Изучение месторождения неизбежно продолжается и после того, как начата его отработка, так как, во-первых, в период, предшествующий эксплуатации, оно не может быть разведано настолько детально, как это представляется возможным сделать в процессе проходки подготовительных и очистных выработок; во-вторых, с началом отработки месторождения возникают новые требования к результатам геологоразведочных работ, появляется необходимость в более углубленных исследованиях различных свойств месторождения; в-третьих, отработка месторождения начинается при неоднородной его изученности, что вызывает необходимость проведения дополнительных разведочных работ в период эксплуатации месторождения на тех участках, которые ранее были слабо изучены.
Главная цель геологической службы на действующем горном предприятии заключается в том, чтобы:
1) продлить жизнь горного предприятия до предельного срока, когда будут исчерпаны все природные ресурсы ПИ на месторождении и в прилежащем районе, доступном для эксплуатации, и
2) помогать в отработке месторождения и в переработке ПИ с целью повышения технической и экономической эффективности эксплуатации.
Первое достигается путем углубленного геологического изучения месторождения с использованиями разведочных и эксплуатационных выработок. При этом обычно удается обнаружить ранее незамеченные тела ПИ или их части, смещенные по тектоническим нарушениям в пределах месторождения; нередко выявляются и совершенно новые объекты на участках, прилегающих к месторождению. Так, наряду с отработкой запасов ПИ наращиваются новые его запасы, благодаря чему продлевается жизнь предприятия, иногда далеко за пределы, установленные первоначальным проектом.
Второе может быть достигнуто также в результате тщательного изучения месторождения, выполнения необходимых гидрогеологических и инженерно-геологических исследований, систематического учета движения запасов ПИ в недрах. Но, кроме того, на действующем горном предприятии (промысле) геолог призван проводить специальные геолого-минералогические и геофизические исследования для решения задач отработки месторождения и переработки добытого минерального сырья.
Изучение эксплуатируемого месторождения ведется по двум основным направлениям: 1) весьма детальные исследования форм, качества и условий залегания тел ПИ на эксплуатационных участках и 2) последовательное, все более детальное изучение ранее слабо изученных частей месторождения за пределами1 эксплуатационных участков. В первом направлении находит свое выражение последняя стадия геологоразведочного процесса — эксплуатационная разведка месторождения; второе направление представляет собой доразведку месторождения. Характеристика и содержание работ того и другого направлений излагаются ниже в соответствующих разделах настоящей главы.
Реальная помощь горнодобывающему предприятию со стороны геологической службы выражается в следующем:
а) участие в планировании добычи ПИ;
б) направление подготовительных и очистных выработок;
в) предупреждение об изменениях горнотехнических условий эксплуатации (крепости, устойчивости горных пород, водоносности и др.);
т) определение потерь и разубоживания ПИ при добыче с анализом причин этих явлений.
Участие в планировании добычи ПИ начинается со своевременного представления всех необходимых материалов эксплуатационной разведки, оперативного учета недр и баланса добычи и прироста запасов ПИ. Эти данные позволяют составить план отработки соответствующей части месторождения. Наряду с представлением объективных данных по эксплуатационному участку необходимо также активное участие представителей геологической службы в решении вопросов очередности отработки различных блоков, о целесообразных темпах добычи, сортировке ПИ и т. п.
Направление подготовительных и очистных выработок устанавливается совместно геологом и горным инженером с таким расчетом, чтобы заданные горные выработки наиболее соответствовали природным особенностям месторождения, чтобы границы выработок не вызывали слишком больших потерь или разубоживания ПИ, чтобы соблюдались технические правила прокладки путей, кабелей, труб. В процессе проведения подготовительной или очистной выработки может возникнуть необходимость в изменении ее направления или границ в связи с непредвиденным изменением элементов залегания или контуров тела ПИ. Поэтому от геолога требуется повседневное наблюдение за проходкой подготовительных и очистных выработок.
Предупреждения об изменении горнотехнических условий эксплуатации со стороны геологической службы должны делаться для предотвращения осложнений в процессе добычи. Такие предупреждения возможны на основании систематизации гидрогеологических и инженерно-геологических наблюдений, позволяющей отмечать существенные изменения условий отработки месторождения и предсказывать их. Предупреждения должны касаться главным образом следующих объектов:
а) изменения крепости горных пород в проходимых выработках;
б) изменения устойчивости горных пород на пути проходки выработки;
в) изменения притоков воды в горных выработках.
Предупреждения могут быть прогнозные и срочные.
Первые основываются на предположениях о возможных изменениях условий проходки выработок и сообщаются заблаговременно. Вторые являются результатом непосредственных наблюдений в горных выработках и требуют срочных мер. К ним относятся признаки вероятного обвала, резкое увеличение притока воды, накопление вредных газов.
Определение и анализ причин потерь и разубоживания ПИ является важнейшим элементом деятельности геолога на горном предприятии. Потерями при эксплуатации считается неизвлеченная из недр часть балансовых запасов ПИ и те количества уже добытого минерального сырья, которые теряются при транспортировке и выбрасываются в отвал с пустыми горными породами. Под разубоживанием понимается засорение ПИ пустыми породами или некондиционными массами ископаемого. При нормальной подземной отработке месторождения потери составляют 5—12% от суммы балансовых запасов ПИ; при открытом способе разработки они, как правило, меньше. Однако величины потерь достигают иногда и десятков процентов. Примешивание пустых пород к добытому полезному ископаемому, зависящее от размеров и форм тел ПИ, колеблется от 2 до 30%. При отработке маломощных жил рудная масса разубоживается в 2—3 раза.
