Примерные характеристики руд по качеству

Чаще всего руды разделяются по содержанию полезных компонентов. Например, руды, содержащие более 3 % меди, относятся к богатым, а менее 1 % - к бедным. Кроме того, могут учитываться технологические свойства руд, которые в большинстве случаев определяются минеральной формой нахождения компонентов в руде. Например, руды, содержащие 30-50 % железа, считаются рядовыми, если железо находится в виде магнетита. Если же железо входит в состав гематита или гидроксидов железа, то такие руды являются труднообогатимыми и относятся к бедным. Руды, содержащие более 50 % железа, не требуют обогащения и могут направляться в плавку или агломерацию и относятся к богатым.

Глубина залегания - один из важнейших горно-технических параметров, определяющих способ добычи. По глубине залегания различаются благоприятые и неблагоприятные условия. При благоприятных условиях (при малой глубине залегания) применяется открытый способ добычи. Он позволяет развить большую производительность, обеспечивает высокую эффективность, низкую себестоимость и более безопасные условия ведения горных работ. Экономическая эффективность добычи определяется коэффициентом вскрыши - отношением объемов или масс вскрыши и полезного ископаемого в контурах карьера. Вскрыша - это пустые породы, которые необходимо удалить из карьера, чтобы обнажить залежь полезного ископаемого для добычи. При этом учитывается возможность использования вскрыши в качестве полезного ископаемого, например, для строительных целей. С увеличением глубины коэффициент вскрыши быстро растет и добыча руды становится дороже. Предельный коэффициент вскрыши и, соответственно, предельная глубина открытой добычи находится технико-экономическими расчетами. Максимально допустимый коэффициент вскрыши зависит от ценности полезного ископаемого и ориентировочно составляет: для строительных материалов 3 м³/м³, для углей 6 м³/м³, для черных металлов 10 м³/м³, для цветных металлов 40 м³/м³. Глубина карьеров открытой добычи чаще всего не превышает 500 м, хотя есть проекты карьеров глубиной 700-800 м.

При неблагоприятных условиях (глубокое залегание полезного ископаемого) применяется подземный (шахтный) способ добычи. Он менее производительный и более дорогой, по сравнению с открытым, часто сопровождается значительными потерями полезного ископаемого, но более удовлетворяет экологическим требованиям. Распространенная глубина подземной добычи 300-1500 м, редко достигает 2000 м. В мировой практике известна добыча руды с глубины 3-4 км (золото в Индии и Южной Африке).

При сильно расчлененном рельефе подземная добыча руды может проводиться с помощью штолен, более дешевых, чем шахты. Иначе говоря, рельеф поверхности также входит в число горно-промышленных параметров.

Следует отметить еще несколько геолого-промышленных параметров, влияющих на способ добычи и на экономическую оценку месторождений.

Концентрация запасов измеряется количеством запасов, приходящихся на единицу площади, так называемой продуктивностью месторождения. Экономически более выгодны месторождения с высокой концентрацией запасов или продуктивностью, они требуют меньших капиталовложений и характеризуются относительно низкой себестоимостью минерального сырья. Месторождения с низкой концентрацией запасов требуют строительства нескольких рудников, высоких затрат на внутрирудничный транспорт, соответственно, больших капитальных вложений и характеризуются высокой себестоимостью сырья. При открытой разработке таких месторождений приходит в негодность большая площадь поверхности земли и требуются значительные средства на рекультивацию.

Мощность тел полезных ископаемых является параметром, определяющим технологию добычи. По мощности в горном деле выделяется пять классов залежей: 1) тонкие - менее 1,0-1,5 м; 2) средние - от 1,0-1,5 до 3-4 м; 3) мощные - от 3-4 до 8-10 м; 4) весьма мощные - 10-50 м; 5) сверхмощные - более 50 м. При изменении класса мощности может произойти изменение системы разработки месторождения, поэтому в ходе разведки требуется выявить пространственные закономерности в поведении мощности и определить блоки с приблизительно однородными условиями добычи.

Часто задается нижний предел, так называемая минимальная промышленная мощность, ниже которой разрабатывать полезное ископаемое экономически невыгодно. Выше этого предела мощность считается рабочей (или кондиционной), ниже - нерабочей (некондиционной). Этот предел на различных полезных ископаемых составляет 0,5-2 м, редко больше, иногда отсутствует. Так как мощность залежей меняется в пространстве, то внутри них могут появиться некондиционные участки или блоки, создавая прерывистость оруденения. В зависимости от соотношения площадей некондиционных и кондиционных блоков и степени устойчивости мощности различают четыре типа залежей.

1. Устойчивые залежи - непрерывно протягиваются, имея рабочую мощность в пределах всего месторождения или шахтного поля.

2. Относительно устойчивые залежи - в пределах площади рабочего контура встречаются блоки с нерабочей мощностью - не более 25 % от площади рабочего контура.

