Самовозгорание углей и эндогенные пожары
Самовозгорание углей — воспламенение угля в результате накопления теплоты. Источником теплоты является экзотермическая /с выделанием теплоты/ реакция окисления угля кислородом воздуха. Если выделяющаяся теплота рассеивается в окружающей среде, происходит низкотемпературное окисление угля. В случае неравенства между выделением и отдачей теплоты уголь либо самонагревается, либо охлаждается.
Одной из первых попыток объяснить самовозгорание угля стала пиритная теория. При окислении сульфидной серы пирита может происходить повышение температуры 1 т угля, содержащего 1% серы, на 117 °0.
Но, как показала практика, этот процесс, также как и жизнедеятельность бактерий, протекающих с выделением теплоты, нельзя считать главной причиной самовозгорания углей.
Самонагревание и самовозгорание угля — результат его окисления кислородом. Реакция окисления угля имеет радикально-цепной характер. Она заключается в том, что образование конечных продуктов реакции /CO2, CO и H2O/ происходит не непосредственным присоединением атомов кислорода к атомам углерода и водорода горючего ископаемого, а путем образования ряда промежуточных продуктов — радикалов. При поглощении кислорода тепловой эффект окисления составляет 15,6 . 106 Дж/м3. В процессе самовозгорания выделяют стадии самонагревания и возгорания. Первая характеризуется низкой скоростью окисления и равномерным нарастанием температуры. После достижения критической температуры самонагревания наблюдается увеличение скорости окисления и прогрессирующий рост температуры /стадия возгорания/. Критическая температура самонагравания бурого угля — 130°С, каменного угля — 180°С, антрацита — свыше 300°С. При достижении в очаге температуры возгорания на 130-170 % выше критической наступает стадия горения.
Склонность угля к самовозгоранию зависит от размера и активности сорбирующей поверхности, способной поглощать кислород. За показатель склонности угля к самовозгоранию S /газовая характеристика угля/ принимают количество поглощенного кислорода и оксида углерода/II/ на стадии интенсивного окисления. По значению показателя S угли подразделяются на опасные /первая группа/, малоопасные /вторая группа/ и неопасные /третья группа/. Этот показатель не имеет строго определенных значений, а зависит от конкретного месторождения и марки угля. Так, в Кузбассе угли марки Д при S>30 отнесены к первой группе, при 30 ³ S ³ 20 — ко второй, при S<20 — к третьей, а угли марки Т первой группы имеют значение S > 3, второй группы — 3 ³ S ³ 2, третьей группы – S < 2. Угли марки Д, добываемые на о.Сахалин, считаются опасными при S >18, малоопасными — при 18 ³ S ³ 13, неопасными — при 5< 13.
На изменtние сорбционной способности угля по отношению к кислороду оказывают влияние следующие горно-геологичеcкие факторы: тектоническая нарушенноcть, петрографический состав, стадия метаморфизма, степень измельчения, предварительное нагревание, начальная температура, увлажнение и др.
В местах тектонических нарушений уголь раздроблен, разрыхлен, обладает увеличенной площадью сорбирующей поверхности. В местах разрывов, сжатий и раздутия пластов склонность угля к самовозгоранию возрастает в 1,5-2 раза. На шахтах Донбасса по этой причине произошло 87% эндогенных пожаров, Кузбасса — 75%.
Фюзен характеризуется повышенной хрупкостью и пористостью, по сравнению с витреном и дюреном имеет наибольшую сорбирующую поверхность, более склонен к окислению при низких /до 100°С/ температурах. Витрен содержит наибольшее количество фенольных карбоксильных групп и поэтому обладает способностью сорбировать кислород при высоких /более 100°С / температуpax.
Под влиянием метаморфизма сорбционная способность угля по отношению к кислороду снижается. Склонность к самовозгоранию углей низкой степени метаморфизма /марки Б, Г/ проявляется при температуре до 100°С, у остальных — после 150 °С, а у антрацитов — после 200 °С.
С измельчанием угля его сорбционная поверхность увеличивается, в мелких фракциях накапливаются хрупкие фюзен и витрен, уменьшается теплообмен. В скоплениях разрыхленных масс угля, деформированных целиках, как и в местах тектонических нарушений, создаются благоприятные условия для самовозгорания углей.
Нагревание угля повышает скорость сорбции кислорода, так как увеличивается толщина реакционного слоя за счет большей подвижности молекул кислорода, более быстрого распада уголькислородных радикалов, возрастает площадь сорбирующей поверхности вследствие испарения влаги и десорбции газов. На глубоких горизонтах, где отмечается повышение температуры вмещающих пород и угля, его пожароопасность повышается.
При окислении угля на его поверхности образуется окисленный слой, который не способен сорбировагь кислород. С увеличением степени окисленности угля способность его к самовозгоранию снижается.
Увлажнение угля повышает его сорбционную способность в 1,5-2 раза. Самовозгораемость углей затопленных шахт значительно повышена. Присутствующие в воде минеральные примеси активизируют поглощение углем кислорода.
При разработке мощных пластов увеличиваются потери угля. Под влиянием горного давления происходит деформация целиков с образованием значительных рыхлых масс. Угольные пласты мощностью менее 2 м считаются малоопасными, от 2 до 3,5 м — умеренно опасными, более 3,5 м — опасными по самовозгоранию.
На кругом падении создаются благоприятные условия для утечек воздуха через выработанное пространство. Пласты угля с углом падения менее 25° относятся к малоопасным, от 25 до 50° — к умеренно опасным, более 50° — к опасным по возникновению пожаров.
Самовозгорание углей зависит от физико-механических свойств вмещающих пород, которые определяют степень деформации целиков, проветриваемость выработок и теплопроводность.
Степень опасности по самовозгоранию возрастает при сближенных пластах угля рабочей мощности, наличии в кровле нерабочих пластов и углистых пород, пониженной метаноносности, малой глубине залегания угольного пласта и др.
Самовозгорание — одна из главных причин эндогенных пожаров. Угли самовозгораются в местах выхода на поверхность в шахтах и на участках длительного хранения. Терриконики и породные отвалы, содержащие более 10% органического вещества, также подвержены самовозгоранию.
Основными причинами самовозгорания углей в Донбассе являются: наличие в кровле пропластков угля, попадающих в зону беспорядочного обрушения; неустойчивость кровли, вызывающая необходимость оставления целиков; тектоническая нарушенность пластов; значительная глубина горных работ, затрудняющая заиливание выработанных пространств с поверхности; повышенная химическая активность. Угли марки Д характеризуются константой скорости сорбции кислорода /2,3-3,75/ 10-8 м3/(кг.см), марок Ж-Д — /1,0-1,47/ 10-8 м3/(кг.см), марки А — 0,5.10-8 м3/(кг.см) . В Карагандинском бассейне этот показатель равен /0,3-1,4/. 10-8 м3/(кг.см), в Кузнецком — /0,69-1,25/ . 10-8м3(кг.см).
6.5. Подземные и шахтные /рудничные/воды
Шахтные или рудничные воды — подземные воды, поступающие в горные выработки из окружающих пород и полезного ископаемого и осложняющие вскрытие и добычу минерального сырья. Степень обводненности горных работ шахтными водами обусловливается естественными /климатические условия, гидрография района, рельеф местности, геологическое строение, тектоника и др./ и искусственными /старые затопленные выработки, незатампонированные разведочные скважины, направильное ведение горных работ и т.п./ факторами.
Климат района в зависимости от количества выпадающих осадков может быть избыточно влажным, влажным, умеренно влажным и сухим. Приток воды в горные выработки при небольшой глубине залегания полезного ископаемого чаще всего зависит от количества выпадающих атмосферных осадков; являющихся основным источником питания подземных вод. Это подтверждается увеличением притока воды в выработки в период выпадения осадков и весеннего снеготаяния на 30-40%, а иногда на 200-300% по сравнению со среднегодовым. Водообильность шахт Карагандинского бассейна в 7 раз ниже, чем Донецкого бассейна, так как в Казахстане выпадает в 1,6 раза меньше атмосферных осадков /270 мм в год/, чем в Донбассе.
Гидрография района характеризуется количеством рек, ручьев, озер, водохранилищ, заболоченностью территории. Источником обводненности горных работ нередко бывают открытые водоемы и водотоки, расположенные в пределах месторождения. Водообильность шахты «Сутоган» в Селезневском районе Донбасса, расположенной в долине р.Белая, более чем в 10 раз выше средней по бассейну.
