ЛЕКЦИЯ № 5

ТЕМА:«ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ, МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДКИ»
1. Основные задачи стадий разведки.
Как уже отмечалось, в соответствии с принципом последо­вательных приближений геологоразведочный процесс осущест­вляется в пять последовательных стадий: поисково-оценочные работы, предварительная разведка, детальная разведка, доразведка и эксплуатационная разведка.
В практике геологоразведочных работ стадии разведки обычно отчетливо отделяются друг от друга, особенно при раз­ведке новых месторождений с неясными промышленными пер­спективами. В то же время при разведке месторождений доста­точно крупных или содержащих остродефицитное сырье, не­редки случаи, когда не только невозможно отделить стадии друг от друга во времени, но и уже в процессе разведки начи­нается строительство горнодобывающего предприятия.
Основной задачей поисково-оценочных работ является уста­новление промышленного типа выявленного проявления полез­ных ископаемых и приближенная геолого-экономическая оценка. Как правило, поисково-оценочные работы приурочены к поверхности и тяжелые технические средства (подземные горные выработки, глубокие скважины) еще не применяются. На этой стадии производится первая отбраковка месторожде­ний и по своей сути поисково-оценочные работы являются про­межуточным звеном между поисками и собственно разведкой.
Главной целью предварительной разведкиявляется общая оценка месторождения полезных ископаемых. Для достиже­ния этой цели в процессе проведения работ этой стадии реша­ются следующие задачи:
1) выясняются общие размеры месторождения;
2) приближенно определяются форма, условия залегания, мощность, интенсивность развития тектонических нарушений и общие размеры тел полезных ископаемых;
3) приближенно оцениваются качественные показатели, особенности распределения полезных и вредных компонентов, минеральных типов и промышленных сортов, возможная схема технологического процесса переработки или обогащения полез­ного ископаемого;
4) проводится общая оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождения и экономико-гео­графической обстановки района его размещения.
На основе материалов предварительной разведки выполня­ется ориентировочный подсчет запасов (по категориям С1 и С2) с целью оценки масштабов месторождения, а также со­ставляется технико-экономический доклад (ТЭД), в котором дается промышленная оценка месторождения, обосновываются предварительные кондиции для отбраковки непромышленной части запасов. Если месторождение имеет очень большие раз­меры и дальнейшая разведка всей площади нецелесообразна, то выделяются (обосновываются) участки для постановки де­тальной разведки.
Главная цель детальной разведкизаключается в изучении месторождения с полнотой и достоверностью, достаточной для составления проекта его разработки. Проведение работ этой стадии требует вложения значительных средств и большого времени. В общих затратах на разведку, на их долю прихо­дится основная часть. Поэтому-детальная разведка начинается только в том случае, если принято решение о разработке ме­сторождения.
На крупных месторождениях, а также на месторождениях остродефицитного сырья и сложного геологического строения, где разведка осуществляется преимущественно горными выра­ботками, 'детальная разведка должна совмещаться с проекти­рованием и строительством горнодобывающего предприятия.
В процессе детальной разведки решаются следующие за­дачи:
1) с высокой точностью оконтуривается каждое тело полез­ного ископаемого, устанавливается его форма и условия зале­гания;
2) детально изучаются характер и закономерности измен­чивости морфологии и внутреннего строения тел полезных ис­копаемых;
3) выделяются и оконтуриваются в пространстве минераль­ные типы и промышленные сорта полезного ископаемого, а также безрудные и некондиционные участки внутри тел полезных ископаемых;
4) устанавливаются все разрывные нарушения и выявля­ются их типы, направления и амплитуды смешения по ним;
5) определяются содержания и особенности распределения в пространстве полезных, сопутствующих и вредных компо­нентов;
6) исследуются структурно-текстурные характеристики по­лезного ископаемого и его технологические свойства (для каж­дого промышленного сорта и минерального типа) с деталь­ностью, достаточной для составления проекта технологической схемы обогащения;
7) устанавливаются гидрогеологические условия месторождения;
8) определяются инженерно-геологические свойства полез­ного ископаемого и вмещающих пород и другие горнотехниче­ские условия разработки месторождения.
