Горнопромышленная геология


Г. П. Дворник













ГОРНОПРОМЫШЛЕННАЯ ГЕОЛОГИЯ

Учебное пособие
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 622.01
ББК 33.11
     Д24

                     Рекомендовано редакционно-издательским советом Уральского государственного горного университета в качестве учебного пособия




Рецензенты:
доктор геолого-минералогических наук, профессор В. Н. Огородников; доктор геолого-минералогических наук, профессор А. Ю. Кисин








     Дворник, Г. П.
Д24        Горнопромышленная геология : учебное пособие / Г. П. Дворник.      Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 212 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0754-0


       Рассмотрены объекты горнопромышленной геологии, особенности доразведки и эксплуатационной разведки месторождений, документация и опробование при разработке месторождений. Освещены вопросы подсчета запасов, геолого-экономической оценки эксплуатируемых месторождений, движения запасов, потерь и разубоживания полезных ископаемых, управления качеством руд при добыче. Приведен лабораторный практикум по горнопромышленной геологии на примере рудных и нерудных полезных ископаемых, а также техногенного сырья.
       Для студентов геолого-геофизических и горно-технологических направлений подготовки. Может быть полезно специалистам горнодобывающей промышленности.

УДК 622.01
ББК 33.11







ISBN 978-5-9729-0754-0

    © Дворник Г. П., 2021
                            © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

                                             Каждый рудник представляет для геолога огромную исследовательскую лабораторию, где каждый день получаются все новые и новые факты в связи с проведением горнокапитальных, подготовительных и очистных работ.


В. М. Крейтер, 1961




ВВЕДЕНИЕ


     Горнопромышленная геология изучает методы, организацию и технологию геологического обеспечения горного производства при эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Основными задачами геологической службы горнодобывающих предприятий (рудников, шахт, карьеров) при разработке месторождений полезных ископаемых являются [27, 39]:
     1) контроль за состоянием минерально-сырьевой базы и обеспеченностью горного предприятия разведанными запасами полезных ископаемых;
     2) доразведка и эксплуатационная разведка месторождений полезных ископаемых с целью уточнения количества и качества запасов основных и попутных полезных компонентов;
     3) оперативный пересчет запасов полезных ископаемых в процессе эксплуатации месторождений;
     4) учет состояния и движения запасов полезных ископаемых при разработке месторождений;
     5) контроль качества полезных ископаемых и усреднение руд при добыче;
     6) учет потерь и разубоживание полезных ископаемых при эксплуатации месторождений;
     7) изучение гидрогеологических, инженерно-геологических и горнотехнических условий разработки месторождений полезных ископаемых;

     В основу учебного пособия по горнопромышленной геологии положен курс лекционных и лабораторных занятий по этой дисциплине, проводимых автором со студентами, обучающимися по специальности «Прикладная геология» в Уральском государственном горном университете.


3

ГЛАВА 1


ОСНОВЫ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ГЕОЛОГИИ


1.1. Объекты горнопромышленной геологии. Классификация тел полезных ископаемых

     Основными объектами горнопромышленной геологии являются месторождения полезных ископаемых, а также тела (или залежи) полезных ископаемых в пределах горного отвода. Горнопромышленный объект представляет собой геотехническую систему, включающую совокупность природных и искусственных объектов. Горнопромышленные объекты подразделяются на административно-производственные, горнотехнические и горногеологические. В иерархии горнопромышленных объектов выделяется 6 уровней (табл. 1).

Таблица 1

Классификация горнопромышленных объектов [27]

                                     Объекты                                 
Уровни Административно-        Горнотехнические       Горно-геологические   
       производственные                                                     
  I    Горнометаллургический Горный отвод          Месторождения полезных   
       комбинат                                    ископаемых               
  II   Рудник, шахта, карьер Рудничное, карьерное, Тело (залежь) полезных   
                             шахтное поле          ископаемых               
                                                   Часть тела полезного     
III    Производственный      Выемочный участок     ископаемого, типы и сорта
       участок                                     полезных ископаемых      
IV     Производственный      Горная выработка,     Локальное обособление    
       участок               забой                 полезных ископаемых      
       Система               Транспортирующие      Порция полезных          
  V    транспортировки       и аккумулирующие      ископаемых и отвальной   
       и складирования       емкости               породы, товарная         
                                                   продукция                
                             Дробильное            Порция концентрата,      
VI     Система обогащения    и обогатительное      хвостов обогащения       
                             оборудование                                   

