Морфология рудных месторождений

Понятие морфологии месторождений включает:

· формы рудных тел;

· характер формы контактов с вмещающими породами;

· мощность и ее изменчивость;

· условия залегания;

· выдержанность оруденения;

· соотношение с вмещающими породами по времени образования;

· глубина залегания;

· степень и характер нарушенности пострудными тектоническими процессами.

Форма тел. По соотношению размеров выделяются три основных морфологических типа: изометрические, плитообразные и трубообразные. Изометрические – приблизительно равновеликие в трех измерениях. Сюда относятся штоки, штокверки и гнезда (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Формы рудных тел.

а – пласт; б – линза; в – шток; г – жила.

Шток – крупная (более 10 м) изометрическая залежь сплошного или почти сплошного минерального сырья. Если размеры подобных залежей меньше 10 м, их называют гнездами.

Штокверк – массивный объем горной породы изометрической формы, пронизанный различно ориентированными прожилками с вкрапленностями минералов (полезных компонентов).

Пласт – плитообразное тело, чаще осадочного происхождения, отделенное от других (вмещающих) пород относительно параллельными плоскостями напластования.

Жилы – трещины в горных породах, заполненные минеральным веществом. Боковые ответвления, проникающие во вмещающие породы, называются апофизами.

Трубообразные – рудные тела, вытянутые в одном направлении в глубину. Типичным примером трубообразных залежей являются алмазоносные трубки кимберлитов.

Контакты рудного тела с вмещающими породами бывают четкие и нечеткие (определяются по данным опробования), спаянные и легкоотделяемые, извилистые и относительно ровные. Характеристика контактов оказывает большое влияние на показатели разубоживания руды особенно при отбойке маломощных рудных тел.

Мощность рудной залежи и ее изменчивость. Мощность рудного тела – расстояние по нормали между висячим и лежачим боками залежи, пласта. Мощность рудных тел колеблется в широких пределах от первых десятков сантиметров до 100 и более метров. Этот параметр является весьма важным при выборе системы разработки. По мощности месторождения разделяются на пять групп:

· весьма тонкие – до 0, 7 м;

· тонкие 0, 7 – 2, 0 м;

· средней мощности 2, 0 – 5, 0 м;

· мощные 5, 0 – 20, 0 м;

· весьма мощные – более 20, 0 м.

Для рудных месторождений характерна высокая изменчивость мощности по простиранию и с глубиной. Резкие изменения этого параметра осложняют горные работы, обусловливают повышенное разубоживание руды и ее потери в бортах камер. Обычно для месторождений указывают крайние пределы колебания мощности рудных тел и ее среднее значение. Изменчивость мощности оценивается статистическими методами.

Условия залегания. Пространственное положение рудной залежи характеризуется следующими элементами залегания: простиранием, глубиной распространения и углом падения (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Элементы залегания залежей полезных ископаемых.

Линия простирания – линия (АВ), образующаяся при пересечении поверхности залежи с горизонтальной плоскостью. Направление линии простирания называют простиранием рудного тела. Простирание характеризуется азимутом – углом между магнитным меридианом и линией простирания, Азимут определяется горным компасом.

Линия падения – линия (ДС), лежащая в плоскости залежи, перпендикулярная к линии простирания, направленная в сторону большего уклона. Направление противоположное падению называют восстанием залежи.

Угол, составленный поверхностью залежи (висячим боком или кровлей) и горизонтальной плоскостью называют углом падения.

Угол падения является одним из основных факторов, определяющим выбор системы разработки. По углу падения месторождения разделяются:

· крутые – более 50⁰;

· наклонные 20 – 45⁰;

· пологие 3 – 20⁰;

· горизонтальные – до 3⁰.

Выдержанность оруденения характеризуется непостоянством формы рудного тела и элементов залегания, наличием раздувов и пережимов, включений пустых пород, изменчивостью минералогического состава и содержания металла в руде. На большинстве месторождений цветных, благородных и драгоценных металлов обычно наблюдается выклинивание рудного тела, резкие скачки в рудонасыщении или полное отсутствие промышленных минералов. Численное соотношение безрудных и промышленных участков характеризуется площадным или объемным коэффициентом рудоносности:

К_ор = S_руд / (S_руд + S_пор), д.ед., (1.1)

К_ор = V_руд / (V_руд + V_пор), д.ед., (1.2)

где S_руд и V_руд – соответственно рудная площадь и рудный объем в пределах контура орудинения, м², м³;

S_пор и V_пор – соответственно породная площадь и объем в пределах контура оруденения, м², м³.

