CC BY
32
© Д.А. Селиванов, Л.З. Быховский, С.А. Емельянов, 2014
УДК 550.8: 553.494'311 (470.54)
Д.А. Селиванов, Л.З. Быховский, С.А. Емельянов
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАЗВЕДКИ ТИТАНО-МАГНЕТИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СОПОСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ РАЗВЕДКИ И РАЗРАБОТКИ ГУСЕВОГОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
На основе более чем 60-летнего опыта эксплуатации четырех карьеров Гусево-горского титаномагнетитового месторождения проведено сопоставление данных разведки и разработки, которые показали хорошую сходимость результатов оценки запасов. А также хорошая сходимость была получена при вычислении различных статистических показателей и данным анализа вариограмм (зон влияния кри-гинга). На основе полученных данных даны рекомендации по проведению эксплуатационной разведки на месторождениях Качканарской группы (Гусевогорское и Собственно-Качканарское), а также других месторождениях - аналогах (Суроям, Б. Сейим).
Ключевые слова: титаномагнетитовые руды, геолого-экономическая оценка, разведочная сеть, анализ геологоразведочных работ, эксплуатационная разведка, сопоставление данных разведки и эксплуатации, геостатистика, вариография.
Титаномагнетитовые руды в настоящее время являются одним из ведущих промышленных типов железорудных месторождений и основным видом минерального сырья для получения ванадия. Ильменит-титано-магнетитовый тип этих руд -важный источник получения титана. Они традиционно относятся к позд-немагматическому классу магматоген-ных месторождений, пространственно и генетически связаны с ультрабазит-базитовыми комплексами. Промышленную ценность месторождений повышает наличие ванадия. Кроме того, в ряде месторождений (Волковское и др.) выявлены извлекаемые количества Бе, Си, Со, N1, Аи, Р1, Ра и др.
В структуре запасов титана и ванадия титаномагнетитовые руды занимают значительную долю: за рубежом с этим промышленным типом связано 6,5 % подтвержденных запасов железных руд, около 60 % запа-
сов ТЮ2 и более 90 % запасов У205; в России эти цифры составляют соответственно 13, 48 и 92 % [1].
Неуклонное возрастание роли ти-таномагнетитовых руд в добыче железорудного, титанового и ванадиевого сырья - реальность XXI века. Месторождения этого типа требуют углубленного изучения, геолого-экономической оценки и вовлечения в промышленное освоение, в частности совершенствования методики разведки, оценки запасов и эксплуатационной разведки.
Крупнейшими титаномагнетитовы-ми месторождениями России, являются месторождения Качканарской группы (МКГ), в которую входят Гусевогорское и Собственно-Качка-нарское (СКМ) месторождения. МКГ являются сырьевой базой Качканар-ского горно-обогатительного комбината (КГОК) - одного из крупнейших предприятий России и Европы. В на-
Усланные обозначения:
аллювиальные
отложения 1 амфиболиты | плагиоклазовые
1 .амфиболиты | эпидолери-гооыс
пироксемиты
7 I фактические (Гуснюгорского / | йвсторождеиия)
[Т
В
|Сабсгкнно-1Срчканврского иесюрокпен и» н ,1 коней отрдйпгки) п»-1 ни ргэре^лп
1 рудные телл
ГЙ моиерг рудных тея: I - СоКпвМЖНОИКШЦрвЖН месторождение
I-1 2-9 - РУДНЫЕ залежи Гусенапдюоло мепирпждени*
2 - -'>•.'ь. 3 - Грввнар, 4 - Звгчдчая. 5 - Южная, 6 - Проиеж^цная Ш, 1 -Проиежушинан II, 3 - Промежуточная I
Рис. 1. Схематическая геологическая карта Качканар-ского массива
стоящее время на ЕВРАЗ КГОКе руда добывается четырьмя карьерами Гусевогорского месторождения, Собственно-Качканарское является его сырьевым резервом. В 2012 году на карьерах Гусевогор-ского месторождения было добыто свыше 53 млн. т руды. Начало эксплуатации СКМ планируется в 2015 году.
