Этапы и стадии геологоразведочных работ твердые полезные ископаемые

Вариант 7

Средства разведки.

Основные виды геологоразведочных средств

В соответствии с задачами, принципами и основными методами разведки, вытекающими из необходимости проникновения на более или менее значительные глубины от дневной поверхности, в практике геологоразведочных работ нашли применение в качестве разведочных средств как обычные, издавна известные, различного рода горные выработки, так и специфические средства, созданные специальной технической разведкой.

Все средства разведки ПИ, имеющиеся в арсенале современного разведчика недр можно разделить на три различные по методическим основам и оснащению вида:

1. Горные выработки;

2. Буровые скважины;

3. Геофизические работы.

Различие между ними с разведочной точки зрения заключается в следующем:

· В горную выработку человек может проникнуть и, следовательно, получить максимально точные сведения о ПИ, обнаруженном в данной выработке. Кроме того, горная выработка может быть продолжена в любую сторону.

· Фактический материал, добываемый из буровой скважины, лишь с той или иной степенью приближения характеризует качество ПИ и условия его залегания. Скважина может быть искусственно искревлена с целью новых пересечений тела ПИ.

· Геофизические работы сами по себе не обеспечивают непосредственно качественного опробования ПИ. Они дают обычно весьма приближенное представление о размерах и условиях залегания разведываемого объекта. В отдельных случаях геофизические измерения позволяют приблизительно оценивать качество ПИ и судить о форме его тела.

Указанные различия определяют и степень разведочной точности данных, полученных при помощи того или иного разведочного средства, и его применимость в различных звеньях геологоразведочного процесса к тем или иным типам месторождений ПИ, а также достоверность результатов исследований.

Наиболее надежные данные, как видно из приведенной характеристики, можно получить по горным разведочным работам.

Менее достоверные результаты приносит разведочное бурение.

Наименее достоверные результаты (за исключением случаев) дают геофизические измерения.

Следует иметь в виду, однако, что горные выработки (за исключением поверхностных) являются наиболее дорогим и громоздким средством разведки.

Бурение обычно обходиться значительно дешевле и производиться быстрее.

Геофизические измерения несравнимо дешевле других разведочных средств и выполняются гораздо быстрее.

Поэтому в практике геологоразведочных работ находят применения все эти средства, и чаще всего они комбинируются так, что горными выработками проверяются данные бурения, бурением проверяются результаты геофизических исследований (которые играют большую роль), а последние в свою очередь восполняют или корректируют неполные или ошибочные данные разведочного бурения.

Разведочные средства позволяют создавать разрезы пространства, занимаемого месторождением, проводить опробование ПИ в различных частях месторождения и получать основные данные, необходимые для промышленной оценки месторождения.

Качество того или другого разведочного средства определяется прежде всего его способностью обеспечивать построение более или менее достоверных разведочных разрезов и предоставляемой им возможностью более или менее детального опробования ПИ.

1) Горные выработки – для целей разведки используются почти все виды горных выработок: расчистки, канавы, шурфы, дудки, шахты, штольни и связанные с ними выработки не выходящие на земную поверхность: квершлаги, штреки, орты, гезенки.

Все эти горные выработки можно подразделить, с одной стороны, на вертикальные и горизонтальные, с другой – на поверхностные, легкого типа и подземные, требующие большой затраты сил и материальных вложений.

Канавы обычно проходятся на глубину до 3 м, реже до 5 м. Длина достигает n 100 м. При глубине наносов более 3 м в большинстве случаев бывает целесообразно применять шурфы или дудки. Эти выработки обычно имеют глубину до 10 – 15 м, реже до 30 м. Сечение их выбирается в пределах 1 – 2,5 м2.

Наиболее глубокие подземные выработки – шахты, для разведочных целей задаются обычно на глубину до 100 м.

Штольни являются наиболее распространенными разведочными выработками, но применяются они только в условиях расчлененного рельефа поверхности. Нормальные сечения разведочных штолен 1,8; 2,7 реже 3,6 м2.

Таким же сечением обладают и другие горизонтальные выработки, проводимые от штольни или от ствола шахты по простиранию тела ПИ (штреки) или в крест его простирания (квершлаги по пустым породам; орты, проводимые по ПИ).

Нередко в разведочной практике применяются наклонные выработки, проходимые по телу ПИ в направлении его падения. В случае крутого падения эти выработки называются наклонными шахтами. При пологом залегании им присваивается наименование уклонов.

В подземных горизонтальных выработках в ряде случаев возникает необходимость проходки вертикальных или наклонных выработок, называемых гезенками и восстающими. Они обычно проходятся из штреков, квершлагов и ортов для пересечения залежи выше или ниже разведываемого горизонта. Наклонные гезенки и восстающие проводятся по падению тела ПИ и дают непрерывное обнажение этого тела.

Применение горных выработок в качестве технического средства разведки должно осуществляться с учетом следующих общих положений:

1. Заполнение горных выработок должно быть основано на данных детального геологического изучения выходов месторождения и в некоторых случаях на данных разведочного бурения.

2. Горно-разведочные выработки в большинстве своем должны проходиться с учетом их детального использования при эксплуатации.

3. Габариты, направления и горно-геологические условия проходки разведочных выработок должны выбираться так, чтобы они допускали скоростную проходку этих выработок.

4. Наибольшее количество горно-разведочных выработок целесообразно проходить по ПИ с целью его изучения и опробования при попутной добыче.

Изучение ПИ с помощью подземных выработок, как в отношении формы залежи, так и в отношении качества дает наиболее достоверные результаты.