Рельеф местности может быть горным резко расчлененным, холмистым, холмисто-равнинным и равнинным. Чем больше расчленена поверхность месторождения, тем при прочих равных условиях выше весенний приток воды в горные выработки по сравнению со среднегодовым /от 20 до 200%/. Слабо обводнены месторождения, расположенные в условиях высокогорного расчлененного рельефа /Средняя Азия, Кавказ и др./.
Обводненности горных выработок способствует наличие в геологическом разрезе водопроницаемых и водоупорных горизонтов, повышенная обнаженность коренных пород, присутствие разрывных нарушений. Водопроницаемость, или способность пород пропускать воду под действием сил тяжести определяется пористостью /поры диаметром менее 1 мм, трещины шириной менее 0,25 мм/ и скважностью /пустоты и крупные поры/. Водопроницаемыми являются рыхлые /пески, щебень, галька и т.д./, сцементированные трещиноватые /песчаники, известняки, граниты, гнейсы и т.н./ породы. Водонепроницаемыми породами или водоупорами, называются породы, которые не пропускают воду /глины, ненарушенные сцементированные породы/.
Особенно тяжелые гидрогеологические условия складываются на тех месторождениях, на которых в кровле и в почве залегают водопроницаемые пески /Днепровский и Подмосковный бассейны/. Питание подземных вод осуществляется в местах выхода на поверхность коренных пород. Районы, где выходы таких пород составляют более 1% площади, считаются обнаженными. При мощности покровных суглинисто-глинистых слабопроницаемых отложений более 5 м инфильтрация через них поверхностных вод отсутствует. В зонах тектонических нарушений происходит сосредоточенное, а иногда и катастрофическое поступление воды в горные выработки. Через такие зоны осуществляется связь пластовых водоносных горизонтов между собой и о поверхностными водотоками и водоемами. Наряду с этим тектонические нарушения в результате смещения пород нередко служат водоупорными экранами, исключающими поступление воды с соседних участков месторождения.
В старых горных выработках скапливается большое количество подземных вод. Прорыв таких вод в действующие горные выработки обычно носит катастрофический характер.
По окончании бурения каждую разведочную скважину после извлечения обсадных труб тампонируют жирной глиной или цементом, чтобы вода из водоносных горизонтов не смогла прорваться в горные выработки. В целях безопасности бурение технических скважин прекращают за 2-3 м до горных выработок.
При ведении горных работ с обрушением кровли на земной поверхности часто появляются воронки, трещины и т.п. В этих случаях нельзя допускать скопления воды над зонами обрушения. Поверхностные воды могут поступать через устье действующей или заброшенной шахты. Следует избегагь осадки лавы в неблагоприятных гидрогеологических условиях /близкое залегание в кровле открытых водотоков или мощной толщи водоносных песков/.
Основное влияние на обводненность месторождений оказывают подземные воды /пластовые, поровые, трещинно-поровые и карстовые/, приуроченные к коренным породам. Они залегают в рыхлых /галечники, пески, мягкие глины/, сцементированных /песчаники, алавролиты, угли и др./ и в выветрелых трещиноватых магматических и метаморфических породах. Пластовые воды наиболее распространены в земной коре. Они преобладают в артезианских бассейнах. Напор горизонтов пластовых вод может достигать десятков метров /80 м в Днепровском бассейне, 100-150 м — в Подмосковном бассейне/, производительность — сотен и тысяч кубических метров в час. Обводненность месторождений трещинными водами зависит от степени трещиноватости горных пород и особенностей ее распределения. В верхних горизонтах на глубине нескольких десятков метров расположены трещинные грунтовые, а глубже — трещинные напорные воды. На глубине 700-800 м трещиноватость пород заметно уменьшается и трещинные воды исчезают. Наибольшая обводненность месторождений обычно связана с карстовыми безнапорными и напорными водами /горючие сланцы Прибалтийского бассейна, Кизеловское каменноугольное месторождение на Северном Урале и др./.
Угленосная толща Донецкого бассейна сложена переслаивающимися песчаниками, алевролитами /песчано-глинистые и песчанистые сланцы/, аргиллитами /глинистые сланцы/ каменноугольного возраста, содержащими пласты известняков и углей. Основные водоносные породы — известняки и песчаники. Средняя мощность известняков — 2-3 м /иногда — 10 м/, песчаников — 20-25 м /иногда— 70-100 м/. Среди переслаивающейся песчано-глинистой толщи выделено 330 водоносных горизонтов, в том числе 105 в известняках и 225 в песчаниках. Известняки более водообильны, чем песчаники. Это объясняется их повышенной трещиноватостью и в отдельных случаях — закарстованностью. Некоторые карстовые полости имеют объем 20-70 м3. При вскрытии известняков горными выработками наблюдаются большие кратковременные притоки — свыше 500 м3/ч, а в исключительных случаях — 2500 м3/ч /шахта «Ломоватская» в Алмазно-Марьевском районе/. Глинистые породы /аргиллиты и алевролиты/ не всегда водонепроницаемы. В зонах выветривания и тектонических нарушений они водоносны.
Верхняя часть /до 100 м/ угленосных отложений независимо от состава пород представляет собой единый водоносный горизонт со свободной поверхностью. Наибольшая степень трещиноватости, а следовательно, и наибольшая водоносность пород карбона наблюдается в зонах тектонических нарушений. Трещины взбросов (надвигов) обычно закрыты или заполнены перетертым слабоводопроницаемым материалом и в большинстве случаев не водоносны. Трещины сбросов чаще бывают открытыми, зияющими и поэтому нередко водоносны. При пересечении горными выработками трещин сбросов часто наблюдаются обильные притоки /100-200 м3 /ч/. При проходке одного из штреков шахты 15 в Чистяково-Снежнянском районе Донбасса из зоны нарушения сосредоточенный приток воды достигал 300 м3/ч. После вскрытия такой трещины приток быстро уменьшается в 5-10 раз, а иногда и вовсе прекращается. Циркуляция подземных вод из-за малой пористости /2-5%/происходит по трещинам, которые ориентированы по напластованию, перпендикулярно напластованию в направлении простирания и в направлении падения пород. С глубиной степень трещиноватости пород уменьшается и на 500-600 м практически исчезает.
Режим поступления подземных вод /величина, характер и продолжительность притока/ определяется видом запасов /статические и динамические/.
Статические запасы /ресурсы/ определяются объемами воды, заключенной в горных породах зоны влияния горных выработок и находящейся в затопленных выработках. На первых этапах развития горных работ они являются причиной значительных притоков воды, приводящих к затоплению горных выработок. Со временем отмечается значительное снижение поступления воды.
Динамические запасы /ресурсы/ — расход воды, протекающей через поперечное сечение водоносного горизонта. Они определяются водопроницаемостью горных пород и условиями их питания /обеспеченность поверхностными водами и перетекающими водами других водоносных горизонтов/.
По мере истощения статических запасов возрастает относительная роль динамических ресурсов. Если суммарный объем подземных вод, отводимых с месторождения, равен их поступлению, приток имеет стационарный характер /режим/. При отрицательном или положительном балансе режим будет нестационарным. В зависимости от характера ресурсов подземных вод режимы будут различными:
Статические запасы Средний приток воды на шахте в целом или на отдельных участках в период эксплуатации снижается
Потоки подземных вод Средний приток остается примерно посто-
/динамические запасы/ янным в период эксплуатации, притока
с относительно ограни- сохраняются в прежнем объеме и при
ченными ресурсами переходе на более глубокие эксплуатацион-
ные горизонты
Потоки подземных вод Средний приток остается примерно посто-
/динамические запасы/ янным при отработке определенного
со значительными ре- эксплуатационного горизонта, но увеличи-
сурсами вается с переходом на более глубокие
эксплуатационные горизонты
Пополнение ресурсов Средний приток увеличивается с приближе-
подземных вод /дина- нием горных выработок к открытым водое-
мические запасы/ из мам и водотокам при разработке определен-
открытых водотоков ного эксплуатационного горизонта и с
или водоемов переходом на более глубокие эксплуатаци-
онные горизонты.
Обводненность месторождений можно оценить по суммарному притоку воды, по удельному притоку воды /т.е. притоку, отнесенному к площади обнаженной поверхности горных выработок/ и коэффициенту водообильности, который равен отношению объема поступившей воды к массе добытого полезного ископаемого /табл.6.1/.
