Горно геологическая характеристика месторождений полезных ископаемых
Горная промышленность является основным источником существования и развития других отраслей промышленности, обеспечивая их всем необходимым сырьем. Вся ее промышленная деятельность основана на эксплуатации невозобновляемых природных минеральных ресурсов. Эта особенность требует нести особую ответственность за полноту извлечения запасов полезных ископаемых с минимальными потерями.
Современный этап развития общества характеризуется все возрастающими потребностями человечества в минеральном сырье.
Верхняя твёрдая оболочка Земли называется земной корой или литосферой. Мощность её в среднем достигает 30 – 40 км (под горными хребтами 70 км, а под океанами 8-15км.). Наиболее распространённые элементы, входящие в состав литосферы: кислород- 49%, кремний- 26%, алюминий- 7,45%, железо- 4,2%, кальций- 3,25% и т.д. Только немногие элементы встречаются в самородном виде (золото, платина, медь, сера и др.). Большинство же элементов находится в виде химических соединений (например, кварц, кальцит, магнетит и др.). Земная кора сложена различными минералами и горными породами.
Минеральным сырьем называют полезные ископаемые,которые извлекаются из недр. Различают следующие виды минерального сырья:
– рудные (руды) – полезные ископаемые, которые требуют переработки с целью извлечения из них различных металлов или минералов;
– горючие полезные ископаемые – уголь, нефть, газ, торф, сланцы, которые можно использовать без переработки как энергетическое сырье;
– нерудные полезные ископаемые – горные породы, которые используются в производстве без существенной переработки (например, строительные материалы: щебенка, гравий и т. п.).
Около 1/3 руд добывается подземным способом, отличительной чертой которого является необходимость присутствия людей в подземных горных выработках.
Работы, выполняемые на месторождении и связанные с извлечением полезного ископаемого из недр, называются разработкой месторождения. Разработка месторождения состоит из трех основных стадий – вскрытия, подготовки рудной залежи и извлечения руды.
Технология разработки рудных месторождений существенно отличается от разработки угольных и сланцевых месторождений из-за необходимости применения взрывной отбойки, поэтому вскрытие и подготовка рудных месторождений имеют свои особенности.
Рудником называется горное предприятие,производящее разработкуместорождения, состоящее из одной или нескольких шахт, штолен, карьеров и различных поверхностных цехов.
Минерал – природное химическое соединение или элемент, однородный по химическому составу и строению, являющийся продуктом геологического процесса. Горная порода – устойчивая совместная ассоциация минералов, обусловленная общностью их происхождения, возникающая в результате определённых геологических процессов и образующая самостоятельные геологические тела в земной коре. Горные породы бывают: пластичными (глины), хрупкими (уголь), сыпучими (песок), крепкими (базальт), мягкими (торф).
Различают коренные горные породы и наносы. Коренные горные породы залегают на месте своего образования, но могут изменять пространственную ориентацию в ходе геологических процессов. Наносы представляют собой продукты разрушения коренных пород в результате деятельности ветра, солнца, воды, изменения температуры окружающей среды; они покрывают рыхлым слоем коренные породы и обычно залегают на поверхности.
По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматическими называют такие породы, которые образовались после остывания жидкой расплавленной магмы. К ним относятся граниты, базальты, габбро и др. Магматические породы слагают нижнюю часть земной коры, обычно имеют кристаллическое строение и образуют тела неправильной формы. Магма, содержащая металлы, заполняет трещины, образуя рудные жилы.
Осадочными считают породы, образовавшиеся в результате разрушения и накопления веществ на дне водных бассейнов, особенность которых их слоистость, т.е. чередование слоёв различного состава.
Метаморфическими считают те горные породы, которые образовались из осадочных и изверженных пород в процессе изменения (метаморфизма) под влиянием температуры и давления (глины – в глинистые сланцы, известняки – в мраморы). В метаморфических породах находят руды железа, меди, вольфрама, редких металлов и др.
