4. Эксплуатационное опробование и его роль в горнопромышленной геологии.

Опробование полезных ископаемых — одна из важнейших задач геологической службы горного предприятия. Цель его — установ­ление вещественного состава и качественных свойств полезного ископаемого и вмещающих пород. Эти показатели являются глав­ными факторами, обусловливающими промышленную ценность ос­новных и попутных полезных ископаемых, технологию добычи и переработки, а также назначение конечной продукции горного производства.

Опробование полезного ископаемого заключается в определе­нии химического и минерального состава, физико-механических и технологических свойств полезного ископаемого для установления его пригодности для производства заданной продукции и разра­ботки технологии ее получения. Результаты опробования позво­ляют оконтурить тела полезных ископаемых, их природные и технологические типы, включения пустых пород и некондиционных участков и прослоев, выявить закономерности пространственного размещения основных и попутных полезных, а также вредных компонентов.

Опробование при геологическом обслуживании горного пред­приятия, в том числе и при эксплуатационной разведке, в мето­дическом отношении аналогично опробованию при предваритель­ной и детальной разведке. Отличия состоят в том, что на горных предприятиях в широких масштабах производится опробование бескерновых разведочных и буровзрывных скважин, подземных и открытых горных выработок, горной массы в навале, на складах и в транспортных системах. Различия заключаются также в зна­чительно больших объемах опробования на горных предприятиях и в большей сложности задач опробования.

Объектами опробования являются керн скважин колонкового бурения, шлам буровзрывных скважин, материал из скважин, пробуренных с применением змеевиков, буровых ложек, желонок, полезное ископаемое в забое уступов карьера и подземных гор­ных выработок, отбитая горная масса в карьерах, очистных бло­ках подземной разработки, в промежуточных навалах и складах, перепускных устройствах, бункерах, транспортных сосудах, сырье и концентраты на обогатительной фабрике, товарная продукция на складах и в транспортных сосудах после загрузки, естествен­ные выходы полезного ископаемого.

К основным видам опробования при эксплуатационной раз­ведке и разработке месторождений полезных ископаемых отно­сятся следующие: 1) химическое; 2) минералогическое; 3) техно­логическое; 4) техническое.

Химическое опробование позволяет определить содержания ос­новных и попутных полезных и вредных компонентов, минерало­гическое - минеральный и петрографический состав полезного ископаемого, техническое — физико-механические свойства полез­ного ископаемого и вмещающих пород (для оценки их инженер­но-геологических характеристик, разрабатываемости пород и прог­нозирования устойчивости массива при ведении горных работ). При технологическом опробовании изучаются рациональные схемы переработки полезных ископаемых, направления и технологии промышленного использования сырья.

Товарное опробование, являющееся многоцелевым, включает определение потребительских свойств продукции — показателей назначения, сохраняемости, технологичности, транспортабель­ности.

Скважины колонкового бурения опробуются путем отбора по­ловины (по длинной оси) керна. Длина проб при этом должна соответствовать интервалу однородной горной породы или одно­родного полезного ископаемого. При шламовом опробовании бескерновых скважин необходимо учитывать сложность его сбора для получения представительной пробы.

Опробование горных выработок производится штуфным, бо­роздовым, задирковым способами. Параметры сети опробования определяются сложностью контуров тел и их внутреннего строе­ния, а также системами разработки. Опробование необходимо вы­полнять секционным с отбором проб по отдельным типам, сортам полезного ископаемого и разновидностям вмещающих горных по­род. Масса пробы и ее сечение зависят от степени изменчивости качества полезного ископаемого и требований представительно­сти проб для подсчета запасов.

Опробование в транспортных сосудах, на транспортерах, в бун­керах и складах выполняется, как правило, сотрудниками служб технического контроля и инспекции по качеству минерального сырья, созданной на ряде предприятий. Основные способы — то­чечный, горстьевой и валовый с помощью специальных пробоот­борников или вручную. Сеть опробования определяется его целе­вым назначением и степенью однородности горной массы.

Контроль опробования осуществляется геологической службой горного предприятия. Он состоит в проверке соблюдения техно­логии отбора проб и в повторном опробовании, которое прово­дится в объеме 3—5 % от первичного, равномерно распределяется по времени и площади, охватывает все типы и сорта полезного ископаемого. Результаты химического и технического анализа подвергаются внутреннему и внешнему контролю — повторному анализу дубликатов проб.

Новые, весьма эффективные способы опробования разрабаты­ваются на основе ядерно-геофизических методов изучения со­става и свойств полезных ископаемых. Их применение позволяет определять вещественный состав, структуры, физические (плот­ность, влажность, пористость) и другие свойства полезных иско­паемых и вмещающих пород.

