмов, оборудования, используемым при выпуске, доставке, погрузке, транспортировании, механическом дроблении и выдаче руды на поверхность; обеспечения возможности значительного прироста производственной мощности и непрерывности работы шахты при предусматриваемых стволах (рудовыдачных и для вспомогательных транспортных средств); принятия параметров (сечения, угла наклона, глубины — протяжённости) основных вскрывающих выработок из расчёта обеспечения беспрепятственного движения по ним транспортных средств и возможности их эксплуатации в течение 2-3 этапов или всего срока разработки месторождения; наличия ёмкостей для аккумулирования руды на стыках отдельных процессов добычи, достаточных для обеспечения непрерывности работы шахты в целом.

Для новых месторождений руд чёрных, цветных металлов, горно-химического сырья, а также при отработке запасов нижних горизонтов многих действующих шахт как наиболее эффективные и перспективные приняты схемы многоэтажного вскрытия (предусматривающие поэтапную разработку залежи). Отличительными особенностями этих схем являются: увеличенный (200-350 м) шаг вскрытия (Н); подготовка запасов шахтных полей концентрационными горизонтами с рудоперепускными системами и дробильно-перегрузочными комплексами с аккумулирующими руду ёмкостями; проходка и оборудование наклонных съездов и вертикальных грузовых стволов для спуска в шахту и выдачи на поверхность самоходного и крупногабаритного оборудования в собранном состоянии, а также людей.

В соответствии с разработанными схемами рудные тела, залегающие на глубине до 500-600 м, вскрывают вертикальным скиповым рудоподъёмным стволом, наклонным съездом для самоходного оборудования и автотранспорта, вертикальным вентиляционным стволом (рис. 1).

При установлении величины первого этапа (шага) вскрытия при глубине залегания рудных тел более 500-600 м учитывается возможность использования самоходного оборудования, перемещаемого в шахту и из него на поверхность по наклонным съездам (на отечественных рудных шахтах оно способно преодолевать наклоны с углами не свыше 8-10° в выработках протяжённостью более 1-1,5 км). Схема вскрытия крутопадающего рудного тела, залегающего на глубине более 600 м, предусматривает проведение вертикального скипового рудоподъёмного ствола, вертикального вентиляционного и вертикального грузового, оборудованного кабель-краном с грузовой площадкой и слепым наклонным съездом (рис. 2).

На рудниках, разрабатывающих крутопадающие залежи, применяют схемы поэтажного вскрытия и поэтажной разработки (рис. 3).

Свою специфику имеют схемы вскрытия наклонных и пологих мощных рудных тел. До глубины 600 м их вскрывают наклонным конвейерным рудовыдачным стволом, наклонным транспортным съездом и вертикальным вентиляционным стволом (рис. 4).

Для глубины более 600 м предусмотрено проведение наклонного конвейерного и вертикального вентиляционного стволов, а также вертикального грузового ствола с кабель-краном с грузовой площадкой (рис. 5).

Пологие и горизонтально залегающие рудные тела на глубине 70-300 м вскрывают наклонным конвейерным рудовыдачным, вертикальными вспомогательно-вентиляционными и вентиляционными стволами или вертикальными вентиляционными скважинами (рис. 6).

Близко расположенные зоны оруденения и отдельные залежи, существенно отличающиеся минеральным составом полезных компонентов в рудах, возможно, а иногда технически необходимо вскрывать комплексно и разрабатывать совместно из единой сети выработок в одном шахтном поле с формированием нескольких рудопотоков (рис. 7).

В определённых условиях экономически целесообразны и технологически более совершенны комплексное вскрытие, подготовка и одновременная разработка запасов руд, представленных близко расположенными мелкими месторождениями, содержащими аналогичные полезные компоненты. Высокая эффективность подобных решений вопросов вскрытия и разработки заключается в возможности использования единых зданий и сооружений поверхностного комплекса; водоотливных установок; водопонижающих устройств и дренажных выработок (для обводнённых месторождений); схем вскрытия и подготовки запасов шахтного поля; способов и согласованных порядков выемки запасов разных руд в шахтном поле; технологических схем транспортирования и выдачи руды на поверхность с формированием нескольких рудопотоков; схем проветривания шахт.