Эксплуатация Гусевогорского месторождения была начата в 1963 году. На месторождении всего пробурено более 1200 разведочных и более 4000 эксплуатационно-разведоч-ных скважин. Объем данных является весьма представительным для достоверного
сопоставления данных разведки и эксплуатации, для проведения геостатистических исследований, а также исследований методами вариационной статистики.
Выполненное сопоставление данных разведки и разработки Гусево-горского месторождения уникально по объему: подсчитанные по детальной разведке и эксплуатационной разведке запасы руды в контурах полувековой отработки составляют около 2 млрд.т.
Сопоставление данных разведки и разработки выполнялось по всему объему отработки 4-х карьеров с 1963 по 2011 г. Сопоставлялись результаты детальной и эксплуатационной разведок в отработанном пространстве по запасам и качеству руд [2]. Подсчет запасов, как по данным детальной разведки, так и по данным эксплуатационной разведки производился по одной методике:
- подсчет запасов выполнен методом параллельных сечений способом вертикальных разрезов;
- бортовое содержание соответствовало утвержденному в предыдущих подсчетах (кроме 1988 г.) 14% железа общего;
- минимальная мощность рудного тела принята равной 10 м;
- максимальная мощность прослоев пустых пород и некондиционных руд -10 м;
- при мощности рудного тела менее регламентируемой кондициями
использовался соответствующий мет-ропроцент -140 м%;
- прослои некондиционных руд мощностью более 10 м, не поддающиеся геометризации, учтены статистически при помощи коэффициента рудоносности.
Первым этапом работ по оконту-риванию рудных тел было выделение рудных интервалов по разведочным и эксплуатационным скважинам. В рудный интервал объединялись пробы с содержанием железа выше бортового. Пробы внутри рудных тел с некондиционным содержанием железа, но мощностью менее 10 м были включены в подсчет запасов. Интервалы некондиционных руд и пустых прослоев мощностью более 10 м, которые невозможно геометризовать, учитывались по скважине коэффициентом рудоносности.
На втором этапе выполнен статистический анализ распределения содержаний железа общего по разведочным и эксплуатационным скважинам. Для анализа распределения содержаний Реобщ в объеме (в пределах Главного и Южного карьеров Гусево-горского месторождения) проведены дополнительные статистические исследования.
Незначительность расхождений в основных статистических показателях для всего массива данных и для данных разведки (без эксплуатационной разведки) дополнительно обусловливает высокую степень сходимости данных разведки и эксплуатации.
Для определения оптимальной плотности сети (в пределах Главного и Южного карьеров Гусевогорского месторождения) и анализа расхождений в результатах, при введении в выборку данных эксплуатационной разведки были проведены дополнительные геостатистические исследования.
Определение оптимальной плотности разведочной сети производилось с помощью построения вариограмм содержаний Реобщ в программном обеспечении Gemcom Surpac, GST (3.0). Вариограммы (карты вариограмм) рассчитывались по сферической модели на основе рудных интервалов (композитов без ограничения содержаний) по 2 направлениям для данных разведки (без эксплуатационной разведки) (рис. 2-3) и для всего массива данных (рис. 4-5).
График весов кригинга интерпретирует созданные вариограммы, в частности, показывает величину зоны влияния кригинга (радиуса автокорреляции), то есть достаточное расстояние между скважинами (максимальное расстояние закономерной изменчивости) для оценки запасов кат. С2 по данным разведки составляет 500 м.
По международным стандартам зона влияния кригинга соответствует необходимой плотности сети для оценки возможных ресурсов (probable), т.е. С2 для месторождений 2-й группы сложности.
Вычислены статистические моменты четырех порядков (табл. 1). Видна практически полная сходимость средних содержаний железа и остальных статистических параметров, а также незначительное увеличение зон влияния кригинга (радиусов автокорреляции, рис. 2-5) при сгущении сети в 2 раза (Главный карьер) и в 4-6 раз (Северный и Западный карьеры).
Выполненное в полном объеме сопоставление данных разведки и разработки в целом по месторождению может служить обоснованием достоверности геологической информации о месторождении, полученной в процессе его разведки и разработки, а также соответствия принятых разведочных кондиций геологическим особенностям месторождения, технологическим свой-
Рис. 2. Вариограмма содержаний Рео^ш аз.0 (данные разведки)
I ВО и 1-25!
