Без отбора проб

По некоторым признакам возможно определение качества ПИ на месте его залегания без отбора пробы и последующих операций ее обработки и испытаний. Среди методов определения качества ПИ без отбора проб различаются геолого-минералогические и геофизические.

Геолого-минералогические методы определения качества ПИ довольно разнообразны. Так, при крупных выделениях рудного минерала, хорошо различимых в обнажении, производится обмер кристаллов и определение их относительного содержания по занимаемой площади в обнажении — берилла в пегматитах или асбеста в серпентинитах. Хорошим вспомогательным средством при визуальном определении качества шеелитовых, цирконовых и радиоактивных руд может послужить люминоскоп. Полевое определение качества пьезооптических минералов выполняется по системе внешних признаков, по пробным сколам, прозрачности, по рисунку травления поверхности. Все эти и другие методы прямых визуальных наблюдений и измерений минеральных выделений в натуре являются собственно минералогическими способами определения качества ПИ, а в случае применения микроскопа для этих целей называются оптико-минералогическими. Но последние следует относить уже к лабораторным методикам. Кроме минералогических способов с прямыми наблюдениями и измерениями разработаны некоторые способы косвенных определений содержаний полезных компонентов по минералогическим наблюдениям в обнажениях при поисках и разведках месторождений. Таковы описываемые ниже способы, основанные на минералогических аналогиях.

Определение качества по типам руд основано на закономерной зависимости содержаний полезных компонентов руд и вредных примесей от минерального состава этих руд. Почти на каждом месторождении можно выделить несколько типов руды, отличающихся минеральным составом или количеством полезного минерала — от сплошных его скоплений в массивных текстурах до редких вкрапленников. Такие природные типы руды легко различаются в обнажениях при разведке. Поскольку каждому типу руды свойственно достаточно устойчивое содержание полезного компонента, то появляется возможность определять это содержание визуально, без отбора проб всюду, где обнажается тот или другой тип руды.

Для практического применения данного способа определения содержаний полезного компонента по типам руд устанавливаются эталонные значения типа как по минеральному комплексу в типичных штуфах, так и по содержанию металлов в эталонных пробах; последних должно быть 30—50 шт. с соответствующими зарисовками мест взятия проб — по ним выводится среднее содержание полезных компонентов и вредных примесей по типу руды. Одновременно выясняется средняя объемная масса руды данного типа.

В производственных условиях определения качества ПИ — сорта угля, асбеста, содержания металла и др. — осуществляются на основании подробной геологической зарисовки обнажения, подлежащего качественной оценке. На этой зарисовке ограничиваются разные типы ПИ (рис. 106) и вычисляются площади каждого типа. Выявленные таким образом площади распространения типа ПИ служат затем для подсчетов его объемов и запасов, а по эталонным содержаниям для каждого типа может быть подсчитано среднее содержание металла по зарисовке для всего обнажения — средневзвешенное по площадям распространения типов:

„ о т _! _/•<;

' Сг> & л —р ' ' ' —р С^иЗ^ (26)

где с_ср — среднее содержание полезного компонента по типам руды;

S_i — площади распространения типов руды на обнажении (по зарисовке).

Рис. 106. Зарисовка забоя блока 18 западной жилы Карабашского колчеданного месторождения по типам руд (по Н. Б. Иванову).

1 — пиритизированные каврц-серицитовые сланцы; 2 — сланцеватые серноколчеданные руды (I тип); 3 — массивные среднезернистые и равномернозернистые руды (II тип); 4 — массивные порфировидные серноколчедапные руды (III тип); 5 — неясно полосчатые неравномернозернистые медьсодержащие руды (IV тип); 6 — полосчатые медьсодержащие руды, обогащенные халькопиритом и сфалеритом (V тип); 7 — кварц-серицитовые сланцы; 8 — номер рядовой пробы

Определение качества по типам разрезов становится возможным благодаря зависимости содержаний полезных компоненетов в руде или иных качественных показателей ПИ (зольности угля, размеров пластин слюды и т. п.) от строения залежи ПИ по мощности. На месторождениях уплощенной формы — пластовых, пластообразных, линзообразных — обычно расположение разновидностей ПИ или его чередование с пустыми прослоями пород прослеживается довольно устойчиво на значительных интервалах таких залежей по их простиранию или падению. Поэтому при разведке месторождений названных морфологичских видов многие разведочные пересечения оказываются однотипными по своему строению и качеству ПИ. Ввиду этого можно достаточно точно определять качество ПИ по аналогии между разведочными пересечениями, без отбора проб руды в каждом из однотипных пересечений.