3. Неустойчивые залежи - прерывистые. Блоки с нерабочей площадью довольно крупные и занимают до 50 % рабочей площади.

4. Крайне неустойчивые залежи - блоки рабочей мощности расположены спорадически среди пустых пород или некондиционных участков. Суммарная площадь блоков с рабочей мощностью менее 50 %.

Угол падения тела полезного ископаемого влияет на систему разработки месторождения. По значению угла падения различают залегание: горизонтальное (0-5°), пологое (5-25°), наклонное (25-45°), крутое (45-60°), весьма крутое (60-90°). Имеет значение и выдержанность угла падения в пределах блоков добычи руды. Если угол падения устойчивый, то независимо от его значения (0-90°) залежь считается выдержанной. Если же угол падения существенно меняется в пределах блоков отработки, то залегание является сложным. Причиной сложного залегания могут быть интенсивные складчатые деформации, разрывные нарушения или внедрения секущих магматических тел.

Высокая степень тектонической нарушенности существенно усложняет ведение горных работ, причем наибольшие неприятности доставляют малоамплитудные разрывные нарушения, которые не удается надежно выявить в процессе разведки месторождения. Они приводят к повышению потерь и разубоживания руды при добыче, могут вызвать уменьшение размеров блоков добычи, служат причиной неустойчивости и обрушения кровли, прорывов воды и газов и в конечном счете снижают эффективность добычи. Иногда отдельные участки месторождения из-за сильной тектонической нарушенности становятся непригодными к добыче. Крупные разрывные нарушения с амплитудами в десятки-сотни метров при разведке выявляются более надежно и чаще всего служат естественными границами шахтных полей, участков и блоков добычи.

Инженерно-геологические и гидрогеологические условия играют существенную роль при проектировании и ведении горных работ.

Физические свойства (скальные или слабосвязанные грунты), трещиноватость, расслоенность, анизотропия, наличие зон дробления и пр. определяют устойчивость горных пород и руд при добыче, размеры эксплуатационных блоков и углы откоса бортов карьеров.

По гидрогеологическим условиям месторождения делятся на четыре группы:

Группа 1 - простые месторождения. Водопритоки в шахту или карьер отсутствуют или не превышают 100-200 м³/ч, при освоении месторождений не требуется проведения специальных осушительных мероприятий.

Группа 2 - месторождения средней сложности. Водопритоки в шахту или карьер составляют 200-500 м³/ч, при этом требуется проведение в относительно небольшом объеме мероприятий по осушению или снижению напора подземных вод. Осуществление таких мероприятий особых осложнений не вызывает.

Группа 3 - сложные месторождения. Водопритоки в шахту или карьер составляют 500-1000 м³/ч, для вскрытия и эксплуатации требуется проведение предварительных и систематических мероприятий по осушению или снижению напора подземных вод. Осушительные мероприятия могут быть затруднены.

Группа 4 - очень сложные месторождения. Водопритоки в шахту или карьер составляют 1000-2000 м³/ч и более, проведение осушительных мероприятий затруднено.

При изучении гидрогеологических условий главное внимание уделяется выявлению водоносных горизонтов, фильтрационных свойств горных пород, оценке возможного водопритока в эксплуатационные выработки, составу и агрессивности подземных вод.

В районах развития многолетней мерзлоты учитываются геокриологические условия: толщина слоя сезонного таяния и промерзания, распространение толщи мерзлых пород, наличие и размеры залежей льда, изменение объема горных пород при таянии и другие особенности.

На месторождениях, где развиты карстовые процессы, существенную роль играют глубина и интенсивность развития карста, выявление зон обводнения и зон поглощения воды, возможность обрушения горных пород в зонах карста.

По результатам инженерно-геологического и гидрогеологического изучения должен быть сделан прогноз экологических последствий ведения горных работ и решен вопрос о необходимости и объеме природоохранных мероприятий. Так, при добыче полезных ископаемых может произойти сдвижение массива горных пород и оседание дневной поверхности со всеми вытекающими последствиями. Если необходимо предупредить или уменьшить сдвижение горных пород, то приходится проектировать и применять специальные дорогостоящие способы добычи полезных ископаемых. При ведении горных работ, особенно открытых, значительную площадь занимают отвалы или отходы горного предприятия. При необходимости могут быть предусмотрены работы по укреплению отвалов и по их рекультивации.

При осушении месторождения должен быть решен вопрос о способах очистки рудничных вод от вредных примесей или о создании водохранилищ для их накопления. Должны быть также оценены последствия осушения окружающей территории вследствие понижения уровня подземных вод.

В ряде случаев могут потребоваться специальные инженерно-геологические или гидрогеологические мероприятия: строительство каналов, дамб, водопроводов, изыскания под промышленное и дорожное строительство, поиск источников технического и питьевого водоснабжения и пр. Все необходимые для этого сведения должны быть получены в ходе разведки месторождения.