4

      Горным отводом называется часть недр, предоставляемая горному предприятию для разработки месторождений полезных ископаемых. Он включает рудничные, шахтные или карьерные поля. Они состоят из выемочных участков - относительно самостоятельных частей, на которые эксплуатируемое месторождение разделяется по площади или в разрезе по различным признакам. К ним относятся:
      1) условия вскрытия;
      2) условия проветривания;
      3) системы разработки;
      4) средства отбойки, выемки, транспортирования.
      Выемочные участки включают выемочные единицы (эксплуатационные блоки). Последние состоят из конструктивных элементов систем разработки. Они представлены подготовительными, нарезными и очистными горными выработками.
      Забой - это поверхность массива полезных ископаемых или горных пород, которая перемещается в процессе горных работ по выемке. Выделяют забои подготовительных и очистных горных выработок. Забои различают по форме (прямолинейные, уступные), по расположению в пространстве (по простиранию, вкрест простирания тела полезного ископаемого, по падению, восстанию), по характеру и режиму функционирования (действующие, запасные, резервные).
      По структуре забои всех типов могут быть простыми (с одним типом или сортом руды) и сложными (с разными типами и сортами полезных ископаемых). На IV уровне в забое полезное ископаемое из статического состояния в массиве переходит в динамическое состояние - в отвал руды. Динамическими объектами являются также порции полезных ископаемых и горных пород, поступающие в систему транспортирования и складирования горного предприятия и на обогатительную фабрику, с выделением концентратов полезных ископаемых и хвостов обогащения.
      Залежь полезных ископаемых представляет собой природное геологическое тело, которое имеет внешнюю форму и внутреннее строение и занимает определенное положение в пространстве. Геометрические элементы геологических тел изучает геокинематика, основы которой изложены в работах Л. И.Четверикова.
      Основными геометрическими элементами залежи полезных ископаемых являются: поверхность, линия выклинивания, мощность, длина, ширина, срединная поверхность, ось и центр тела [59].

5

     Под поверхностью залежи понимается фактически существующая или условная поверхность, отделяющая тело полезных ископаемых от вмещающих его пород. Выклинивание залежи - это взаимное пересечение двух противоположных ее поверхностей, а замкнутая линия их пересечения называется линией выклинивания. Мощность тел полезных ископаемых (М) - это расстояние по прямой между двумя противолежащими поверхностями залежи. Тогда линия, мощности - это отрезок прямой, отсекаемый данными поверхностями. В зависимости от способов замеров мощности выделяют наклонную, вертикальную, горизонтальную, нормальную или истинную мощность тела. Нормальная (или истинная) мощность является кратчайшим расстоянием между поверхностями тел. Срединная поверхность представляет собой условную поверхность, проходящую внутри тела через середины линий мощности. В практике геологоразведочных работ часто делают разрезы по срединной поверхности при подсчете запасов полезных ископаемых, называя их разрезами в плоскости тела полезного ископаемого, или по его простиранию. У плоских пластовых тел полезных ископаемых срединная поверхность представляет собой плоскость. У залежей полезных ископаемых изогнутой формы (седловидных, чашеобразных) срединная поверхность является кривой изогнутой поверхностью. Под осью тела полезных ископаемых понимается условная линия, проходящая вдоль тела по его середине, от одного его конца до другого. Ось тела лежит на срединной поверхности и пересекает контур тела в двух его крайних точках. Она может быть как прямой, так и кривой линией. Длина тела полезных ископаемых (L) представляет собой расстояние между его крайними точками, замеренное по оси залежи. Шириной вытянутого пластообразного тела (Н) является длина линий пересечения срединной поверхности плоскостью сечения, нормальной к оси залежи. А ширина невытянутого плоской формы тела - это длина линий пересечения срединной поверхности нормальной к ней плоскостью, секущей тело через его центр. Центр залежи выделяется для тел изометричной или близкой к ней формы. Под ним понимается центр тяжести геометрической формы залежи.
     Ширина (Н) тел полезных ископаемых, как и их мощность (М), не является постоянной величиной. В этой связи определяют среднее значение ширины вытянутого тела:
- S
H = ^,                            (1.1)

где S - площадь срединной поверхности, м²; L - длина тела, м.


