Опробование твердых полезных ископаемых


Р. Н. Иванова









ОПРОБОВАНИЕ
ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ



Учебное пособие


















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 553:622                               ^e^trno
ББК 26 3                              к изданиюредакционно-
    И21                               издательскимсоветом
ИРНИТУ



Рецензенты:
канд. геол.-минерал, наук, научн. сотрудник лаборатории геохимии гранитоидного магматизма и метаморфизма, ФГБУН СО РАН Института геохимии им. А. П. Виноградова Л. В. Кущ;
    Территориальные геологические фонды (ТГФ) г. Иркутск



      Иванова, Р. Н.
И21 Опробование твердых полезных ископаемых : учебное пособие / Р. Н. Иванова. - Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. -236 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0802-8

     Отражены теоретические основы опробования полезных ископаемых. Представлены типы, виды и способы опробования, а также способы оценки представительности и достоверности опробования. Приведены основные требования к мероприятиям контроля отбора, обработки проб и проведения последующих лабораторных исследований.
     Для студентов специальности 21.00.00 «Прикладная геология», может быть использовано при подготовке студентов других специальностей геологического профиля.



УДК 553:622

ББК26.3





ISBN 978-5-9729-0802-8

  © Иванова Р. Н., 2022
  © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

            ОГЛАВЛЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ.............................................5
ГЛАВА 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОПРОБОВАНИЯ...............7
ГЛАВА 2. ТИПЫ ОПРОБОВАНИЯ.......................11
    2.1. Геологическое опробование: химическое..11
    2.2. Геологическое опробование: минералогическое.20
    2.3. Технологическое опробование............49
    2.4. Техническое опробование................65
    2.5. Геофизическое опробование..............71
    ГЛАВА 3. СПОСОБЫ ПРОБООДБОРА.....................85
    3.1. Выбор способа опробования, обоснование сети и размера проб..............................85
    3.2. Способы отбора проб...................109
    3.3. Виды проб.............................147
ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОПРОБОВАНИЯ БУРОВЫХ СКВАЖИН И РОССЫПЕЙ.....................153
    4.1. Опробование буровых скважин...........153
    4.2. Опробование россыпей..................161
ГЛАВА 5. ОБРАБОТКА ПРОБ........................166
    5.1. Определение начального веса проб......166
    5.2. Сокращение проб.......................172
    5.3. Обработка проб на россыпных месторождениях..177
ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ПРЕДСТАВИТЕЛЬНОСТИ И ДОСТОВЕРНОСТИ: КОНТРОЛЬ ОПРОБОВАНИЯ..........180
    6.1. Контроль отбора проб и обработки проб.180
    6.2. Контроль результатов анализов...............184
ГЛАВА 7. ДОКУМЕНТАЦИЯ В ПРОЦЕССЕ ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ МПИ.................................198
    7.1. Геологическая документация маршрутов и естественных обнажений...................200

3

    1.2. Основные требования, предъявляемые к геологической документации в ходе проведения маршрутных исследований................................204
    7.3. Геологическая документация горных выработок.205
    7.4. Документация буровых скважин...........214
    7.5. Сводная геологическая документация.....218
    Контрольные вопросы по основным разделам....222
ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................223
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................224
Приложение А. Геофизическое опробование.........230
Приложение Б. Оборудование для обработки проб...231
Приложения В. Технические средства для бурения
и опробования скважин................................232
Приложение Г. Поверхностные горные выработки и их опробование................................233

4

            ВВЕДЕНИЕ



    Предлагаемый вашему вниманию курс соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту (ФГОС 3++) Российской Федерации, в соответствии с которым подготовка студентов специальности 21.05.02 «Прикладная геология», специализации «Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений твердых полезных ископаемых» включает изучение дисциплины «Опробование твердых полезных ископаемых».
    Цель изучения дисциплины: изучение типов, видов и способов опробования, а также способов оценки представительности и достоверности опробования.
    Задачи изучения дисциплины: освоение методики отбора проб; освоение методики обработки проб и составления схем обработки проб; освоение методики анализа представительности и достоверности опробования.
    В данном пособии все вопросы опробования будут показаны в основном на примере месторождений твердых (рудных) полезных ископаемых. Большое влияние на развитие теоретических основ опробования месторождений полезных ископаемых вообще и твердых полезных ископаемых в частности оказали исследования В. И. Смирнова, А. А. Якжина, М. Н. Альбова, В. М. Крейтера, Н. В. Барышева, В. М. Борзунова, П. Л. Каллистова, А. Б. Каждана, К. Л. Пожарицкого, А. П. Прокофьева, В. В. Аристова, О. Е. По-гребицкого, Г. С. Поротова, В. Ф. Мягкова, Г. Р. Бекжанова, Н. И. Сафронова, А. П. Соловова, В. 3. Фурсова, А. Г. Харченкова, Л. И. Четверикова и др. При составлении данного пособия автор тщательно прорабатывал работы данных исследователей.
    В основу предлагаемого учебного пособия положены методические разработки сотрудников кафедры геологической съемки, поисков и разведки МПИ, ныне переименованной в кафедру прикладной геологии, геофизики и геоинформатики Института

