CC BY
25
----------------------------------------------- © И.В. Британ, 2008
УДК 622.234.5 И.В. Британ
ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ
Семинар № 19
Т^еолого-промышленная оценка
А. месторождений, в том числе определение рациональных способов их эксплуатации, является конечным продуктом геологоразведочных работ. Но методических разработок по разведке месторождений для скважинной гидродобычи (СГД), относящейся к физикохимическим геотехнологиям (ФХМГ), до настоящего времени нет. В Инструкциях ГКЗ по применению классификации запасов и в других регламентирующих документах не учтены особенности и возможности применения СГД. Нет опыта разработки кондиций на минеральное сырье. Нет утвержденных балансовых запасов для этой технологии.
Соответствующие рекомендации и просьбы, обращенные к Министерству природных ресурсов и ГКЗ РФ, содержались в решении семинара «Физикохимическая геотехнология», проходившего в рамках научного симпозиума «Неделя горняка - 1999». За истекшие с того времени годы существенных сдвигов не произошло. Причина этого кроется не только в недостатке внимания со стороны государственных органов и научно-исследовательских организаций, но и в отсутствии достаточного опыта применения технологии хотя бы в опытно-промышленных масштабах.
Вопросы изучения месторождений при их подготовке к отработке с применением ФХМГ рассмотрены в ряде работ [1-3]. В них определяется комплекс
исследований, который должен быть выполнен при геологоразведочных работах. В целом требования соответствуют тем, которые предъявляются к изучению месторождений, подготавливаемых к эксплуатации традиционными способами. Однако есть существенное отличие. Оно связанно с необходимостью детального выявления физико-геологи-ческих характеристик, требующихся для оконтуривания и расчета объемов геотехнологических типов полезного ископаемого. Пространственное положение последних определяет использование тех или иных технологических приемов добычи и систем разработки.
Но достоверность данных о залежах полезных ископаемых зависит не только от состава исследований. В конечном счете, определяющим фактором является плотность наблюдений и исследований, которая зависит от размеров сетей разведочных скважин и детальности опробования вскрываемых разрезов. В специальной литературе нет сведений о проведенных в этом направлении исследованиях применительно к объектам СГД. В то же время залежи, которые относят к пригодным для добычи этим способом, обычно являются лишь частью месторождений, которые имеют свои особенности морфологии, вещественного состава, вторичных изменений и другие. Поэтому изученность месторождений и изученность
отдельных залежей в его пределах, предназначенных для селективного извлечения способом СГД, как правило, не могут по разведанности оцениваться равными категориями при равных плотностях наблюдений и исследований.
Особое значение имеет детальное изучение физико-геологических характеристик для рудных месторождений, например, месторождений богатых железных руд КМА, в которых прогнозируется присутствие залежей, пригодных для разработки способом СГД, с общими запасами 3-4 миллиарда тонн [4]. Эти месторождения характеризуются во всех трех измерениях высокой неоднородностью рудных массивов, являющейся следствием их генезиса.
Богатые железные руды принадлежат древней коре выветривания железистых кварцитов, приуроченной к зонам тектонических нарушений. От субстрата богатые руды унаследовали псевдослои-стую полосчатую структуру. Разрывные нарушения разделяют рудные залежи на блоки. Неравномерность окислительных процессов обусловила вертикальную зональность. Поздний гипергенез еще более усложнили структуру. В результате природные, а вслед за ними и геотехно-логические типы руд, часто имеют формы неправильных линзовидных и столбообразных образований. В таких сложных гетерогенных системах выделять объекты промышленных масштабов для чувствительной к физико-геологической обстановке технологии невозможно без применения специальных методик и соответствующей детальности наблюдений.
На Шемраевском месторождении КМА выполнен большой комплекс научно-исследовательских и опытных работ с целью разработки технологии СГД. На его примере можно рассмот-
реть некоторые проблемы, связанные с подготовкой месторождений к эксплуатации, а также оценить возможность использования с этой целью материалов, полученных при разведках для традиционных способов разработки.