Причины потерь и разубоживания ПИ разнообразны и многочисленны. Они подразделяются на четыре группы:
1) связанные с горно-геологическими и гидрогеологическими условиями (в целиках, участках тектонических нарушений, в сложных контурах тел);
2) зависящие от принятой системы разработки (несоответствия форм тел и выемочных камер, в магазинах, при обрушениях);
3) потери в охранных целиках (предусмотренные проектом для сохранения зданий и сооружений вблизи рудника);
4) потери от неправильного ведения горно-эксплуатационных работ (в очистных выработках, при транспортировке, в отвалах).
Объектом, в пределах которого определяются потери и разубоживание, является эксплуатационный блок. Учет потерь и разубоживания ведется систематически геологической и маркшейдерской службами горного предприятия по мере отработки тел ПИ на основании опробования, геологической документации и маркшейдерских измерений.
Величины потерь и разубоживания устанавливаются из уравнений баланса рудной массы и баланса полезного компонента (При разработке рудных месторождений практикуется способ прямого определения потерь по отдельным технологическим звеньям — неполнота выемки, утечка в закладку, транспортные потери и т. д. Разубоживание-также определяется непосредственно по относительному количеству вмещающих пород в добытой руде.)
где
Q1 — действительный запас ПИ в блоке, т;
Q2 — добыча ПИ из блока, т;
Q3— потери ПИ, т;
Q4— вес пустых горных пород в массе добытого ПИ, т;
с1 — содержание полезного компонента в полезном ископаемом в недрах;
с2 — содержание полезного компонента в добытом минеральном сырье;
с3 — содержание полезного компонента в потерянном полезном ископаемом;
с4 — содержание полезного компонента во вмещающих горных породах, попавших в массу добытого минерального сырья.
Если для упрощения расчетов принять с3 = c1 то потери ПИ и засорение его пустыми горными породами можно определить из выражений:
Тогда величина потерь полезного компонента определяется по формуле
или в процентах относительно запаса в блоке:
Степень разубоживания ПИ определяется из отношения
Всегда следует помнить, что точность определения потерь и разубоживания зависит от сложности геологического строения месторождения, изменчивости форм тел и качества ПИ, системы разработки. На месторождениях простой формы с равномерным распределением полезного компонента величины потерь и разубоживания обычно определяются довольно точно. При неправильной форме тела с неравномерным распределением полезного компонента, когда количество запасов ПИ в блоке подсчитывается со значительной погрешностью, значения потерь могут быть весьма неточными. Если система разработки позволяет вести замеры выработанных пространств и замеры вырабатываемых тел ПИ при систематическом их опробовании в процессе отработки, то такие условия благоприятствуют определению потерь и разубоживания с высокой степенью точности. Напротив, когда опробование очистных выработок и необходимые замеры выработанных пространств невозможны, определение потерь и разубоживания выполняется с невысокой точностью.
Помощь в переработке минерального cы р ь я со стороны геологической службы идет по двум главным направлениям:
а) регулирование качества минерального сырья, поставляемого горным предприятием, и
б) проведение специальных минералогических и других лабораторных исследований ПИ.
Регулирование качества минерального сырья, направляемого в переработку, имеет большое значение для планомерной и эффективной работы предприятия, потребляющего минеральное сырье. Если руда, поступающая на обогатительную фабрику, будет обладать резко различным содержанием металлов, то процесс обогащения придется часто менять: необходимо будет перестраивать режим работы некоторых машин, изменять дозировку реагентов, составлять другой график работы. Такие частые перемены технологического процесса.создают лихорадочную и непроизводительную обстановку на фабрике. В результате снижается производительность, уменьшается извлечение полезных компонентов и возрастают потери. Изучая различные сорта ПИ и их пространственное распределение, геолог на горном предприятии имеет возможность так направлять добычу из различных эксплуатационных участков, чтобы в течение продолжительного срока (хотя бы месяца) смешанное минеральное сырье обладало бы однородным качеством. При этом особенно большое значение имеют правильная оценка разубоживания ПИ в процессе добычи и сокращение его до минимума. Сильно разубоженная руда вызывает не только непроизводительные расходы на обогатительной фабрике, но и влечет расстройство технологического процесса, а иногда приводит к невозможности обогащать низкокачественное вследствие разубоживания минеральное сырье.
Проведение специальных лабораторных исследований подчинено задаче наилучшей организации процесса переработки ПИ. Геолог на горнорудном предприятии должен изучать минеральный состав руды (или песков) с учетом требований технологии обогащения минерального сырья. Для обогащения важно знать величины, сочетания, взаимные прорастания отдельных минеральных агрегатов и частиц. При этом необходимо опытным путем выяснить способность рудных и нерудных минералов к механическому разделению, а также различия физических свойств отдельных минеральных фракций — их магнитные, электрические, радиоактивные свойства, удельные веса и др. Необходимо определить степень выветрелости или окисленности ПИ, влияющую на обогатимость и качество ПИ.
Сведения о полезном ископаемом, необходимые для успешной работы потребляющего или обрабатывающего минеральное сырье предприятия, накапливаются при обычных общих минералогических и петрографических исследованиях, выполняемых в процессе всего периода разведки месторождения. Но, кроме того, с целью повседневной помощи перерабатывающему предприятию геологу приходится проводить специальные исследования, уточняя те или иные характеристики ПИ. Для этого подвергаются минералогическим или другим исследованиям очередные партии минерального сырья, поступающие от рудника, а также изучаются продукты переработки минерального сырья.