Конечными результатами детальной разведки являются подсчет запасов и разработка промышленных кондиций. Эти основные отчетные документы детальной разведки рассматри­ваются и утверждаются ГКЗ России или территориальными ко­миссиями по запасам полезных ископаемых (ТКЗ). Все мате­риалы разведки (карты, разрезы, планы, проекции, результаты испытаний и анализов, геофизических, гидрогеологических и инженерно-геологических исследований) передаются проект­ным организациям для составления проекта отработки разве­данного месторождения.
После передачи месторождения в промышленное освоение обычно возникает необходимость дополнительного изучения де­тально разведанного участка месторождения или расширения его размеров. В таких случаях производится доразведка место­рождения(ранее эта стадия геологоразведочного процесса но­сила название «разведка в пределах горного отвода», или «промразведка»).
Основные задачи, методика выполнения работ, расположе­ние и типы выработок в процессе доразведки нового, еще не разрабатываемого месторождения полностью аналогичны та­ковым при детальной разведке. Дополнительно может быть поставлена лишь еще одна задача — перевод запасов в более высокие категории (из В в А; из С1 в В и т. д.) в пределах уча­стков, подлежащих первоочередной разработке, если количе­ство разведанных запасов высоких категорий (А и В) недо­статочно для рентабельной эксплуатации месторождения в на­чальный период его эксплуатации.
Доразведка разрабатываемого месторождения осуществля­ется с целью расширения минерально-сырьевой базы действую­щего горнодобывающего предприятия. Она охватывает преиму­щественно фланги и глубокие горизонты месторождения. Основные задачи и методика в общем те же, что и на предыду­щих стадиях разведки, однако они имеют ряд особенностей, обусловленных тем, что доразведка обычно ведется в преде­лах месторождения с хорошо изученными геологическими и географо-экономическими условиями.
Основные особенности доразведки (по сравнению с деталь­ной разведкой) заключаются в следующем. Во-первых, одной из главных ее задач является перевод запасов в более высо­кие категории. Во-вторых, в ходе работ этой стадии широко применяются технические средства горнодобывающего пред­приятия, а сечения горных выработок принимаются такими, чтобы их без реконструкции можно было использовать в про­цессе эксплуатации, даже если это увеличивает затраты на доразведку. В-третьих, расстояния между
горноразведочными выработками
выбираются кратными расстоянию между горно­эксплуатационными выработками. Это положение можно пояснить следующим примером. Для изучения участка месторож­дения с детальностью, соответствующей категории А, доста­точно проходить рудные штреки на расстоянии 60 м по вер­тикали. Однако если высота эксплуатационного этажа принята 50 м, то разведочные рудные штреки должны отстоять друг от друга именно на 50 м. В случае, если высота этажа 50 м, а для обеспечения категории А расстояние между выработками должно составлять 30 м, то следует проходить их через 25 м, применяя для промежуточных межгоризонтных выработок уменьшенные сечения.
Эксплуатационная разведканачинается с момента строи­тельства горнодобывающего предприятия и ведется вплоть до его ликвидации. Геологоразведочные работы на этой стадии разведки выполняются в пределах сравнительно небольших участков месторождения, которые планируется отработать в ближайшие месяцы или год-два (максимальный срок). По­этому основной задачей эксплуатационной разведки является уточнение. Уточнение в пределах эксплуатационного блока или группы блоков количества и качества запасов полезного иско­паемого, условий залегания, горнотехнических условий и т. п. В зависимости от типов решаемых задач выделяется опере­жающая и сопровождающая (сопутствующая) эксплуатацион­ная разведка.
Основные задачи опережающей эксплуатационной раз­ведки— определение запасов полезного ископаемого и полез­ных компонентов и уточнение горнотехнических условий в пре1 делах подготавливаемых к выемке запасов. Данные этого вида эксплуатационной разведки используются для нужд текущего планирования, а разведочные выработки размещаются по оп­ределенной сети с учетом сложности геологического строения разведуемого участка.