К промышленным на Шемраевском месторождении отнесены [4, 5] геотех-нологические типы СР1 и ПР2. Их выделение и оконтуривание выполнялось на основании полученных данных опытной эксплуатации, прямых определений физико-механических свойств, геофизических исследований и детального изучения связей между вещественным составом руд, их прочностью и физикотехническими характеристиками.
На Опытном участке месторождения в контурах запасов категории В разбурена сеть скважин (20 - 50)х(20-30) м. Опробование выполнено детальное с учетом каротажных данных и результатов геофизических исследований скважин. Средняя длина проб по скважинам не превышала двух метров; исключались случаи объединения в одну пробу даже близких природных разновидностей. Это позволило полученные для Опытного участка данные принять как достоверные.
С целью определения надежности оконтуривания промышленных типов руд, залегающих внутри прочных разновидностей (РР+КР), использовался метод разряжения. В табл. 1 приведены данные, характеризующие соотношения типов руд для профиля, вскрывающего залежь по падению.
1 Самообрушающиеся самоизмельчающиеся руды.
2 Принудительно сдвигаемые самоизмельчающиеся руды.
ТМйии0а12
иОшп11оШеш1и1аишшкрый.п1ги рпзшчнытш! оггАшраите'м рпзтЗюнтйжефвкашожинм данным опробования
и полтетм £Ши1 про6 РаЗоЛЯ'НОйоЙ-'виСУМмарном интервале, %%
ГеотеХИНПЫ-ру, гические ти- Наед кешины " п°в руд, %% При разряд сениях!С?(ЙЧЯни8яК0Личества
По да иным При длин ах вирДУ9ЛЬн^1Х пр об до типом* руд 1ри втальном
Всего богать лезные руды опро( е жени ова- я 100.0 (мет*Ш).0 1 °еШно фак гическихдайных
3 4 5 6 7 3 4 5 6 7
Сром числе: ПР РР+КР 4: 2 3 ; 4 4 44 5.25 25.31 4 2 2 6 5 9 63 215. 1729 38 3 25 6 38 58 15 27 4 31.9 -28.6 9 3 -13 49 -14 -51 -11 033 3513 39 -40 -20
РР+КР 63.1 59.3 63.5 58.9
Существенные отклонения от исходных данных происходят уже при расстоянии между скважинами 100 метров. В частности, количество руд типа СР снижается почти в три раза. При увеличении сети до 200 метров происходит полное искажение состава по типам руд. Руды СР остаются не выявленными. Доля руд ПР возраст по отношению к первоначальной в 1,4 раза, причем это происходит примерно поровну за счет руд СР и руд, не пригодных для СГД. Аналогичная картина наблюдалась и при разряжении сети по простиранию.
Для определения влияния интервалов опробования на достоверность выделения и оконтуривания типов руд был применен способ создания виртуальных систем опробования с размером проб 3, 5, 6 и 7 метров. Системы создавались для рабочего горизонта в пределах первоочередного участка отработки Шем-раевского месторождения. Рабочий горизонт был выделен в соответствии со следующими требованиями: промышленный коэффициент (отношение мощности руд, пригодных для СГД, к общей мощности рабочего горизонта) не менее 0,5; расчетная продуктивность добычной скважины - не менее 15 тыс. т. На участке горизонт имеет среднюю мощность 89,3 м, в том числе руд СР+ПР -
69,1 м; средняя расчетная продуктивность - около 40 тыс. т.
Системы опробования создавались с использованием компьютерной программы. Содержания компонентов в виртуальных пробах определялись как средневзвешенные на длину проб, которые включались в виртуальную, причем для крайних проб - тех, которые входили в свод частично, взвешивание производилось только на эту часть.
