Содержание курса | Лабораторные занятия | Литература

Разведка месторождений.

Геологический факультет МГУ,кафедра геологии и геохимии полезных ископаемых,тел. 939-49-33, 939-47-79.

Автор - Проф. Авдонин Виктор Васильевич, доц. Малютин Юрий Александрович.

Курс читается в 4 и 5семестрах для студентов специальности 011100 - геология.

Объем курса -112 часов, лекции √ 56 часов, лабораторные занятия - 56 часов.

Форма контроля. 4 контрольные работы, зачет в 4 семестре, экзамен в 5 семестре.

Аннотация. Курс разделяется на две части.

Часть I. Техника разведки месторождений. Рассматриваются основы проходки горных выработок и буровых скважин, особенности их документации. После изучения I части курса на 4 семестре студенты проходят учебную буровую практику на Крымской учебной базе, где закрепляют теоретические знания и знакомятся с различными способами ведения буровых работ.

Часть II. Методика поисков, разведки и опробования месторождений полезных ископаемых. Рассмотрен весь комплекс вопросов, связанных главным образом с разведкой, опробованием, подсчетом запасов, оценкой месторождений.

Вверх

Содержание курса.

Введение.

Учение о поисках и разведке месторождений полезных ископаемых как прикладная геологическая наука (предмет и метод исследований). Задачи поисковых работ и оценка результатов поисков. Цель и задачи геологоразведочных работ. Краткие сведения об истории развития геологии и поисково-разведочных работ. Организация геологической службы в России. Развитие горнодобывающей промышленности и задачи геологоразведчиков на ближайшие годы.

1. Техника геологоразведочных работ.

Общие сведения о технических средствах геологоразведочных работ - горные выработки, буровые скважины, геофизические работы. Сравнительная оценка технических средств - по полноте и достоверности геологической информации, по стоимости и срокам выполнения работ. Общее представление о типах горных выработок, буровых скважин и геофизических работах.

Горные работы.

Устойчивость горных пород (рыхлые, связные, скальные). Основные свойства горных пород (плотность, пористость, твердость, взрываемость, упругость, хрупкость, разрыхляемость, трещиноватость) и влияние их на прочность, устойчивость и угол откоса. Характеристика крепости горных пород по М.М. Протодьяконову. Классификация горных пород по буримости. Нормы выработки и времени, и расценки на проходку выработок.

Проходка выработок в мягких, сыпучих, вязких и трещиноватых породах. Механизация работ (экскаваторы, дитчер, бульдозер, скрепер и др.). Устройство отбойного молотка, механической лопаты и условия их применения. Схема устройства компрессора. Ручные работы.

Проходка выработок в твердых породах. Буровзрывные работы. Взрывчатые вещества. Действие взрывной волны. Работоспособность ВВ, бризантность, детонация. Три группы ВВ - механические смеси, химические соединения и комбинированные. Основные виды ВВ - динамит, аммонал, аммонит, нитроглицерин и др. Устройство капсулей - детонаторов для огневого и электропаления. Бикфордов шнур. Патронирование ВВ. Заряжение шпуров и запалка. Последовательность операций при взрывных работах. Бурение шпуров - ручное и механическое. Устройство перфораторов и их использование в различных условиях. Бензоперфораторы. Электросверло. Расположение шпуров в забое. Оптимальная глубина шпуров и расчет необходимого их количества. Использование взрывных работ - котловые заряды, накладные заряды, кумулятивные заряды, минные камеры и др. Три схемы проветривания выработок после взрыва. Освещение выработок.

Проходка поверхностных открытых выработок - копуши, канавы, расчистки, врезы, траншеи, карьеры. Назначение копушей и канав при поисковых и разведочных работах. Типы канав - глубина, ширина, откосы. Проходка канав в мягких и твердых породах. Подъем породы при проходке канав. Механизированная проходка канав - экскаваторами, скреперами, бульдозерами, гидравлическим способом. Применение взрывных работ при проходке канав. Техника безопасности при проходке канав. Общее представление о проходке канав. Общее представление о проходке траншей и карьеров. Использование взрезов и расчисток.