Рис. 3. Вариограмма содержаний Гео^ш аз.90 (данные разведки)
ствам минерального сырья и другим параметрам, определяющим условия отработки.
Результаты данных детальной и эксплуатационной разведок по запасам и качеству руд в контурах отработки различаются незначительно - в пределах первых процентов. Однако, погашенные запасы руд существенно (на 17 %) превышают подсчитанные по данным эксплоразведки на четырех карьерах (табл. 2).
Таким образом, можно утверждать, что полученные погрешности оценки запасов и качества руд Гусевогорско-го месторождения свидетельствуют о достаточной достоверности детальной разведки, поскольку расхождения с погашенными запасами руды и металла не превышают 20 %, т.е. ниже допустимой погрешности для запасов категории В при практически полном совпадении с данными эксплуатационной разведки.
Таблица 1
Статистический анализ данных разведки и разработки
Показатели Главный карьер Северный карьер Западный карьер
разведка разв+экспл разведка разв+экспл разведка разв+экспл
число наблюдений 725 1565 204 1380 120 1048
среднее арифметическое 15,18 15,49 13,9 14,31 16,05 15,48
дисперсия 12,41 11,5 12,77 12,35 5,62 5,21
станд. отклонение 3,52 3,39 3,57 3,51 2,37 2,28
коэффициент вариации,% 23,21 21,89 25,67 24,55 14,7 14,7
среднее абс. отклонение 2,62 2,43 2,54 2,55 1,6 1,6
асимметрия -1,03 -1,06 -1,69 -1,3 -1,09 -0,5
эксцесс 1,8 2,68 3,21 2,95 2,49 2,6
зона влияния кригинга, м 500 600 1000 1100 400 500
Таблица 2.
Результаты сопоставления данных разведки и разработки Гусевогорского месторождения
Карьер Летальная разведка Эксплоразведка Погашено 1963-2010 гг. Расхождения
Запасы, млн. т Сод. Ре, % Запасы, млн. т Сод. Ре, % Запасы, млн. т Сод. Ре, % Запасы Сод. Ре
Главный 555,1 17,41 573,4 17,45 707,2 16,46 +14,5% -5,7%
Южный 47,3 16,95 44,4 16,53
Северный 474,0 16,53 489,0 16,62 579,6 15,59 +18,5% -6,2%
Западный 391,1 17,25 385,2 16,81 459,8 15,82 +19,4% -5,9%
Всего: 1467,5 17,07 1492,0 16,98 1746,6 16,00 + 17,1% -5,8%
Таблица 3
Результаты анализа плотности разведочной сети методами геостатистики и вариационной статистики
Месторождение Геостатистика Вариационная статистика Фактическая сеть/рекомендации ГКЗ для 1 и 2 групп [3]
вБТЗ ви^рае гаг-пвг
скм 860x780* 750x700 3100x3100 400x400/1600x1600, 600x400
Гусевогорское: - - - -
Главная + Южная залежь 700x660 600x580 1300x1300 400x400/1600x1600, 600x400
Северная залежь 1100x950 980x950 1150x1100 400x400/1600x1600, 600x400
Западная залежь 500x450 700x680 1500x1300 400x400/1600x1600, 600x400
"параметры сети в таблице приведены для категории запасов С2.
Главной причиной «переотхода» запасов и снижения среднего содержания железа представляется засорение руды слабооруденелыми породами с содержанием железа 12-13%, на что указывает фактическое разубоживание около 6% и засорение порядка 15%.
Отклонения показателей качества руд связано со степенью изученности на стадии бурения разведочных и эксплуатационно-разведочных по сетям 200х100м и 50х50 м соответственно. В результате более детального исследования буровзрывных скважин шламовым и геофизическим способами опробования производится уточнение распределения железа в промежуточных интервалах сети разведки, как в площадном направлении, так и по глубине. Подсекаемые в пределах уступа (10-15 м) интервалы ниже бортового содержания не всегда возможны для включения в породные окна, и неизбежно являются засоряющими в процессе добычи руды.
Таким образом, при отработке Гу-севогорского месторождения происходит постоянное не поддающееся, в настоящий момент, анализу и учету разубоживание за счет примешивания в отрабатываемую руду неустановленных разведочными работами про-
слоев слабооруденелых пород, селективная отработка которых технически и организационно невозможна, с учетом объемов руды перерабатываемых на КГОКе (>50 млн т руды в год).