5

недропользования ИРНИТУ: В.В. Шевелева, А. А. Шиманского, М. С. Учителя [42, 53, 57] и автора [35, 36, 45-46].
    В изложении основных разделов курса автор основывался на традиционных учебно-методических изданиях таких известных геологов, как В. И. Смирнов, А. А. Якжин, М. Н. Альбов, В. М. Крейтер, А. Б. Каждан, Е. О. Погребицкий, В. В. Аристов, В. В. Авдонин, В. В. Шевелев и других [1-4, 16-18, 23-25, 29, 37, 40-41, 49, 57], а также использовал идеи и опыт применения в учебном процессе аналогичных методических пособий, разработанных в Московской геологоразведочной академии, Санкт-Петербургском горном институте, Красноярском институте горного дела, геологии и геотехнологий, Донецком, Ростовском, Пермском, Томском национальных исследовательских технических университетах и ряде других изданий [5-10, 16, 23, 32, 39, 43, 47].

6

            ГЛАВА 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОПРОБОВАНИЯ


    Свойства полезных ископаемых, определяющие их промышленную ценность, пути и возможности их использования в народном хозяйстве объединяются общим понятием - качество полезного ископаемого. Показатели качества весьма разнообразны и специфичны для каждого вида минерального сырья. К ним откосятся химический и минеральный состав полезного ископаемого, его текстурно-структурные, физические и технологические свойства.
    Опробованием называется комплекс специальных работ, выполняемых для изучения состава и свойств минерального сырья, определяющих его качество и возможность использования в промышленности. Опробование - важнейший вид работ, сопровождающий поиски, разведку и эксплуатацию месторождений.
    Проба. При геологическом изучении того или иного района и, особенно при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, изучение качества и технологических свойств минерального сырья является обязательным и имеет огромное значение. Еще М. В. Ломоносов говорил, что «...обыск камней без пробы скучен и сомнителен» [28].
    Осуществляется опробование путем отбора небольших порций минерального сырья, которые называются пробами в горных выработках, буровых скважинах и естественных обнажениях (выходах) тел полезных ископаемых обычно. Геологический словарь [14] трактует понятие «проба» как «материал, взятый по установленным правилам от изучаемого объекта (породы или полезного ископаемого) и предназначенный для анализа (испытания) ».
    Однако еще в 1961 году В. М. Крейтер [24] писал: «В последнее время понятие о пробах и опробовании расширяется, так как появляются новые способы (радиометрия, люминесценция), позволяющие визуально на месте залегания полезного

7

ископаемого определять его качество, используя различные физические свойства минералов».
    Объектами опробования могут быть:
    •  отдельные пробы;
    •  природные типы или промышленные сорта руд;
    •  блоки подсчета запасов;
    •  рудные тела;
    •  месторождение в целом.
    Кроме того, опробовать приходится и вмещающие породы, особенно те, которые залегают внутри рудных тел или в непосредственной близости к ним.
    Опробование является одной из наиболее ответственных операций геологоразведочных работ и значение его трудно переоценить. По данным опробования оценивается качество минерального сырья, выделяются его сорта и типы, выясняются закономерности распределения полезных компонентов в пространстве, особенности размещения обогащенных и убогих участков, их размеры и взаимоотношения. Эти данные совершенно необходимы для нормальной работы действующего или проектируемого горнорудного предприятия и решения многих вопросов, в частности:
    1)     для определения направления геологоразведочных и подготовительно-эксплуатационных работ, что в первую очередь относится к месторождениям, на которых тела полезных ископаемых не имеют четких геологических контактов и постепенно переходят во вмещающие породы, когда границы промышленно ценного минерального сырья устанавливаются только по результатам опробования;
    2)     для проведения оконтуривания участков тел полезных ископаемых, различных по качеству минерального сырья, и выбора наиболее целесообразного способа его переработки;

8

    3)     для контроля за полнотой отработки минерального сырья, в целях предупреждения «хищнической» разработки (выработки наиболее богатых участков), получения данных для определения потерь и разубоживания при эксплуатации месторождений и для разработки мероприятий по борьбе с ними;
    4)     для составления планов добычи минерального сырья;
    5)     для определения запасов минерального сырья, являющихся основой промышленной оценки месторождения и характеристики его народно-хозяйственного значения.
    Таким образом, с помощью опробования изучается внутреннее строение рудных тел: устанавливаются границы типов и сортов руд и их пространственное размещение. Данные опробования лежат в основе подсчета запасов руд и полезных компонентов в них, при этом определяется как общее содержание компонентов в руде, так и форма их нахождения, т. е. в каких минералах они сосредоточены и в каком количестве, что дает возможность подсчитать баланс запасов компонентов в руде.
    На основании данных опробования разрабатывается схема переработки руды, определяется количество и качество продукции, которую можно получить из нее, рассчитываются также потери компонентов при переработке руды.
    В процессе эксплуатации опробование используется для управления добычей. Наконец, опробование используется для оценки качества товарной продукции, получаемой на горных предприятиях, что необходимо знать для определения цены продукции и для финансовых расчетов между поставщиками и потребителями горно-рудной продукции.
    Природное минеральное сырье обычно разделяют на газообразное , жидкое и твердое. Опробование газообразного минерального сырья (горючие и негорючие газы) и жидкого (нефть, рассолы, вода) является предметом рассмотрения специальных дисци