Геологическая документация и ее назначение. Виды документации - первичная и сводная. Назначение документации. Основные геологические сведения, отражаемые в документации - на зарисовках, в описании. Отбор образцов, проб, шлифов и составление коллекций. Особенности документации канав - линейным способом и по сетке, зарисовка дна и стенок канав. Ориентировка и привязка на местности; форма журнала документации канав.

Проходка вертикальных и наклонных подземных горных выработок (шурфы, шахты, гезенки, восстающие). Назначение шурфов, их глубина и сечение. Проходка шурфов прямоугольного сечения - собственно проходка в различных породах, проходка на проморозку, на пожег, бутом, оттайка паром. Шурфопроходческие комплексы. Подъем породы - полки для перекидки, подъем воротком, лебедкой и другими средствами. Вентиляция при проходке шурфов - устройство вентилятора и ветрогона; проветривание бутом и печью. Крепление шурфов (сплошное, венцовое на пальцах, подвесное, на бабках, несплошное поясами с затяжкой стенок и без затяжки, забивная крепь). Особенности проходки и крепления шурфов круглого сечения (дудок). Геологическая документация шурфов - разбор примера зарисовки, описания и формы журнала. Разведочные шахты и их назначение. Некоторые особенности проходки шахт - глубина, сечение, крепление, устройство лестничного отделения. Документация шахт.

Проходка горизонтальных подземных горных выработок (штольни, штреки, квершлаги, орты, рассечки, полевые штреки). Особенности проходки штольни - крепление устья и подготовка площадки. Крепление горизонтальных выработок сплошными и несплошными дверными окладами; крепление стенок и кровли. Другие виды крепления: арочная, штанговая крепь, бетонирование, разборочная крепь и т.д. Маркшейдерская съемка и геологическая документация.

Водоотлив и насосы. Водоотлив из горизонтальных и вертикальных горных выработок. Устройство штангового насоса; горизонтальные поршневые насосы и их устройство; механические горизонтальные и вертикальные насосы, их устройство и производительность; устройство диафрагмового насоса, центробежный насос; крыльчатый насос и его устройство; устройство эрлифта, турбинного насоса и винтового. Расчет работы насоса и производительности насосов отдельных типов.

Буровые работы.

Общая характеристика буровых работ. Краткие сведения по истории буровых работ. Цель и назначение буровых работ. Основные процессы бурения - разрушение пород, извлечение разрушенной породы и укрепление стенок скважины. Разрушение пород объемное, поверхностное и усталостное. Разрушение пород скалыванием и раздроблением; бурение сплошным забоем и кольцевым; вращательное и ударное бурение, комбинированное бурение. Общая схема классификации буровых работ по типам и видам бурения. Общая схема буровых работ - установка вышки и монтаж оборудования, бурение (проходка) скважины, демонтаж. Типы насосов, используемых при буровых работах. Типы двигателей и устройство талей.

Буровые вышки, штанги и обсадные трубы. Типы буровых вышек, их устройство и установка. Типы буровых штанг и их соединений; принадлежности для спуска и подъема штанг. Канаты, используемые при буровых работах и уход за ними. Обсадные трубы, их соединение и принадлежности к ним.

Вращательное колонковое бурение. Классификация горных пород по буримости. Инструменты для вращательного бурения. Колонковый буровой снаряд. Твердосплавные коронки. Алмазный породоразрушающий инструмент. Основные узлы буровых установок вращательного бурения. Устройство для включения двигателей. Многоступенчатая коробка передач. Лебедки и их устройство. Вращатель и регулятор подачи бурового инструмента. Типы станков в зависимости от устройства вращателя и регулировки подачи инструмента.

Шпиндельные буровые станки. Станки с гидравлической подачей. Станки с дифференциальной и дифференциально-рычажной подачей. Передвижные и самоходные станки и установки для бурения на твердые полезные ископаемые. Роторные буровые станки, их применение, устройство и последовательность работы. Станки для глубокого и среднего бурения.