Главная задача сопровождающей эксплуатационной раз­ведки заключается в уточнении конкретных деталей строения, особенностей залегания, качественных показателей и горнотех­нических особенностей полезного ископаемого в пределах экс­плуатационного блока. Поскольку каждая разведочная выра­ботка (или скважина) решает отдельные задачи, то они могут располагаться нерегулярно, вне принятой разведочной сети. Результаты сопутствующей эксплуатационной разведки позво­ляют вести оперативное управление добычей.
Эксплуатационная разведка обоих видов выполняется за счет средств горнодобывающего предприятия, его техническими средствами и под руководством рудничной геологической слу­жбы. Следует заметить, что цели, задачи и особенности методики доразведки и эксплуатационной
разведки являются пред­метом рассмотрения отдельной учебной дисциплины — «Горно­промышленной геологии».
В соответствии со стадиями геологоразведочного процесса организуется и геологическое обеспечение, и технические сред­ства, и финансирование работ. На начальных стадиях (поиско­во-оценочной, предварительной разведки) создаются сезонные партии, применяются относительно простые и дешевые техни­ческие средства, дающие, естественно, и менее точные резуль­таты. Геологоразведочные работы производятся силами Министерства природных ресурсов России за счет средств госбюджета. При развертывании предварительной и при выполнении детальной разведки ис­пользуются уже такие технические средства, которые дают ре­зультаты необходимой точности и могут быть использованы при дальнейшей эксплуатации месторождения. Геологоразве­дочные работы осуществляются стационарными круглогодич­ными партиями и финансируются также за счет средств госбюджета. Доразведка может проводиться как геологоразве­дочными партиями или экспедициями Министерства природных ресурсов России, так и спе­циализированными партиями отраслевых министерств. Финан­сируется она за счет госбюджетных статей расходов отрасле­вых министерств. Эксплуатационная разведка ведется силами и средствами горнодобывающего предприятия за счет себе­стоимости продукции.
В проектах геологоразведочных работ любой стадии (от по­исково-оценочных работ до эксплуатационной разведки) в обя­зательном порядке рассматриваются вопросы техники безопас­ности, а также предусматриваются мероприятия по сохране­нию окружающей среды.
2. Методы разведки.
Общепринятого определения понятия «методы разведки» в настоящее время нет. Нередко методами разведки называют те или иные способы расположения разведочных выработок или технические средства, что, конечно, не совсем верно. Наи­большим признанием пользуется трактовка основоположника советского геологоразведочного дела В. М. Крейтера, который, исходя из самого определения понятия «метод» (способ по­знания, изучения, исследования явления), предложил присваи­вать его таким разведочным мероприятиям, которые позво­ляют теоретически обоснованно решать главные задачи раз­ведки независимо от сложности и разнообразия используемых технических средств. В. М. Крейтер предлагал три основных метода разведки: создание системы разрезов, опробование по­лезного ископаемого и оценочное сопоставление.
Разведочные геологические разрезы являются до настоя­щего времени основным способом выяснения формы, внутреннего строения и условий
залегания месторождения. Разрезы могут быть вертикальными и горизонтальными, поэтому выде­ляется три разновидности метода разрезов: вертикальных разрезов, горизонтальных разрезов и комбинированный — вер­тикальных и горизонтальных разрезов.
В последние десятилетия приобрел самостоятельное значение еще один метод познания морфологических особен­ностей месторождений полезных ископаемых — геометризация месторождений с помощью ЭВМ и графопостроителя. Ранее, до внедрения ЭВМ в практику и теорию геологоразведочного дела, способы изучения формы и строения тел полезных иско­паемых с помощью построения изолиний мощности и других показателей были очень трудоемки и довольно приблизи­тельны. Поэтому они использовались главным образом в ка­честве вспомогательных, иллюстративных. Ныне существуют пакеты прикладных программ для ЭВМ с графопостроителями, позволяющие в короткие сроки и с точностью, соответствую­щей детальности разведки, получить исчерпывающую и на­глядную информацию о внутренних и внешних особенностях строения тел полезных ископаемых. Вполне возможно, что в будущем, этот метод вытеснит традиционный метод создания системы разрезов.