Нередко рудные залежи характеризуются высокой изменчивостью содержания полезных компонентов, разнообразием минералогического состава и соответственно обогатительными свойствами. В этом случае требуется картирование месторождения по типам руд и обогатимости, разработке технологии их раздельной переработки или совместной со стабилизацией вещественного состава.

Соотношение с вмещающими породами по времени образования. Большинство месторождений цветных, благородных, редких и радиоактивных металлов, многие виды неметаллического минерального сырья относятся к магматическо-метасамотической генетической группе. Эти месторождения сформировались из магматических расплавов и газово-жидких растворов, содержащих металлы. Их размещение связано, как правило, с крупными тектоническими нарушениями: глубинными разломами, складчатыми зонами, предгорными прогибами, антиклиналями и синклиналями. По времени образования оруденения, тектонические нарушения бывают дорудными, внутрирудными и послерудными. Последние значительно и часто усложняют форму промышленного оруденения залежи. При движении растворов происходят гидротермальные изменения минерального состава пород: окварцевание, пиритизация, хлоритизация, доломитизация и т.д. При этом окварцевание повышает устойчивость и крепость руды и вмещающих пород. Остальные изменения, наоборот, понижают эти характеристики.

Глубина залегания месторождения в значительной мере усложняет горнотехнические условия разработки: возрастают горное давление и температура горных пород, возникают области ослабленных участков массива, повышаются требования к технологии добычи и обеспечению безопасности горных работ.

Нарушенность залежей. Рудные массивы, как правило, нарушены тектоническими разрывами, образуя крупноблочную структуру различного порядка (рис. 1.3). Различают следующие виды тектонических нарушений (рис. 1.4).

Рис. 1.3. Типичная структура массива (рудник «Октябрьский»). 1 – вкрапленные руды; 2 – медистые руды; 3 – богатые сплошные руды; 4 – тектонические нарушения.

Сброс – разрывное тектоническое нарушение, сопровождающееся перемещением по вертикальному направлению двух частей рудной залежи вдоль плоскости трещины. При взбросе породы висячего бока смещаются вверх, а породы лежачего бока – вниз. Сдвиг – разрывное тектоническое нарушение, сопровождающееся относительным перемещением двух смежных участков рудного тела в горизонтальном направлении. Надвиг – разрывное тектоническое нарушение, при котором висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на него.

Рис. 1.4. Геологические нарушения.

а – сброс; б – взброс; в – грабен; г – горст; д – надвиг; е – сдвиг.

При сложных перемещениях по нескольким разрывам образуются ступенчатые сбросы (см. рис. 1.3) – горсты (центральная часть поднята, краевые – опущены) и грабены (центральная часть опущена, краевые – подняты).

Перемещение какой-либо точки массива пород от начального ее положения по горизонтали или по вертикали называют, соответственно, горизонтальной и вертикальной амплитудой нарушения.

Усложнение структуры месторождения тектоническими нарушениями крайне затрудняют ведение очистных работ. Во-первых, зоны нарушения весьма неустойчивы, нередко заполнены дробленными породами в смеси с глинами, которые крайне трудно удержать от поступления в подготовительные и очистные выработки. Во-вторых, по этим зонам наблюдаются случаи прорыва грунтовых вод в выработки. В-третьих, в краевых участках нарушения, при подходе к ним подготовительных и очистных выработок формируется высокое опорное давление и возрастает вероятность проявления горного давления в динамической форме.

Качество полезного ископаемого включает в себя следующий комплекс показателей:

· содержание полезных, сопутствующих и вредных компонентов;

· физико-механические и физико-химические свойства;

· вещественный (минеральный и химический) состав;

· структурно-текстурные характеристики (взаимоотношение минеральных агрегатов, их формы, размеры и т.д.);

· распределение полезных и вредных компонентов.

Ценность руд – определяет содержание в них полезных компонентов, уровень извлечения и их рыночную цену. Различают валовую и извлекаемую ценность руды. Валовую ценность руды (Ц_в) определяют:

Ц_в = Ц_р × С / 100, (1.3)

где Ц_р – рыночная стоимость 1 т металла, руб;

С – содержание металла в руде, %.

Валовая ценность комплексной руды равна сумме ценностей металлов, содержащихся в ней.

Извлекаемую ценность (Ц_и) 1 т руды определяют по формуле:

Ц_и = Ц_р × С × К_н × е / 100, (1.4)

где К_н и е – соответственно, коэффициенты извлечения полезных компонентов в процессе добычи и обогащения.

По ценности руды разделяются на богатые, средние и бедные.

Свойства вмещающих пород обладают, таким же, как и руды, разнообразием по крепости, нарушенности и устойчивости. Контакты их с полезным ископаемым бывают четкие или устанавливаются по данным опробования.