Оценка месторождений полезных ископаемых

1). Полезные ископаемые. Основные понятия и определения. Промышленная классификация месторождений полезных ископаемых

2). Приёмы оконтуривания тел полезных ископаемых

3). Основные методы подсчёта запасов месторождений полезных ископаемых

1). Полезные ископаемые. Основные понятия и определения. Промышленная классификация месторождений полезных ископаемых Полезным ископаемым называют природное минеральное образование, которое используется в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной обработки (переработки) путем дробления, сортировки, обогащения для извлечения ценных металлов или минералов. По физическому состоянию полезные ископаемые бывают газообразными, жидкими и твердыми. К газообразным относятся горючие газы углеводородного состава и негорючие инертные газы, к жидким — нефть, рассолы, воды, к твердым — большинство полезных ископаемых, которые применяются как химические элементы или их соединения, а также кристаллы, минералы, горные породы.

По промышленному использованию полезные ископаемые разделяются на металлические, неметаллические, горючие, или каустобиолиты, гидрои газоминеральные.

Металлические полезные ископаемые служат для извлечения из них металлов и элементов; черных (железо, титан, хром, марганец); легирующих (никель, кобальт, вольфрам, молибден); цветных (алюминий, медь, свинец, цинк, сурьма, ртуть); благородных (золото, серебро, платина, палладий); радиоактивных (уран, радий, торий); редких и рассеянных (висмут, цирконий, ниобий, тантал, галлий, германий, кадмий, индий); редкоземельных (лантан, церий, иттрий, прометий, самарий, лютеций).

К неметаллическим полезным ископаемым принадлежат строительные горные породы (естественные строительные камни, пески, глины, сырье для каменного литья, стекол и керамики), индустриальное сырье (алмаз, графит, асбест, слюды, драгоценные и поделочные камни, пьезокристаллы, оптические минералы), а также химическое и агрономическое (сера, флюорит, барит, галит, калийные соли, апатит, фосфориты).

Горючие ископаемые включают торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, горючие сланцы, озокерит, нефть, горючий газ. Они служат энергетическим и металлургическим (кокс) топливом, а также сырьем для химической промышленности.

К газоминеральному сырью относятся негорючие инертные газы: гелий, неон, аргон, криптон и др.

Гидроминеральные полезные ископаемые разделяют на подземные воды: питьевые, технические, бальнеологические, или минеральные, и нефтяные, содержащие ценные элементы (бром, йод, бор, радий и др.) в количестве, позволяющем извлекать их, а также рассолы (озерные рассолы, минеральные грязи, илы). Важным гидроминеральным сырьем являются также воды морей и океанов, используемые для получения пресной воды и извлечения многих ценных элементов.

Одним из важнейших видов твердых полезных ископаемых являются руды. Рудой называется минеральное сырье, содержащее ценные полезные компоненты (металлы, их соединения, минералы) в количестве, достаточном для промышленного извлечения при современном состоянии экономики, техники и технологии. В зависимости от вида извлекаемого компонента выделяются руды металлические (железные, медные, свинцово-цинковые и др.) и неметаллические (серные, асбестовые, графитовые, апатитовые и др.). По количеству компонентов различают руды монометальные (мономинеральные) биметальные (биминеральные) и полиметальные (полиминеральные).

Провинция полезных ископаемых представляет собой крупный участок земной коры, относящийся к платформе или складчатой зоне, со свойственными ему и размещенными в его пределах месторождениями

Область полезных ископаемых составляет часть провинции и характеризуется набором определенных по составу и происхождению месторождений полезных ископаемых. Они приурочены к одному или к группе крупных тектонических элементов, обусловливающих геологическое строение провинции.

Пояс полезных ископаемых представляет собой область, в пределах которой месторождения приурочены к линейновытянутым тектоническим структурам.

Бассейн — это область почти непрерывного распространения пластовых осадочных полезных ископаемых с площадью от нескольких сотен до нескольких тысяч квадратных километров.