6

      Для тел полезных ископаемых вытянутой формы важной характеристикой является показатель вытянутости формы (В). В случае тел сплюснутовытянутой формы:


L-Lt H ~ ~S '

(1.2)


     Для тел трубообразной формы:


B = L, м

(1.3)


где м - средняя мощность тела, м.
     Элементы залегания залежи включают ее простирание, падение и склонение [59].
     Простирание залежи - это направление, в котором вытянуто ее горизонтальное сечение. Линией простирания тела полезных ископаемых является линия пересечения срединной поверхности залежи горизонтальной плоскостью. Азимут простирания залежи (а) - это горизонтальный угол между северным направлением меридиана и линией простирания. На практике нередко определяют средний азимут простирания залежи (о) по формуле:

*=S*i*7 ,                            (1.4)
где к,- - азимут простирания i-того прямолинейного отрезка; li - длина i-того прямолинейного отрезка, м; L - длина линии простирания, м.
     Падение является геолого-геометрическим элементом, характеризующим поведение тела полезных ископаемых по вертикали. Линия падения залежи -это линия пересечения срединной поверхности тела вертикальной плоскостью, перпендикулярной к линии простирания. Угол падения (у) - это вертикальный угол между линией падения и горизонтальной плоскостью. Угол падения характеризует наклон срединной поверхности относительно горизонтальной плоскости. Азимутом падения (fi) залежи является горизонтальный угол между северным направлением меридиана и проекцией линии падения на горизонтальную плоскость. Для залежей полезных ископаемых часто определяют средние значения угла падения и азимута падения. Они характеризуют линию общего падения залежи полезных ископаемых.
     При сложном наклонном залегании вытянутого тела полезного ископаемого важной характеристикой его положения в пространстве является склонение залежи. Под склонением понимается направление оси залежи в пространстве. Склонение отсутствует, когда ось залежи совпадает с линией падения или

7

линией простирания. Его нет также у залежей, для которых нельзя выделить ось. Угол склонения залежи - это вертикальный угол между осью залежи и проекцией ее на горизонтальную плоскость. Азимутом склонения залежи называется горизонтальный угол между северным направлением меридиана и проекцией оси залежи на горизонтальную плоскость. Общее склонение залежи характеризуют средние значения угла склонения и азимута склонения [59].
     Залежи полезных ископаемых по своей вытянутости, определяемой значением показателя вытянутости (В), делятся на 4 группы:
     1)  невытянутые (В < 2),
     2)  слабо вытянутые (В = 2-5),
     3)  вытянутые (В = 5-10),
     4)  сильно вытянутые (В > 10).
     Залегание залежей полезных ископаемых может быть выдержанное и невыдержанное. Выдержанное залегание тел полезных ископаемых характеризуется постоянством их простирания, падения и склонения. В этом случае срединная поверхность залежи представляет собой плоскость, а ось залежи - прямую линию.
     При невыдержанном залегании тела полезного ископаемого срединная поверхность залежи криволинейная, а ось тела представляет кривую линию.
     Классификация форм тел полезных ископаемых основана на использовании геометрических показателей формы залежей:
     1)  мощности (М),
     2)  ширины (Н),
     3)  длины (L),
     4)  показателя вытянутости (В),
     5)  показателя сплюснутости (С),
     6)  срединной поверхности (СП),
     7)  оси тела (ОТ),
     8)  центра тела (ЦТ).
     Показатель сплюснутости (С) залежи представляет отношение средней ширины (H) к средней мощности (M). К сплюснутым относятся залежи, у которых С > 2.
     По этим геометрическим показателям тела полезных ископаемых классифицируются на 4 типа (табл. 2).