В табл. 2, на примере методической скважины 1 м, где опробование рабочего горизонта выполнено со средней длиной проб 1,32 м, показаны изменения соотношений типов руд в зависимости от размеров проб. При их длинах до 4 м существенных изменений не происходит. Далее наблюдаются резкие скачкообразные отклонения от исходных величин. В табл. 3 и 4 даны изменения соотношений величин интервалов с различными содержаниями железа и цементирующих минералов (шамозит, карбонаты, каолинит, бёмит, гиббсит). За счет неизбежного осреднения содержаний, уже при длине проб 3 м происходит существенное уменьшение интервалов с высокими содержаниями железа и с низкими содержаниями цементирующих минералов. Именно эти компоненты в значительной мере определяют физикомеханические свойства руд [6].
Таким образом, выявленные отклонения показывают неизбежность ошибок при определении физико-
механических свойств руд по данным опробования, если оно производится недопустимо большими интервалами.
В связи с полученными данными приходится переоценивать не только представления о месторождениях богатых железных руд как объектах скважинной гидродобычи, которые были разведаны в 50-е - 60-е годы прошлого столетия, но и изученность Шемраев-ского месторождения, где предварительная разведка, завешенная в 1995 году, проводилась с учетом необходимости выявления руд для СГД.
На месторождении по промышленным категориям (В+С1) разведано 419 млн. т, в том числе 18 млн. т по категории В. Объемы «рыхлых и слабосцемен-тированных руд» составили в запасах категории В 33 % в запасах категории С1 - 57 %. Такое резкое несоответствие в соотношениях типов руд не имеет геологических оснований. Причина в том, что запасы категории С1 разведаны по сети 200х400 метров; средняя длина интервалов опробования 3,54 м. При этом
65,2 % метража оценено пробами длиной более 4 м; 47,7 % - более 5 м; 27,0 % - более 6 м; 18,0 % - от 7 до 11 м. Такие данные не позволяют с позиций СГД относить эти запасы к промышленной категории. Они могут быть оценены не выше категории С2.
Еще хуже положение с оценкой запасов для СГД по данным геологоразве-
дочных работ середины прошлого века. Работы на всех месторождениях выполнялись по единой методике, апробированной в ГКЗ СССР; запасы утверждались по кондициям для шахтной добычи. К запасам категории В относились руды, разведанные по сети 100х400 м. Лишь на Центральном участке Яковлев-ском месторождении пройдено два дополнительных профиля через 200 м и отдельные скважины на профилях через 50 м. К запасом категории С1 относились запасы, разведанные по сети (100 -200)х800 м. Расстояния между профилями в контурах запасов категории С2 измеряются километрами. Например, на Большетроицком месторождении, где в настоящее время начаты геологоразведочные и опытные работы с целью подготовки месторождения к эксплуатации способ СГД, сеть скважин (200-400) х (3800-5500) м.
Опробование проводилось по большим интервалам. На Большетроицком месторождении средняя длина рядовых проб, по которым определялось только содержания железа, составила 7,7 м, а средняя длина групповых проб, для которых получались более полные характеристики (в том числе содержания А1203, SiO2, FeO и др.) - 18,8 м. На Гостищев-ском месторождении средняя длина групповых проб 14,4 м. Аналогичное состояние с опробованием на всех месторождениях КМА.