Район (узел) полезных ископаемых составляет часть области и характеризуется местным сосредоточением месторождений.

Поле полезных ископаемых — группа месторождений, объединяемых общностью происхождения и единством геологической структуры. Площади полей составляют от нескольких до десятков квадратных километров.

Месторождением полезного ископаемого называется его природное скопление в земной коре в виде геологических тел, которое по условиям залегания, количеству и качеству минерального сырья при данном состоянии экономики и техники может служить объектом промышленной разработки в настоящее время или в ближайшем будущем.

Совокупность требований к количеству и качеству полезных ископаемых в недрах и горно-геологическим условиям месторождений называют промышленными кондициями. Они не являются постоянными и могут меняться в зависимости от экономических условий, состояния техники и технологии добычи и переработки минерального сырья.

Телом полезного ископаемого называют ограниченное со всех сторон скопление минерального вещества, которое приурочено к отдельным структурным элементам или их комбинациям .

Промышленные классификации металлов многочисленны, разнообразны, но в значительной мере условны, так как базируются на различных принципах (иногда даже в одной классификации) — областях или промышленных отраслях применения, физических и химических свойствах, степени распространенности месторождений и др.

В зависимости от свойств металлов, определяющих направления промышленного использования, их разделяют на следующие группы:

1. Черные и легирующие: железо, марганец, хром, титан, ванадий, никель, кобальт, вольфрам.

2. Цветные: алюминий, медь, цинк, свинец, олово, сурьма, висмут, ртуть.

3. Благородные: золото, серебро, металлы платиновой группы (платина, палладий, иридий, родий, рутений, осмий).

4. Радиоактивные: уран, радий, торий.

5. Редкие и рассеянные: литий, бериллий, рубидий, цезий, гафний, скандий, галлий, рений, кадмий, индий, таллий, германий, селен, теллур, тантал, ниобий, цирконий.

6. Редкоземельные: лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, иттрий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций.

Неметаллические полезные ископаемые существенно отличаются от металлических и горючих особенностями оценки их качества и направлений промышленного использования.

Классификация неметаллических полезных ископаемых по принципу промышленного применения вследствие их разнообразия и многоцелевого назначения представляет сложную задачу промышленного применения.

1. Индустриальное сырье: драгоценные, поделочные и технические камни — алмаз, рубин, сапфир, изумруд, гранаты, малахит, агаты и др.; пьезооптическое и электротехническое сырье — пьезокварц, исландский шпат, оптический кварц, оптический флюорит, мусковит, флогопит; теплои звукоизоляционные, кислотои щелочеупорные, а также огнеупорные материалы и добавочное сырье для металлургии — графит, асбесты хризолитовые и амфиболовые, тальк, магнезит, флюорит, барит, витерит; природные сорбенты — цеолиты, бентониты и др.

2. Химическое и агрономическое сырье: минеральные соли — калийные, калийно-магниевые, поваренная, сульфат натрия, природная сода; фосфатное сырье — апатит и фосфориты; серное и борное сырье.

3. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов: для производства заполнителей легких бетонов и термоизоляционных материалов — пемза, вулканические и известковые туфы, диатомиты, трепелы, опоки, перлит, вермикулит; строительный и облицовочный камень — изверженные, осадочные и метаморфические горные породы; сырье для получения вяжущих материалов — карбонатные породы, гипс и ангидрит; строительный песок и песчано-гравийные материалы; керамическое сырье — глины и каолины, полевые шпаты, пегматиты; стекольное сырье; породы для каменного литья; минеральные пигменты.

Первая группа объединяет полезные ископаемые — минералы и горные породы, обладающие специфическими физическими свойствами — теплостойкостью, огнеупорностью, высокой твердостью, пьезоэлектрическими и оптическими эффектами и др. Они используются в естественном виде или после обогащения. Химические и агрономические руды подвергаются более глубокой переработке для извлечения ценных химических элементов и соединений. В третью группу входят горные породы, которые применяются в промышленности строительных материалов в естественном виде, а также после термической или физико-химической переработки.