Опробование является единственным способом изучения качественных показателей полезного ископаемого. Вопросы, связанные с опробованием, рассматриваются далее.
Оценочное сопоставление представляет собой способ выяв­ления возможностей и условий использования месторождения по данным разведки. Промышленная оценка ведется в течение всего процесса разведки и заключается в сравнении парамет­ров разведуемого месторождения (значения которых меняются или уточняются с каждой новой выработкой, пробой, анализом и т. п.) с параметрами других подобных, но уже освоенных месторождений, а также в определении народнохозяйственной целесообразности дальнейшего освоения данного месторожде­ния полезных ископаемых.
3. Технические средства разведки.
Задачи разведки решаются с помощью технических средств, характеризующихся различной стоимостью и скоростью про­ведения работ, а также обладающих разной достоверностью получаемых данных.
Выделяется три группы технических средств разведки: раз­ведочные горные выработки, разведочные буровые скважины и геофизические работы.
Разведочные горные выработкипозволяют получать наи­более полную и достоверную информацию, так как они обеспечивают непосредственный доступ исследователя к полезному ископаемому и поэтому исследования могут быть проведены в максимальном объеме и, в случае необходимости, повторены. Кроме того, горные выработки могут быть продолжены в лю­бом направлении.
Для целей разведки используются поверхностные и подзем­ные горные выработки. К поверхностным выработкам отно­сятся расчистки, закопушки, канавы, шурфы и дудки. Расчист­ками и закопушками обнажают полезное ископаемое при мощ­ности рыхлых отложений, перекрывающих полезное ископае­мое, не более 1 м. Чаще всего эти выработки применяются при поисковых работах.
Канавы представляют собой горизонтальные выработки трапециевидного поперечного сечения и глубиной не более 5 м. В зависимости от назначения среди них различают магистраль­ные и прослеживающие (собственно разведочные). Магист­ральные канавы служат для изучения геологического строения рудовмещающей толщи. Они проходятся вкрест простирания вмещающих пород и тел полезных ископаемых и имеют зна­чительную длину (до нескольких сотен метров), вскрывая вме­щающие породы на значительные расстояния от полезного ис­копаемого. Прослеживающие канавы проходятся также вкрест простирания, но их длина определяется видимой мощностью полезного ископаемого. Они располагаются на расстоянии от 20 до 50 м друг от друга. Если мощность рудного тела меньше ширины полотна канавы, то разведочные канавы ориентируют по его простиранию, прослеживая рудное тело вдоль. В этом случае длина канавы зависит от протяженности тела.
Шурфы и дудки — это вертикальные выработки прямо­угольного (шурфы) или круглого (дудки) поперечного сечения. Их глубина достигает 20—30 м. Шурфы обычно проходят с креплением стенок и на большую (>10 м) глубину или в не­устойчивых породах, поэтому их сечения довольно значи­тельны— 1,5—3,5 м2 и более, а дудки — в крепких устойчивых породах, поэтому их сечения, как правило, не превышают 1 м2. Вертикальные поверхностные выработки предназначены для разведки верхней части полезного ископаемого, перекрытого наносами большой мощности. С этой целью из шурфов и ду­док проходят небольшие горизонтальные выработки — рас­сечки, располагаемые как по простиранию тела полезного ис­копаемого, так и вкрест его.
К подземным горным выработкамотносятся шахты, квер­шлаги, штреки, орты, восстающие и штольни. Разведочные шахты представляют собой вертикальные выработки прямо­угольного сечения площадью от 5 до 12 м2, начинающиеся у поверхности и имеющие большую глубину. Из стволов шахт проводится система горизонтальных подземных выработок, включающая квершлаги, проходимые диагонально или вкрест простирания пород и полезного ископаемого для полного пе­ресечения продуктивной толщи, штреки, ориентированные па­раллельно простиранию тел полезных ископаемых, орты, отхо­дящие от штреков и позволяющие получить полное пересече­ние рудного тела по мощности. Для прослеживания полезного ископаемого по восстанию или падению из горизонтальных вы­работок— штреков, квершлагов или ортов — проходят наклон­ные или вертикальные выработки — восстающие (снизу — вверх) или уклоны и слепые стволы (сверху — вниз).