Горные породы состоят из одного или нескольких минералов. Минералы и горные породы, добываемые из земных недр с целью использования их в народном хозяйстве, называются полезными ископаемыми. Одни полезные ископаемые используются в народном хозяйстве непосредственно после их извлечения из недр земли, а другие (медная руда, железная руда и др.) требуют предварительной переработки для извлечения из них полезного компонента (меди, железа или другого металла).
Естественное скопление полезного ископаемого в земной коре называют месторождением полезного ископаемого. Часто бывает, что в одном месторождении сосредоточено несколько полезных ископаемых – хромово-никелевые, медно-цинковые, нефтегазовые и др.
Месторождение считается промышленным, если разработка его в данных экономико-географических условиях при современном уровне техники целесообразна.
По физическому состоянию различают полезные ископаемые твёрдые (уголь, руды металлов, горно-химическое и строительное сырьё и др.), жидкие (нефть, минеральные воды) и газообразные (горючие газы).
Твёрдые полезные ископаемые по промышленному назначению и характеру использования в народном хозяйстве подразделяются на три группы:
Горючие или топливо – уголь, горючие сланцы, торф;
Металлические – руды металлов (железные, медные, алюминиевые, свинцовые, золотые и др.);
Неметаллические – сера, поваренная соль, апатит и другие.
Принято также подразделять полезные ископаемые на рудные и нерудные.
Отличительной чертой рудных ископаемых является необходимость дальнейшей их переработки для извлечения содержащихся в них полезных компонентов, тогда как нерудные ископаемые могут быть использованы после извлечения из недр земли (уголь, поваренная соль, сера и др.).
Горные породы, окружающие месторождение (вмещающие породы) ил включенные в него и не содержащие металла (полезного минерала) или содержащие его в количестве, недостаточном для промышленной переработки, принято называть пустой породой.
Граница между рудными и нерудными ископаемыми условна. Многие полезные ископаемые, которые раньше использовались сразу после добычи, в настоящее время подвергаются комплексной переработке для извлечения из них всех полезных компонентов. Поэтому термин «руда» теряет своё первоначальное узкое значение.
Разделение месторождений на промышленные и непромышленные также условно. Месторождения с одинаковой по составу и качеству рудой могут быть промышленными вследствие благоприятных горно-геологических условий разработки (например, большой мощности, залегания вблизи поверхности), и непромышленным ввиду трудности эксплуатации, отдалённости от транспортных путей и промышленных центров, и других причин.
Металл в руде редко встречается в чистом виде, большей частью он находится в виде химических соединений – рудных минералов. Например, железо находится в руде в виде гематита (Fe2O3); свинец – в виде галенита (PbS); олово – в виде касситерита (SnO2) и т.д.
Рудные минералы в руде обычно смешаны с другими минералами, не представляющими промышленной ценности. Эти сопутствующие минералы принято называть рудной породой.
Большое значение для разработки имеет разделение месторождений полезных ископаемых по сходству технологического процесса их добычи. По этому признаку можно выделить следующие группы месторождений полезных ископаемых: месторождения нефти и газа, месторождения торфа, месторождения угля и горных сланцев, рудные и нерудные месторождения, россыпные месторождения.
Различают полезные ископаемые: металлические (руды чёрных, цветных и благородных металлов, радиоактивных и редких элементов), неметаллические (сырьё для металлургической, химической и других отраслей промышленности), твёрдые горючие (уголь, горючие сланцы, торф и др.) и строительные материалы.
Совокупность свойств, определяющих пригодность и экономическую эффективность использования, называется качеством полезного ископаемого. Для углей, например, качественными показателями являются зольность, содержание влаги, выход летучих, содержание серы, теплота сгорания и др., а для руд – процентный состав химических элементов, полезных и вредных компонентов, минералогический состав, структурные и текстурные особенности и другие свойства.
Требования к качеству полезного ископаемого выражаются в форме кондиций, технических условий и государственных стандартов.
Основным показателем кондиций на руды является, обычно, минимально допустимое промышленное содержание полезных компонентов. Например, богатые железные руды (магнетитовые, бурые железняки, железистые кварциты) содержат 45-64% железа. Богатые медные руды содержат более 2% меди, бедные – менее 1%.
