Основы Горного Производства. Калиниченко О. И., Зыбинский П. В., Хохуля А. В. Основы горного производства
 Скачать 18.24 Mb.
|
|
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Месторождением называется естественное скопление полезного ис- копаемого, занимающее определенный объем в земной коре, которое по ус- ловиям залегания, количеству и качеству минерального сырья при данном состоянии экономики и техники может служить объектом промышленной разработки в настоящее время или в ближайшем будущем. Полезным ископаемым называют природное минеральное образова- ние, которое используется в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной обработки путем дробления, сортировки, обогаще- ния для извлечения ценных металлов или минералов. В зависимости от физического состояния полезные ископаемые могут быть твердыми, жидкими и газообразными. К твердым относится большинство полезных ископаемых, которые применяются как химические элементы или их соединения, а также кри- сталлы, минералы, горные породы, к газообразным – горючие газы углево- дородного состава и негорючие инертные газы, к жидким – нефть, рассолы, воды. По промышленному использованию полезные ископаемые разделяют- ся на металлические, неметаллические, горючие, гидро- и газоминеральные. Металлические полезные ископаемые служат для извлечения из них металлов и элементов: черных (железо, титан, хром, марганец); легирующих (никель, кобальт, вольфрам, молибден,); цветных (алюминий, медь, свинец, цинк, сурьма, ртуть); благородных (золото, серебро, платина, палладий); ра- диоактивных (уран, радий, торий); редких и рассеянных (висмут, цирконий, ниобий, тантал, германий, кадмий, индий); редкоземельных (лантан, церий, иттрий и др.). К неметаллическим полезным ископаемым принадлежат строитель- ные горные породы (естественные камни, пески, глина), индустриальное сырье (алмаз, графит, асбест, слюды, драгоценные и поделочные камни, пьезокристаллы, оптические минералы), химическое и агрономическое сы- рье (сера, флюорит, барит, галит, калийные соли, апатит, фосфориты). Горючие ископаемые включают торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, горючие сланцы, нефть, горючий газ. Они служат энергетическим и металлургическим (кокс) топливом, а также сырьем для химической про- мышленности. К газоминеральному сырью относятся негорючие инертные газы: ге- лий, неон, аргон и др. Гидроминеральные полезные ископаемые разделяют на подземные во- ды (питьевые, технические, бальнеологические или минеральные) и нефтя- 15 ные воды, содержащие ценные элементы (бром, йод, бор и др.), а также рас- солы (озерные рассолы, минеральные грязи, илы). По форме залегания месторождения твердых полезных ископаемых подразделяются на правильные и неправильные. Правильную форму залегания обычно имеют пласты и пластообраз- ные месторождения осадочного происхождения (уголь, горючие сланцы, соли, гипс и т.п.). Области почти непрерывного распространения пластовых осадочных полезных ископаемых (от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч квадратных километров) называются бассейнами. В Украине к тако- му типу относятся бассейны угля (Донецкий), минеральных солей (Арте- мовско-Славянский), металлических и неметаллических руд (железа - Кри- ворожский, Керченский; марганца – Никопольский). В общем случае пластом называется плитообразная форма полезного ископаемого, имеющая значительное распространение в земной коре и ог- раниченная двумя более и менее параллельными плоскостями. Породы, за- легающие над пластом полезного ископаемого, называются кровлей, а зале- гающие ниже пласта – почвой. Пласты могут иметь однородное (простое) (рис. 11, а) и сложное строение (рис. 11, б, в), иметь раздувы и пережимы мощности. Тонкие слои пустой породы, заключенные в пласте, называются прослойками. Тела полезного ис- копаемого неосадочного проис- хождения, близкие по форме к пластам, принято называть пла- стообразными залежами. К неправильным относятся, в основном, рудные месторожде- ния. В известной степени поня- тия «полезное ископаемое» и «ру- да» являются условными и отра- жают характерные для заданного исторического периода потребно- сти народного хозяйства в раз- личных видах минерального сы- рья, технологические возможно- сти и экономические условия их добычи, переработки и промышленного использования. Как правило, рудные месторождения имеют форму жилы. Жилы