Основные методы, технические средства и системы разведки

Как известно, метод — это способ познания, т. е. общий путь познания. Применительно к разведке МПИ — это методы построения пространственной модели месторождения, включающей ряд составных моделей или субмоделей. К ним относятся субмодели:

• — структурная, определяющая форму рудных тел и их положение в пространстве в связи с тектоническими элементами и особенностями вмещающих пород (их состава, строения);
• — концентрационная, отражающая объем пространства, занимаемого полезным ископаемым, распределение полезных и сопутствующих компонентов;
• — минералого-геохимическая, показывающая распределение минеральных и геохимических ассоциаций;
• — геолого-физическая, отражающая распределение физических полей (магнитных, гравитационных, электрических) и другие, необходимые для познания данного месторождения.

Общая модель месторождения позволяет наглядно представить его строение, провести проектирование добычных работ и расчет техникоэкономических показателей эксплуатации.

В разведке МПИ существует три главных метода, позволяющих получить необходимые материалы для построения указанных субмоделей.

1. Создание системы разведочных геологических разрезов — теоретически обоснованный способ выяснения формы и внутреннего строения месторождения. Отдельные разрезы составляются в связи с тем, что нельзя провести сплошное вскрытие и изучение рудного тела. Разрезы — это полные пересечения тела полезного ископаемого по направлению, близкому к его мощности (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Схема расположения разведочных выработок по линиям вкрест простирания (по Е. О. Погребицкому, 1968):

а — план разведочного участка, б — разрез по линии I — Г: 1 — рудная зона,.

2 — дизъюнктивные нарушения, 3 — канавы, 4 — шурфы, 5 — скважины Чем ближе расположены такие пересечения, тем более достоверными будут построенные по ним субмодели и модель месторождения в целом. Однако частота расположения пересечений или плотность должна соизмеряться с затратами на разведку.

В зависимости от особенностей строения МПИ применяются методы разрезов вертикальных — при полого залегающем рудном теле, горизонтальных — при крутом его залегании или комбинация этих разрезов — при сложном и изменяющемся залегании рудного тела.

• 2. Метод разведочного опробования, позволяющий выявить качество полезного ископаемого. В зависимости от состава руд и поставленных задач опробование может быть химическим, минералогическим или технологическим.
• 3. Промышленная оценка месторождения, отражающая его ценность путем сопоставления с подобными объектами. При этом учитываются рассмотренные выше характеристики МПИ.

Технические средства разведки включают горные выработки, буровые скважины и геофизические исследования.

1. Горные выработки являются наиболее информативными, так как позволяют проводить визуальные наблюдения всех особенностей полезного ископаемого на месте залегания, инструментально, маркшейдерским способом, привязывать эти наблюдения в пространстве с вычислением точных координат любого геологического элемента. Кроме того, в выработках можно отбирать пробы любых размеров и массы. Однако они имеют высокую стоимость и часто встречаются большие сложности при их проходке. В отличие от эксплуатационных, они носят временный характер, имеют небольшие глубину и сечение. В случае необходимости глубоких шахт (100 и более м) их проходят с учетом использования при эксплуатации.

Среди горных выработок выделяют поверхностные (расчистки, канавы, траншеи, шурфы) и подземные (штольни и шахты с комплексом штреков, квершлагов, восстающих, рассечек).

Поверхностные выработки используются для вскрытия полезного ископаемого и вмещающих пород в коренном залегании под наносами. Глубина канав и траншей обычно не превышает 3—5 м; шурфы имеют глубину до 10 м и сечение в пределах 1—2,5 м. Подземными выработками вскрывают полезное ископаемое на глубине. Штольни (горизонтальные выработки) проходятся в случае крутосклонного рельефа; их сечение обычно 1,8; 2,7; 3,6 м². Шахты имеют сечение 4, 5, 6, 9 м².

2. Буровые разведочные скважины — это вертикальные или наклонные выработки малого диаметра (30—250 мм) и большой глубины. Скважины при разведке МПИ применяются наиболее широко, так как отличаются высокой скоростью проходки и относительной дешевизной. В то же время они позволяют изучить лишь образцы горных пород и руд небольших размеров (керн). Существует несколько способов бурения скважин: колонковый, роторно-турбинный и канатно-ударный. Колонковые скважины применяются для разведки твердых полезных ископаемых и проходятся сечением 45—76 мм чаще всего на глубину до 500— 700 м под любым углом к горизонту, хотя могут буриться и до 2000 м. Роторно-турбинные скважины проходятся для поисков и разведки нефтегазовых месторождений на глубины 1—3 и более тыс. м сечением.

• 200 мм и более. Скважины могут быть вертикальными, наклонными или направленно-искривленными.
• 3. Геофизические методы основаны на различных физических свойствах горных пород и рудных тел. Они, как правило, сопровождают горные выработки и скважины или даже могут частично их заменять. Среди них различают методы разной глубинности. Глубинные — это магниторазведка, гравиметрия, сейсмические и некоторые электрические (ВЭЗ) методы. Среднеглубинные (первые десятки м) включают электроразведку во многих ее модификациях. К малоглубинным (до 1—2 м) относятся методы измерения радиоактивности пород.