Таблица 3
Соотношения интервалов с различными содержаниями железа при различны/х длинах проб
Содержания Fe %% Распределение руд по интервалам содержаний (%%) для различных длин проб (м) Отклонения интервалов от фактических (%%) для различных длин проб (м)
факт 3 4 5 3 4 5
>68 3 2 1 2 -28 -52 -41
68 67 22 14 17 14 -34 -22 -36
67 66 24 30 28 29 25 16 20
66 65 24 28 33 35 13 36 43
65 64 10 12 8 9 27 -19 -11
64 63 6 4 6 3 -44 -10 -44
63 62 2 3 1 4 36 -39 90
62 61 1 1 1 0 -28 -4 -100
61 60 2 0 0 0 -100 -100 -100
<60 5 6 4 4 15 -14 -18
Таблица 4
Соотношения интервалов с различными содержаниями цементирующих минералов при различные длинах проб
Содержания цементирующих минералов, %% Распределение руд по интервалам содержаний (%%) для различных длин проб (м) Отклонения интервалов от фактических (%%) для различных длин проб (м)
факт 3 4 5 3 4 5
>20 2 0 0 0 -100 -100 -100
20 10 8 9 10 11 2 14 34
10 7 15 18 14 16 17 -10 3
7 5 24 30 32 27 25 34 13
5 4 24 18 22 23 -27 -8 -7
4 3 15 15 13 13 0 -15 -14
3 2 7 9 7 9 27 -6 26
2 0 4 2 3 2 -45 -27 -55
Статистический анализ, выполненный по данным 3429 пробам богатых железных руд Шемраевского месторождения, показал следующее. Для содержаний железа в рудах, по бортовым содержаниям которого они оконтурива-лись, коэффициент вариации (в процентах) составляет 6, то есть совокупность относится к однородной. Для А1203 он равен 81, SiO2 - 141, карбонатов - 263, шамозита - 81, суммы цементирующих минералов - 75, расчетной прочности на одноосное сжатие - 70. Следовательно,
по показателям, которые определяют геотехнологические характеристики руд, совокупность представляется как весьма неоднородная.
Таким образом, ни разведочные сети, ни данные опробования не позволяют рассчитывать на оконтуривание запасов руд для СГД ни на одном ранее разведанном месторождении. Поэтому любые количественные оценки по объемам руд для СГД необходимо относить к прогнозным ресурсам, не имеющим конкретной про-
странственной привязки внутри массивов богатых железных руд.
К сожалению реальная ситуация не учитывается некоторыми коммерческими и контролирующими организациями. Парадоксальный пример тому - составление ТЭО и начало строительства рудника СГД годовой производительностью 1 млн. т руды в год на участке Гостищевского месторождения богатых железных руд, в пределах которого имелось только две скважины пятидесятых годов прошлого века. Начатое здесь бурение, не подтвердило ожидавшегося преобладания на участке рыхлых руд. Перспективы проекта остаются неопределенными.
Изложенное позволяет уточнить имевшиеся представления по методике оценки залежей, пригодных для СГД [7]. Основные выводы из результатов анализа разведочных сетей и систем опробования следующие:
— геологоразведочные работы, вы-
полненные по методикам, ориентирован-
1. Аренс В.Ж., Исмагилов Б.В., Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. - М.: Недра, 1980.
2. Аренс В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых. - М.: Недра, 1986.
3. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология. - М.: Изд-во МГГУ, 2001.
4. Британ И.В. Ресурсы богатых железных руд КМА для скважинной гидродобычи. Горный журнал, № 1, 2004.
5. Британ И.В. Проблемы геотехнологи-ческой классификации и выделение залежей
ным на эксплуатацию месторождений традиционными способами, как правило, не могут обеспечить достаточной информации для их оценки с позиций СГД; это справедливо, по крайней мере, для рудных месторождений, неоднородных по физико-геологическим характеристикам;
— методика разведки месторождений (залежей, участков) для СГД и применение к ним классификации запасов должны учитывать особые требования по детальности изучения физикогеологических характеристик полезного ископаемого;
— существенные различия в принципах оконтуривания залежей, необходимость включения в оценку физикогеологических и геотехнологических характеристик руд требуют новых подходов к определению параметров кондиций для месторождений, которые готовятся к эксплуатации способом СГД.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
богатых железных руд КМА, пригодных для скважинной гидродобычи. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9, 2001.
6. Британ И.В. О критериях оценки ресурсов богатых железных руд КМА для скважинной гидродобычи. Горный информационноаналитический бюллетень, № 3, 2005.
7. Британ И.В. Скважинная гидродобыча из неоднородных залежей полезных ископаемых. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 12, 2003. ЕШ
— Коротко об авторе -----------------------------------------------------
Британ И.В. - ООО «НИИКМА-ГИДРОРУДА».
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 19 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Ж. Аренс.