Промывка и продувка скважин (прямая и обратная). Устройство отстойников. Расчет скорости потока промывочной жидкости; приготовление и определение пригодности глинистого раствора. Условия применения продувки скважин. Определение производительности компрессора. Тампонаж скважин и его назначение. Виды тампонажа. Тампонажные материалы. Способ проведения тампонажных работ.

Аварии при вращательном колонковом бурении и меры борьбы с ними. Ловильный инструмент.

Искривление скважин, причины искривления геологические и технические. Закономерности искривления скважин. Мероприятия, предупреждающие искривления скважин. Зенитные и азимутальные искривления. Замеры зенитных и азимутальных искривлений скважин. Принципы работы прибора Полякова и современных инклинометров. Телефотогеологические исследования. Искусственное искривление скважин. Направленное и многозабойное бурение. Способы искусственного искривления скважин. Технические средства для направленного многозабойного бурения. Способы получения ориентированных кернов. Кернометрия и ее значение. Принцип работы керноскопа и кернометра, и схемы приборов. Способы повышения выхода керна. Безнасосное бурение. Двойные колонковые снаряды, их разновидности. Специальные методы бурения. Общая характеристика. Снаряды и технические средства для бурения со съемными керноприемниками. Бурение с гидротранспортом керна.

Конструкция скважин. Телескоп обсадных труб и коронок. Геологическая документация скважин. Керн как основной материал документации. Линейный и весовой выход керна. Сменный рапорт. Буровой журнал. Колонки буровых скважин. Характеристика скорости бурения - механическая скорость, рейсовая, техническая, цикловая.

Другие виды бурения. Забойные двигатели: гидроударная машина, турбобур, электробур. Бездолотные способы разрушения горных пород при бурении - термический, гидравлический, с помощью взрывов; электрофизический и другие способы.

Механическое ударное бурение. Применение ударного бурения. Инструмент для проходки скважин. Бурение на канате и на штангах. Конструкции скважин. Буровые установки. Аварии при ударном механическом бурении и их ликвидация. Геологическая документация при ударном бурении.

Механическое и ручное бурение неглубоких скважин. Применение мелкого бурения. Ручное ударно-вращательное бурение с копром и лебедкой. Инструмент для бурения, обсадка скважин и ликвидация аварий. Ударно-механическое бурение мелких скважин. Шнековое бурение. Вибрационное бурение. Комбинированное бурение. Особенности документации скважин.

Наблюдение за водой при бурении и проходке горных выработок. Откачка из шурфов и скважин. Определение притока (дебита) воды. Определение воронки депрессии. Основные типы фильтров и их устройство - фильтр с засыпкой, корзиночный, песчаная муфта. Насосы, используемые при откачках.

Области использования различных типов буровых агрегатов. Стационарные, передвижные и самоходные станки. Выбор буровых установок (в зависимости от геологических условий, технических возможностей, времени и стоимости работ). Краткая характеристика используемых станков.

Морское бурение. Прибрежно-морское бурение: буровые суда, способы бурения. Глубокое бурение на море. Бурение в океане с научными целями.

Основные нормативные документы по охране труда и технике безопасности. Техника безопасности при проходке и документации горных выработок. Хранение ВВ и средств взрывания, их перевозка. Техника безопасности при производстве буровых работ. Производственная санитария. Специальные средства техники безопасности и охраны труда. Инструктаж по технике безопасности и оформление журналов, актов и других документов. Ответственность за нарушение правил безопасности. Общие сведения по охране геологической среды при производстве геологоразведочных работ. Мероприятия при проектировании и проведении горных работ: выбор участков для горных работ, выбор площадей под отвалы, мероприятия по ликвидации горных выработок, рекультивация площадей. Мероприятия при проектировании и проведении буровых работ: выбор места заложения скважины, строительство подъездных путей, меры предосторожности при использовании глинистых растворов и их химической обработке. Мероприятия, направленные на охрану подземных вод: крепление стенок, оборудование зумфов и отстойников. Ликвидация скважин, оборудование устья, тампонаж.

