CC BY
47
СЕМИНАР 16
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© И.В. Британ, 2001
УДК 622.234.5
И.В. Британ
ПРОБЛЕМЫ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ И ВЫДЕЛЕНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД КМА, ПРИГОДНЫХ
ППЯ СКВАЖИННОЙ ГИПРОПОБЫЧИ
ервые геотехнологические классификации богатых железных руд КМА появились в 1988-1990 годах с началом научных изысканий по созданию технологии скважинной гидродобычи (СГ Д) и экспериментальных работ в скважинах на Шемраевском месторождении, где создавался опытный полигон [1, 2, 3, 4, 5]. Эти классификации сыграли положительную роль в планировании и оценке итогов исследований. В то же время, они не были подтверждены опытной эксплуатацией скважин, а поэтому являлись, по сути дела, теоретическими разработками, в основу которых закладывались физические свойства руд, определенные по керну или геофизическими методами в скважинах.
Последующие опытные работы показали, что поведение руд в процессе СГД часто не коррелируется с полученными для них физическими характеристиками. Это было связано с различными причинами, но прежде всего, судя по всему, с занижением оценок прочностных свойств в результате происходившего разуплотнения и дезинтеграции хрупкого материала руд при бурении и извлечении керна, а также из-за неоднозначности интерпретации геофизических материалов. Например, к "рыхлым" рудам по данным акустического каротажа могли относиться и слабо сцементированные пористые, и сильно трещиноватые прочные разновидности и т.п.
Поэтому данные геологоразведочных работ, на основании которых производилось оконтуривание руд, пригодных для СГД (они характеризовались осж < 30 МПа), не подтвердились; мощности были завышенными. В результате допускались грубые ошибки в определении мест заложения скважин и в выборе горизонтов для опытной добычи. Вообще оказалось, что лабораторные определения прочностных и других свойств сами по себе еще не дают достаточных оснований для определения технологических характери-
стик руд. Последние являются сложным продуктом геодинами-ческих и гипергенных процессов [6, 7], которые контролировали распределение в пространстве различных физических и вещественных неоднородностей, возникновение различных парагенетиче-ских минеральных ассоциаций со своими структурными и текстурными особенностями, которые влияют на физико-технические параметры руд. Следовательно, любые попытки выделения природных и геотехнологических типов руд без увязки с историей формирования рудных массивов и отдельных залежей, не могут быть в полной мере успешными.
Богатые железные руды КМА являются остаточным продуктом древней (рифей - нижнепалеозойской) коры выветривания, образовавшейся на палеоповерхностях железистых кварцитов протерозоя. Их вещественный состав достаточно однообразен, но содержание отдельных минеральных компонентов может существенно изменяться в зависимости от состава субстрата и степени его окисления, от положения зон проницаемости, контролировавших движение супергенных растворов.
Для большинства руд, в том числе и для всех руд, которые интересны с позиции СГД, главным минералом является гипергенный мартит, содержание которого достигает 70-97 %. Другие основные минералы: гипергенные и инфильтрационные гидроокислы железа (гидрогематит, гётит, гидрогётит), бёмит и гиббсит, хлориты (обычно шамозит), каолинит; инфильтраци-онные карбонаты (кальцит, сидерит, доломит и др.), сульфиды (пирит, марказит); остаточные: магнетит, железная слюдка, кварц. В зависимости от соотношения минералов, выделяются руды мартитовые, желез-нослюдково-мартитовые, гидрогематит-мартито-вые, гидрогётит-мартитовые шамозит-мартито-вые, гидро-гематит-гидрогётитовые и другие. Внутри рудных массивов встречаются горизонты глубоко измененных оруденелых и шамозитизированных алюмосиликат-ных сланцев. В частности, на Шемраевском месторождении они образуют два относительно выдержанных горизонта, мощностью от долей до 10-20 метров. Расположенную между ними залежь руд, имеющую мощность 50-70 метров, принято называть межсланцевым горизонтом; вышележащие руды - надсланцевым, а нижележащие - подсланцевым горизонтами. Для руд, как правило, характерна реликтовая полосчатость, реже они брекчиевидные или массивные. Рудные залежи обводнены. Они перекрываются толщей (200-700 м)
морского фанерозоя, который на Шемраевском месторождении имеет мощность около 440 м. В основании осадочного комплекса залегают известняки нижнего карбона (50-70 м).