9

плин. Ниже рассматриваются только вопросы, связанные с опробованием твердых полезных ископаемых, которыми могут быть:
    1)      элементы - железо, марганец, медь, свинец, цинк, золото, серебро, олово, вольфрам, молибден, никель и др.;
    2)     минералы - асбест, слюда, пьезокварц и др.;
    3)     горные породы - гранит, известняк и др.
    При изучении качества и технологических свойств минерального сырья, чтобы решить вопрос о промышленной ценности месторождения, необходимо знать основные требования промышленности к качеству минерального сырья. Эти сведения можно найти в специальных брошюрах («Требования промышленности к качеству минерального сырья»), ГОСТах и Технических условиях (ТУ), которые разработаны (или разрабатываются) для каждого природного вида минерального сырья, а нередко и для отдельного месторождения.
    Во многих случаях эти требования зависят от масштаба месторождения. Требования промышленности к минеральному сырью (кондиции) определяют направление (методику) исследований сырья.


            Вопросы для самоконтроля


    1. Цели опробования.
    2. Задачи опробования.
    3. Объекты опробования.
    4. Показатели качества минерального сырья.
    5. Что такое проба?
    6. Вопросы, стоящие перед действующим или проектируемым горнорудным предприятием, которые решаются проведением опробования.
    7. Виды минерального сырья.
    8. Виды твердых полезных ископаемых.


10

            ГЛАВА 2. ТИПЫ ОПРОБОВАНИЯ


    В зависимости от назначения и характера испытаний минерального сырья и необходимость в процессе опробования изучить различные показатели качества разными способами, выделяется несколько типов опробования: геологическое (химическое, минералогическое), технологическое и техническое. Также в самостоятельную тип на сегодняшний день можно выделить геофизическое опробование, представленное магнитометрией и ядерно-физическими методами изучение полезных ископаемых.


            2.1. Геологическое опробование: химическое


    Химическое опробование применяется дли определения химического состава минерального сырья и содержаний полезных и вредных компонентов. Термин «химическое опробование» несколько устарел. В настоящее время состав минерального сырья и содержания полезных компонентов определяют не только по данным химических анализов.
    Химический состав - важнейшая характеристика качества подавляющего числа видов минерального сырья. Например, чем выше содержание меди в медной руде, тем богаче руда, выше ее качество. На многих месторождениях полезных ископаемых путем исследования химического состава отличают руду от пустой породы и разделяют промышленные сорта руд.
    Химические элементы, входящие в состав полезного ископаемого, делятся на главные и попутные компоненты. Главные компоненты определяют промышленное значение месторождения, по содержанию главных компонентов проводят контуры рудных тел и промышленных сортов руд.
    Среди главных компонентов различают полезные и вредные . Например, в железных рудах полезным компонентом явля

11

ется железо, а вредными - сера и фосфор. При высоком содержании вредных компонентов для их удаления приходится изменять технологию переработки полезного ископаемого. Например, богатую серой железную руду нельзя направлять в плавку, ее следует предварительно подвергнуть обогащению или обжигу (агломерации) для удаления серы.
    Попутные компоненты оказывают некоторое влияние на качество руды, но по ним не проводят контуров рудных тел или промышленных сортов руд. При содержании в рудах попутных компонентов они называются комплексными. Минеральное сырье в большей части представляет собой комплексные полезные ископаемые, содержащие много ценных компонентов.
    Главные и попутные компоненты не всегда четко разделяются, иногда попутные компоненты могут переходить в главные. Ценные попутные компоненты целесообразно разделить на две группы.
    Компоненты первой группы образуют собственные минералы , которые могут быть выделены в концентрат путем обогащения.
    Компоненты второй группы не образуют собственных минералов , а входят в виде изоморфных или других примесей в главные минералы руд и могут быть извлечены лишь при металлургической переработке руд. Так, в магнетитовых рудах сера и медь обычно образуют сульфиды: пирит и халькопирит, то есть относятся к первой группе и могут быть выделены в пиритный и медный концентраты. Но в тех же рудах ванадий изоморфно входит в состав магнетита и относится ко второй группе. Его извлекают при выплавке стали из мартеновских шлаков [38].
    Ко второй группе также могут быть отнесены так называемые рассеянные элементы: кадмий, индий, таллий, галлий, германий, рений, селен, теллур, скандий и пр.

12