Основными задачами эксплуатационной разведки является уточнение контуров, вещественного состава и внутреннего строения тел полезного ископаемого, количества и качества запасов по технологическим типам и сортам руд с их геометризацией, уточнение гидрогеологических, горнотехнических и инженерно-геологических условий отработки по отдельным участкам, горизонтам, блокам [2].
В состав работ стадии входят проходка специальных разведочных выработок, бурение скважин, опробование различными методами, геофизические исследования. На карьерах Гусевогорского месторождения проводится опережающая и сопровождающая эксплуатационная разведка. Опережающая разведка, включающая бурение колонковых скважин на 3-4 уступа, со сгущением сети 50х50 метров, направлена на решение задач оперативного планирования отработки и уточнения геологического строения, качества руды и др. По ее результатам производится уточнение
схем подготовки и отработки тел полезного ископаемого, подсчитывают-ся запасы подготовленных к отработке блоков и запасы готовые к выемке. Сопровождающая разведка (бурение буровзрывных скважин на 1 уступ, по сети 5х5 метров) проводится в процессе очистных работ и решает задачи текущего планирования добычи, в том числе управления качеством ру-допотоков, контроль полноты и качества отработки. Одним из основных видов работ при этом является опробование взрывных скважин.
Исследованиями показано, что при проведении опережающей эксплуатационной разведки, направленной на обеспечение оперативного планирования отработки и уточнения геологического строения, качества руды, эти задачи принципиально не решаются, и дополнительной информации о коэффициенте рудоносности и качестве руд в сущности не дают, поскольку результаты детальной разведки в полной мере обеспечивают решение вышеуказанных задач.
На этапе же сопровождающей разведки в полной мере обеспечивается контроль качества руды подготовленной к выемке и поставляемой на фабрику, а также полнота и качество отработки. Из вышеуказанного следует, что в условиях месторождений Качканарской группы проведение опережающей эксплуатационной разведки представляется излишним.
Отказ от планируемого колонкового бурения эксплуатационно-разведочных скважин глубиной 45-60 м по сети 100-50х50 м на СКМ весьма актуален для Качканарского ГОКа ввиду начала строительства карьера, поскольку бурение несколькими станками в карьере будет усложнять и просто мешать проведению добычных работ.
На Гусевогорском месторождении добыча руды производится на глубоких горизонтах карьеров без разноса верхних уступов. Остаточные запасы Главной, Южной, Северной и Западной залежей в проектных контурах углубки карьеров в достаточной степени разведаны и не требуют детализации колонковыми скважинами по сети 50х50 м.
Одной из основных задач сопоставления данных разведки и разработки является совершенствование методики дальнейших разведочных работ и подсчета запасов, а также добычи и переработки минерального сырья, методики доразведки и эксплуатационной разведки месторождений. Проведенные исследования направлены именно на совершенствование методики разведочных и эксплуатационных работ. В результате они позволяют отказаться от проведения этапа опережающей эксплуатационной разведки, что не только дает экономический эффект, но и оптимизирует производство горных работ на карьерах Гусевогорского месторождения.
Методами геостатистики и вариационной статистики был выполнен анализ плотности разведочной сети. Поскольку геологическое строение МКГ является относительно простым и оруденение носит весьма выдержанный характер, стала возможной апробация различных методов оценки и анализа плотности разведочной сети и выявление возможности подтверждения одних методов другими. Данные сопоставления разведки и разработки при этом полностью подтверждают результаты этих исследований. Геостатистические исследования проводились в специализированных программах GST (3.0) и Gemcom Surpac. Многовариантное разрежение сети (метод вариационной статистики) проводилось также с помощью спе-
Рис. 4. Вариограмма содержаний Реобшаз.0 (данные разведки и эксплуатации)
Рис. 5. Вариограмма содержаний Реобшаз.90 (данные разведки и эксплуатации)
циализированной программы ^И. Результаты исследований приведены в табл. 3.
