Химическое (минералогическое) опробование

Пробы полезного ископаемого, отбираемые в процессе проведения поисково-разведочных работ, называют рядовыми. Целью их отбора является как можно более точное определение содержаний полезных компонентов, образующих руду, и вредных, затрудняющих извлечение этих полезных компонентов из руды. Эти данные необходимы для точного оконтуривания рудных тел, то есть для определения его размеров по всем направлениям и количества содержащихся в нём полезных компонентов. Надёжность рядового опробования контролируется постоянно отбором контрольных проб и взвешиванием отобранных проб известного сечения и известного объёмного веса.

В практике геологоразведочных работ применяется несколько способов отбора рядовых проб: бороздовый, задирковый, керновый, шпуровой, точечный и способ вычерпывания. Каждый из них применяется в конкретных условиях изучаемого месторождения и зависит как от типа и размеров рудных тел, так и от методов поисков и разведки этого месторождения.

2.1. Бороздовый способ. Этот способ наиболее широко применяется при опробовании рудных тел в естественных обнажениях и горных выработках (канавах, шурфах, шахтах, штольнях и т. д.) на всех стадиях поисково-разведочных и эксплуатационных работ. Целью бороздового способа является выяснение минерального и химического состава руд. Большую роль играет при этом способе опробования выбор направления борозды. Оно должно обязательно совпадать с направлением максимальной изменчивости (невыдержанности) распределения оруденения в рудном теле. Таким направлением в большинстве случаев является направление истинной мощности рудного тела или, как говорят, вкрест простирания рудного тела. При отборе бороздовой пробы (борозды очень важно производить равномерный отбор материала по всей длине пробы, независимо от твёрдости горных пород, слагающих рудное тело.

Во многих случаях оруденение распространяется за пределы непосредственных, макроскопически видимых его границ, перемещаясь во вмещающие породы. Содержание полезных компонентов в этих случаях во вмещающих породах может быть значительно выше минимально промышленного. Поэтому необходимо проводить отбор бороздовых и любых других проб и по вмещающим породам, обеспечивая полное оконтуривание изучаемого рудного тела. Только в таком случае будет возможно определить истинные размеры и соответственно – истинный объём рудной массы в этом рудном теле.

Так, на редкометальных месторождениях Среднего Тимана для ограничения (оконтуривания) рудных тел применялась следующая методика, полностью себя оправдавшая при подсчёте запасов руды. Согласно этой методике породы висячего и лежачего боков рудного тела опробовались с каждой стороны тремя бороздовыми пробами. Непосредственно на контакте с рудной жилой отбирались последовательно две бороздовые пробы длиной по ½ от длины прилегающей пробы по рудной жиле. Третья проба по длине равнялась длине этой прилегающей к зоне контакта пробе. В случае если длина борозды по рудной жиле составляла 80 см, по вмещающим породам с этой стороны жилы отбирались последовательно две пробы длиной по 40 см, а последующая бороздовая проба (завершающая схему) имела длину основной пробы по жиле, то есть 80 см. Таким способом практически во всех случаях удавалось выполнить оконтуривание рудных тел (рис. 2) при первичной документации и опробовании.

При этом надо иметь в виду, что в каждом конкретном случае схема опробования рудных тел выбирается исходя из конкретных условий их залегания и с учётом результатов первичного опробования. В таком случае не возникает необходимости повторного проведения трудоёмкого процесса рядового опробования после получения результатов химических анализов. Часто это к тому же бывает технически невыполнимо, так как горные выработки после проходки, геологической документации и опробования в соответствии с требованиями техники безопасности подлежат засыпке (ликвидации).

Длина бороздовой пробы определяется мощностью рудного тела или опробуемого интервала и его однородностью. Она изменяется в пределах от 0.3–0, 4 м до 3–4 м. При неоднородном строении рудного тела отбираются секционные пробы при длине секции не менее 0.2–0.3 м по каждой разновидности руды. При мощности рудной зоны менее 0.2 м бороздовые пробы считаются не представительными и заменяются другим способом опробования (задирковым). Бороздовые пробы длиной свыше 1 м отбираются по мощным рудным телам однородного строения и состава.