представляют собой трещины в горных породах, заполненные минеральным веществом полезного ископаемого. Их считают также плито- образными телами, поскольку, протягиваясь по простиранию и на глубину на десятки и сотни метров, они характеризуются незначительной мощно- стью, которая обычно изменяется от нескольких сантиметров до первых Рис. 11. Формы тел полезных ископаемых: а – простой пласт; б, в – сложный пласт; г – простая жила; д – сложная жила 16 метров. Жилы так же, как и пласты делятся на простые (рис. 11, г)и слож- ные (рис. 11, д). К простым относятся одиночные минерализованные тре- щины, к сложным – системы переплетающихся трещин, зон дробления, рас- сланцевания. Ответвления от жил называют апофизами. Залегание жил мо- жет быть наклонным, вертикальным, реже горизонтальным. В случае на- клонного залегания породы, перекрывающие жилу, называют породами ви- сячего бока, а подстилающие ее – породами лежачего бока. В целом, в зависимости от формы залегания (угла падения) и способа разработки твердых полезных ископаемых их делят на горизонтальные, по- логие, крутонаклонные и крутые (табл. 1). Кроме того, все месторождения классифицируются по такому элементу залегания, как нормальная мощ- ность, которая представляет собой расстояние по нормали между кровлей и почвой залегающего полезного ископаемого (табл. 2). Различие классификаций объясняется особенностями технологии и механизации разработки месторождения полезного ископаемого. Таблица 1. Классификация залежей по углу падения полезных ископаемых Угол падения, градус угольных пластов Тип пласта (за- лежи) по углу падения при подземной разработке при открытой разработке рудных ме- сторождений Горизонтальный - 0 0 Пологий 0…18 до 10 до 25 Наклонный 19…35 10…30 25 …45 Крутонаклонный 36…55 - - Крутой > 55 > 30 > 45 Таблица 2. Классификация залежей полезных ископаемых по мощности Мощность, м угольных пластов при открытой разработке Тип пласта (зале- жи) по мощности при под- земной разработке горизонталь- ные и пологие наклонные и крутые рудных место- рожде- ний Весьма тонкий до 0,7 - - до 0,6 Весьма малой мощности - до 3…5 до 15…25 Тонкий 0,71…1,2 - - 0,6…2 Малой мощности - 6…20 25…75 - Средней мощности 1,21…3,5 20…40 75…100 2…5 Мощный более 3,5 - - 5…20 Весьма мощный - - - >20 Большой мощно- сти - более 40 более 100 - 17 Некоторую специфику имеют месторождения нефти и газа. Вме- стилищем для нефти или газа в недрах земной коры служат породы – кол- лекторы, окруженные полностью или частично плохо проницаемыми поро- дами. Такие коллекторы называют природными резервуарами. Естественное промышленное или непромышленное скопление нефти или газа или того и другого в породе-коллекторе, называется, соответственно, нефтяная, газо- вая и нефтегазовая залежь, асовокупность залежей нефти и газа, зани- мающих в недрах земной коры определенную площадь, называется место- рождением нефти и газа. Существующие представления о происхождении нефти (газа) осно- ваны на предположении, что образовавшиеся при определенных условиях нефть и газ, попав в природный резервуар, заполненный водой, вследствие увеличения горного давления перемещаются (выжимаются) к его верхней части и скапливаются в так называемой ловушке. В природе существуют самые разнообразные ловушки, среди которых наиболее распространены сводовые (рис. 12). Расположение (распределение) воды, нефти и газа в залежах подчиняет- ся закону гравитации. В соответствии с этим законом в своде залежи наиболее повышенную часть коллектора (ловуш- ки) занимает свободный газ. Ниже рас- полагается нефть, еще ниже вода. Если залежь не содержит свободного газа, то нефть занимает наиболее повышенную часть структуры. Когда в залежи имеется только газ и вода, они также размещают- ся согласно своим плотностям. Общие понятия о запасах полезных ископаемых.