Штольни — это горизонтальные выработки, проходимые с поверхности по простиранию тела полезных ископаемых (продольные) или вкрест его- (поперечные). Они применяются в условиях гористого рельефа местности.
В зависимости от способа откатки отбитой горной массы — скреперными лебедками, рельсовым транспортом или самоход­ными горными машинами — и вида крепления сечения гори­зонтальных горных выработок колеблются от 3,5 до 7,1 м2.
Скорости проходки горных выработок зависят от способа-проходки, крепости и условий залегания пород, от площади се­чения и. вида выработки. Для поверхностных горизонтальных выработок (канав)—это сотни метров в месяц, для поверхно­стных вертикальных — десятки метров, подземных горизон­тальных— до 100 м в месяц, для подземных вертикальных — от 15 (стволы шахт) до 40 м (восстающие). Стоимость про­ходки горных выработок определяется теми же факторами, что и скорость проходки, и изменяется от нескольких сотен рублей за метр для поверхностных выработок, до нескольких тысяч— для подземных и даже до 15—20 тыс. руб.— для ство­лов шахт.
Буровые скважины— это вертикальные, наклонные или горизонталь- ные выработки цилиндрического сечения небольшого (от 36 до 250 мм) диаметра и значительной (до 2-2,5 км и более) глубины.
По способу разрушения породы различают вращательное, ударно-вращательное и ударное бурение. При вращательном бурении порода разрушается либо по всему забою скважины (бурение сплошным забоем), либо по внешнему кольцу (ко­лонковое бурение); во втором случае в центре скважины оста­ется цилиндрический столбик неразрушенной породы, называе­мый керном.
Колонковое бурение является главным видом разведочного бурения, так как оно позволяет непосредственно (по керну) изучать полезное ископаемое и вмещающие породы, а в случае отбора ориентированного керна — довольно точно определять условия залегания пород даже по единичным скважинам. По виду применяемого бурового наконечника (коронки) различают алмазное, твердосплавное и дробовое колонковое буре­ние. Частицы разрушенной породы удаляются из забоя сква­жины промывочной жидкостью или сжатым воздухом. Основ­ным показателем качества колонкового бурения считается выход керна — отношение длины полученного керна к длине про­буренного интервала, выраженное в процентах. Данные по скважинам, в которых выход керна не превышает 50—70%, обычно в расчет не принимаются (скважины бракуются). Для подсчета запасов по высшим категориям (А и В) учитываются данные по скважинам, в которых выход керна по полезному ископаемому составляет не менее 85:—90 %.
Бурение скважин сплошным забоем может быть вращатель­ным, ударно-вращательным и ударным. При этом виде буре­ния керн не получают, порода измельчается на мелкие кусочки и пыль — шлам, который выносится на поверхность сжатым воздухом, промывочной жидкостью или удаляется из сква­жины специальным сосудом — желонкой. Шлам имеет смешан­ный состав и поступает на поверхность с некоторой задерж­кой—уже после проходки соответствующего интервала, по­этому определение состава пород и оценка качества полезного ископаемого в данном случае весьма затруднены, а выявление условий залегания пород и текстурно-структурных характери­стик полезного ископаемого вообще невозможно. Эти виды бурения применяются главным образом при эксплуатационной разведке для общей оценки качества полезного ископаемого в больших объемах.
Скорость и стоимость бурения разведочных скважин зави­сят от его вида, крепости (буримости) пород, глубины и угла наклона скважины и варьируют в широких пределах: ско­рость— от сотен до тысяч метров в месяц, стоимость — от де­сятков до сотен рублей за метр (но она во всех случаях значи­тельно ниже, чем стоимость проходки горных выработок в тех же условиях).
