Геолого-геохимическая модель и особенности разведки Рубцовского колчеданно-полиметаллического месторождения

По ряду признаков горнорудное производство в России возрождается. Десятки фирм и компаний собирают информацию о разведанных месторождениях полезных ископаемых, о заброшенных рудниках, о недоработанных, оставленных в недрах запасах. Крепко встали на ноги российские компании АлРосса, РусАл, УГМК, «Полюс Золото», «Норильский Никель» и другие.

Одним из ранее брошенных, а теперь возрожденных месторождений является Рубцовское колчеданно-полиметаллическое месторождение в Алтайском крае. За время, прошедшее с пика политического и экономического кризиса России в начале 90-х годов прошлого столетия, геологи и горняки вооружились современными мощными интегрированными компьютерными программами трехмерного моделирования месторождений полезных ископаемых. Во всех развитых странах геологи перешли на новые, геостатистические методы оценки запасов руды и полезных компонентов. Хотелось проверить, как эти компьютерные технологии позволят по-новому взглянуть на достаточно хорошо и полно изученное Рубцовское месторождение.

Геологические изыскания на Рубцовском месторождении проводили высококвалифицированные геологи-разведчики (А.П. Беляев, И. Г. Чинаков, Ф. Я. Доронин, В. М. Чекалин и др.). Минералогию руд, петрографию измененных пород, геохимию ореолов изучали видные исследователи из научно-исследовательских институтов и университетов (А.Д. Строителев, Б. Л. Бальтер, В. Б. Чекваидзе, Н. Г. Кудрявцева, И. З. Исакович, И. Ф. Мясников, J1.H. Новикова и др.). Этим объясняется высокое качество полученных результатов.

Но в пору разведки месторождения (до середины 70-х годов) ничего еще не было известно о сульфидных залежах на дне океана, например, о металлоносных рассолах Красного моря, о «черных курильщиках» в океане. Хотелось взглянуть на имеющиеся материалы под этим углом зрения.

С другой стороны, за прошедшие годы не только приросли знания по морской геологии, но и революционно сменился арсенал методов графического отображения геологоразведочной информации. Появилась возможность изображения месторождения в трехмерном пространстве, в объеме.

Кроме того, за эти же годы во всем мире окончательно утвердились геостатистические методы подсчета запасов месторождений полезных ископаемых. Мы не ставили специальной цели методами геостатистики проверить запасы, подсчитанные на Рубцовском месторождении традиционными методами. Ясно, что они с неизбежностью получатся близкими друг к другу. Просто, геостатистика предоставляет такой новый и мощный инструмент изучения геохимической изменчивости месторождений, как вариограмма. Поэтому мы планировали провести полный структурный анализ вариограмм.

Сейчас владельцем месторождения является УГМК — Уральская ГорноМеталлургическая Компания. Так уж сложилось, что УГМК не пришлось задумываться, каким способом лучше отрабатывать месторождение — открытым или подземным? Дело в том, что еще при Советской власти на месторождении были пройдены две шахты (скиповая и вентиляционная) и нарезаны три горизонта подземных горных выработок. После расконсервации и восстановления шахтных стволов, простоявших без действия почти 12 лет, вопрос решился однозначно — подземная разработка. Нас заинтересовал риторический вопрос: «А, может быть, карьерная разработка месторождения, на самом деле, была бы более рентабельной?» Можно высказать сомнение в разумности проектирования карьера для месторождения, которое уже разрабатывается подземным способом. Но дело в том, что недалеко от Рубцовского месторождения залегает его двойник по геологическому строениюЗахаровское месторождение, при проектировании эксплуатации которого, этот вопрос вновь встанет.

Есть еще один очень важный момент — на месторождении уже 2 года идет эксплуатационная разведка. Не могут ли новые данные изменить (или уточнить) наши представления о строении месторождения и о его генезисе?