Запасы полезных ис- копаемых - это количество полезных ископаемых в недрах Земли, установ- ленное по данным геологоразведочных работ или в процессе разработки ме- сторождений. Подсчет запасов и определение прогнозных ресурсов полезных иско- паемых, являясь итогом геолого-промышленной оценки месторождений, выполняется для месторождений или его участка, рудных полей, бассейнов, регионов, стран, континентов, акваторий и Земли в целом. Запасы измеря- ются в единицах объема или массы: природный газ, нерудные полезные ис- копаемые и строительные материалы – в м 3 ; нефть, уголь, руды – в т; бла- городные металлы, редкие элементы – в кг; алмазы – в каратах. Данные о запасах полезных ископаемых используются при разработ- ке схем развития отраслей народного хозяйства, добывающих и исполь- Рис. 12. Схема сводовой газонеф- тяной пластовой залежи 18 зующих минеральное сырье; составлении планов экономического и соци- ального развития государства; планировании геологоразведочных работ; для проектирования горных предприятий. Для разработки долговременных планов развития минерально-сырьевой базы и установления возможностей удовлетворения перспективной потребности в минеральном сырье преду- сматривается количественная оценка прогнозных ресурсов полезных иско- паемых, представляющих собой возможное количество полезных ископае- мых в геологически слабо изученных участках земной коры. Прогнозные ресурсы твердых полезных ископаемых оцениваются комплексно до глубин, доступных для эксплуатации при современном или возможном в ближайшей перспективе технико-экономическом уровне раз- работки месторождений, с учетом особенностей качества и технологических свойств данного вида минерального сырья. Прогнозные ресурсы нефти и газа оцениваются в пределах крупных регионов, нефтегазоносных провинций, акваторий, областей районов, пло- щадей. Количественная оценка прогнозных ресурсов нефти и газа произво- дится по результатам предварительных региональных исследований и по аналогии с другими более изученными регионами с доказанной промыш- ленной нефтегазоносностью. Прогнозные ресурсы подземных вод учитывают возможность обна- ружения новых месторождений подземных вод, предполагаемое наличие и масштаб которых основывается на общих гидрогеологических представле- ниях и данных опыта эксплуатации подземных вод аналогичных водонос- ных горизонтов на известных месторождениях. В целом, общие запасы месторождения (рис.13) или его части назы- ваются геологическими ( геол Z ). По народнохозяйственному значению геоло- гические запасы подразделяются на две группы, подлежащие отдельному учету: балансовые ) ( бал Z и забалансовые ) ( заб Z заб бал геол Z Z Z . Балансовые запасы ) ( бал Z – разведанные и изученные запасы, удов- летворяют промышленным кондициям, и экономически выгодны для разра- ботки. Забалансовые запасы ) ( заб Z – разведанные и изученные запасы, но вследствие низкого содержания полезного компонента, малой мощности рудного тела, сложности условий его разработки или вследствие необходи- мости применения очень сложных процессов переработки не могут быть использованы в настоящее время, но могут рассматриваться как объект ос- воения в будущем. При составлении проекта на разработку месторождения иногда часть его запасов не предусматривают для извлечения и оставляют в охранных цели- ках под различными сооружениями и объектами. Эту часть балансовых за- пасов относят к проектным потерям ) ( пп Z , а оставшуюся часть, подлежа- 19 щую извлечению – к промышленным запасам ) ( пром Z пп пром бал Z Z Z . В процессе разработки избежать потерь полезного ископаемого прак- тически невозможно. Их величина во многом зависит от геологических фак- торов и применяемой техники и технологии добычи. Поэтому извлекаемые запасы ) ( извл Z определяется разностью между промышленными запасами и эксплуатационными потеря- ми ) ( эп Z эп пп извл Z Z Z . Фактический уровень по- терь полезного ископаемого для различных месторождений колеб- лется в широких пределах. Напри- мер, на угольных месторождениях с пологими и наклонными пласта- ми средней мощности потери дос- тигают 10-15%, с мощными круто- наклонными и крутыми – 25% и более. При разработке полезных ископаемых извлекают и пустые породы. Часть из них выдается на поверхность отдельно от руды, а часть смешивается с рудой в про- цессе выемки последней. Выда- ваемую на поверхность руду с примесями пустой породы называют рудной массой, а все извлекаемые гор- ные породы (рудная масса и пустые породы) – горной массой. По степени изученности месторождения запасы полезного ископае- мого подразделяются на разведанные запасы категорий 1 С В А , , и предвари- тельно оцененные – категория 2 С . Подразделение запасов на категории учитывает различия в достоверности определения, снижающейся последо- вательно от категории А к категории 2 С . Составление проектов на строи- тельство новых и реконструкцию действующих горных предприятий раз- решается только при