2. Методика поисков, разведки и опробования месторождений полезных ископаемых.

Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых.

Промышленные типы месторождений как основа учения о поисках и разведке. Основные факторы, определяющие промышленную ценность месторождения √ масштабы по запасам минерального сырья, концентрация запасов, качество минерального сырья.

Примеры промышленных типов месторождений √ железных руд, меди, олова, золота, углей, асбеста, слюды, цементного сырья, строительных материалов.

Поиски месторождений полезных ископаемых.

Задачи поисковых работ. Поисковые предпосылки √ формационные, структурные, геохимические, геоморфологических и другие.

Поисковые признаки: прямые (выход полезного ископаемого на дневную поверхность, ореолы рассеяния √ первичные и вторичные, следы деятельности человека), косвенные (изменения околорудных пород, геофизические аномалии, геоморфологические, гидрогеологические, ботанические, прочие).

Современные методы поисков твердых полезных ископаемых √ аэрометоды, наземные, подводные.

Метод геологической съемки как главные теоретические и практический метод познания и прогнозирования поисков месторождений.

Минералогические методы (валунный, шлиховой, металлометрическая съемка), гидрогеохимические методы, геоботанический и другие.

Геофизические методы √ магнитометрический, гравиметрический, сейсмометрический и др.

Поиски горными выработками. Поиски буровыми скважинами. Структурное бурение.

Особенности поисков погребенных залежей полезных ископаемых. Оценка месторождений и рудопроявлений на стадии поисков. Организации и методика прогнозных работ на разных стадиях геологоразведочного процесса. Комплекты прогнозных карт.

Разведка месторождений полезных ископаемых.

Общие основы разведочных работ. Главнейшие задачи разведки месторождений полезных ископаемых √ изучение геологической структуры, формы тел, масштаба месторождений, вскрытие глубоких горизонтов, установление качественно-технологической характеристики природных разновидностей полезного ископаемого, выявление природных факторов, определяющих условия эксплуатации месторождения.

Стадии разведочных работ √ предварительная, детальная и эксплуатационная разведка.

Технические средства разведки √ горные выработки, буровые скважины, геофизические способы разведки. Условия, влияющие на выбор способа разведки √ общеэкономические, горнотехнические, геологические.

Системы детальной разведки месторождений полезных ископаемых.

Систематизация разведочных данных √ системы изолиний, геологические разрезы и планы. Ориентировка разведочных разрезов и выработок и календарный план работ.

Выбор и обоснование расстояний между разведочными выработками √ опытные данные, метод сравнения с эксплуатацией, метод последовательного разрежения, аналитический метод. Анализ геометрии и плотности разведочных сетей на моделях с использованием ЭВМ.

Геологическое изучение поверхности месторождения. Особенности составления геологических карт участков месторождений при их разведке.

Принципы разведки. Общие основы классификации запасов. Категории запасов и природных ресурсов. Степень разведанности месторождений, необходимая для проектирования из разработки.

Группировка коренных месторождений твердых полезных ископаемых по факторам, определяющим методику разведки. Группировка россыпных месторождений.

Использование ЭВМ для моделирования месторождений. Имитация разведки на ЭВМ. Примеры разведки коренных и россыпных месторождений полезных ископаемых различных групп.

Опробование.

Роль и значение опробования при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Требования промышленности к различным видам минерального сырья как основа для направления и выбора методов опробования.

Виды опробования √ химическое, минерально-петрографическое, техническое и технологическое. Способы отбора проб в горных выработках √ штуфной, монолитов, точечный, вычерпывания, бороздовый, задирковый, валовый. Нормы времени на отбор проб в зависимости от категории пород и условий работы. Новые направления в отборе проб.

Опробование по минеральному составу √ по типам руд, по шлиховым минералам, люминесцентное опробование, по оценке площади рудных минералов.

