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 (S_nO₂) 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%.