Из результатов расчета видно, что фактически созданная разведочная сеть гуще, как приведенной в методических рекомендациях ГКЗ (примерно в полтора раза), так и оптимальной вычисленной (в два раза). Это говорит о том, что месторождения переразведаны и при-
нятые (применяемые) параметры разведочной и эксплуатационной сетей являются нерациональными. Это необходимо учитывать при оценке запасов, степени разведан-ности и проведении дальнейших геологоразведочных работ на месторождениях Качканарской группы, а также аналогичных титано-магнетитовых месторождениях (Су-роям, Б. Сэйим и др.) [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Титаномагнетитовые месторождения России: минерально-сырьевая база, перспективы освоения и комплексного использования / Ф. П. Пахомов, Ё. П. Тигунов, Ё. З. Быхов-ский. - 2010
2. Методические рекомендации по сопоставлению данных разведки и разработки месторождений твердых полезных ископаемых - 2007..
3. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Железные руды.- 2007.
4. Оценка группы сложности геологического строения месторождений Качканар-ской группы по количественным показателям / Селиванов Д.А., Быховский Ё.З., Емельянов С.А. «Разведка и охрана недр», вып. 01' 2014. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Быховский Лев Залманович - доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник, е-шаИ: [email protected]
Емельянов Сергей Александрович - кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, е-шаП: [email protected]
Селиванов Данила Андреевич - аспирант, младший научный сотрудник, е-шаП: [email protected]
Всероссийский научно-исследовательский институт им. Н.М.Федоровского (ВИМС).
UDC 550.8: 553.494'311 (470.54)
IMPROVEMENT IN FIELD EXPLORATION TITANOMAGNETITE DEPOSITS COMPARISON RESULTS EXPLORATION AND DEVELOPMENT GUSEVOGORSKOYE DEPOSIT
Bykhovskiy L.Z., Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Chie Researcher, Emelyanov S.A., Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Leading Researcher, Selivanov D.A., Graduate Student, Junior Researcher,
Federal state unitary enterprise «All-russian scientific-research institute of mineral resources named after N.M. Fedorovsky».
Based on more than 60 years of operating experience Gusevogorskoye titanomagnetite deposit compared the data exploration and exploitation, which showed good convergence results of the evaluation of reserves , as well as various statistics and data analysis, variogram (weights of influence kriging). Based on the data given recommendations for operational intelligence on deposits Kachkanarskaya group (Gusevogorskoye and Sobstvenno- Kachkanarskoye deposits), as well as other fields - analogues (Suroyam , B. Seyim).
Key words: titanomagnetite ores, geological and economic evaluation , exploration network analysis of geological exploration operational intelligence, comparison of data exploration and exploitation, geostatistics , variography.
REFERENCES
1. Pakhomov F.P., Tigunov L.P., Bykhovskii L.Z.. Titanomagnetitovye mestorozhdeniya Rossii: mineral'no syr'evaya baza, perspektivy osvoeniya i kompleksnogo ispol'zovaniya (Titanium magnetite deposits in Russia: Mineral and raw material base, outlook for development and comprehensive utilization). Mineral'noe syr'e. Seriya geologo-ekonomicheskaya, No. 30. Moscow, VIMS, 2010, 138 p.
2. Gosudarstvennaya komissiya po zapasam poleznykh iskopaemykh» (FGU «GKZ»). Metodicheskie reko-mendatsii po sopostavleniyu dannykh razvedki i raz-rabotki mestorozhdenii tverdykh poleznykh iskopaemykh (Recommended practice for comparison of the data on exploration and development of hard mineral deposits). MPR Rossii ot 03.04.2007 №11-17/0044-pr.
3. Metodicheskie rekomendatsii po primeneniyu Klassifikatsii zapasov mestorozhdenii i pro-gnoznykh resur-sov tverdykh poleznykh iskopaemykh (Recommended practice for application of "Classification of Hard Mineral Reserves and Undiscovered Potential Resources"). MPR Rossii ot 05.06.2007 g. No 37-r.
4. Selivanov D.A., Bykhovskii L.Z., Emel'yanov S.A. Otsenka gruppy slozhnosti geologicheskogo stroeniya mestorozhdenii Kach-kanarskoi gruppy po kolichestvennym pokazatelyam (Evaluation of geological structure complexity of the Kacharsky group deposits by quantitative indicators). Razvedka i okhrana nedr, № 1, 2014.