8

Таблица 2

Классификация основных форм тел полезных ископаемых [59]

    Геометрическое     Простое          Сложное        Характеристика   
Тип  определение      залегание        залегание           формы        
        формы                                                           
                   Срединная        Срединная       Залежи вытянутой,   
        СП, ОТ     поверхность -    поверхность     сплюснутой формы    
 I      M<H<L      плоскость, линии кривая, линии   (пласты, жилы,      
       В>2, С>2    мощности         мощности        лентовидные залежи) 
                   параллельны      не параллельны                      
                   Срединная        Срединная       Изометрические в    
          СП       поверхность -    поверхность     плане тела плито-   
II       M<H       плоскость, линии кривая, линии   образной сплюснутой 
       C>2, В<2    мощности         мощности        формы (линзы,       
                   параллельны      не параллельны  дисковидные залежи) 
          ОТ       Ось тела -       Ось тела -      Вытянутые тела      
III      M<L,      прямая линия     кривая линия    трубообразной формы 
       B>2, С<2                                     (трубки, столбы)    
                   Форма близка     Поверхность                         
                   к шару или       тела сильно     Тела изометрической,
IV      ЦТ, м      овалоиду.        изменчива,      шаровидной формы    
      (В<2, С<2)   Значения мощно-  значения мощно- (штоки, штокверки,  
                   сти меняются     сти меняются    гнезда)             
                   незначительно    значительно                         

      Количественным показателем сложности формы залежи полезных ископаемых является контурный модуль. Он рассчитывается в проекциях тела полезного ископаемого на горизонтальную, вертикальную или наклонную плоскости. Согласно одним авторам [58], контурный модуль можно определить, зная площадь разведанного контура залежи (Sp), его длину (lp) и периметр (Рр) по формуле:

р„
Д = f ⁺ ⁰'¹²1.
■ .■


(1.5)

      По величине этого модуля тела полезных ископаемых по сложности их контура классифицируются на 5 групп:
      1)  весьма простые (р = 1,0-1,2),
      2)  простые (р = 1,2-1,4),
      3)  средние (р = 1,4-1,6),
      4)  сложные (р = 1,6-1,8),
      5)  весьма сложные (р > 1,8) [58].


9

      По другим авторам [44], контурный модуль можно рассчитать как отношение фактического периметра разведанного контура залежи (Рр) к теоретическому периметру (Рт) равновеликой простой фигуры (круга, эллипса, прямоугольника) по формуле:
Р
Mk = -p-,                            (1.6)
т
      При этом для определения теоретического периметра круга, эллипса и прямоугольника применяются следующие формулы:
Рт = 2 J^S - для круга,                   (1.7)
                           Рт ⁼ 1,5 •J---(а ⁺1) — для эллипса,              (1.8)
                             a a
                  S S
                  Рт ⁼ 2 ’  • (b +1) - для прямоугольника,           (1.9)

где S - площадь тела полезного ископаемого, м²; а - отношение большей и меньшей полуосей эллипса; b - отношение длинной и короткой сторон прямоугольника.
     По значению контурного модуля выделяют по форме четыре группы тел:
     1) простые (Мк = 1,0-1,2),
     2) относительно простые (Мк = 1,2-1,5),
     3) сложные (Мк = 1,5-2,0),
     4) весьма сложные (Мк > 2,0) [44].
     Автором было проведено изучение морфометрических характеристик рудных тел на некоторых месторождениях золота, меди и молибдена порфирового типа (табл. 3).
     В пределах Рябинового и Нового золотопорфировых месторождений в Южной Якутии наиболее широко распространены тела столбообразной формы (66 %), более редки залежи плитообразной (17 %) и штокообразной (17 %) форм. А на рассмотренных молибден-меднопорфировых месторождениях рудные штокверки имеют плитообразную (50 %), линзовидную (33 %) и столбообразную (17 %) формы. По величине контурного модуля (р) золоторудные тела Рябинового и Нового месторождений подразделяются по сложности формы на три группы: весьма простые (75 %), простые (17 %), средние (8 %). К этим же группам по сложности формы принадлежат и охарактеризованные рудные штокверки на молибден-меднопорфировых месторождениях (табл. 3).

10