Практически этот метод определения качества ПИ осуществляется путем тщательной геологической документации разведочных пересечений и установления эталонных значений качества по химическим анализам проб нескольких типичных пересечений. Затем каждое новое разведочное пересечение сравнивается с эталонами на основании геологической документации и относится к тому или иному типу разреза. Содержания полезных компонентов в этих новых пересечениях определяются по аналогии, как и другие показатели качества ПИ, свойственные эталонным значениям. Рекомендуется делать контрольные анализы по каждому типу разрезов через пятое или десятое разведочное пересечение ввиду возможных колебаний качественных показателей внутри одного и того же типа.

Определение качества методом корреляции основано на закономерных минералогических и геохимических связях компонентов ПИ. Если такие связи выражаются в прямой или обратной корреляционной зависимости, то возможно определение одного компонента в зависимости от содержания другого. Так же можно выявлять распределение компонента по минеральным видам, если установлена корреляционная связь между последними. Все эти определения качества ПИ без отбора проб требуют предварительных исследований с целью выявления корреляционных зависимостей. Для этого по каждому природному типу ПИ должно быть отобрано 20—30 рядовых разведочных проб, равномерно распределенных в пределах объекта разведки. В отобранных пробах точными методами производятся анализы всех полезных и вредных компонентов и выясняются связи между их содержаниями в каждой пробе. При этом редкие и рассеянные элементы изучаются в мономинеральных пробах и их содержания определяются в каждом минеральном виде. Наличие корреляционной связи и «теснота» этой связи могут быть установлены как вычислением, так и графически.

Если коэффициент корреляции установлен надежно и его значение больше 0, 5, т. е. имеется довольно тесная корреляционная зависимость между двумя компонентами руды, то можно вычислить уравнение регрессии, которое позволит рассчитать содержание сопутствующего элемента по содержанию главного:

у = ах + b,

где у — содержание элемента-спутника, вычисляемое без анализа, %;

х — содержание главного элемента, определенное аналитически, %;

а — отношение содержания в руде элемента-спутника к содержанию главного элемента, установленное предшествующими исследованиями;

b — содержание элемента-спутника в руде при нулевом содержании главного элемента, %.

Геофизические методы определения качества ПИ, в частности определения содержаний полезных компонентов в рудах, основываются на закономерных связях определенных физических свойств ПИ с его качеством. Они выполняются при каротаже буровых скважин и в разведочных горных выработках с помощью специальных приборов. Техник-геолог должен уметь выполнять простейшие геофизические измерения при разведке, когда их объем невелик и нет необходимости прибегать к помощи специализированной геофизической организации.

Метод естественной радиоактивности широко применяется при разведке месторождений радиоактивных элементов для определения содержания их в целике или в отбитой рудной массе. Для однокомпонентных урановых или ториевых руд он является основным средством массового определения качества ПИ.

Радиометрическое «опробование» естественных или искусственных обнажений в горных выработках осуществляется радиометрами направленного приема или обычными радиометрами с применением экранов, которые позволяют измерить излучение исследуемого объекта. Экран частично поглощает это излучение и защищает измерительный прибор от посторонних излучений окружающих горных пород или от отраженного излучения в тесном пространстве подземной горной выработки. На точке наблюдения производятся два измерения: первое без экрана (I₁) и второе с экраном (I₂). Показания радиометра выражаются в условных единицах, соответствующих микро­рентгенам в час. Пункты радиометрических измерений располагаются линейно, подобно расположению бороздовых проб. Гильза радиометра может располагаться вдоль линии опробования или перпендикулярно к ней. В первом случае измерения получаются подобные узкой бороздовой пробе, во втором — широкой борозде. Расстояния между точками вдоль линии радиометрических измерений принимаются около 10 см.

Рис. 107. Схема определения стволовой мощности ураноносной залежи (Mс) и среднего содержания урана по скважине с помощью гамма-каротажа.

J_б — значение интенсивности гамма-излучения, соответствующее нижнему (бортовому) пределу содержания урана в руде

Обработка результатов измерений производится в следующем порядке: показания радиометра переводятся по графику эталонирования в микрорентгены в час; по каждой линии измерения вычисляется средняя интенсивность гамма-излучения с экраном и без экрана (I₁— I₂). Среднее содержание урана по результатам измерения радиоактивности вычисляется по выражению

Сср_= В(I₁— I₂)ср,

где В — коэффициент, учитывающий особенности экрана; он является величиной постоянной для определенного экрана и типа счетчика.

Шпуровое радиометрическое «опробование» производится при помощи специальных радиометров, снабженных тонкой гильзой с гамма-датчиком внутри. Для защиты от устьевых смешанных излучений измерения следует начинать на глубине 20 см от устья шпура и производить через каждые 20—40 см по его глубине. Содержание урана в шпуре определяется по формуле:

Сср = Кш*I_ср,

где Кш — коэффициент шпура, определяемый экспериментально для месторождения или его части; он характеризует отношение содержания урана {%} к интенсивности ϒ -излучения в шпуре, мкр/ч.