Орогидрография- описание рельефа и гидрографической сети района. Геоморфологическое положение месторождения. Геологический разрез (стратиграфия). Характеристика состава, строения и условий залегания горных пород и их комплексов. Тектоническое строение (общие тектонические условия залегания пород, складчатые и разрывные нарушения и их геометрические параметры).
Характеристика полезного ископаемого и условий его залегания.
Генетический тип месторождения. Условия залегания и особенности строения тела полезного ископаемого, минералогический состав. Характеристика пород, залегающих в кровле и почве полезного ископаемого.
Инженерно-геологическая характеристика полезного ископаемого покрывающих и вмещающих пород, их геолого-петрографические особенности, физико-механические свойства. Прогнозная оценка устойчивости откосов карьера.
ПРИМЕЧАНИЯ
- 1. Месторождения, находящиеся в сейсмических районах, а также в районах селей, древних и современных оползней, характеризуются в отношении данных физико-геологических явлений.
- 2. Графически на листах изображаются:
в зависимости от характера месторождения “Геологический план месторождения”, или “План поверхности с выходом пластов на поверхность”, или “План поверхности с контуром месторождения”. Масштаб 1:5000 или 1:10000 с показом линий геологических разрезов или сетки скважин; сводная геологическая колонка с характеристикой физико-технических свойств пород; два-три характерных геологических разреза месторождения.
Мурунтауское рудное поле, в состав которого кроме одноименного месторождения входят месторождения Мютенбай, Триада, Бесапан, расположено в пределах Амипаза-Бельтауской структурно-формационной зоны Центральных Кызылкумов. Оно вытянуто в северо-западном направлении на 50 км при ширине 5-10 км и приурочено к восточному замыканию Тасказганской антиклипали сложенному породами Тасказганской и Бесапанской свит.
Для района характерны отклонения трех возрастов, которые соответствуют этапам развития района месторождения.
Комплекс отклонений позднепротерозойского-позднепалеозойского возраста соответствует ранне-геосинклитному этапу развития и представлен породами вулканогепнокремнистой и терригенной формации. Наиболее ранние объединяются в Ауминзанскую свиту. Выше залегают породы Тасказганской свиты. Завершают комплекс породы Бесапанской свиты. Суммарная мощность комплекса- 5.5 км; Ауминзанская- 2.2 км, Тасказганская- 2.0 км, Бесапанская- 1.3 км.
Комплекс пород среднепалеозойского возраста представлен отложениями позднегеосинклинального развития района и представлен карбонатной морской формацией. Породы представлены в основном известняками, доломитами, доломитизированными известняками. Мощность комплекса- 1200 м.
Месторождение “Мурунтау” расположено в центральной части рудного поля между мощными крутопадающими сублимированными тектоническими зонами- южным и Структурным разломами. В его пределах широко распространены небольшие разрывные нарушения протяженностью в десятки- первые сотни метров, имеющие субширотную, меридиональную, северо-восточную и северо-западную ориентации, а также трещины, сколы и отслоения.
Промышленное золотое оруднение выявлено на площади 2 3 км, в пределах которого обособляются отдельные рудные залежи штокверкого строения с весьма неравномерным распределением золота в пространстве.
Морфологически залежи являются рудными столбами, в большинстве случаев имеющими отклонения на юго-восток под углом 50-60о и обладают близкой к изометрично-амебообразной форме в горизонтальном сечении. Линейные размеры составляют в плане: по длинной оси – 600-900 м, по которой (мощности- 150-250, до 400 м), максимальная прослеженная длина по падению 1000 м.
Рудные тела представляют собой сплошные системы секущих, кулисообразно расположенных золотоносных кварцевых жил и разнообразно ориентированных кварцевых и сульфидных прожилков.
В процессе детальной разведки на месторождении были выделены окисленные руды, запасы которых составляют 20% в общем балансе запасов руд, и первичные руды. В настоящее время первичные руды почти полностью отработаны. Первичные руды предоставлены кварцево-жильными и прожилковыми алевросланцами.
Характеристика полезного ископаемого.