Все перечисленные аргументы предопределили выбранную направленность работы.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 9 глав, заключения и приложения. Объем работы — 241 страница, из которых текст занимает 110 страниц. Сюда входит список литературы из 36 наименований (16 — опубликованных работ, 3 — фондовых, 17 — интернетовских сайтов). Остальное — 29 таблиц и 170 рисунков. Таблицы и рисунки не имеют сплошной нумерации. Нумерация ведется локальная — внутри определенной главы. Например, рис. 4.88 — это 88-й рисунок в главе 4. Или табл. 8.5 — это 5-я таблица в главе 8.

Выводы из главы 8.

Запасы руды и металлов Рубцовского месторождения, подсчитанные традиционными методами по данным вертикальных скважин дали очень близкие результаты и по запасам руд и по запасам других попутных компонентов. Эти запасы близки к тем, что были получены по результатам детальной разведки.

Эксплуатационная разведка утроила количество скважин, пересекающих рудное тело. Запасы руды, посчитанные заново дали близкие цифры — руды оказалось всего на 1,6% меньше. Но вот запасов основных металлов в рудах оказались на 34−39% меньше. Это произошло за счет значительного снижения содержаний Си на 33%б Pb на 34%, a Zn на 38%.

Геостатистический метод подсчета запасов имеет то неоспоримое преимущество перед традиционными методами, что дает возможность оценить надежность полученных результатов. Он позволяет отразить в каждом блоке десятки параметров руды. В том числе, можно сделать наглядными финансово-экономические показатели руды.

Глава 9. проект карьера § 9.1.Основные параметры карьера.

Пред тем как приступить к проектированию карьера, надо рассмотреть гидрогеологические и инженерно-геологические особенности месторождения и обратить особое внимание на ниже перечисленные параметры, играющие важную роль при проектировании карьера и экономии эксплуатации месторождения. Следует подчеркнуть, что выгодная и экономичная работа карьера во многом зависит от правильного выбора значений этих параметров:.

— угол откоса карьера (общий угол стены карьера);

— высота уступа.

— ширина дорог.

— индивидуальный угол уступа.

Графический смысл этих параметров поясняется на рис 9.1.

Из всех этих параметров угол откоса, наверное, важнейший. Он очень сильно влияет и на экономику, и на безопасность эксплуатации карьера. Числовое значение этого угла меняется от ноля до 90 градусов. Самый выгодный размер должен обеспечивать не только безопасность эксплуатации, но и увеличивать прибыль горнодобывающей деятельности. Небольшой угол откоса обеспечивает безопасные условия работы. На практике мы пытаемся оптимизировать размер этого угла. Маленький угол откоса резко увеличивает количество рыхлых пород, которое в, свою очередь, приводит к увеличению затрат на эксплуатацию и к уменьшению прибыли горнодобывающего предприятия.

Высота уступа имеет прямую связь с уровнем ежегодной добычи. Исходя из заданной производительности карьера (500 тыс. т руды в год) мы подобрали высоту выемочного блока — 5 м. На основе этого параметра высота уступа в случае Рубцовского месторождения также принимается равной 5 м. Из основных параметров карьера нам известна только величина высоты уступа, а значения остальных параметров необходимо вычислять.

Вывод из § 9.1.

Из основных параметров карьера нам известна только величина высоты уступа (5 м). Значения остальных параметров необходимо вычислять.

§ 9.2. Угол откоса карьера.

Перечисленные ниже факторы оказывают значительное влияние на размер угла откоса:

— направление трещин горных пород в зависимости от направления конечного контура карьера;

— уровень грунтовых вод;

— расстояние между соседними трещинами (густота трещиноватости);

— присутствие или отсутствие разломов;

— инженерно-геологический характер горных пород, а также рыхлых пород;

— гидрогеологическая характеристика месторождения;

— петрографическая и инженерно-геологическая характеристика пород, заполняющих трещины;

— расстояние между стенами трещин;

— присутствие или отсутствие глинок трения в трещинах;

— и другие параметры.

На практике с учетом перечисленных параметров территория месторождения сначала делится на разные блоки, а потом для каждого блока вычисляется угол откоса карьера.

На рис 9.2 показано, как под действием этих факторов угол откоса карьеров меняется в разных частях любого месторождения.

Вывод из § 9.2.