К весьма водообильным относятся Кизеловское каменноугольное месторождение на Северном Урале со средним суммарным притоком воды в горные выработки 1500 м3/ч /иногда 2500 м3/ч/ и Прибалтийский бассейн горючих сланцев со средним суммарным притоком 1200 м3/ч /иногда 4000 м3/ч/. Высокая обводненность обусловлена карстовыми водами. Обводненными являются Подмосковный, Донецкий, Кузнецкий и другие угольные бассейны со средними суммарными притоками до 600-900 м3/ч. Подземные воды пластовые, напорные трещинные и частично карстовые. На Богословском буроугольном /Урал/, Черемховском /Иркутский бассейн/ и Экибастузском /Казахстан/ каменноугольных месторождениях средние суммарные притоки не превышают 100 м3/ч /умеренно обводненные и слабо обводненные месторождения/.
Таблица 6.1 — Классификация месторождений по степени обводненности
| Показатель обводненности месторождений | Степень обводненности месторождений | |||
| Весьма обводнено | Обводнено | Умеренно обводнено | Слабо обводнено | |
| Суммарный приток воды, м3/ч | >1000 | 1000-300 | 300-100 | <100 |
| Удельный приток воды, л/(ч.м2) | >4 | 4-0,4 | 0,4-0,05 | <0,05 |
| Коэффициент водообильности, м3/т | >25 | 25-8 | 8-3 | <3 |
Коэффициент водообильности шахты Kв — отношение объема воды /в кубических метрах/, откачиваемой из шахты и из дренажных устройств за определенный период времени /обычно за год/, к массе /в тоннах/ добытого за этот период полезного ископаемого. Значение / Kв колеблется в больших пределах как для различных бассейнов, так и для отдельных шахт в бассейне /табл.6.2/.
Таблица 6.2 — Водообильность угольных бассейнов
| Бассейн | Значение коэффициента водообильности, Кв | |
| среднее для бассейна | для отдельных шахт | |
| Подмосковный | 13,0 | 0,4-38,2 |
| Кизеловский | 7,7 | 1,4-36,0 |
| Донецкий | 2,8 | 0,8-12,3 |
| Челябинский | 2,0 | 0,6-10,0 |
| Кузнецкий | 1,5 | 0,8-12,0 |
| Карагандинский | 0,4 | 0,0-1,9 |
В Подмосковном бассейне затраты на осушение и откачку шахтных вод составляют 0,3 руб., в Донецком — 0,1 руб. на 1 т угля.
При эксплуатации глубоких горизонтов приток шахтных вод обычно уменьшается вне зависимости от вида запасов. Так, в Донбассе наибольшая водообильность наблюдается на глубине 400-500 м, наибольший приток составляет 1100м3/ч. Ниже водопритоки заметно уменьшаются. В угольных бассейнах распределение шахт по интенсивности притока шахтных вод различно /табл. 6.3/.
Таблица 6.3 — Распределение шахт по интенсивности
притока шахтных вод
| Приток шахтных вод, м3/ч | Доля шахт с определенным притоком шахтных вод, %, в общем количестве шахт /в скобках указана доля общего притока, %/ по бассейнам | |||
| Донецкий | Кузнецкий | Карагандинский | Печорский | |
| До 150 | 47,1 /22,0/ | 25,0 /9,5/ | 80,7 /62,3/ | 48,0 /25,0/ |
| 151-300 | 35,7 /39,6/ | 36,8 /24,3/ | 19,3 /37,8/ | 40,0 /39,0/ |
| 301-500 | 12,7 /24,2/ | 22,4 /24,4/ | — | 4,0 /9,8/ |
| 501-1000 | 4,0 /10,9/ | 11,8 /25,8/ | — | 8,0 /21,2/ |
| Свыше 1000 | 0,5 /3,3/ | 4,0 /16,0/ | — | — |
При проведении подготовительных/ствол, штрек, квершлаг и др./ выработок и очистных работ часто происходит дренирование водоносных горизонтов. При проходке шахтных стволов в Донбассе средний приток воды из отдельных горизонтов в основном не превышает 20 м3 /ч. Известны случаи, когда при проходке ствола в несколько сотен метров выработки оставались сухими /шахта «Смолянка» в Донецко-Макеевском районе/. При сооружении ствола шахты «Первомайская» /Алмазно-Марьевский район/ из песчаника K9SL1 получен приток воды свыше 1000 м3/ч, а из песчаника K6SK7 — 1200 м3/ч. Первоначальные притоки со временем значительно снижаются, а иногда выделение воды прекращается совершенно. При вскрытии известняка К6 квершлагом на шахте «Сутоган» /Селезневский район/ первоначальный приток воды составил 300 м3/ч. По мере развития очистных работ над выработанным пространством происходит обрушение и оседание пород, сопровождающееся появлением многочисленных трещин, причем некоторые из них могут достигать дневной поверхности. Через них в горные выработки поступают подземные и поверхностные воды. Отмечены случаи больших /300-500 м3/ч/ кратковременных водопритоков. Источником обводнения нередко служат напорные воды из водоносных горизонтов, расположенных в почве разрабатываемого пласта. На шахте Первомайская /Алмазно-Марьевский район/ при отработке пласта Kв происходили прорывы /до 3000 м3/ч/ из песчаника, залегающего в почве.
Общий приток воды во все шахты Донбасса составляет примерно 40000 м3/ч или около 1000000 м3/сут. Средний приток в одну шахту равен 60 м3/ч. Притоки по отдельным районам значительно отличаются от средних цифр. Наименее обводнены /притоки 10-50 ) м3/ч/ шахты, расположенные на площадях сплошного распространения слабоводопроницаемых пород неогенового и четвертичного возрастов /Гуково-Зверевский и Белокалитвинский районы в Восточном Донбассе/. Более обводнены шахты в тех районах, 1ще каменноугольные отложения непосредственно выходят на поверхность на больших площадях /Чистяково-Снежнянский, Боково-Хрустальский, Должано-Ровенецкий, Центральный и другие районы/. Наиболее обводнены шахты Красноармейского района, где угленосная толща на всей площади перекрыта мощными обводненными песками палеогена /притоки 120-160 м3/ч/.
При одновременной разработке многих пластов происходит дренирование большого количества водоносных горизонтов, поэтому при прочих равных условиях отмечается возрастание притоков воды. В шахтах с форсированной добычей угля водообильность ниже, хотя приток воды в связи с увеличением обнаженной поверхности горных выработок может даже увеличиваться.
Шахтные воды содержат минеральные, органические и бактериальные примеси. Химический состав и свойства подземных вод определяются количеством и соотношением содержащихся в них положительных и отрицательных ионов, наличием некоторых недиссоциированных соединений, реакцией воды /величина рН/, жесткостью, общей минерализацией, количеством и составом растворенных и нарастворенных.газов. Среди ионов наибольшее распространение имеют катионы Na , K , Са2 и Mg2 , анионы 6OH, HCO3—, Cl—, NO3—, CO32- и SO42-. К числу наиболее важных недиссоциированных соединений относятся Fe2O3, Al2O3 и H2SiO3. Наиболее распространенные газы – O2, CO2, N2, H2S, CH4 и др. По химическому составу подземные воды подразделяются на классы /гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава/ и на подклассы /натриевые, кальциевые, магниевые и смешанные/. Кроме того, в шахтной воде присутствуют нерастворимые твердые примеси: во взвешенном состоянии — в виде отдельных частиц /до 100 мкм/, в виде суспензий /от 0,1 до 100 мкм/ и в коллоидном состоянии /от 0,01 до 0,1 мкм/. Органические примеси содержат частицы чистого угля, минеральные масла, продукты жизнедеятельности живых организмов, разложения древесины и др. Для оценки загрязнения воды органическими веществами используют химическую перманганатную окисляемость /ХПК/ и биохимическую потребность в кислороде /БПК/. Последняя величина равна отношению массы кислорода /в миллиграммах/, необходимого для окисления органических веществ в воде при определенных условиях, к объему этой воды /в литрах/. Бактериальную загрязненность различными микроорганизмами /плесневые грибки, микробы и др./ определяют по микробиологическим показателям. Коли-титр характеризует минимальный объем /в миллилитрах/ материала /воды/, в котором содержится одна кишечная палочка; коли-тест /коли-индекс/ — количество кишечных палочек в 1 л воды; микробное число — общее число микробов в 1 мл воды. Загрязнение шахтной воды продуктами разложения растительного и животного происхождения характеризуется наличием в ней азота, аммоний — и нитрит-ионов.
Подземные воды находятся в постоянном взаимодействии с горными породами. Минерализация вод зависит от состава горных пород, длительности циркуляции, температуры, давления и других причин. При эксплуатации месторождения изменения химического состава проявляются в увеличении общей минерализации, жесткости и кислотности, в возрастании агрессивных свойств воды. При протекании по горным выработкам даже на небольшом расстоянии в водах повышается содержание сульфат-, хлор- и кальций-ионов. Минерализация шахтных вод всегда превышает минерализацию подземных вод на тех же глубинах.