В ядерно-геофизических методах опробования используются естественные и искусственно возбуждаемые радиоактивным излу­чением поля. Методы изучения естественной радиоактивности раз­работаны достаточно детально для опробования горных вырабо­ток и скважин при разведке залежей калийных солей, урановых и ториевых месторождений.

Методы, основанные на искусственных источниках ионизации, разделяются на две группы. Гамма-методы регистрируют наве­денные гамма-поля. Нейтронные методы фиксируют поля и свя­занные с ними гамма-излучения. При опробовании скважин полу­чил распространение ядерно-геофизический каротаж. Опробование стенок горных выработок проводится путем линейного измерения наведенных гамма-полей или нейтронных полей.

В настоящее время широко применяются следующие ядерно-геофизические методы:

• селективный гамма-гамма-метод в скважинном (каротаж­ном) и подземном (шахтном) вариантах для опробования монометалльных месторождений железа, свинца, ртути, вольфрама, сурьмы и бария;

• рентгеноспектральный метод в скважинном и шахтном ва­риантах для определения содержаний свинца, цинка, молибдена, сурьмы, ртути, бария, висмута в рудах сложного состава;

• метод ядерного гамма-резонанса для опробования оловян­ных руд:

• спектрометрический нейтронный гамма-метод в каротаж­ном варианте для определения содержаний хлора, железа, хрома, никеля (силикатного);

• активационный метод в каротажном варианте для опробо­вания месторождений меди, бокситов, марганца, флюорита;

• гамма-нейтронный метод в каротажном и подземном вари­антах для опробования бериллиевых месторождений;

• нейтрон-нейтронный метод для определения бора, редких земель, кадмия, лития, ртути, марганца.

Для повышения чувствительности ядерно-геофизических мето­дов и достоверности результатов опробования в настоящее время широко практикуется их комплексирование.

Рассматриваемые методы обеспечивают резкое повышение эф­фективности геологоразведочных работ: в 10—15 раз сокращают время и трудозатраты, увеличивают представительность опробо­вания, позволяют широко применять бескерновое бурение колон­ковых скважин. Благодаря получению массовых данных возрас­тает достоверность геологической информации, используемой при проектировании и планировании горных работ.

По целевому назначению можно выделить следующие основ­ные задачи опробования: уточнение пространственного размеще­ния промышленных типов и сортов полезного ископаемого, их состава и комплексности; контроль полноты выемки, качества до­бываемого полезного ископаемого и горной массы, а также каче­ственных характеристик отвалов; выявление направления раздель­ной выемки; получение данных для технико-экономических и тех­нологических расчетов.

Опробование для решения первой задачи осуществляется в раз­ведочных, подготовительных, нарезных и очистных выработках обычными методами, но с такими расположением и длиной проб, чтобы они не пересекали границ между типами и сортами полез­ного ископаемого. Широко применяются в этом случае геофизи­ческие методы опробования. Оценка комплексности полезного ис­копаемого проводится на основе определения в нем концентрации попутных полезных компонентов, изучения форм нахождения эле­ментов в рудах, выявления закономерностей распределения компо­нентов в различных типах и сортах, а также в продуктах пере­работки сырья.

Качество добываемого полезного ископаемого может быть ус­тановлено по данным опробования либо разведочных и подгото­вительных выработок, либо навалов отбитого полезного ископае­мого в очистных забоях по сетке. Качество выдаваемой горкой массы можно определить по результатам опробования: навалов полезного ископаемого в забое; материала в вагонетках, вагонах, самосвалах, на транспортерах в местах их разгрузки — возле от­валов, погрузочных площадок, приемных бункеров; отвалов.

Для выбора направления раздельной выемки проводят опробо­вание типов и сортов полезного ископаемого в массиве традицион­ными методами или с применением геофизической аппаратуры оперативного контроля. Особенностью этого опробования явля­ется необходимость оперативного получения информации о каче­стве полезного ископаемого для управления селективной отра­боткой залежи.

Для контроля полноты выемки систематически опробуют стенки очистных камер. Эти данные должны подтвердить, что за пределами отработанного пространства качество полезного ископаемого ниже кондиционного; в противном случае отработка дол­жна быть продолжена. Наконец, опробование минерального сырья, поставляемого на обогатительную фабрику или потреби­телю, выполняют геологи или работники ОТК в транспортных емкостях в местах добычи, перегрузки, складирования или при отгрузке со склада товарной продукции. Систематический конт­роль работы обогатительной фабрики осуществляется путем оценки масс поступившего на фабрику полезного ископаемого и полученного концентрата, а также содержаний полезных компо­нентов в исходном и переработанном материале и хвостах.