A priori ясно, что числовые значения угла откоса в разных частях Рубцовского месторождения будут разными. Это связано с присутствием рыхлых пород, меняющейся мощности, с наличием подземных вод и слабых геомеханических свойств горных пород, например, каолиновых глин в корах выветривания, развитых по коренным породам.

-> <не рабочая зона рабочая зона.

Рис 9.1. Основные параметры карьера.

§ 9.3. Инженерно-геологическая характеристика месторождения.

Ниже кратко рассмотрена инженерно-теологическая характеристика Рубцовского месторождения. Инженерно-геологические исследования на месторождении были проведены институтом КАЗГИПРОСЦВЕТМЕТ в 1973 году на площадках проектируемого поверхностного комплекса шахт и других сооружений. Для оценки физико-механических свойств грунтов, развитых на проектируемых площадках, из шурфов и скважин в интервалах глубин 2.0 — 79.5 м через 1−2 м, реже 5 м были отобраны и исследованы 167 монолитов с ненарушенной структурой и влажностью.

В результате проведенных инженерно-геологических изысканий установлено, что рыхлые кайнозойские отложения на месторождения представлены двумя литологическими разновидностями пород с различными физико-механическими свойствами: делювиапьно-пролювиальными суглинками и глинами. Мощность покровных суглинков от 0,5−1,5 м до 5,4−11,5 м. Они имеют серовато-бурую, желтовато-бурую окраску, сильно известковистые, с обильными карбонатными стяжениями диаметром до 3−5 см, местами с включением дресвы и тонкими прослоями песчано-дресвяных отложений в подошве слоя.

В соответствии с общепринятой классификацией суглинки относятся к среднесжимаемым и сильносжимаемым грунтам в водонасыщенном состоянии. Модуль общей деформации суглинков, по данным компрессионных испытаний, составляет 61−116 кг/см2 для грунтов с естественной влажностью выше уровня грунтовых вод, и 1265 кг/см2 для замоченных грунтов. Полевой модуль деформации, составляет, соответственно, 210−504 кг/см2 и 41−283 кг/см2. Величина удельного сцепления для суглинков с естественной влажностью (выше уровня грунтовых вод) составляет 0,11−0,250 кг/см2, для водонасыщенных суглинков 0,04−0,2 кг/см2 и еще меньше для иловатых суглинков. Углы внутреннего трения, соответственно, равны 18°-23° и 19°-21°. Степень влажности 0,636−0,960.

По гранулометрическому составу глины содержат: песчаных частиц — 3,68 -16,88%, пылеватых частиц — 34−73,36%, глинистых частиц — 18,96−30,08%, то есть они относятся к пылеватым глинам. Пористость глин составляет 33,3−44,4% и мало изменяется с глубиной. Объемный вес глин в интервале глубин 4,0−79,5 м составляет 1,93−2,11 г/см, а на глубине. 2 м от поверхности он равен в среднем 1,8 г/см. Удельный вес колеблется в пределах 2,56−2,75 г/ см. При бытовой нагрузке глины просадочностью не обладают, при дополнительных нагрузках в отдельных случаях проявляются слабые присадочные свойства. Глины относятся к средне и слабосжимаемым грунтам. Модуль общей деформации глин по компрессионным данным составляет 43 — 351 кг/см2 при естественной влажности. В пересчете на полевой он равен 217−905 кг/см2. Сдвиговые испытания глин были проведены без предварительного уплотнения при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии. Удельное сцепление глин изменяется в пределах от 0,469−561 кг/см в интервале глубин 2,0−6,0 м от, поверхности, до 0,275−1,525 л кг/см на глубинах 8−70 м. По данным физико-механических испытаний монолитов, отмечается склонность глины к набуханию в интервалах глубин 25 м, 45,5−79,5 м. Степень коррозийной активности глин, как и суглинков, по отношению к железу очень высокая, что связано с их значительной засоленностью.

Вывод из § 9.3.

Рыхлые кайнозойские отложения на месторождения представлены двумя литологическими разновидностями пород с различными физико-механическими свойствами: делювиально-пролювиальными суглинками и глинами. Их углы внутреннего трения соответственно равны 18°-23° и 19°-21°. Удельное сцепление глин изменяется в пределах от 0,469−561 кг/см2 в интервале глубин 2,0−6,0 м от поверхности, до 0,275−1,525 кг/см2 на глубинах 8−70м.