В Донбассе минерализация вод угленосных отложений в основном составляет 2-3 г/л /иногда возрастает до 66 г/л/, жесткость — от следов до 250 мг.экв/л. Воды, как правило, слабощелочные и щелочные. На верхних горизонтах угольных месторождений, содержащих сернистые и высокосернистые /массовая доля серы более 2,5%/ угли, формируются кислые воды, значание рН которых иногда достигает 2,8 /шахта № 152 ПО «Донбассантрацит»/. Появлению таких вод благоприятствуют увеличение мощности и угла падения угольного пласта, залегание в почве или кровле песчаников и известняков, нарушенность пород кровли. Температура шахтных вод изменяется от 6 до 28 °С и зависит от глубины разработки. Коли-титр 4.10-3 на 100 мл. Воды характеризуются повышенной окисляемостью /6,5-40 мг/л О2 и более/, что свидетельствует об их загрязнении органическим веществом. Установлено присутствие NH4 /до 10 мг/л/ и NO3/до 17 мг/л/. Шахтные воды преимущественно характеризуются сульфатной и общекислотной агрессивностью. Слабоагрессивными считают воды с концентрацией сульфатов 300-800 мг/л, агрессивными — более 800 мг/л. Шахтные воды Донбасса в основном слабоагрессивные. В целях предотвращения коррозии бетона и металла необходимо использовать сульфатостойкие сорта цемента, бетоны повышенной плотности, производить пбкрытиа битумом, смолами и др.
Подземные воды в разных районах Донбасса имеют неодинаковый состав:
В хорошо обнажённых районах центральном части преобладают слабоминерализованные /до I г/л/ гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-сульфатные воды с натрием или натрий-кальцием. В окружающих обнаженную часть бассейна районах /Донецко-Макеевский, Центральный, Алмазно-Марьевский и др./, где возрастает мощность четвертичных отложений, наблюдается постепенное увеличение минерализации до 2-3 г/л, воды приобретают в основном сульфатный или сульфатно-гидрокарбонатный с кальций-натрием состав. К периферии бассейна, гда угленосная толща перекрыта мезокайнозойскими породами, воды становятся хлоридно-натриевыми с минерализацией до 40-50 г/л.
Вертикальная гидрохимическая зольность в хорошо обнаженных районах Донбасса заключается в смене гидрокарбонатно-кальций-натриевых вся верхнай зоны /зона активного водообмена/ сульфатно-натриевыми водами в зоне затрудненного водообмена и далее водами хлоридно-натриевого состава в зоне застойного режима с общим увеличением минерализации до 2-3 г/л. Шахтные воды гидрокарбонатного состава прослеживаются от поверхности до глубины 100-200 м, сульфатного — до 500-800 м, хлоридного — ниже 800 м. В районах, прилегающих к обнаженной части бассейна, зона гидрокарбонатных вод отсутствует и до глубины 500-600 м распространены сульфатно-натриевые воды, сменяющиеся водами хлоридно-натриевого состава с минерализацией 5-6 г/л. В периферийной части с глубин 100-300 м залегают хлоридно-натриевые воды.
Территория месторождения и прилегающие к ней площади подвергаются интенсивной деятельности человека. Поэтому на химическом составе и свойствах подземных вод сказывается механическое, химическое, радиологическое и биологическое загрязнение в процессе сброса шахтных, производственных и хозяйственных вод. Площади загрязнения могут достигать значительных размеров, в составе воды концентрации загрязняющих веществ могут превышать предельно допустимые значения.
Угольными предприятиями Украины ежегодно откачивается — около 800 млн м3 вод. Неочищенные воды приносят народному хозяйству убыток в размере 0,14 руб. на 1 м3. В угольной промышленности работает свыше 850 водоочистных сооружений, куда поступает около 1,2 млрд м3 загрязненных вод. Для очистки воды применяются такие методы: механические /машины и аппараты, основанные на действии центробежных сил, вакуума, давления и др./, безреагентные физико-химические /коагуляция, флотация, электрическая и магнитная обработка воды/, реагентные или химические, электрохимические и др. Безреагентная очистка производится отстаиванием в отстойниках и прудах-осветлителях, фильтрованием через слой зернистого материала, сетки, ткани и др. В зависимости от характера движения осветленной воды различают вертикальные, горизонтальные и радиальные отстойники. Фильтрование применяется при незначительной мутности исходной жидкости /до 75 мг/л/. Реагенгная очистка используется для более полного удаления взвешенных частиц иэ шахтной воды. Это выполняется с помощью различных химических веществ и электрохимических процессов. Применение высокомолекулярных флокулянтов способствует интенсификации процесса осветления. Нейтрализация кислых вод осуществляется различными щелочами. Наибольшее распространение в отрасли получили механические и химические способы очистки.
Процесс очистки шахтных вод состоит из осветления, обеззараживания, опреснения и нейтрализации. Осветление производится в песколовках /предварительная очистка от грубодисперсных и плавающих примесей/ в смесительных устройствах /смешивание реагентов о шахтной водой/, отстойниках /выделение грубодисперсных примесей/, гидроциклонах /осветление высокомутных вод в реагентных системах/ и в процессе фильтрования /глубокая очистка от взвешенных веществ/. Обеззараживание достигается хлорированием /жидкий хлор, хлорная известь и др./, бактерицидным или ультрафиолетовым облучением. Опреснение или деминерализация выполняется дистилляцией, электродиализом, ионным обменом и др. При добавлении к кислым водам извести, известняка, мрамора, доменных шлаков происходит их нейтрализация.
Угольная промышленность — крупный потребитель воды, из которой 75% приходится на питьевую воду. Щахтная вода пока используется в небольшом объеме, хотя ее использование экономически целесообразно. Неочищенная шахтная вода может быть использована для гидрозакладки выработанного пространства, гидродобычи, гидротранспорта, тушения породных отвалов и т.д., после очистки — для пылеподавления, увлажнения угольного массива, для технических целей на предприятиях других отраслей, для орошения и полива в сельском хозяйстве, для устройства искусственных водоемов и др.
Шахтами Донбасса ежегодно используется 330 млн. м3 очищенной шахтной воды или более 41% объема забираемой воды. Наиболее высокие показатели достигнуты в ПО «Шахтерскантрацит» /92,2%/, «Краснодонуголь» /87,3 %/.
§
Поисковые критерии— реально существующие геологические факторы, допускающие возможность нахождения месторождений в земной коре: климатические, стратиграфические, фациально — литологические, структурные, магматические, метаморфические, геохимические, геоморфологические, геофизические.
Стратиграфические критерии имеют особое значение для осадочных месторождений таких полезных ископаемых, как угли, горючие сланцы, соли, фосфориты, бокситы и др. Образование этих месторождений происходило одновременно с осадконакоплением. Установлено, что они приурочены к образованию определенного возраста. Например, 90 % запасов железа связано с процессами, протекавшими в докембрийское время. В накоплении углей выделяется четыре периода: каменноугольный / Донбасс, Подмосковье /, пермский / Караганда, Кузбасс /, Юрский / Ср.Азия / и палеогеновый .
Структурные — тектонические критерии основаны на особенностях строения земной коры, определяющих условия локализации месторождения. Главные структурные элементы земной коры — платформы и геосинклинали — характеризуются вполне определенным металлогеническим обликом. В их пределах размещение рудныхместорождений определяется складчатыми и разрывными нарушениями. Особое внимание следует уделять зонам пересечений разрывных нарушений разных направлений. Магматогенные критерии основаны на пространственной и генетической связи эндогенных месторождений с определенными интрузиями. Например, с ультраосновными породами связаны месторождения Pb, Cr, Ni, Ti и др, а с кислыми – W, Mo,Au, Ag и др. Геоморфологические критерии / геоморфология — наука о формах древнего рельефа / определяют пространственное положение месторождения осадочного происхождения. Например, россыпи формируются в долинах рек и в прибрежной области водоемов.
Поисковые признаки — геологические и негеологические данные, указывающие на присутствие полезного ископаемого. К геологическим данным относят обнажения полезных ископаемых, обломки полезного ископаемого, шлихи с полезными минералами, высокие концентрации элементов в горных породах и в водах, геофизические аномалии.
Обнажения полезных ископаемых — являются наиболее достоверными поисковыми признаками. Они подразделяются на естественные и искусственные. Под первыми понимают естественные выходы минерального сырья на поверхность. Искусственные обнажения образуются при проходке различных выработок — скважины, шурфы и др. Необходимо, помнить, что полезные ископаемые процессами выветривания могут быть существенно изменены.