Границы между выделенными группами не являются строгими. Отдельные виды неметаллических полезных ископаемых, имеющие многоцелевое назначение (барий, магнезит, гипс, ангидрит, флюорит, кварц, полевые шпаты, нефелин и др.), могут попадать в различные классификационные группы.

2). Приёмы оконтуривания тел полезных ископаемых ОКОНТУРИВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ — определение на плане или разрезе границы распространения месторождения полезных ископаемых или его частей (отдельных тел, блоков, горизонтов). Производится на основании показателей кондиций; бортового содержания полезного компонента, минимальной мощности тела полезных ископаемых или метро-процента, максимальной мощности безрудных прослоев. Значения показателей кондиций при оконтуривании месторождений полезных ископаемых по завершении поисково-оценочных работ принимаются по аналогии с разведанными месторождениями того же промышленного типа, находящимися в сходных геологических условиях.

По результатам предварительной и детальной разведки на основе горно-геологических расчётов для месторождения утверждаются временные и постоянные кондиции оконтуривания месторождений полезных ископаемых — важный этап, предшествующий подсчёту запасов полезных ископаемых. Оконтуривание сводится к установлению опорных точек контура объекта по естественным обнажениям, горным выработкам, разведочным скважинам и в отстройке через них линии подсчётного контура. Различают нулевой и промышленный контур.

Нулевой контур характеризует полное выклинивание тела полезных ископаемых и отстраивается для установления характера оруденения и перспектив его распространения.

Промышленный контур, ограничивающий кондиционные участки тела полезных ископаемых, может быть внутренним и внешним.

Внутренний контур отстраивается через крайние разведочные пересечения, встретившие полезные ископаемые, внешний — через точки предполагаемых естественных или условных (экстраполированных) границ распространения месторождения или его части. Запасы, оконтуренные по густой сети разведочных пересечений, относятся к категориям, А и В и только на некоторых сложных объектах разведки — к категории С1. Запасы, расположенные за пределами внутреннего контура, относятся к категориям С1 и С2. В пределах выработки опорные точки устанавливаются по данным замеров, непосредственных наблюдений и опробования. При этом кроме распределения полезных компонентов в геологическом теле учитывается характер его выклинивания. При резком выклинивании и чётких геологических границах подсчётный контур совпадает с геологическим. При постепенном выклинивании и сложном распределении полезных компонентов оконтуривание производят по пробе с бортовым содержанием, по мощности или метропроценту (произведение величины мощности на содержание).

Внешний контур геологического тела полезных ископаемых отстраивается по бортовому содержанию в крайней пробе, включаемой в промышленный контур. При отстройке подсчётного контура установленные по отдельным выработкам опорные точки переносятся на планы, разрезы или проекции и соединяются прямыми или изогнутыми согласно геологической структуре линиями. Положение опорных точек между крайними пересечениями с кондиционными и некондиционными показателями находят способом интерполяции по формулам или графически. За пределами кондиционных выработок при отсутствии оконтуривающих пересечений подсчётный контур определяют методом экстраполяции с использованием геолого-геофизических особенностей месторождения.

3) Основные методы подсчёта запасов месторождений полезных ископаемых Запасы месторождений твердых полезных ископаемых подсчитывают в основном методом геологических и эксплуатационных блоков или методом разрезов. Другие методы подсчета оказались не адекватными применяемым системам разведки, характеризуются громоздкими геометрическими построениями и повышенной дисперсией средних подсчетных параметров, усложняют обоснование и применение кондиций.