Факторы, влияющие на выбор способа опробования √ текстуры рудных тел, неравномерность распределения оруденения, размеры тел, мощность, крепость.

Выбор расстояний между пробами √ зависимость расстояний от неравномерности оруденения; расстояния, принятые в практике разведки; экспериментальная проверка принятых расстояний методом разрежения. Объединение проб. Особенности опробования россыпных месторождений.

Отбора проб при бурении разведочных скважин √ при колонковом, ударно-канатном и ударно-вращательном бурении.

Обработка и сокращение проб. Формула для сокращения проб. Измельчение проб. Факторы, определяющие надежный вес пробы.

Представительность и достоверность индивидуальных проб.

Контроль пробоотбора. Контроль обработки и сокращения проб. Контрольные анализы и их значение. Случайные и систематические погрешности анализов. Организация контроля. Внутренние, внешние и арбитражные анализы. Способы обработки результатов контрольных анализов.

Система разработок месторождений полезных ископаемых.

Горное дело как самостоятельная дисциплина. Общие сведения о горных разработках √ рудничные поля, шахтные поля. Подземные и открытые работы.

Подземные эксплуатационные работы √ вскрытие, подготовка, добыча.

Разработка горизонтально залегающих месторождений √ шахтных ствол, шахтных двор, зумпф, главные штреки, нарезные штреки, блоки. Предохранительные целики, вынужденные потери.

Разработка круто- и пологопадающих месторождений √ закладка шахт, вскрытие горизонтов, высота этажей. Система разработок √ почвоуступные, потолкоуступные сплошным забоем, магазинами и др.

Открытые работы и их преимущества. Вскрытие горизонтально залегающих, круто- или пологопадающих тел полезных ископаемых. Возможная глубина вскрыши. Разрезная траншея, разнос бортов. Добычные работы уступами √ высота уступа.

Подводная добыча √ драги, земснаряды. Гидравлическая разработка.

Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием.

Факторы, влияющие на выбор системы разработки. Связь между стадиями разработки. Резервы подготовленных запасов √ запасы вскрытые, подготовленные, готовые. Годовая производительность рудника. Потери и разубоживание руды при добычи и методы борьбы с ними.

Геологическая служба на горных предприятиях. Задачи рудничной геологической службы.

Переработка минерального сырья.

Подготовка минерального сырья к обогащению. Обогащение, основные виды: отсадка, обогащение на концентрационном столе, флотация, магнитное обогащение, грохочение, рудоразборка, обжиг, обогащение в тяжелых жидкостях, радиометрическое обогащение.

Обработка концентратов. Металлургическая переработка руд и концентратов.

Кондиции.

Общие представления о кондициях и их значение. Общие показателей кондиций. Временные и постоянные кондиции. Назначение кондиций.

Минимальное промышленное содержание полезного компонента в руде и способы его расчетов.

Бортовое содержание полезного компонента в руде, его значение и способы определения.

Методы расчета кондиций.

Сравнительная оценка основных показателей кондиций.

Оконтуривание тел полезных ископаемых.

Различные виды контуров √ нулевой контур, промышленный, сортовой и др. Определение контуров тел полезных ископаемых в пределах разведочных выработок, между выработками и за их пределами.

Определение параметров для подсчета запасов.

Определение мощности тел полезных ископаемых √ видимая, истинная и средняя мощность. Определение средних содержаний полезных компонентов. Выявление и учет проб с исключительно высоким содержанием полезного компонента. Учет самородков. Определение объемной массы и влажности. Способы замера площадей сечений тел полезных ископаемых.

Основные методы подсчета запасов.

Метод геологических блоков, геологических разрезов и их разновидности. Общее представление о других методах подсчета запасов. Использование ЭВМ при подсчете запасов. Зависимость выбора способа подсчета запасов от расположения разведочных выработок.

Основные показатели оценки месторождений на различных стадиях их изучения √ при поисках, при предварительной разведке, при детальной разведке, при проектировании.

Роль и значение геологической документации √ первичной, сводной, составление отчета о разведке месторождений с подсчетом запасов минерального сырья.

