Технічні засоби розвідки
До технічних засобів розвідки відносяться гірничі виробки, свердловини та геофізичні дослідження. За допомогою гірничих виробок і свердловин створюються штучні оголення, так як природні виходи корисних копалин на поверхню часто бувають недостатні для оцінки; крім того, вони змінені процесами вивітрювання.
Результати, отримані при розтині рудного тіла гірничими виробками, будуть більш достовірні, ніж матеріали буріння або геофізичних досліджень, але проходка - процес тривалий і дорогий, тоді як буріння дешевше і оперативніше. Однак найдешевші і оперативні - геофізичні методи, хоча достовірність отриманих результатів нижче, ніж при проходженні та бурінні, тому в практиці робіт комбінують всі засоби.
До розвідувальним гірничих виробках відносяться:
1) поверхневі вироблення - розчищення, закопушкі, канави, шурфи, дудки;
2) підземні - штольні, розвідувальні шахти і прохідні з них квершлаги, штреки, гезенки, повстають, орт та ін.
Розчищення застосовуються для оголення корінних порід і рудних тіл, які перебувають під наносами потужністю не більше 1 м.
Закопушка це найпростіша ямоподібна гірнича виробка, призначена для розтину корінних порід, що залягають безпосередньо під рослинним шаром, грунтом і пухкими наносами потужністю до 0,5 м.
Канава - поверхнева гірська вироблення трапецієподібного, рідше прямокутного перетину, що має при значній довжині невеликі глибину і ширину. Канави проходяться в пухких породах і наносах потужністю до 3-5 м з метою оголення рудних тіл і вміщають їх порід. Розрізняють канави магістральні і простежуючі (розвідувальні).
Магістральні канави проходяться зазвичай з метою пошуків рудних тіл, розкриття і вивчення геологічного розрізу на ділянці родовища. Тому вони задаються навхрест простягання рудних тіл і рудоносних структур, проходяться на багато десятків і сотні метрів. Розвідувальні канави, проходяться з метою простеження рудних тіл, розташовуються також навхрест простягання при відстані одна від одної зазвичай 20-40 м.
Шурф - вертикальна гірнича виробка квадратного або прямокутного перетину (1 - 1,5; 2-2,5 м2), проходиться з поверхні Землі перетином. Глибина шурфів різна і може досягати 30 м.
Вони: 1) розкривають рудне тіло, перекрите потужним шаром пухких відкладень; 2) розкривають і розвідують верхні частини, круто-падаючих тіл; 3) розкривають і розвідують полого- або горизонтально залягаючих поблизу поверхні покладів (пласти вугілля, розсипних родовищ, кору вивітрювання.
Дудки - неглибокі вертикальні короткі виробки круглого перетину діаметром 0,8-0,9 м - проходяться натомість шурфів в породах, що не вимагають кріплення. Шурфи, які проходять в нестійких і пухких породах, повинні кріпитися.
Штольня - горизонтальні підземні виробки перерізом 2,7 і 3,6 м2, що мають вихід на поверхню, застосовуються при розвідці родовищ в умовах крутосхилого рельєфу. З усіх гірничих виробок важкого типу вони найбільш дешеві і швидко-прохідні. Штольнями розвідуються родовища найрізноманітніших корисних копалин.
Розвідувальна шахта - вертикальні або похилі виробки перерізом від 2х3, 3х4 і більше м2 і глибиною до 60, 100 м проходяться з поверхні Землі або з підземних виробок (сліпа розвідувальна шахта) на ділянках з пологим рельєфом. З шахт проходиться система підземних виробок для вивчення і простеження рудних тіл:
Квершлаг - горизонтальна підземна гірнича виробка, прохідна з шахт або штолень хрестом простягання гірських порід або корисної копалини з метою розкриття всього рудного тіла і складання опорних геологічних розрізів.
Штрек - горизонтальна підземна гірнича виробка, яка не має безпосереднього виходу на денну поверхню і призначена для простеження рудного тіла по простяганню. Штреки можуть змінювати напрямок слідом за вигинами контакту рудного тіла, що дозволяє простежити рудне тіло на всьому протязі.
Гезенк - невелика підземна гірнича виробка, прохідна з інших підземних виробок зверху вниз.
Орт - горизонтальна підземна гірнича виробка, прохідна в межах покладу корисних копалин хрестом її простягання з метою вивчення широких рудних тіл по потужності (рис.4).
Рис. 1. Схема розвідки рудного покладу ортами, пройденими з штреку: 1 - діорити; 2 - зона змінених порід, 3 - рудна поклад
Повстаючі - вертикальні вироблення, що йдуть по рудному тілу з нижнього горизонту до верхнього.
Бурові розвідувальні свердловини - це вертикальні, похилі або горизонтальні вироблення циліндричної форми малого діаметра (від 30 до 250 мм) і великої глибини (до сотень і перших тисяч метрів) і використовуються як найбільш поширений засіб вивчення корисних копалин на глибині.