Метод геологических блоков является универсальным для подсчета запасов плоских тел полезных ископаемых, разведанных как по геометрически правильной, так и неправильной сети. При этом методе выделяются равновеликие блоки, различные по степени разведанности, мощности, содержанию полезных основных и попутных компонентов, природным типам и сортам руд, технологическим свойствам, гидрогеологическим и горнотехническим условиям залегания. Запасы каждого блока подсчитываются по формулам:

V=Sm; Q=Vd; P=Q C/100

где V — объем тела полезного ископаемого; Sплощадь тела на проекции;

mсредняя горизонтальная или вертикальная мощность тела; Qзапасы полезного ископаемого; С — среднее содержание полезного компонента в объеме тела (%). Частным случаем этого метода является метод среднего арифметического, когда все тело полезного ископаемого представляет собой один подсчетный блок.

Метод эксплуатационных блоков применяется для подсчета запасов плоских тел, разведанных и расчлененных горными выработками и скважинами на части, эквивалентные по форме и размерам эксплуатационным блокам. Обычно на разведочных стадиях наряду с эксплуатационными блоками объектами первоочередной отработки оконтуривать геологические блоки. Для крутопадающих тел такие блоки находятся на нижних горизонтах.

Оконтуривание и подсчет запасов проводится по каждому блоку, аналогично методу геологических блоков. Подсчет запасов методом эксплуатационных блоков повышает эффективность проектирования и отработки запасов, позволяет на примере этих блоков проводить сравнения данных разведки и эксплуатации.

Метод разрезов применяется для подсчета запасов изометричных, трубообразных и сложных по форме тел полезных ископаемых, преимущественно разведанных буровыми или горно-буровыми системами, дающими возможность построить разрезы (рис. 4.12) они могут быть вертикальными или горизонтальными. Заключенная между смежными разрезами часть тела полезного ископаемого представляет собой призму, объем которой определяется по формуле

V=S1+S2/2· l

где S1 и S2 -площади смежных сечений; l — длина между ними, или усеченную пирамиду с объемом V= S1+S2+vS1S2/3l

Эта часть тела может рассматриваться в качестве одного блока или разделяться на несколько блоков, отличных друг от друга вещественным составом руд, степенью разведанности и т. п. Объем крайних блоков, каждый из которых опирается на один разрез, в зависимости от формы выклинивания тела определяется по формулам клина или пирамиды. При непараллельных разрезах вносятся соответствующие поправки к подсчету объемов. Среднее содержание полезного компонента определяют вначале для каждого разреза в блоке, ограниченном двумя разрезами, оно вычисляется как среднеарифметическое или средневзвешенное на площади сечений.

При подсчете запасов россыпных месторождений применяют линейный способ, являющийся разновидностью метода разрезов. Вначале определяют запасы полезных ископаемых и ценных компонентов в лентах шириной 1 м по разведочным линиям, а затем на всю длину между ними.

При крайне дискретном орудинении подсчет запасов проводят статистическим методом. Это относится в основном к месторождениям 4-й группы, когда совмещаются разведочные и эксплуатационные работы. По результатам этих работ оценивается средняя продуктивность исследуемого участка и распространяется на менее изученную потенциально рудоносную часть месторождения.

Подсчет запасов нефти и газа осуществляется в основном объемным методом. Вспомогательными методами являются: для нефти — статический и материального баланса, для газа — по падению давления.

Объемный метод — применяется на месторождениях различной степени изученности (опоискованности) и разведанности, при проявлении большинства режимов нефтегазоносных пластов. Его выражением являются формулы:

для нефти — Q из = F · H · kn ·? ·? · ?

для газа — V из = F · H · kn · kr · (Pн lo — Pк lк) · f · ?

где: Q из, V из — извлекаемые запасы соответственно нефти (т), газа, м3

F — площадь нефтегазонасыщенности залежи, м2;

H — средняя эффективная нефтеи газонасыщенная мощность, м;

kn — средний коэффициент объемной площади нефтесодержащих пород (емкости коллектора);

kн, kr — средние коэффициенты нефтеи газонасыщенности;

? — пересчетный коэффициент, учитывающий ''усадку'' нефти (1/b плотность пластовой нефти), связанную с ее переходом из условий пластового давления в условия поверхности;

Рн, Рк — средние абсолютные пластовые давления в газовой залежи (Рн начальное, Рк — остаточное при установлении на устье скважин давления 0,1 мПа);

lo, lк — поправочные коэффициенты на отклонения углеводородных газов при Рн и Рк ;

p — плотность нефти в поверхностных условиях, кг/м3;

f — коэффициент приведения объема газа к стандартной температуре;

? — коэффициент извлечения нефти и газа.