Вверх

Лабораторные занятия.

Часть I:

Знакомство с горными выработками, перфораторами, отбойными молотками, принадлежностями для заряжения и паления шпуров.

Знакомство с инструментами для проходки канав. Разбор примеров расчета документации канав о нанесении их на план. Составление геологических планов по канавам и определение морфологии тел полезных ископаемых.

Знакомство с шурфами по моделям и чертежам. Разбор деталей крепления шурфов круглого и прямоугольного сечения. Составление журналов и расшифровка планов и разверток шурфов с определением условий залегания горных пород. Разбор примеров расчета документации шурфов.

Знакомство с чертежами и моделями горных выработок. Разбор погоризонтных планов и разрезов по месторождениям. Определение форм тел полезных ископаемых, вскрываемых в горных выработках. Разбор примеров расчета и документации горизонтальных горных выработок. Контрольная работа.

Знакомство в лабораториях с моделями буровых установок, со станками, насосами. Просмотр чертежей станков колонкового бурения, разрезов буровых скважин и их моделей.

Знакомство в лаборатории с данными по измерению искривлений скважин √ разбор колонок сводных разрезов, составленных с учетом измерений направления буровых скважин. Разбор примера расчета скважины колонкового бурения.

Знакомство с лабораторными моделями и чертежами буровых станков, а также со станками и деталями буровых комплексов. Просмотр чертежей и разрезов буровых скважин, пройденных ударным бурением. Разбор примера расчета скважин ударного механического бурения. Контрольная работа.

Ознакомление с буровыми комплектами и их деталями для мелкого бурения. Изучение способов отбора и полевой обработки образцов и проб. Примеры схематического расчета буровых работ с составлением проектных конструкций скважин.

Часть II:

Выбор методики разведки для различных типов месторождений полезных ископаемых. Контрольная работа.

Выбор способа отбора проб для различных месторождений полезных ископаемых с расчетом стоимости отбора намеченных работ. Составление схем сокращения и обработки проб и расчет стоимости этих работ.

Знакомство с моделями и чертежами систем разработки месторождений; ознакомление с деталями шахтного оборудования и систем разработок открытых и подземных.

Знакомство с особенностями имитации разведки месторождений на ЭВМ в дисплейном классе.

Ознакомление с лабораторным оборудованием для обогащения руд.

Расчеты минимальных промышленных содержаний полезного компонента при нескольких значениях бортового содержания. Расчет рентабельности, окупаемости и других показателей, определяющих выбор оптимального варианта минимального промышленного содержания полезного компонента. Контрольная работа.

Примеры подсчета запасов: а) методами геологических и эксплутационных блоков; б) методом геологических разрезов и др. Подсчет запасов с помощью ЭВМ: знакомство с программами и выполнение отдельных операций подсчета запасов на моделях месторождений в дисплейном классе.

Домашние задания: расчеты горных выработок и буровых скважин, графические задачи √ документация горных выработок, построение разрезов, погоризонтных планов, решение задач на расчет кондиций, подсчетом запасов.

Вверх

Литература.

Основная:

1. Каждан А.Б. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1985.
2. Ларин К.Л. Геологоразведочное дело. Киев, Вища школа, 1980.
3. Прокофьев А.П. Основы поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых. М., Недра, 1973.
4. Смирнов В.И. Геологические основы поисков и разведок рудных месторождений. М., МГУ, 1957.

Дополнительная:

1. Авдонин В.В. Технические средства и методика разведки месторождений полезных ископаемых. М., МГУ, 1994.
2. Альбов М.Н. Опробование месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1975.
3. Крейтер В.М. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. Ч. I. М., Госгеолтехиздат, 1960. Ч. II. М., Госгеолтехиздат, 1961.
4. Милосердина Г.Г., Прокофьев А.П. Сборник типовых задач по геологоразведочному делу. М., Недра, 1976.
5. Смирнов В.И. Подсчет запасов месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1960.

Вверх | Содержание курса | Лабораторные занятия | Литература