Сечение борозды чаще всего принимается прямоугольным, реже – треугольным. Ширина борозды принимается, как правило, больше глубины. Сечение бороздовой пробы напрямую зависит от мощности рудной зоны и характера распределения в ней рудных компонентов.

Г.Д. Ажгирей и др. (1954) рекомендуют для бороздовых проб прямоугольной формы следующие сечения:

При меньшей мощности рудных тел соответственно увеличивается сечение борозды. Правильность выбора размеров сечения борозды проверяется контрольным отбором по этому же направлению пробы большего сечения. При отборе проб очень важно строго выдерживать принятое сечение по всей длине пробы, независимо от крепости горных пород, входящих в опробуемое сечение.

На некоторых месторождениях применяется разновидность бороздового опробования, называемая пунктирной бороздой. При этом способе опробования отбирается не сплошная борозда (или секционная) по всей мощности рудного тела, а с перерывами. Как правило, пунктирное опробование требует контрольной проверки нормальным бороздовым опробованием. Пунктирные бороздовые пробы отбираются при большой мощности рудных тел и весьма равномерном характере распределения оруденения в рудной зоне.

При секционном опробовании и очень крепких опробуемых породах сечение борозды необходимо увеличивать, что повышает достоверность опробования.

Для россыпей золота, платины, редкометальных и некоторых других минералов сечение борозды также необходимо увеличивать до 20 х 10 см.

В горных выработках бороздовое опробование производится в зависимости от условий залегания рудных тел и вмещающих горных пород. Так, при крутопадающих рудных телах (например, жилах) в канавах и других горизонтальных горных выработках (штольни, штреки и др.) они опробуются по забою, кровле или подошве выработок. В вертикальных горных выработках (шурфы, шахты, восстающие и др.) чаще опробуются их забои и стенки (рис. 3, 4).

Отбор бороздовых проб производится вручную с помощью твёрдосплавного зубила и молотка (кувалды) по предварительно намеченному контуру пробы. Правильность отбора выбранного сечения контролируется взвешиванием материала отобранной пробы и сравнением полученного значения веса с расчётным для принятого сечения борозды по формуле:

P = а х b x c x V, где:

a, b, c – линейные размеры борозды (длина, ширина, глубина);

V – объёмный вес руды;

Р – вес пробы.

Опробование тщательно документируется: место отбора точно показывается на карте или плане опробования, на зарисовке горной выработки в полевом дневнике или журнале опробования в более крупном масштабе. При этом детально описываются все текстурно-структурные особенности рудного материала, отмечаются визуально выявленные минеральные особенности руды и вмещающих горных пород.

2.2. Задирковый способ. Применяется при поисково-разведочных работах на маломощных жильных рудных телах (если мощность их не превышает, как правило, 30 см) и при опробовании рудных тел крайне неравномерным распределением полезных компонентов. Он является также способом контроля бороздового и других способов (за исключением валового). Такое опробование проводится только по рудной зоне. Вмещающие горные породы опробуются при этом бороздовым или валовым способом. В пробу обычно отбирается из выбранного сечения вся рудная масса из забоя, подошвы или стенки горной выработки, а также из естественного обнажения. Длина задирковой пробы обычно не превышает 2 м, а глубина её значительно больше, чем глубина борозды и чаще всего составляет 5–10 см. Она находится в прямой зависимости от мощности рудного тела.

При отборе задирковых проб особое внимание следует уделять выравниванию поверхности, с которой будет отобрана проба. Как и при отборе бороздовой пробы, необходимо строго следить за соблюдением правильного сечения пробы и полным выбором материала задирковой пробы. Контроль пробоотбора и в этом случае осуществляется взвешиванием собранного в пробу материала и сравнения его с расчётным весом пробы, который получается таким же способом, что и при бороздовом опробовании.