В некоторых случаях при весьма изменчивых по форме и по качеству телах ПИ, проходка горных выработок становиться единственно надёжным средством разведки.

Однако организационно горно-разведочные выработки гораздо сложнее других видов и средств разведки и требуют больших затрат материальных средств и времени.

2) Буровые скважины – бурение разведочных скважин является типичным, а для многих ПИ главным и даже единственным средством разведки. Хотя буровые скважины дают менее точные сведения о ПИ, чем горные выработки, тем не менее разведочное бурение находит широкое применение благодаря своей мобильности, скорости работ, относительной легкости оборудования и меньшим расходом материальных средств на погонный метр проходки.

Колонковое бурение – это основной вид бурения. Это бурение вращательное, механического, с кольцевым забоем. Оно может быть алмазным или твердосплавным. Сущность процесса вращательного бурения состоит в разрушении горной породы резцами (алмаз, твердый сплав) под непрерывным действием осевой нагрузки и вращающих усилий. При этом разрушенные частицы выносятся с забоя скважины промывочной жидкостью. С точки зрения разведки, преимуществами колонкового бурения являются:

· Получение керна, т.е. наиболее достоверного материала, характеризующего ПИ и геологический разрез;

· Возможность бурения в любых горных породах от рыхлых до крепчайших;

· Возможность бурения скважин в любых направлениях.

Эти преимущества делают колонковое бурение незаменимым во многих случаях, разведочной практики.

Важнейшим качественным показателем колонкового бурения является показатель выхода керна.

Эффективность применения колонкового бурения при прочих равных условиях прямо пропорционально выходу керна. Поэтому в процессе колонкового бурения главной заботой буровой бригады и геологического персонала является добыча максимально возможного количества керна, выход которого редко достигает 100%.

Обычно в результате трещиноватости или рыхлости горной породы значительная часть керна истирается и выносится промывочной жидкостью на поверхность в виде мути. Последняя вследствие смешанного состава и запоздалого выхода из скважины не может достаточно надежно характеризовать интервал, с которого она вынесена.

Ударно-канатное бурение в некоторых случаях весьма успешно применяется в процессе геологоразведочных работ.

Сущность этого вида бурения сводится к измельчению горных пород в скважине падающим снарядом большого веса, оснащенным внизу долотом, которое после каждого удара поворачивается на небольшой угол. После углуби скважины на 20 – 50 см, бурение прерывается, и скважина очищается от раздробленного материала (шлама). Преимущества ударно-канатного бурения заключается в возможности более надежного опробования, больших скоростях проходки скважин, особенно при глубинах до 150 м, по сравнению с колонковым бурением, и в возможности бурить скважину без промывочной жидкости.

Однако ударно-канатное бурение может осуществляться только в вертикальном и сплошным забоем, т.е. керна при этом бурении не получается. Поэтому описываемый вид бурения с большим эффектом применяется только при разведках крупных штокверков, массивов, некоторых полого залегающих месторождений и россыпей. Кроме того, ударно-канатное бурение успешно применяется при разведке жидких ПИ.

Материал, характеризующий пробуриваемую горную породу или ПИ, поднимается желонкой из скважины в виде шлама. Поэтому после каждой уходки скважина должны тщательно очищаться, во избежание смешения шлама с разных интервалов проходки скважины.

Общими проблемами для всех видов разведочного бурения являются:

· Получение наиболее достоверных данных о ПИ, а также об условиях его залегания и, следовательно, о геологическом разрезе в пункте бурения скважины. Для этого применяются различные приемы и средства, способствующие увеличению выхода керна и препятствующие загрязнению бурового шлама.

· Крепление стенок скважины в процессе бурения, необходимое для безаварийной проходки разведочной скважины. С этой целью осуществляется обсадка скважины трубами, глинизация и цементация скважин.

· Выяснение характера кривизны буровой скважины, особенно необходимое для больших глубин, и управление искривлением скважины.

3) Геофизические работы – геофизические исследования в ряде случаев играют весьма существенную роль при составлении геологических разрезов, оконтуривании площади распространения ПИ и даже при определении качества ПИ. Также геофизические исследования бесспорно можно отнести к методам разведки.

С помощью геофизических исследований выполняются следующие работы:

1. Каротаж в различных модификациях (электрический, магнитный, ядерно-геофизический);

2. Приближенное оконтуривание тел ПИ, в частности слепых;

3. Вспомогательные технические измерения.

Каротаж – изучение геологического разреза скважины с помощью геофизических измерений – является одним из способов контроля наблюдений, производимых в скважине. Наибольшее распространение имеют электрические и радиоактивные методы каротажа.

Для более полной характеристики разрезов скважин нередко приходится применять комплекс из нескольких методов каротажа.

При технически обоснованном выборе комплекса, определяемом физико-геологическими свойствами изучаемых пород и особенностями строения разреза, геофизические методы позволяют:

· Устанавливать местоположение и мощности выходов горных пород в разрезах скважин;

· Определить пористость и оценить проницаемость пород;

· Установить опорные горизонты для их корреляции;

· Выделить в разрезах скважин водоносные, нефтеносные и газоносные породы ( и определить коэффициенты их водонасыщения, нефтенасыщения и газонасыщения), пластов углей и зон оруденения.

· Оконтуривание тел ПИ геофизическими методами производится с достаточно высокой степенью точности. Используются для этой цели магниторазведочные, электроразведочные, гравиразведочные и ядерно-геофизические методы.

Вспомогательные технические измерения сводятся к дистанционному определению технического состояния разведочных скважин (искривлений, размеров) и их гидрогеологических условий.