Гамма-каротаж буровых скважин служит преимущественно для определения содержания радиоактивного вещества по разведочному пересечению, В результате радиометрических измерений каротажной станцией (ДРСТ-1, РСКМ) по оси скважины устанавливаются участки повышенного радиоактивного излучения. Среди них могут оказаться интервалы с промышленным содержанием урана или другого радиоактивного элемента. Автоматический каротажный прибор вычерчивает график-диаграмму измеренной активности вдоль оси скважины (рис. 107). Этот график на участке скважины, где предполагается промышленная концентрация урана, позволяет вычислить его среднее содержание по формуле:

C_СР= 100S/m*K

где S — площадь, ограниченная контуром аномального участка диаграммы, см*мкр/ч;

m — мощность промышленного ураноносного интервала по оси скважины, см;

K — коэффициент, характеризующий отношение содержания урана (в %) к измеренному в скважине ϒ -излучению, мкр/ч/%.

Метод искусственной радиоактивности, разработанный на медноколчеданных месторождениях, может применяться и на месторождениях других ПИ. Он основан на зависимости между содержанием некоторого компонента руды и интенсивностью излучения его искусственного изотопа, образующегося под воздействием источника нейтронов.

Измерения проводятся каротажной станцией, способной регистрировать электрические и радиоактивные поля. Операции производятся в следующем порядке. Вначале определяется рудный интервал по оси скважины по кривой электрометрии (ПС); затем в каждой из точек, подлежащих измерениям радиоактивности, определяется натуральный фон радиоактивности. И когда каротажный снаряд поднимается на поверхность, к нему крепится приставка с источником нейтронов и снаряд снова спускается на глубину нахождения рудного интервала для так называемой активации стенок скважины на этом рудном интервале, продолжающейся 1, 5—2 ч на каждой точке активации. Через 40—50 мин по снятии облучения короткоживущие изотопы распадаются и в массиве руды остается наведенный эффект радиоактивности, связанный с долгоживущими изотопами, такими, как марганцевые, медные и др. Точность определения содержания меди этим методом 10—15%.

Между зольностью углей в пределах 10—50% и активационным эффектом существует устойчивая линейная зависимость, что позволяет определять зольность в естественном залегании угля нейтронно-активационным методом.

Г а м м а - н е й т р о н н ы й метод, называемый еще фотонейтронным, основан на реакции отщепления нейтронов от ядер некоторых элементов гамма-квантами (фотонейтронный эффект). Он дает определенные результаты при изучении бериллиевых руд, поскольку фотонейтронный эффект у ядер бериллия протекает при наименьшей затрате энергии.

Измерения с целью определения содержаний бериллия в горных выработках или в буровых скважинах производятся при облучении исследуемого участка рудного интервала гамма-лучами определенной энергии, в результате которого отщепляются нейтроны, регистрируемые соответствующими приборами. Количество нейтронов зависит от содержания бериллия в руде.

Для фотонейтронного каротажа буровых скважин может быть использована обычная каротажная станция, если ее снабдить специальным фотонейтронным снарядом. Определение содержания бериллия возможно при очень медленном движении каротажного снаряда (не более 20 м/ч). Измерения в горных выработках выполняются путем профилирования забоев или стенок выработок. Метод позволяет установить содержание бериллия от 0, 01% и выше. Погрешности определения установлены в пределах 15—25%.

Гамма-гамма-метод определения содержания в рудах элементов с высоким номером базируется на эффекте поглощения «мягких» гамма-лучей атомами тяжелых элементов, таких, как сурьма, свинец, барий, ртуть и др. Источником «мягкого» излучения являются радиоактивные изотопы: ртуть-203, селен-75, цезий-137. Сущность метода заключается в облучении руды и регистрации рассеянного гамма-излучения. Этот метод с источником излучения кобальт-57 нашел применение для определения качества железных руд как отбитых в горных выработках, так в шпурах и в буровых скважинах.

Измерительной аппаратурой являются радиометры с разрядными и сцинтилляционными счетчиками. Снаряд, опускаемый в скважину или шпур, должен плотно прилегать к стенке скважины, для чего он снабжен пружиной. Для измерения по стенке выработки или по навалу отбитой руды применяется специальная приставка «утюг».

Точность определений содержания металла в сравнении с химическими анализами достигнута для железа 1—2%, для свинца 2—5%; по сурьме и ртути геофизические определения не уступают также химическим анализам в точности.

Определение содержания бора в обнажении производится нейтрон-нейтронным методом с помощью переносного прибора - боромера, дающего наиболее точные результаты при содержаниях В₂О₃ от 0, 5 до 18%.