Концентрации элементов в породах и в водах возникают одновременно с образованием месторождений. Например, свинцово-цинковые руды и ртуть. При разрушении руд повышенные концентрации могут накапливаться в воде, в растениях и атмосфере. Отсюда различают первичные и вторичные концентрации элементов или ореолов. Первичные ореолы распространены в горных породах вокруг тел полезных ископаемых, называются литогеохимическими и являются важными поисковыми признаками. В процессе выветривания и переотложения минерального вещества возникают вторичные ореолы: литогеохимические /осадочные породы/, гидрогеохимические / вода /, биогеохимические /растения/, атмогеохимические /воздух/.
К негеологическим признакам относят следы деятельности человека по добыче и переработке полезных ископаемых / Никитовское рудное поле в Донбассе /историко-археологические данные, фондовые, архивные, литературные и фольклорные источники, а также географические названия/ например, в тюркском языке слово «кан» – означает «руда», отсюда Хайдаркан, Кан-и-гут, Кансай /.
Анализ поисковых критериев и признаков позволяет наметить благоприятные геологические обстановки для возможного нахождения полезного ископаемого. Их выделяют до начала полевых поисковых работ. В результате составляется прогнозная карта 1:2000СО-1:50000. Эти карты содержат сведения по стратиграфии, магматизме, тектонике, литологическим комплексам, о полезных ископаемых, геохимических ореолах и геофизических аномалиях.
Методы поисков.
Многообразие типов полезных ископаемых определили поисковые методы, которые можно подразделить на группы: а/ методы геологической съемки; б/ геолого-минералогические методы; валунно-ледниковый, обломочно-речной, шлиховый; в/ геохимические методы; литогеохимические, гидрогеохимические и биогеохимические, атмогеохимические; г/ геофизические, магнитометрические, радиометрические, гравиметрические, сейсмометрические, электрометрические и др.
По условиям применения они подразделяются на наземные, воздушные и подводные. В последние годы применяют поиски из космоса.
Геологическая съемка является основным поисковым методом, так как в ее основе лежат прямые и непосредственные геологические наблюдения местности, в результате которых выявляют коренные выходы полезного ископаемого, рудные обломки, в аллювиальных отложениях обнаруживают зерно полезных ископаемых. При проведении геологической съемки особое внимание обращается на литологический разрез и контакты горных пород, фиксируются складчатые и разрывные нарушения, зоны измененных пород, магматические проявления, так как именно к этим участкам могут быть приурочены полезные ископаемые.
Геолого-минералогические методы поисков основаны на выявлении механических ореолов рассеяния или обломков полезного ископаемого месторождения в зоне выветривания или гипергенеза. Обломочно-речной метод заключается в нахождении и прослеживании обломков или галек полезного ископаемого и характерных вмещающих пород. Наблюдения ведутся вверх по течению рек. При приближении к источнику сноса количество обломков увеличивается, а степень их окатанности уменьшается. С изчезновением галек поиски направляются вверх по бортам долины. По полученным данным составляют схемы обломочного веера и производится вскрытие коренного источника обломков.
Шлиховой метод. Шлих — концентрат тяжелых минералов, получаемый в результате промывки материала пробы из рыхлых отложений или дробленных коренных пород. Шлихи характеризуют состав механических ореолов и с их помощью можно определить пути сноса полезных ископаемых и их коренной источник. С помощью шлихового метода обнаруживают россыпные месторождения золота, платины, рутила, алмазов и др. Анализ шлиха производится после промывки пробы и заключается в определении тяжелых оставшихся минералов. Место отбора и номер пробы записываются в журнал. Результаты опробывания выносятся на шлиховою карту.
Геохимические методы основаны на выявлении геохимических ореолов /повышенные концентрации/. Наиболее распространен литогеохимический метод поисков повышенных концентраций в коренных породах /первичные ореолы / и в рыхлых отложениях / вторичные ореолы /. Первичные ореолы формируются вокруг рудного тела в процессе образования. Пробы отбираются из коренных пород.
В процессе поисков по вторичным ореолам опробуются рыхлые отложения. Над рудным телом отмечается максимальная концентрация элемента.
Основным видом анализа геохимических проб является полуколичественный спектральный анализ на широкий набор элементов /40-50/. Результаты опробования наносят на разрезы в виде содержаний элементов, показанных линиями с одинаковым содержанием / изоконцентрации /.
Геофизические методы основаны на изучении физических свойств горных пород и полезных ископаемых. Эти методы особенно эффективны для поисков месторождений под мощными рыхлыми отложениями и на больших глубинах / нефть и газ, радиоактивные руды, уголь, колчеданные руды и подземные воды /.
Магнитометрический метод заключается в определении магнитного поля на поисковом участке. Легко обнаруживаются ферромагнитные вещества / полезные руды, руды цветных и редких металлов с ферромагнитными минералами /.
Радиометрический метод является ведущим для поисков радиоактивных руд путем определения радиоактивности природных образований / уран, радий, торий, актиний и др. /.
Гравиметрический метод основан на изучении поля тяготения на поверхности Земли, аномалии которого обусловлены различной плотностью горных пород, зависящий от минерального состава. Гравиметрически обнаруживаются минеральное сырье с большой / железные руды, медно-колчеданные руды / или малой / уголь и соли / плотностями.
Сейсмометрический метод основан на изучении скорости распространения и времени пробега в земной коре продольных упругих волн, вызываемых взрывами в скважиинах. Этот метод очень эффективен для поисков нефтяных и газовых месторождений, позволяя выявлять благоприятные структуры на больших глубинах.
§
Поисково-разведочные работы завершают этап поисков на определенной территории. В результате работ некоторые минеральные проявления рекомендуются рассматривать как перспективные объекты, остальные — из-за отсутствия промышленной ценности отбраковываются. В стадию поисково-разведочных работ выполняются: 1. геологическая съемка М 1:25000-1:1000 в зависимости от размера и характера объекта; 2. крупномасштабные поисковые работы с применением геохимических, минералогических и геофизических методов исследования; 3. в пределах поисковых объемов проводят горные выработки и разведочные скважины; 4. гидрогеологические и инженерно-геологические наблюдения.
Итогом поисково-разведочных работ является: 1. на основе изучения поверхности и единичных разведочных пересечений на глубине определить промышленный тип месторождения; 2. определение ориентировочного контура месторождения в плане и геологическое обоснование распространения полезного ископаемого на глубину; З. определение количества минерального сырья, — выявление горнотехнических условий разработки и возможности переработки; качество и условия залегания; 4. выяснение экономических условий района — транспортные магистрали, энергетические ресурсы, местные материалы и рабочая сила.
Разведка месторождений.
Задача разведки.
Главной задачей разведочных работ является определение количества, качества и условий залегания полезного ископаемого. Эти параметры позволяют оценить промышленное значение разведываемого месторождения.
Количество полезного ископаемого зависит от размеров тел. Для одних месторождений размеры определяются четкими геологическими границами, обусловленными структурой и вещественным составом месторождения, для других — условно по результатам, геологоразведочных работ.
Понятие «качество полезного ископаемого» включает не только химический состав и минеральный состав, но и технологические свойства. По различным качественным показателям выделены природные типы и промышленные сорта.
Под условиями залегания понимают: 1. элементы залегания – простирание, падение и склонения тела полезного ископаемого; 2. глубина залегания; 3. гидрогеологические условия; 4. крепость, устойчивость, трещиноватость и другие физические свойства пород. Условия залегания характеризуют возможность вскрытия и отработки залежей полезного ископаемого, поэтому называются горнотехническими условиями месторождения. Экономические условия определяются возможностями транспорта и водоснабжения, энергетическими ресурсами, наличием строительных и других материалов, населением и профилем его хозяйственной деятельности.
8.2. Принципы разведки. Каждое месторождение должно быть разведано с соблюдением следующих принципов: 1. полнота исследования; 2. в определенной последовательности; 3. равномерно; 4. экономично и быстро.
Принцип полноты исследования требует:1. оконтуривание месторождения; для очень крупных / бассейнов / оно может выполнятся приблизительно по общим геологическим данным; 2. полное пересечение тела полезного ископаемого разведочными выработками, т.к. только в этом случае можно установить мощность тела, элементы залегания, запасы, типы и сорта полезного ископаемого; 3. месторождение должно изучаться комплексно с целью попутного извлечения примесных элементов, а также использования непромышленных запасов.
Принцип последовательных приближений заключается в последовательном изучении месторождения по этапам и стадиям. Это вызвано тем, что сразу невозможно получить необходимые, сведения по всему месторождению.