Подсчет запасов газа по падению давления применяется при отсутствии водонапорного режима газоносных залежей.

Применение ЭВМ при подсчете запасов. Электронно-вычислительные машины используются при оценке прогнозных минеральных ресурсов и подсчете запасов. Оценка прогнозных ресурсов с применением ЭВМ осуществляется по различным программам.

Одна из них — программа «Космос», позволяет количественно оценить роль рудоконтролирующих признаков на основе их многофакторной корреляции.

Методика оценки разработана в Институте литосферы РФ О. Г. Шереметом и др. На Камчатке по этой методике с использованием космогеологических критериев прогнозирования Н. К. Андросовой выделены рудоперспективные территории. Вначале определяют оптимальный размер осредняющий квадратной палетки, сторона которой обычно составляет 1 см. Затем исследуемую территорию разбивают на квадраты и формализуют признаки по группам, учитывающим долю распространения геологических и рудных формаций, параметры структурных элементов, число их пересечений и другие факторы. С помощью алгоритмов аппарата кластерного анализа на ЭВМ осуществлялись поиск информативных признаков и их количественная оценка.

ЭВМ при подсчете запасов может выполнять двоякую функцию: либо на основе типовых алгоритмов и программ производить расчетные операции по известным методам подсчета, либо на основе многофакторного корреляционного анализа исходной геологоразведочной информации произвести количественную и качественную оценку запасов.

В первом случае эта оценка не должна существенно отличаться от оценки, полученной при подсчете без применения ЭВМ. Здесь ЭВМ облегчает и ускоряет выполнение вычислительных операций, особенно при большом массиве цифровых данных на стадии эксплуатационной разведки. Варианты подсчета запасов с использованием ЭВМ могут выполнять функции контроля подсчета обычными методами.

Во втором случае автоматизированная обработка позволяет использовать весь банк исходной геологоразведочной информации, чем достигается более высокая достоверность подсчета запасов. При этом применяют специальные способы подсчета запасов, основанные на методах множественной корреляции, сглаживания или нелинейной аппроксимации полученных параметров. Использование ЭВМ дает возможность по координатам точек пересечения скважинамилежачих и висячих боков залежи определить ее объем; расчет средних содержаний провести с помощью уравнений множественной регрессии. Эффективно применение ЭВМ при многовариантных подсчетах запасов по различным значениям кондиционных показателей. Многие вопросы, связанные с автоматизированными системами подсчета запасов, находятся в стадии разработки и совершенствуются.

При подсчете запасов с использованием ЭВМ необходимо обосновать применяемые алгоритмы и программы, дать их описание, а также привести данные, обеспечивающие возможность проверки промежуточных и окончательных результатов с помощью обычных методов подсчета запасов.

Оценка точности подсчета запасов. Формы учета их движения. Управление качеством руды.

Оценка точности подсчета запасов зависит от того, насколько построенная по результатам разведки геологическая модель месторождения близка к его реальному выражению (параметрам). Наибольшее подобие модели объекту и наименьшая погрешность оценки запасов на определенной стадии разведки будет для месторождений с простым геологическим строением (1-ая группа). Подобие моделей месторождения сложного (2-ая группа), очень сложного (3-я группа) и весьма сложного (4-я группа) геологического строения последовательно снижается, а погрешность увеличивается. Величина погрешности зависит также от степени соответствия формы, ориентировки и плотности разведочной сети, геолого-статистической неоднородности месторождения.