Места отбора проб с указанием особенностей материала пробы, особенно в случае наличия гнёзд богатых руд или крупнокристаллических рудных минералов, струйчатого или полосчатого распределения рудных или каких-либо других минералов тщательно зарисовывается. Параллельно производится детальное описание всех установленных особенностей рудного тела.

2.3. Опробование керна скважин производится по рудным зонам и окружающим их вмещающим горным породам как висячего, так и лежачего боков.

Длина пробы зависит от мощности рудного тела и составляет в среднем 1.0–1.5 м. При меньшей мощности рудного тела (рудной зоны) длина пробы будет соответственно меньше. При больших мощностях рудных тел и однородности руды она может быть увеличена до 2–3 м, в редких случаях – до 5 м. Увеличение длины керновой пробы должно быть обосновано предварительным опробованием более короткими интервалами (до 1 м). Минимальная длина пробы по керну обычно не бывает менее 25 см.

При возможности выделения в составе рудного тела (рудной зоны) разных сортов руды опробование производится по интервалам, соответствующим участкам рудного тела, сложенным рудой разных сортов, то есть секционными пробами, описанными выше.

Вмещающие породы лежачего и висячего боков опробуются самостоятельными пробами длиной, обеспечивающей ограничение контура (оконтуривание) рудного тела. Непосредственно на контакте с визуально выделенной рудой отбираются пробы длиной по 0.25–0.5 м, а далее могут быть отобраны более удлинённые пробы (до 1 м). Схема отбора проб вырабатывается на основании визуального изучения разреза и результатов минералого-химических исследований по ранее опробованным интервалам этого рудного тела или аналогичных рудных тел изучаемого рудного поля (месторождения).

В пробу по керну отбирается половина столбика керна, раскалываемого пополам вдоль длинной оси с таким расчётом, чтобы в неё вошла зеркальная половина керна (рис. 5). Это особенно важно при наклонном положении рудных жил и прожилков или при наклонном залегании вмещающих горных пород.

Раскалывание керна производится с помощью ручного или механического прибора, называемого керноколом. При крепких и очень крепких породах, если они не могут разубожиться при промывке водой, для разделения керна можно применять твёрдосплавные или алмазные пилы (диски). В таком случае необходимо провести контрольные анализы по расколотым и распиленным образцам руды и вмещающих её пород. В случае отсутствия разубоживания или, возможно, обогащения руды в процессе распиловки, этот наиболее производительный и современный способ является более предпочтительным.

Опробование Кена сопровождается детальной зарисовкой места отбора пробы и подробным описанием опробованного интервала с выделением секций проб по сортам или типам руд.

В процессе бурения часть рудной зоны разбуривается (разрушается буровым инструментом), истирается и превращается в шлам, выносимый из ствола скважины вместе с промывочной жидкостью. При выходе керна по рудным интервалам менее предусмотренного проектным заданием (обычно менее 70%) дополнением к материалу керновых проб может служить рудный шлам. Отбор проб шлама необходимо производить также в тех случаях, когда в процессе бурения происходит систематическое обогащение или разубоживание рудного керна за счёт его избирательного истирания. При низком выходе рудного керна применяется бурение без промывки или более короткими рейсами.

Отбор проб шлама производится с тех же интервалов, что и проб керна. Он (шлам) осаждается или улавливается специальными шламовыми трубами и устройствами в виде желобов с перегородками и чанов. После просушивания и взвешивания шлам дробится, истирается и отправляется на исследование химическим, минералогическим, спектральным или каким-либо другим методом.

2.4. Шпуровой способ может применяться по шпурам, пробуренным при проходке горных выработок взрывным методом, как по рудным интервалам, так по вмещающим горным породам, либо по специальным «опробовательским» шпурам. Бурение шпуров осуществляется с промывкой, поэтому истёртая горная порода превращается в шлам, аналогичный образованному при бурении скважин.