Высокие скорости проведения разведочных работ, их от­носительная дешевизна обусловили широкое применение буре­ния в качестве основного (а иногда и единственного) техниче­ского средства при разведке месторождений горючих ископае­мых, строительных материалов, агрохимического сырья, черных и некоторых типов месторождений цветных ме­таллов.
Повсеместное использование разведочного бурения в каче­стве главного технического средства сдерживается рядом не­достатков, присущих этому виду работ.
Во-первых, небольшой объем керна часто не позволяет по­лучить достаточное для всестороннего изучения полезного ис­копаемого количество вещества. Кроме того, полный выход керна — явление достаточно редкое, а какими причинами вызвано разрушение керна и на каком именно интервале, выяс­нить удается далеко не всегда.
Во-вторых, в процессе бурения ствол скважины отклоня­ется от заданного направления и в горизонтальной (азиму­тальное искривление), и в вертикальной (зенитное искривле­ние) плоскостях.
Точно установить истинное положение его в пространстве довольно трудно. Искривления скважин вызываются как гео­логическими (неоднородность физических свойств горных по­род, их трещиноватость, слоистость, сланцеватость), так и тех­ническими (перекос направляющей трубы, неправильная забурка скважины, неудачно выбранный режим бурения и т. п.) причинами.
В-третьих, нередки случаи искажения содержания полез­ного компонента в керне вследствие его избирательного исти­рания. Если полезное ископаемое по физико-механическим свойствам и (или) текстурно-структурным особенностям раз­рушается в процессе бурения легче или, наоборот, труднее вме­щающих пород, то может произойти, либо обеднение, либо обо­гащение керна полезным ископаемым по сравнению с истин­ным содержанием его в массиве. В тех случаях, когда степень обеднения или обогащения керна установлена, ошибка опре­деления показателей качества по керну может учитываться с помощью поправочного коэффициента. Однако гораздо чаще удается выявить лишь общую тенденцию искажения, но не его величину.
Чтобы свести к минимуму влияние указанных недостатков бурения, скважины обязательно заверяются горными выработ­ками. Лишь в том случае, когда доказано, что получаемая в результате бурения геологическая информация достаточно полна и достоверна, разрешается использовать буровые сква­жины в качестве главного технического средства разведки. В противном случае, а также тогда, когда заверочные горные работы не проводятся, разведочное бурение рассматривается в качестве вспомогательного средства для оценки общих усло­вий и перспектив месторождения.
Геофизические работыв процессе разведки месторождений применяют для решения следующих основных задач:
1) выяснения общей геологической структуры района и оконтуривания перспективных участков;
2) изучения внутреннего строения месторождения — про­слеживания и приближенного оконтуривания тел полезных ис­копаемых или характерных (маркирующих) пород, тектониче­ских нарушений;
3) приближенного (а для урановых руд, а также некото­рых типов руд меди, свинца, олова и других — точного) опре­деления содержания полезных и вредных компонентов;
4) определения физических свойств пород и полезного ис­копаемого (плотность, водонасыщенность, упругие характери­стики и др.);
5) исследования и контроля буровых скважин (измерение искривления — инклинометрия и каротаж).
Каротаж скважин и инклинометрия осуществляются в обя­зательном порядке, тогда как другие геофизические работы выполняются при наличии благоприятных условий (заметного отличия в значениях тех или иных физических свойств раз­личных геологических образований). Под геофизическим каротажом понимаются исследования естественных и искусствен­ных физических полей по стволу скважины. С его помощью устанавливается состав пород и уточняется положение их гра­ниц, определяется мощность полезного ископаемого и его ка­чественные характеристики, изучаются температурный режим, водо-, газоносность и другие явления, влияющие на условия разработки месторождения. С помощью скважинных геофизи­ческих работ выявляется зенитное и азимутальное искривление скважин.
По сравнению с бурением и проходкой горных выработок стоимость геофизических работ в несколько раз меньше, а ско­рость их проведения в несколько раз больше. Но интерпрета­ция геофизических данных далеко не всегда однозначна, по­этому геофизические работы используются обычно в качестве вспомогательного средства.