Принципы равномерности заключаются в таких требованиях: 1.равномерное заложение разведочных выработок по всему месторождению; 2.равномерное опробование горных выработок; 3. использование одинаковых методик исследования минерального вещества.
Принцип наименьших трудовых и материальных затрат не допускает переразведку месторождения / неоправданно густая сеть разведочных выработок, большое количество проб при опробовании /, т.к. это вызывает перерасход государственных средств.
Принцип наименьших затрат времени требует проведение работ в кратчайшие сроки широким фронтом геологоразведочных работ, использование большого числа разведочных станков и других агрегатов, проходкой одновременно максималного числа разведочных выработок.
Методы разведки.
Основные методы разведки: разведочные разрезы, опробования и оценочные сопоставления. С помощью геологических разрезов выясняются формы тел и их размеры, внутренее строение и условия залегания тел полезных ископаемых. В зависимости от применяемых технических средств разведки разрезы могут быть вертикальными / скважины /, горизонтальными / горные выработки / и комбинированными.
Определение качества сырья устанавливается в процессе опробования. Под опробованием понимается весь комплекс работ по определению качества независимо от того, как отбираются и исследуются пробы.
Оценка месторождения выполняется путем сопоставлений с требованиями к количеству и качеству минерального сырья.
§
Технические средства разведки подразделяется на горные, буровые и геофизические.
Горные разведочные выработки служат как для прослеживания тел полезных ископаемых на поверхности, так и для вскрытия глубинных частей месторождения. По ним получаются наиболее достоверные разведочные данные, но стоимость работ высокая.
Канавы. Проводятся до глубин 2-3 м длиной 20-30 м. Магистральные канавы проходятся на сотни м, ширина канав 0,7-1,0 м.
Шурф /дудка / — глубокие вертикальные выработки до 100 м с сечением 1 — 2 м2 / шурф и дудка / и 6-13,8 м2 / разведочные шахты /.
Штольни применимы в условиях расчлененного рельефа, задаются по простиранию или вкрест. Поперечное сечение 3,0-5,8 м.
Из штолен и шахт проводят подземные горные выработки.
Квершлаги — горизонтальная выработка вкрест простирания пород.
Штрек — горизонтальная выработка по простиранию пород.
Орт /рассечка/ — горизонтальная выработка из штрека или штольни для пересечения тела полезного ископаемого.
Гезенки и восстающие — вертикальные и крутонаклонные подземные выработки 2-4 м2, соединяющие соседние горизонты или играющая роль рассечек для оконтуривания полезного ископаемого выше или ниже горизонта.
Буровые разведочные скважины являются наиболее распространенным способом проникновения на глубину. Их стоимость во много раз ниже горных работ, но и информация менее надежна.
Колонковые бурения — наиболее распространенный вид буровых разведочных работ. Сущность состоит в разрушении горной породы буровой коронкой под торцом буровой колонны при непрерывном действии осевой нагрузки и вращательного усилия. Разрушенные частицы выносятся с забоя скважины на поверхность промывочной жидкостью — вода или глинистый раствор или воздушной струей. Одновременно происходит охлаждение режущего наконечника бурового снаряда. Преимущество колонкового бурения: 1. бурение вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин любого направления; 2. возможность принудительного искривления на определенных глубинах — куст скважин; 3. получение керна — цилиндрического образца горной породы и полезного ископаемого.
Ударно-канатное бурение — измельчение породы в скважине падающим снарядом большого веса. На конце снаряда крепится долото, которое после каждого удара скалывает часть пород забоя. После углубки на 20-58 см бурение прерывается и скважина очищается от раздробленного материала /шлама/. Особенности: 1. вертикальные бурения 2. неглубокое бурение /до 600 м/; 3. бурение без отбора керна.
Роторное и турбинное бурение является безкерновым и осуществляется сплошным забоем. Первое осуществляется при помощи мощных вращающих устройств на поверхности, второе — путем опускания в скважину турбобура. Эти виды применяются для глубоких и сверхглубоких скважин /на нефть и газ/.
Геофизические методы применяются для прослеживания и оконтуривания тел полезных ископаемых или продуктивных площадей как в плане, так и по вертикали.
Гравиметрические работы крупных масштабов на земной поверхности дают возможность очерчивать рудные тела по контурам аномалии силы тяжести /железные хромитовые, медноколчеданные и полиметаллические руды/. Используются гравиметры и гравитационные вариометры.
Магнитометрические работы позволяют оконтуривать рудные тела с высокой точностью, если их магнитные свойства резко отличаются от свойств окружающих пород / железные и медно-никелевые руды, алмазоносные трубки в Якутии и др. /.
Сейсмометрические работы большое значение имеют для оконтуривания залежей нефти и солей с последующей проверкой единичными скважинами.
Электрометрические работы наиболее распространены и позволяют сделать заключения о пространственном положении и размерах тел полезных ископаемых.
§
Как уже отмечалось, главной задачей разведочных разрезов является определение формы тела полезного ископаемого и его размеров с тем, чтобы подсчитать количествоминерального сырья, для этого ведутся наблюдения по естественным и исскуственным обнажениям — по горным выработкам и буровым скважинам, проведенным по определенной системе.
Чтобы иметь представление об объеме тела, необходимо получить несколько разрезов. Размеры должны быть расположены параллельно друг другу в направлении максимальной изменчивости основных параметров /вкрест простирания/. В зависимости от положения разрезов и выработок в разрезах различает квадратную, прямоугольную и ромбическую сети. Изучение формы и размеров залежи производится при помощи горных выработок и буровых скважин путем прослеживания по простиранию и вкрест простиранию. Прослеживание позволяет определить границы залежей и в конечном итоге оконтурить тела. Различают три способа оконтуривания: 1. оконтуривание в результате непрерывного прослеживания; 2. оконтуривание путем ограниченной интерполяции; з. оконтуривание путем экстраполяции (неограниченная интерполяция).
В результате непрерывного прослеживания границы тел не требует последующих уточнений.
При интерполяции контур проводится в интервалах между соседними выработками /например, содержание Си в выработках 1,4 % и 0,2 %, промышленная кондиция 0,6 % /.
Экстраполяция применима в краевых частях месторождений, на флангах и на глубине, ниже самых глубоких разведочных выработок. Она проводится за пределами «промышленных» выработок на расстоянии, равном половине расстояния между выработками.
По данным разведки проводят внутренний и внешний / предполагаемый / контуры. Внутренний контур проводится по выработкам с промышленным содержанием минерального сырья. Он ограничивает тело с достаточно достоверными запасами полезного ископаемого. Внешний контур проводится способом интерполяции /посередине между «пустыми» и «промышленными» выработками/ и экстраполяции. Существует геологические / граница фаций, тектоническое нарушение, естественное выклинивание / и формальные приемы неограниченной экстраполяции: а) проведения внешнего контура параллельно внутреннему на расстоянии, равном расстоянию между разведочными выработками или половине среднего расстояния между ними; б/ как короткие стороны прямоугольного треугольника; в/ как длина тела по прямоугольнику с высотой.
§
Процесс разведки месторождений твердых полезных ископаемых разделен на три стадии: предварительная, детальная и эксплуатационная разведка. Каждая последующая от предыдущей отличается степенью детальности исследований и достоверностью результатов, все возрастающей от начала разведки до ее завершения.
Предварительная разведка охватывает все месторождения и проводится на объектах, получивших положительную оценку в период предшествовших поисково-разведочных работ. В эту стадию должны быть выяснены общие размеры месторождения, получены приблизительные представления о формах и размерах основных тел, о качестве полезного ископаемого, об условиях залегания месторождения, о гидрогеологических и других горнотехнических особенностях, существенных для обоснованной промышленной оценки месторождение. В эту стадию завершается детальное изучение поверхности месторождения и составления крупномасштабных карт 1:10000-1:5000 на инструментальной тонографической основе. Разведка осуществляется при помощи бурения с минимальным использованием горных выработок. Проводятся крупномасштабное геофизические и геохимические съемки. Опробование осуществляется по немногочисленным выработкам проводится предельно полно, чтобы уже на этой стадии решить вопрос о пригодности полезного ископаемого для дальнейшего использования. Запасы подсчитываются по категориям С1 и С2, которые обеспечивают надежную оценку месторождения. По данным предварительной оценки составляют отчет с подсчетом запасов, на основании которого разрабатывается технико-экономический доклад /ТЭД /, в котором показана целесообразность промышленного освоения месторождения и переход от предварительной к детальной разведке.