Золото самородное – важнейший рудный минерал месторождения. Встречается оно, как в гипогенных так и гипергенных ассоциациях. Видимое гипогенное золото локализуется главным образом в жилах и прожилках крупно и среднезернистого кварца и сульфидов в ассоциации с пиритом, арсенопиритом, галенитом, сфалеритом, сульфосолями висмута, серебра и др. В кварце оно неравномерно рассеяно в виде мелких вкрапленников, тонких прожилков, иногда в форме мелких гнезд в различных пустотах. По данным анализов Проб, минералогических исследований и данным переработки 96% золота находится в свободной форме.
классы и размеры золотин, мм | содержание золотин, % от общего веса | |
пылевидное | 0.005 | 3,5 |
весьма мелкое | 0.005 – 0.2 | 37.0 |
мелкое | 0.2 – 1.0 | 59.0 |
среднее | 1.0 – 1.5 | 0.5 |
Формы выделения золота и определяются главным образом морфологией трещинок и межзерновых пространств.
Кроме свободного, Au содержится в сульфидах, где оно устанавливается только минералографическими реже спектральными исследованиями.
Основной примесью определяющей пробу золота является серебро. Спектральным анализом в золоте почти постоянно обнаруживается ртуть, часто висмут, медь и другие элементы. Отношение Au к Ag в рудах в целом по месторождению, по данным Мурунтауской ГРП, приближается 4:1.
Пробность золота 880-960. Как видно из гистограммы пробности, наиболее часто встречается высокопробное золото с пробой 881-960. Золото с больших глубин отличается меньшей средней пробой. Эти данные свидетельствуют о некоторой тенденции уменьшения пробности с глубиной.
Гидрологические и гидрогеологические условия.
Гидрологическая характеристика района. Общие сведения о водоемах и водотоках, минимальные и максимальные расходы, отметки паводкового горизонта. Места намечаемых водохранилищ и отметки их зеркала. Овраги, пересекающие месторождение. Водосборные площади возможного стока в карьер поверхностных вод и атмосферных осадков. Модули, или коэффициенты максимального поверхностного стока.
Гидрогеологическая характеристика водовмещающих пород и водоносных горизонтов: мощность, напор, водопроницаемость, упругие характеристики, состав и свойства поверхностных, подземных и карьерных вод. Водообеспечение предприятия. Мероприятия по охране природных вод. Возможные притоки воды в карьер.
В соответствии с инструкцией ГКЗ СССР по применению классификации запасов с золоторудным месторождением (1983 г.) Мурунтау относится ко второй группе (“крупные минерализованные и жильные зоны, штокверки, значительные по размерам залежи”).
В настоящее время спроектирована IV (но не последняя) очередь карьера. Сырьевая база для него определена в подсчете запасов на 01. 01. 89 г.
Как показали расчеты, граница открытых работ на месторождении при принятых стоимостных параметрах, может быть установлена на отметке- 150 м, при этом в контур карьера попадает 91% запасов. Обеспеченность карьера этими запасами составит около 60 лет.
Выявленные запасы золота доказывают целесообразность отработки глубинных горизонтов месторождения (на 400-500 м ниже дна карьера) подземным способом.
Район месторождения Мурунтау находится в пределах Центрального региона, который представляет собой сочетание горных возвышенностей, с максимальной высотой 970 м над уровнем моря и межгорных тектонических впадин большей частью покрытых эоловыми песками.
По характеру скопления подземных вод и условиям их залегания в этом районе выделяются гидрогеологические массивы и артезианские бассейны.
Осадки выпадают в зимне-весенний период, составляют в средний по водности год – 120 мм, в многоводный – 160 мм. Испаряемость с открытой водной поверхности почти в 20 раз превышает среднегодовую норму осадков.
Поверхностный сток формируется во время ливней в течение нескольких дней.
На локальных участках района месторождения уверенно расшифровываются три типа зон тектонических нарушений:
- 1) интенсивного рассланцевания и дробления углеродисто-терригенных пород с повышенной обводненностью (Мурунтау)
- 2) милонитизации пород до углеродисто-глинистой пасты, слабообводненной, фильтрационно неустойчивой (Космапачи, Даугыз)
- 3) маркирования жильными породами и околожильными изменениями, упрочняющими породы, практически безводные (Кокпатас)
Трещинно-карстовые воды распространены в тектонических блоках, ядрах антиклипалей мульзак наложения и других структурных позициях вне пределов влияния гидротермально-метосоматической переработки по зонам разломов.