Вони проходяться для підсічення, оконтурювання, простеження, випробування покладів КК, вивчення структури РКК, умов залягання порід, їх розрізу і складу гірничо-геологічних і гідрогеологічних умов, газоносності і інших завдань розвідки. Крім відомостей про умови залягання і розмірах рудного тіла, за допомогою буріння можна досить надійно і швидко встановити і якість корисних копалин.
Свердловини проходяться за допомогою спеціальних бурових верстатів, які в залежності від способу руйнування породи діляться на верстати обертального й ударного буравлення.
При розвідці неглибоких рудних тіл або верхніх частин великих рудних тіл до глибини 100 м застосовуються стаціонарні бурові (обертальні і ударні) верстати, які транспортуються на автомашинах і за допомогою тракторів або самохідні.
Для буріння дрібних свердловин в пухких і м'яких породах використовується різновид обертального - шнекове буріння, при якому робочим наконечником є дволопатеве бур. Вибурена порода при обертанні снаряда рухається вгору по виткам бура і штанги. Дрібні свердловини проходяться також за допомогою ручного ударного буріння.
Найбільш поширений вид розвідувального буріння - колонкове. Це обертальне буріння, при якому гірська порода руйнується не по всій площі поперечного перерізу свердловин, а по кільцю. Для буріння використовують твердосплавні і діамантові коронки. В результаті вибурюють стовпчик гірської породи, який називається керн. У міру буріння керн надходить в колонкову трубу, з якої після підняття бурового снаряда на поверхню витягується керн. Руйновані при бурінні частинки породи або руди (шлам) виносяться на поверхню промивної рідиною - водою або глинистим розчином, а іноді і повітряним струменем. Промивна рідина або повітря, що нагнітаються під тиском в свердловину, одночасно охолоджують ріжучий наконечник бурового снаряда.
Безкерновое обертальне буріння застосовується рідше.
Розвідка глибоких частин рудних тіл або глибоко розташованих сліпих покладів в основному проводиться колонковими буровими верстатами. Діаметри пробурених свердловин прийняті рівними 170, 130, 115, 85, 75, 65 мм. Кути нахилу свердловин до горизонту визначаються місцевими умовами і можуть бути самими різними.
Основні переваги колонкового буріння - можливість буріння вертикальних, похилих і горизонтальних свердловин будь-якого напрямку і отримання керна (фактичний кам'яний матеріал), що характеризує корисну копалину і геологічний розріз. Широко поширене колонкове багатоствольне буріння за допомогою штучного викривлення свердловин на певній глибині. Це дозволяє з одного пункту на поверхні отримати кілька розвідувальних перетинів на потрібних глибинах.
Значно рідше застосовується ударно-канатне, роторне і турбінне буріння, яке не дозволяє отримувати керн і відповідно визначати межі корисної копалини, його геометрію і умови залягання.
Виконується розвідувальне буріння та з підземних гірничих виробок. Для цієї мети застосовуються спеціально розроблені верстати підземного буріння.
Третім технічним засобом розвідки є геофізичні методи.
Геофізичні роботи використовуються для простеження рудних тіл, наближеного визначення меж рудних покладів і умов їх залягання, для уточнення геологічних розрізів, визначення контактів рудних тіл і порід у свердловинах (каротажні роботи), при великомасштабному геологічному картуванні, іноді для вивчення потужності розкривних порід (порід, перекривають рудню поклад), для вирішення гідрогеологічних задач і т. д. для цієї мети застосовують вже відомі методи, такі як граві-, магніто-, сейсмо, електро- і радіометр і всі їхні різновиди.
Переваги геофізичних робіт полягає в швидкості і відносно невисокій вартості їх виробництва, а також в можливості виявляти і простежувати додатково рудні тіла родовища, що не виходять на поверхню. З метою розвідки найчастіше використовуються магнітометрія, радіометр, електророзвідка, рідше гравіметрія і сейсмометрія.
Методика проведення геофізичних робіт при розвідці зазвичай зводиться до спостережень за фізичними властивостями середовища на площі родовища по досить густої мережі, запланованій за допомогою профілів, орієнтованих хрестом простягання рудних покладів.
Геофізичні роботи використовуються з метою контролю даних бурових робіт і називаються в цьому випадку каротажними.
Під геофізичних каротажем розуміються геофізичні дослідження, що проводяться в свердловинах,
Залежно від морфології, положення рудних тіл в просторі і ряду інших властивостей при розвідці родовищ користуються будь-якої певної системою розвідки.
Під системою розвідувальних робіт розуміють види, глибину, кількість, просторове розміщення та послідовність проведення розвідувальних виробок, так як тільки вони дають найбільш повний і представницький матеріал для вирішення розвідувальних завдань з достатньою точністю промислової розробки при найменших витратах засобів і часу. Таким чином, елементами системи розвідувальних робіт є:
• розвідувальні виробки (вид, характер);
• порядок розміщення виробок (форми розвідувальної мережі);
• густота розвідувальної мережі.