Детальная разведка проводится на месторождении или на отдельных его участках, которые намечены к промышленному освоению в ближайшее время. Задачей разведки является уточнение геологического строения, форм, условий залегания тел, качества, гидрогеологических и других горнотехнических условий.На этой стадии завершается крупномасштабное картирование / 1:2000 -1:500 /. Сгущается разведочная сеть с целью перевода запасов из категории С1 и С2, в А и В. Увеличивается удельный вес горных работ. Качество изучается по каждому сорту полезного ископаемого в промышленных условиях — на обогатительных фабриках и промышленных предприятий. После завершения детальных разведочных работ составляется геологический отчет с подсчетом запасов, в которое обобщаются все материалы разведок, необходимые для утверждения запасов в ГКЗ и последущего составления проекта разработки месторождения.
§
Процесс опробования с отбором проб включает отбор проб, обработку проб и испытание проб. Способы отбора проб подразделяются на точечный, линейный и объемный. К первым относится — штуфной, точечный и вычерпывания, ко второму — бороздовый и шнуровой, к третьему — задирковый и валовый.
Штуфной — отбойка кусков весом 0,5-2,0 кг, применяется редко, при отборе музейных и коллекционных образцов.
Точечный — в забое или на стенке выработки намечается сетка, по углам которой отбиваются кусочки, составляющие начальную пробу.
Вычерпывание — после отпалки полезного ископаемого на навал по углам мысленно расположенной сетки отбираются частичные пробы, составляющие начальную пробу.
Бороздовый — на обнаженной поверхности рудного тела проводятся борозды, форма и размеры которой зависят от мощности тела и характера распределения в нем полезного ископаемого. Борозды расположены по направлению наибольшей изменчивости содержания компонентов. Если рудное тело сложено массивной, жильной и вкрапленной рудой, применяют секционное опробование по типам руд.
Шнуровой — отбор муки или шлама в процессе бурения шпуров, не задерживается проведение забоя.
Задирковый — отбойка ровного слоя полезного ископаемого по всей обнаженной части рудного тела в забое, кровле или почве горной выработки.
Валовое -в пробу берется каждая 5 лопатка, 3 вагончика или тачка добытой рудной массы.
Опробование колонкового бурения — пробами служат керн, керн и буровой шлам, при отсутствии керна. В пробу берется половина керна, расколотого по длинной оси; вторая половина оставляется для минералогического изучения.
Виды опробования
Различают такие виды опробования: а/ рядовое, технологическое и техническое опробование в недрах; б/ товарное опробование масс в рыхлом перемешанном состоянии.
Рядовое опробование — основной вид и проводится в массовом порядке для систематического определения количества и качества полезного ископаемого, подразделяется на химическое и минералогическое.
Техническое опробование — изучение физических и технических свойств полезных ископаемых / влажность, разрыхляемость, крепость, буримость, размеры кристаллов, прочность асбестового волокна, полируемость строительного камня и др. /.
Технологическое опробование — технологические свойства изучаются в лабораторных, полупромышленных и в производственных условиях, помогает выбрать схему технологической переработки полезного ископаемого.
Товарное опробование — определяется качество добытых масс полезного ископаемого или концентратов в вагонах, автомашинах, трюмах судов и др.
Обработка проб.
Для выполнения анализов от проб отбираются навески, вескоторых во много раз меньше веса отобранных проб. При отборе навески необходимо сохранить ее представительность тносительно исходных масс. Совокупность операций по измельчению, просеиванию, перемешиванию и сокращению проб называется их обработкой.
Для расчета оптимальной массы Q, до которой может быть сокращена проба при условии, что погрешность не превысит допустимых пределов применяется формула Демонда и Хафердаля Q = K.da, где Q — предельно допустимая представительная масса сокращенной пробы, кг; K- коэффициент, зависящий от степени неоднородности распределения ценного компонента в полезном ископаемом /составляет 0,05-1,0 /;a — коэффициент, зависящий от соотношения диаметров частиц в пробе /равен 1,5-2,7/.
Для расчета надежных масс по формуле, необходимо экспериментальное определение значений коэффициентов (K и a). Приближенный конечный вес представительной навески можно определить по формуле Ричардса-Чеччота: Q = K.d2, в которой K принимается равным 0,05-0,5
§
Движением запасов называется их количество в результате добычи, разведки, переоценки и другим причинам за определенный период. В процессе эксплуатации кроме погашения запасы подвергаются таким изменениям: приращение, перевод в более высокую категорию (из С1 в А или В), списанию с переводом в забалансовые, снятие с баланса и передача другому предприятию, постановка на баланс и др. Причинами изменения запасов могут быть разведка, пероценка, неподтверждение, изменение технических границ, добыча, потери и др.
Учет состояния и движения запасов является основой государственных кадастров месторождений полезных ископаемых и государственных балансов запасов полезных ископаемых.
Государственный кадастр содержит сведения по каждому месторождению, характеризующие количество и качество запасов, горно-геологические условия разработки, геолого-экономическую оценку. Кадастр ведется организациями, входящими в систему Министерства геологии. Кадастр составляется (пополняется) на 1 января каждого года. В него вносятся данные по минерально-сырьевой базе предприятия, степени разведанности и подготовленности месторождения, обеспеченности предприятия разведанными запасами. Учет запасов начинается с момента передачи месторождения в эксплуатацию.
Государственный баланс запасов составляется горными предприятиями по всему месторождению и по каждому виду полезного ископаемого. В балансе указывается общая добыча сырья. В случае уменьшения учтенных балансовых запасов происходит их списание, контроль за которым осуществляется органами Госгортехнадзора. Списанию подлежат зарасы добытые, потерянные при добыче, переданные в использование другим предприятиям, несоответствующие вновь установленным кондициям, нецелесообразные к отработке по технико-экономическим причинам и др.
Важным элементом учета состояния и движения запасов и деятельности всей геологической службы горного предприятия является организация комплексного изучения и рационального использования минерального сырья. При геологической изученности недр ставится вопрос об определении количества и качества основного сырья и попутных компонентов. При разработке месторождение должно быть обеспечено применение наиболее рациональных и эфффективных методов добычи как основных, так и сопутствующих видов сырья, их сохранность и учет, если они используются, а также утилизация вскрышных пород и отходов производства. Возможность комплексного использования минерального сырья определяется геологическим (наличие попутных компонентов) и экономическим (целесообразность извлечения и использования) факторами.