Всеми исследователями, в соответствии с метологическим составом пород горных массивов, определяющим в значительной степени качественную и количественную характеристику подземных вод, в пределах последних, выделяются водоносные комплексы карбонатных, песчано-сланцевых и интрузивных образований палеозоя.
Водообильность карбонатных пород изменяется в широких пределах.
Значения коэффициента фильтрации 0.02-112 м/сутки (Мурунтау).
Подземные воды на площади Мурунтауского месторождения вскрыты на абсолютных отметках 370-550 м. Такая разница в глубине залегания подземных вод объясняется строением самой поверхности. В результате дренирующего действия горных выработок (шахты №4, №5, “М”) снижение уровней произошло до 100 м и более.
Рудоносная свита рассечена серией разрывных нарушений, что обуславливает наличие в разрезе потенциально неустойчивых обводненных участков.
Горно-геологические условия.
Лабораторией открытых горных работ была проведена работа по определению физико-механических свойств горных пород, на основании чего были сделаны рекомендации по выбору бурового оборудования и метода обработки руд и вмещающих пород, рассмотрен вопрос устойчивости бортов карьера и пылевого режима.
Выделены следующие основные типы пород: алевролиты углисто-кварцевые, углисто-кварц-слюдистые, слюдисто-кварцевые, мелкозернистые, массивные; сланцы углисто-кварцевые, углисто-слюдисто-серицитовые и др.; мелкозернистые в различной степени окварцованные брекчии различного состава.
Физические показатели пород изменяются в пределах: у алевролитов различного состава, объемный вес от 2.56 до 2.71 г/см3, составлял в среднем 2.675 г/см3. Влажность и пористость имеют незначительные величины, соответственно до 0.5 и 0.61%; у сланцев объемный вес изменяется от 2.58 до 2.78 г/см3. Влажность, пористость и водопоглощение сланцев имеют незначительные величины соответственно от 0.28 до 0.85%. Брекчии различного состава распространены незначительно. Их объемный и удельный веса изменяются соответственно от 2.69 до 2.77 г/см3 и от 2.70 до 2.78 г/см3, а влажность и пористость от 0.36 до 0.52% и от 0.40 до 0.71%.
Из приведенных данных видно, что физические свойства пород всех металогических разностей с глубиной незначительно изменяются.
Для рудных тел сопротивление сжатию составляет в среднем 1220 кг/см2, колеблясь от 502 до 1940 кг/см2.
Выводы:
1) Исходя из условий залегания для разработки месторождения принята транспортная система с перемещением пород во внешние отвалы и поперечная двубортная отработка (от центра к флангам) с использованием автомобильного и автомобильно-конвейерного транспорта.
Весьма сложное геологическое строение рудных зон определило селективную отработку месторождения.
2) Гидрогеологические условия с точки зрения устойчивости бортов и уступов весьма благоприятные, обводненность пород незначительная.
Высота вскрытых уступов верхней части карьера, а также ниже гор+315м составляет 15 м, высота уступов средней части-10м.
Углы откосов бортов карьера изменяются от 26 (южный) до 32 (северный). Углы откосов рабочих бортов составляют соответственно 28о18′ и 21о36′. Углы откосов уступов в предельном положении: северный борт- 45о; северо-восточный- 45 о-50о; восточный- 55о; южный- 40 о; западный- 40 о.
Толща пород в районе карьерного поля дренируется выработками разведочной шахты “М”. Уровень подземных вод постоянно снижается и в настоящее время находится ниже горизонта +100 м. Снижение уровней происходит за счет систематического водоотлива из подземных выработок, пройденных на горизонтах +78 м и +128 м.
3) Учитывая, что карьер располагается в центре Пустыни, вдали от жилых застроек (ближайший город находится в 35 км, поселок геологов в 4 км) специальных мер по защите (охране) подземных вод и рекультивации нарушенных земель в проекте не предусматривается.