У складі розвідувальних систем виділяють три нерозривно пов'язаних елемента: тип розвідувальних виробок, конфігурацію розвідувальної мережі (розташування виробок в просторі) і її щільність (густоту). Також враховується глибина і послідовність проходки розвідувальних виробок. Класифікація розвідувальних систем проводиться за першим двом елементам.
За типом застосовуються виробок розвідувальні системи ділять на бурові, гірничі та комбіновані (гірничо-бурові), причому чисто гірські системи зустрічаються рідко - на вельми складних родовищах.
По взаємному розташуванню виробок в просторі розвідувальні системи підрозділяються на дві групи: системи правильних геометричних мереж і системи ліній.
Щільність розвідувальної мережі може характеризуватися або відстанню між сусідніми розвідувальними виробками, або площею поклади, що припадає на одну розвідувальну вироблення (тільки для правильних мереж). Існує кілька способів вибору оптимальної щільності розвідувальної мережі в залежності від геологічних особливостей родовища і стадії розвідувальних робіт: способи аналогій, геологічних побудов, математичні методи.
На вибір розвідувальних систем впливають стадії ГРР, геологічна складність родовища, тобто особливості форми і умов залягання покладів, мінливість корисних копалин.
Гірські системи. Застосовуються в тому випадку, коли форма рудних тіл і розподіл металу в них характеризуються підвищеною мінливістю. У тому випадку, коли рудні тіла залягають горизонтально і розташовані поблизу поверхні, для розвідки можуть бути використані лінії шурфів (рис.5, а). Якщо разведуемих родовище розташоване в місцевості з розчленованим рельєфом, то комплекс розвідувальних робіт передбачає проходку штолень і необхідної кількості розвідувальних виробок з них: штреків, ортов, квершлагів і ін. (Див. Рис.5, б). Ця система дозволяє отримати детальний геологічний матеріал і проста в гірничо-технічному відношенні. Розвідка шахтами проводиться на родовищах, що залягають в умовах рівного рельєфу, для того щоб з них за допомогою квершлагів, штреків, ортов і інших підземних гірничих виробок розвідати власне рудне тіло. Зазвичай вироблення проходять на 1-2 горизонтах при відстані між ними 30-50 м (див. Рис.2, в). Розвідка шахтами дає найбільш точний і повний геологічний матеріал, але є дорогою і складною і тому застосовується порівняно рідко.
Рис.2. Системи розвідки рудного тіла (чорне) гірничими виробками:
в - шурфами; б - штольнями; в - шахтою
Бурові системи. Розвідка всього родовища тільки свердловинами можлива в тому випадку, коли родовище характеризується стійкими морфологічними параметрами, безперервним оруденением і відносно рівномірним розподілом металу в великих рудних покладах. У цій групі можливі кілька способів розвідки. Так, наприклад, розвідка неглибокими свердловинами застосовується одночасно з розвідкою шурфами, але перше переважно при розвідці сильно обводнених ділянок типу долинних розсипів, де проходка шурфів утруднена. Ця система дешевше розвідки шурфами, але дає менш докладний геологічний матеріал.
Гірничі роботи з економічних і організаційних чинників менш вигідні, ніж буріння. Але необхідно враховувати, що розвідувальні гірничі виробки часто використовують при експлуатаційної розвідки МПІ. Також, вартість видобутого сировини компенсує витрати на розвідку.
Найпоширенішою є розвідка глибокими свердловинами колонкового буріння, яка може застосовуватися в умовах практично будь-якого рельєфу, при будь-якому заляганні рудних тіл і для будь-яких порід. Основні переваги колонкових свердловин - можливість їх буріння в будь-якому напрямку і під будь-яким кутом, а також отримання зразків разбуріваемих порід у вигляді керна. До недоліків цього способу буріння відноситься підвищена витрата, води або промивної рідини, низький вихід керна в слабких породах і малі по масі і об'єму проби в порівнянні з тими, які отримують при розвідці гірничими виробками. При розвідці родовищ на нафту і газ широко використовується роторне (бескерновим) буріння.
Рис.3. Гірничо-бурові системи розвідки рудного тіла (чорне) в розрізі:
а - розвідка штольнями і глибокими свердловинами колонкового буріння, б - розвідка шахтою і глибокими свердловинами колонкового буріння.
Гірничо-бурові системи розвідки. Найчастіше розвідка рудних родовищ передбачає комплекс гірських і бурових робіт, під час яких детальні геологічні дані власне по родовищу отримують в гірських виробках, а за допомогою свердловин вивчають прилеглі до родовища площі. Тут теж можливо кілька варіантів розвідки: штольнями і свердловинами колонкового буріння; шахтою і свердловинами і ін. (рис.6).
Гірничі виробки застосовуються для родовищ першої і другої груп складності і глибинних частин всіх родовищ.
Підсистеми гірничих виробок застосовуються тільки для складних МПІ. Найбільш оптимально при розвідці - буріння свердловин. Прості МПІ при сприятливих умовах бажано розкрити з поверхні канавами, шурфами, штольнями, а на глибину - свердловинами.