Сбор шлама производится в специальных отстойниках, в которые он поступает через патрубок пробного шпура. Шпуровые пробы при равномерном распределении оруденения могут отбираться по всему забою. Чаще одну пробу составляют шпуры одной проходки.

При неоднородности рудного тела, сложенного разными сортами (типами) руды, в одну пробу объединяется шлам по одному сорту руды. В этом случае пробу может составить шлам из нескольких проходок (с нескольких забоев горной выработки).

2.5. Точечный способ применяется при опробовании рудных тел на месторождениях с равномерным распределением полезных компонентов и значительной мощностью рудных тел. Он может также применяться и при эксплуатации месторождений открытым (карьерным) способом.

Точечная проба отбирается из забоя, стенок или кровли горной выработки путём откалывания штуфов (образцов) в точках, расположенных по правильной квадратной или ромбической сетке на опробуемой поверхности.

Все отобранные штуфы (сколки) должны иметь примерно одинаковый размер и объединяться в одну точечную пробу. При этом способе опробования порции в точках отбора (частные пробы) должны располагаться в точках пересечения линий (рис. 6).

2.6. Способ вычерпывания. Этим методом чаще опробуются рудные тела при проходке горных выработок с применением взрывчатых веществ. После отпалки (взрыва) около забоя образуется навал горной породы (если проходка осуществляется по рудной зоне – руды). На выровненной поверхности навала намечается сетка опробования квадратной или ромбической формы (по аналогии с точечным опробованием). В отличие от точечного способа при вычерпывании частные пробы «вычерпываются» из середины квадратов или ромбов. Объём всех частных проб, составляющих рядовую пробу, должен быть примерно одинаков, что обеспечивает представительность не только по весу (или объёму), но и по качеству исследуемого материала. Если кусковатость материала неравномерная и в центре фигуры (квадрата, ромба) в частную пробу попадает слишком крупный материал (кусок породы), от него откалывается осколок, соизмеримый с размерами обломков, взятых из других точек (квадратов, ромбов). Методом вычерпывания обычно опробуется каждая проходка по рудной зоне горной выработки.

2.7. Штуфной способ может применяться при обнаружении одиночных обломков оруденелых горных пород или их свалов, а также обломков руды на поверхности Земли, развалов, скоплений в аллювии, среди других типов горных пород или рыхлых отложений. Он применяется также при изучении коренных (дочетвертичных) отложений с неустановленным оруденением, при отборе образцов горных пород для изучения их химического, минерального и другого состава, а также образцов горных пород для геологических музеев по любым разновидностям горных пород любого генезиса, образцов с органическими остатками и в других случаях.

2.8. Валовое опробование. Этот способ опробования применяется в тех случаях, когда любой другой способ не обеспечивает надёжных, достоверных сведений о полезном ископаемом (потенциальном полезном ископаемом) в отношении его минерального или химического состава, включая полезные и вредные компоненты. Его используют довольно часто в качестве контрольного способа опробования при применении любого рядового способа опробования, особенно при маломощных рудных телах и неравномерном и весьма неравномерном распределении полезных компонентов рудной массы на месторождениях.

Заключается валовое опробование в отборе для исследований всего рудного материала, который получается при проведении горных выработок по определённым интервалам. В случае чрезвычайно большой массы руды, полученной в выработке, и при относительной равномерности распределения оруденения (полезных и вредных компонентов) при отборе применяется метод кратности. Например, можно в таком случае отбирать в валовую пробу ½, 1/5, 1/10, 1/20 и т. д. часть полученной рудной массы. В таком случае при ручном пробоотборе в пробу берётся каждая вторая. Пятая, десятая или двадцатая лопата руды, ведро или другой мерный сосуд. При необходимости отбора больших объёмов руды в пробу может отбираться соответственно каждая вторая, пятая, десятая, двадцатая вагонетка руды. Остальная масса руды хранится или используется по прямому назначению для извлечения полезных компонентов.