При подготовке исходных материалов к подсчету запасов невозможно избежать технических погрешностей, а при создании самих моделей месторождения, участка и отдельных рудных тел неизбежны погрешности их геометризации (ошибки аналогии), оценки дискретности и среднего содержания полезных компонентов. Технические погрешности, связанные с проведением геологической документации и опробования горных выработок и скважин, как и последующим нанесением полученных данных на планы и разрезы, могут взаимно компенсироваться. Систематические погрешности данных бурения и химических анализов корректируются введением поправочных коэффициентов к подсчету запасов.

Погрешности геометризации связаны с геологической неоднородностью изучаемого объекта, которая характеризуется анизотропией и зональностью. Эти свойства, определяющие неслучайную изменчивость, становятся известными с достаточной полнотой лишь на завершающих стадиях разведки и в процессе эксплуатации месторождения. Погрешности геометризации запасов могут быть самыми различными по абсолютному значению. Они, как правило, отклоняются в сторону отрицательных величин и достигают кратности целых чисел.

Средние их значения в месторождениях различных рудных формаций в зависимости от сложности морфологии продуктивных залежей и их внутреннего строения изменяются от 10−15 до 50%. Погрешности геометризации находятся в прямой зависимости от дискретности оруденения.

Существенное расхождение величин фактических и подсчитанных запасов может привести к соответствующим изменениям производственной мощности предприятия или срока его существования.

Погрешности оценки среднего содержания полезных компонентов более опасны, чем ошибки подсчета количества запасов, так как непосредственно отражаются на технологии производственного процесса и в конечном итоге на себестоимости продукции с момента эксплуатации месторождения.

Запасы полезных ископаемых подлежат государственному и текущему учету. Государственным учетом предусматривается составление их ежегодных балансов, используемых при перспективном планировании. Отчетность предприятий и организаций предварительно проходит проверку и анализ в ЦКЗ соответствующих департаментах добывающих министерств. Порядок ведения ежегодного учета движения разведанных запасов, их погашения, списания не подтвердившихся запасов, потерь и разубоживания определяется формами — 5-ГР и 5-ГР (уголь), разработанными Госкомстатом РФ. Их заполнение обязательно для геологоразведочных организаций и горнодобывающих предприятий и производится на основе текущего учета.

Под движением запасов понимается изменение их количества в результате добычи, разведки или переоценки за определенный период. Текущий, или так называемый геолого-маркшейдерский, учет состояния и движения разведанных запасов эксплуатируемых месторождений заключается в подготовке исходных материалов для текущего и оперативного планирования горнопроходческих и добычных работ. Он составляется по данным доразведки и эксплуатационной разведки, месячных замеров выполненных горных работ, эксплуатационного и товарного опробования, технологических и товарного балансов.

Сопоставление баланса запасов, погашенных в недрах, с учетом потерь и разубоживания, к товарному балансу запасов служит контролем за ведением горных работ. Показатели полноты и качества выемки руд предусматриваются в перспективных, текущих и оперативных планах объема добычи минерального сырья. При перспективном планировании по данным детальной разведки определяют объемы добычи сырья с заданными качественными показателями по годам. При текущем планировании, охватывающем годовой, квартальный и месячный объемы, эту задачу решают по результатам эксплуатационной разведки и эксплуатационного опробования. Оперативное планирование позволяет непосредственно влиять на ведение горных работ в течение декады, суток и смены. Оно базируется на эксплуатационной разведке.

Оперативно используя данные эксплуатационного опробования, можно систематически снижать уровень потерь и разубоживания, эффективно управлять качеством товарной руды, повышать достоверность учета ее добычи, движения и списания запасов.

оконтуривание месторождение оценка руда Список используемой литературы

1. Месторождения полезных ископаемых: Учебник для вузов/В.А. Ермолов 2004 — 570 с.

2. Разведка и геолого-экономическая оценка месторождений полезных ископаемых. Учебное пособие. Электронное издание. М.:МГОУ, 2003.-с.