Углерод, химические свойства, получение
1
H
1,008
1s1
2,2
Бесцветный газ
t°пл=-259°C
t°кип=-253°C
2
He
4,0026
1s2
Бесцветный газ
t°кип=-269°C
3
Li
6,941
2s1
0,99
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=180°C
t°кип=1317°C
4
Be
9,0122
2s2
1,57
Светло-серый металл
t°пл=1278°C
t°кип=2970°C
5
B
10,811
2s2 2p1
2,04
Темно-коричневое аморфное вещество
t°пл=2300°C
t°кип=2550°C
6
C
12,011
2s2 2p2
2,55
Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал
t°пл=3550°C
t°кип=4830°C
7
N
14,007
2s2 2p3
3,04
Бесцветный газ
t°пл=-210°C
t°кип=-196°C
8
O
15,999
2s2 2p4
3,44
Бесцветный газ
t°пл=-218°C
t°кип=-183°C
9
F
18,998
2s2 2p5
4,0
Бледно-желтый газ
t°пл=-220°C
t°кип=-188°C
10
Ne
20,180
2s2 2p6
Бесцветный газ
t°пл=-249°C
t°кип=-246°C
11
Na
22,990
3s1
0,93
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=98°C
t°кип=892°C
12
Mg
24,305
3s2
1,31
Серебристо-белый металл
t°пл=649°C
t°кип=1107°C
13
Al
26,982
3s2 3p1
1,61
Серебристо-белый металл
t°пл=660°C
t°кип=2467°C
14
Si
28,086
3s2 3p2
1,9
Коричневый порошок / минерал
t°пл=1410°C
t°кип=2355°C
15
P
30,974
3s2 3p3
2,2
Белый минерал / красный порошок
t°пл=44°C
t°кип=280°C
16
S
32,065
3s2 3p4
2,58
Светло-желтый порошок
t°пл=113°C
t°кип=445°C
17
Cl
35,453
3s2 3p5
3,16
Желтовато-зеленый газ
t°пл=-101°C
t°кип=-35°C
18
Ar
39,948
3s2 3p6
Бесцветный газ
t°пл=-189°C
t°кип=-186°C
19
K
39,098
4s1
0,82
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=64°C
t°кип=774°C
20
Ca
40,078
4s2
1,0
Серебристо-белый металл
t°пл=839°C
t°кип=1487°C
21
Sc
44,956
3d1 4s2
1,36
Серебристый металл с желтым отливом
t°пл=1539°C
t°кип=2832°C
22
Ti
47,867
3d2 4s2
1,54
Серебристо-белый металл
t°пл=1660°C
t°кип=3260°C
23
V
50,942
3d3 4s2
1,63
Серебристо-белый металл
t°пл=1890°C
t°кип=3380°C
24
Cr
51,996
3d5 4s1
1,66
Голубовато-белый металл
t°пл=1857°C
t°кип=2482°C
25
Mn
54,938
3d5 4s2
1,55
Хрупкий серебристо-белый металл
t°пл=1244°C
t°кип=2097°C
26
Fe
55,845
3d6 4s2
1,83
Серебристо-белый металл
t°пл=1535°C
t°кип=2750°C
27
Co
58,933
3d7 4s2
1,88
Серебристо-белый металл
t°пл=1495°C
t°кип=2870°C
28
Ni
58,693
3d8 4s2
1,91
Серебристо-белый металл
t°пл=1453°C
t°кип=2732°C
29
Cu
63,546
3d10 4s1
1,9
Золотисто-розовый металл
t°пл=1084°C
t°кип=2595°C
30
Zn
65,409
3d10 4s2
1,65
Голубовато-белый металл
t°пл=420°C
t°кип=907°C
31
Ga
69,723
4s2 4p1
1,81
Белый металл с голубоватым оттенком
t°пл=30°C
t°кип=2403°C
32
Ge
72,64
4s2 4p2
2,0
Светло-серый полуметалл
t°пл=937°C
t°кип=2830°C
33
As
74,922
4s2 4p3
2,18
Зеленоватый полуметалл
t°субл=613°C
(сублимация)
34
Se
78,96
4s2 4p4
2,55
Хрупкий черный минерал
t°пл=217°C
t°кип=685°C
35
Br
79,904
4s2 4p5
2,96
Красно-бурая едкая жидкость
t°пл=-7°C
t°кип=59°C
36
Kr
83,798
4s2 4p6
3,0
Бесцветный газ
t°пл=-157°C
t°кип=-152°C
37
Rb
85,468
5s1
0,82
Серебристо-белый металл
t°пл=39°C
t°кип=688°C
38
Sr
87,62
5s2
0,95
Серебристо-белый металл
t°пл=769°C
t°кип=1384°C
39
Y
88,906
4d1 5s2
1,22
Серебристо-белый металл
t°пл=1523°C
t°кип=3337°C
40
Zr
91,224
4d2 5s2
1,33
Серебристо-белый металл
t°пл=1852°C
t°кип=4377°C
41
Nb
92,906
4d4 5s1
1,6
Блестящий серебристый металл
t°пл=2468°C
t°кип=4927°C
42
Mo
95,94
4d5 5s1
2,16
Блестящий серебристый металл
t°пл=2617°C
t°кип=5560°C
43
Tc
98,906
4d6 5s1
1,9
Синтетический радиоактивный металл
t°пл=2172°C
t°кип=5030°C
44
Ru
101,07
4d7 5s1
2,2
Серебристо-белый металл
t°пл=2310°C
t°кип=3900°C
45
Rh
102,91
4d8 5s1
2,28
Серебристо-белый металл
t°пл=1966°C
t°кип=3727°C
46
Pd
106,42
4d10
2,2
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=1552°C
t°кип=3140°C
47
Ag
107,87
4d10 5s1
1,93
Серебристо-белый металл
t°пл=962°C
t°кип=2212°C
48
Cd
112,41
4d10 5s2
1,69
Серебристо-серый металл
t°пл=321°C
t°кип=765°C
49
In
114,82
5s2 5p1
1,78
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=156°C
t°кип=2080°C
50
Sn
118,71
5s2 5p2
1,96
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=232°C
t°кип=2270°C
51
Sb
121,76
5s2 5p3
2,05
Серебристо-белый полуметалл
t°пл=631°C
t°кип=1750°C
52
Te
127,60
5s2 5p4
2,1
Серебристый блестящий полуметалл
t°пл=450°C
t°кип=990°C
53
I
126,90
5s2 5p5
2,66
Черно-серые кристаллы
t°пл=114°C
t°кип=184°C
54
Xe
131,29
5s2 5p6
2,6
Бесцветный газ
t°пл=-112°C
t°кип=-107°C
55
Cs
132,91
6s1
0,79
Мягкий серебристо-желтый металл
t°пл=28°C
t°кип=690°C
56
Ba
137,33
6s2
0,89
Серебристо-белый металл
t°пл=725°C
t°кип=1640°C
57
La
138,91
5d1 6s2
1,1
Серебристый металл
t°пл=920°C
t°кип=3454°C
58
Ce
140,12
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=798°C
t°кип=3257°C
59
Pr
140,91
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=931°C
t°кип=3212°C
60
Nd
144,24
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1010°C
t°кип=3127°C
61
Pm
146,92
f-элемент
Светло-серый радиоактивный металл
t°пл=1080°C
t°кип=2730°C
62
Sm
150,36
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1072°C
t°кип=1778°C
63
Eu
151,96
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=822°C
t°кип=1597°C
64
Gd
157,25
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1311°C
t°кип=3233°C
65
Tb
158,93
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1360°C
t°кип=3041°C
66
Dy
162,50
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1409°C
t°кип=2335°C
67
Ho
164,93
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1470°C
t°кип=2720°C
68
Er
167,26
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1522°C
t°кип=2510°C
69
Tm
168,93
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1545°C
t°кип=1727°C
70
Yb
173,04
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=824°C
t°кип=1193°C
71
Lu
174,96
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1656°C
t°кип=3315°C
72
Hf
178,49
5d2 6s2
Серебристый металл
t°пл=2150°C
t°кип=5400°C
73
Ta
180,95
5d3 6s2
Серый металл
t°пл=2996°C
t°кип=5425°C
74
W
183,84
5d4 6s2
2,36
Серый металл
t°пл=3407°C
t°кип=5927°C
75
Re
186,21
5d5 6s2
Серебристо-белый металл
t°пл=3180°C
t°кип=5873°C
76
Os
190,23
5d6 6s2
Серебристый металл с голубоватым оттенком
t°пл=3045°C
t°кип=5027°C
77
Ir
192,22
5d7 6s2
Серебристый металл
t°пл=2410°C
t°кип=4130°C
78
Pt
195,08
5d9 6s1
2,28
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=1772°C
t°кип=3827°C
79
Au
196,97
5d10 6s1
2,54
Мягкий блестящий желтый металл
t°пл=1064°C
t°кип=2940°C
80
Hg
200,59
5d10 6s2
2,0
Жидкий серебристо-белый металл
t°пл=-39°C
t°кип=357°C
81
Tl
204,38
6s2 6p1
Серебристый металл
t°пл=304°C
t°кип=1457°C
82
Pb
207,2
6s2 6p2
2,33
Серый металл с синеватым оттенком
t°пл=328°C
t°кип=1740°C
83
Bi
208,98
6s2 6p3
Блестящий серебристый металл
t°пл=271°C
t°кип=1560°C
84
Po
208,98
6s2 6p4
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=254°C
t°кип=962°C
85
At
209,98
6s2 6p5
2,2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
t°пл=302°C
t°кип=337°C
86
Rn
222,02
6s2 6p6
2,2
Радиоактивный газ
t°пл=-71°C
t°кип=-62°C
87
Fr
223,02
7s1
0,7
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
t°пл=27°C
t°кип=677°C
88
Ra
226,03
7s2
0,9
Серебристо-белый радиоактивный металл
t°пл=700°C
t°кип=1140°C
89
Ac
227,03
6d1 7s2
1,1
Серебристо-белый радиоактивный металл
t°пл=1047°C
t°кип=3197°C
90
Th
232,04
f-элемент
Серый мягкий металл
91
Pa
231,04
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
92
U
238,03
f-элемент
1,38
Серебристо-белый металл
t°пл=1132°C
t°кип=3818°C
93
Np
237,05
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
94
Pu
244,06
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
95
Am
243,06
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
96
Cm
247,07
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
97
Bk
247,07
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
98
Cf
251,08
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
99
Es
252,08
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
100
Fm
257,10
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
101
Md
258,10
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
102
No
259,10
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
103
Lr
266
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
104
Rf
267
6d2 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
105
Db
268
6d3 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
106
Sg
269
6d4 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
107
Bh
270
6d5 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
108
Hs
277
6d6 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
109
Mt
278
6d7 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
110
Ds
281
6d9 7s1
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
Металлы
Неметаллы
Щелочные
Щелоч-зем
Благородные
Галогены
Халькогены
Полуметаллы
s-элементы
p-элементы
d-элементы
f-элементы
Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.
Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.