наличии балансовых запасов, утвержденных по запа- сам с определенным соотношением категорий 1 С В А , , Более подробная информация о категориях запасов месторождений приведена в табл. 3. Рис. 13. Классификация запасов полезных ископаемых 20 Таблица 3. Категории запасов месторождений Характеристика категорий запасов Контуры запасов Категория А. Часть запасов, изученных с детально- стью, обеспечивающей полное выявление условий за- легания, форм и строения тел полезных ископаемых, природных типов и промышленных сортов минераль- ного сырья, их соотношения и пространственного по- ложения; выделение и оконтуривание безрудных и не- кондиционных участков внутри тел; полное выяснение качества, технологических свойств полезного ископае- мого и природных факторов, определяющих условия производства горно-эксплуатационных работ Определяют- ся с помощью разведочных скважин и горных выра- боток Категория В. Часть запасов, характеризующихся изу- ченностью, обеспечивающей выяснение основных осо- бенностей условий залегания, форм и строения тел по- лезных ископаемых, природных типов и промышлен- ных сортов минерального сырья, и закономерностей их распределения без точного установления пространст- венного положения каждого типа; соотношений и ха- рактера без рудных и некондиционных участков внутри тел без точного их оконтуривания; качества, основных технологических свойств полезного ископаемого и главных природных факторов, определяющих условия производства горно-эксплуатационных работ По данным геологоразве- дочных выра- боток с огра- ниченной экстраполя- цией (при ус- тойчивой мощности и выдержанном качестве ис- копаемого) Категория С 1. Часть запасов, изученных с детально- стью, обеспечивающей выяснение в общих чертах ус- ловий залегания, форм и строения тел полезных иско- паемых, их природных типов и промышленных сортов, качества, технологических свойств, а также природных факторов, определяющих условия производства горно- эксплуатационных работ По данным разведочных выработок и экстраполя- ции по геоло- гическим и геофизиче- ским данным Категория С 2. Часть запасов, условия залегания, форма и распространения тел полезных ископаемых, которые определены на основании геологических и геофизиче- ских данных, подтвержденных вскрытием полезных ис- копаемых в отдельных точках, или по аналогии с изу- ченными участками месторождения По качеству ископаемого по единич- ным пробам или по дан- ным примы- кающих раз- ведочных участков 21 Одним из основных критериев подготовленности месторождения для промышленного освоения является соотношение различных категорий ба- лансовых запасов, полученное при проведении на месторождении (части крупного месторождения) геологоразведочных работ. Используемые при проектировании предприятий по добыче твердых полезных ископаемых, ус- тановленные балансовые запасы с учетом сложности геологического строе- ния месторождения должны иметь соотношение запасов различных катего- рий, указанное в табл. 4. Используемые при проектировании предприятий по добыче нефти и газа утвержденные извлекаемые запасы нефти и конден- сата, балансовые запасы газа должны иметь соотношение: категории 1 С не менее 80%, а 2 С не более 20%. Таблица 4. Соотношение балансовых запасов различных категорий, используемых при проектировании предприятий по добыче твердых полез- ных ископаемых Металлические и нерудные полез- ные ископаемые Угли и горючие сланцы Группы месторождений по сложности геологического строе- ния Катего- рия за- пасов простое сложное очень сложное весьма слож- ное про- стое слож- ное очень сложное В А 30 20 - - 50 50 - В т.ч. А не < 10 - - - 20 - - 1 С 70 80 80 50 50 - - 2 С - - 20 50 - 50 100 В процессе разработки месторождения разведка не прекращается. Бу- рением скважин и проведением выработок уточняют контуры и качество рудных тел. Разведка, ведущаяся одновременно с разработкой месторожде- ний полезных ископаемых, называется эксплуатационной. В результате та- ких работ категории разведанности запасов повышаются, а также меняется соотношение балансовых и забалансовых запасов. Выемка полезных ископаемых, естественно, приводит к уменьшению балансовых запасов. Происходит изменение состояния запасов, называемое движением запасов. На горных предприятиях геолого-маркшейдерской службой ведется строгий учет состояния и движения запасов, с осуществлением оперативно- го перерасчета запасов |