Для оценки инженерно-геологической характеристики горных пород, находящихся на глубине от 80 до 210 м (нижний уровень месторождения) пробы не взяты. Надо заметить, что проектирование карьера требует более детальных данных, которые в случае Рубцовского месторождения в настоящие время отсутствуют.

§ 9.4. Физико-механические свойства руд и вмещающих пород.

Физико-механические свойства руд и вмещающих пород изучались институтом ВНИИЦВЕТМЕТ. Физико-механические свойства руд и коренных пород изучались на 70 образцах, из них 40 образцов отобрано из керна скважин, пробуренных вблизи проектируемых точек заложения стволов шахт «Рубцовская» и «Вентиляционная». Испытания проводились на керновых пробах с определением следующих физико-механических характеристик: пределов прочности на сжатие и растяжениеобъемных весовкоэффициентов крепости сцепленияуглов внутреннего трения. Обобщенные результаты определений физико-механических свойств горных пород приведены в таблице 9.1.

Вывод из § 9.4.

Результаты определений физико-механических свойств горных пород свидетельствует о том, что на территории Рубцовского месторождения присутствуют различные горные породы, Предел прочности которых на сжатие колеблется от 171 до 1337 кг/см2 .Поэтому угол отсоса в зависимости от изменения вида и инженерно-геологической характеристики горных пород, будет меняться. На практике при наличии разных типов горных пород, коэффициент уверенности (коэффициент безопасности или запас прочности) всегда будет больше единицы.

Снова приходится делать замечание о том, что взятые и изученные пробы относятся к двум точкам, стволов шахт «Рубцовская» и «Вентиляционная». Конечно, этих данных недостаточно для уверенного проектирования карьера.

§ 9.5. Гидрогеологическая характеристика месторождения.

Изучение гидрогеологических условий Рубцовского месторождения проводилось одновременно с его разведкой. Гидрогеологические исследования проводились непосредственно на месторождении с целью изучения условий его разработки и в долине речки. Кизихи (Кизихинский участок, в 20−25 км северо-восточнее месторождения) с целью поисков и оценки источников водоснабжения будущего горнорудного предприятия. В 1973 на западном и восточном флангах Рубцовского месторождения были пробурены 2 специальные скважины глубиной 220 и 226,7 м под будущие стволы шахт «Рубцовская» и Вентиляционная" .

Заключение

.

За время работы над диссертацией автор познакомился с несколькими интегрированными пакетами программ трехмерного моделирования месторождений полезных ископаемых: DataMine, Surpac, MicroMine, причем, MicroMine автор освоил весьма основательно. Это — очень мощный комплекс программ, позволяющий решать сотни геологических задач. Но, чем глубже его осваиваешь, тем отчетливее понимаешь, что в MicroMine есть явные недостатки. Слабым выглядит статистический модуль. Например, там совсем отсутствуют многомерные статистические методы. И, если бы мы не применили комплекс статистических программ Statistica, то многие бы разделы в работе просто бы отсутствовали. На удивление узок набор интерполяционных методов. Во многих случаях нас выручала программа Surfer. Не очень удобно проводить в MicroMine всякие промежуточные вычисления и строить простые графики. В этих случаях мы прибегали к помощи Excel.

Автор Так много говорит о компьютерных программах только потому, что вся работа целиком и полностью выполнена в компьютерной технологии. Но, вряд ли, получилось бы многое из того, что сделано, если бы не хорошая геологическая основа — отчет с подсчетом запасов по Рубцовскому месторождению (Доронин и др., 1975), из которого автор почерпнул не только весь цифровой материал, но главное, грамотное геологическое описание месторождения. Большое спасибо, местным геологам. Особенно, В. М. Чекалину за предоставление материалов по продолжающейся эксплуатационной разведке месторождения.

Я благодарю своего научного руководителя В. И. Старостина за постоянное внимание к работе. Я очень признателен научному консультанту Н. Н. Шатагину за неоценимую помощь в работе.