Геофизические методы применяются в комплексе с горными и буровыми, дополняя полученную информацию. Часто геофизические методы применяются для прослеживания рудных тел и горизонтов пород, обладающих определенными физическими свойствами. Так, железные руды отличаются по магнитным свойствам, урановые рудные тела обладают повышенной радиоактивностью. Кроме того, с помощью некоторых геофизических методов можно картировать разрывные, складчатые структуры, впадины. Большую информацию получают по данным каротажа скважин.

Применение различных методов разведки в определенном их сочетании позволяет создавать разведочные системы.

Разведочные системы — это такое пространственное размещение разведочных средств, которое дает возможность построить геологические разрезы и планы, провести необходимое опробование полезного ископаемого и подсчитать запасы.

Все разнообразие систем разведки можно объединить в три группы: буровые системы, горные системы, горно-буровые системы.

Факторы, которые необходимо учитывать при выборе разведочных систем, объединяются в три группы.

• 1. Геологические особенности месторождения, играющие чаще всего главную роль. К ним относятся: форма, размеры месторождения, изменчивость качества полезного ископаемого. В общем случае, чем сложнее формы рудных тел, изменчивее свойства полезного ископаемого (содержание, состав), тем большую роль играют горные выработки.
• 2. Горнотехнические условия, включающие природные факторы, характеризующие свойства и состояние вмещающей среды. Это рельеф поверхности, глубина и элементы залегания рудного тела и вмещающих пород, крепость, устойчивость пород, водопритоки, наличие оползней, плывунов и другие характеристики площади месторождения.
• 3. Общая географо-экономическая обстановка, определяемая ценностью сырья, водными, лесными ресурсами, энергетической возможностью, транспортными условиями, освоенностью территории, людскими ресурсами, климатом. Понятно, что чем ценнее месторождение, тем меньшее влияние оказывают эти факторы при выборе разведочной системы.

В последнее время большое значение придается экологическим факторам, так как разведка и разработка МПИ может нанести непоправимый ущерб природе и местам поселения человека.

Системы разведки должны выбираться на основании технико-экономических расчетов путем сравнительного сопоставления и с учетом достоверности разведки.

Группа буровых систем разведки применяется лишь в случае устойчивых форм рудных тел, относительно больших размеров и равномерного распределения полезного ископаемого (рис. 9.2, а). Часто на ранних этапах разведки МПИ применяются буровые системы, которые в последующем сменяются горно-буровыми.

Рис. 9.2. Геологические разрезы, составленные по данным буровой (а) и горно-буровой (б) систем разведок [9, с изменениями]:

• 1 — карбонатные породы; 2 — гранитоиды; 3 — рыхлые отложения;
• 4 — рудоносные скарны; 5 — тектонические нарушения; 6 — разведочные скважины; 7 — горные выработки

Существует несколько разновидностей буровых систем:

• — системы мелких вертикальных скважин применяются при разведке пологих и горизонтальных тел с малой изменчивостью;
• — системы глубоких (100—1000 м) вертикальных скважин — для разведки крупных выдержанных по простиранию и падению рудных тел (угли, погребенные россыпи золота, медистые песчаники); создается правильная сеть или параллельные профили;

• — система наклонных скважин применяется для разведки крутопадающих и наклонных плоских рудных тел (пластов, жил, линз);
• — система глубоких скважин переменной кривизны с изменением угла наклона по мере надобности — для достаточно крупных рудных тел, имеющих различные или изменяющиеся элементы залегания.

Группа систем горных выработок дает наиболее достоверные результаты, однако является дорогостоящей и в чистом виде применяется лишь для разведки рудных тел с крайне неравномерными параметрами, содержащих ценные полезные ископаемые.

Эта группа включает следующие разновидности:

• — системы разведочных шурфов применяются в том случае, когда рудное тело обладает большой изменчивостью и скважины не дают достоверных результатов (россыпи золота); глубина шурфов до 20, реже 30 м, иногда с рассечками;
• — системы разведочных штолен применяются в условиях расчлененного рельефа для создания серии горизонтальных разрезов по рудным телам с изменчивыми параметрами; часто сопровождаются рассечками для пересечения рудного тела на полную мощность;
• — системы вертикальных или наклонных шахт — для разведки глубокозалегающих изменчивых рудных тел в условиях ровного рельефа.

Группа комбинированных горнобуровых систем наиболее распространена в практике геологоразведочных работ и применяется для разведки месторождений большинства металлов (рис. 9.2, б).

Наиболее часто применяются следующие разновидности этих систем:

• — системы скважин (вертикальных или наклонных) с шурфами для контроля результатов, полученных по скважинам; контрольные шурфы проходятся в количестве 5—10% от скважин;
• — системы разведочных штолен и буровых скважин при резком погружении рудных тел на глубину; штольни комбинируются со скважинами поверхностного или подземного бурения;
• — системы разведочных шахт и буровых скважин в условиях пологого рельефа и глубоко уходящих рудных тел.