Несмотря на общее происхождение богатых железных руд КМА, их месторождения существенно различаются по морфологии рудных массивов, зависящей от структурных особенностей участков корообразова-ния. В зонах дробления, сопровождавших разрывные нарушения, сформировались мощные (сотни метров по вертикали, для Шемраевского месторождения - до 415 метров) и протяженные (километры) залежи линейного типа. В пределах относительно монолитных блоков образовывались площадные плащеобразные залежи, мощностью от метров до десятков, реже - до 100 метров, площадь которых часто достигает многих квадратных километров.
Особую роль в распределении природных и гео-технологических разновидностей руд сыграли эпигенетические преобразования. Прежде всего, гиперген-ные изменения окисленных руд выразились в их кар-бонатизации и шамозитизации, которые наиболее интенсивно протекали в кровле залежей, достигая иногда глубин 100-150 метров. В результате большинство месторождений площадного типа представлены прочными сцементированными рудами. В месторождениях линейного типа вторичная цементация захватывает не только верхние части залежи, образуя прочную кровлю, но вслед за супергенными растворами проникает вдоль зон нарушений и по межслоевым ослабленным горизонтам, рассекая массивы под различными углами.
Эти процессы вторичной цементации уже на ранних этапах исследований позволили включить в состав перспективных объектов только залежи линейного типа. К ним относятся такие крупные месторождения, как Яковлевское, Гостищевское и Шемраевское [1] с общими запасами около 20 млрд т. По прогнозной оценке в них содержится около 2 млрд т руд, пригодных для СГД.
Однако инфильтрационной цементацией не ограничивались преобразования руд. За длительную историю (не менее 300 млн лет) происходили неоднократные изменения палеографических условий, за которыми следовали изменения состава и окислительновосстановительного потенциала супергенных растворов. На поздних стадиях формирования залежей в зонах высокой проницаемости проявились процессы гидратации минералов. Происходило разложение железистых алюмосиликатов и частичное замещение мартита и магнетита гидроокислами железа, которые развивались не только в интерстициях зерен, но нередко замещали их полностью. В результате на отдельных участках происходило разупрочнение руд за счет существенного снижения сил сцепления. Слабее
эпигенез влиял на внутренние части относительно монолитных блоков руд. Здесь, в основном, протекали процессы уплотнения, кристаллизации коллоидов и химического осаждения веществ с образованием относительно слабого контактового цемента, нередко представленного каолинитом или криптозернистыми ша-мозит-каолинитовыми агрегатами. Однако при повышенном содержании в субстрате силикатов образовывались прочные шамозитсодержащие руды, которые, в связи с ритмичным строением кварцитов, также ритмично повторяются в рудном массиве. В частности, на Шемраевском месторождении такое чередование происходит через каждые 20-30 метров.
Таким образом, анализ некоторых особенностей генезиса богатых железных руд позволяет выделить три основных природных группы существенно различающихся по физическому состоянию.
I группа - сцементированные руды. Они располагаются в зонах и горизонтах, связанных с процессами вторичной инфильтрационной цементации, и в горизонтах шамозитосодержащих остаточных руд. Цемент поровый или контактово-поровый; пористость, как правило, менее 30 %.
II группа - слабо литифицированные руды. Они залегают внутри относительно монолитных не нарушенных блоков между горизонтами шамозитсодержащих руд и зонами инфильтрационной цементации. Характеризуются слабым контактовым цементом и пористостью 30-40 %.
III группа - руды субраздельнозернистые с очень слабым контактовым цементом, иногда они глиноподобные. Такие руды характерны для зон интенсивной гидратации. Они имеют очень высокую пористость (до 45-50 %).
На Шемраевском месторождении эксперименты и опытная скважинная гидродобыча производились практически на всю мощность залежи, охватывая все разновидности руд. Технологические регламенты СГД разрабатывались, исходя из первоначальных представлений о том, что рыхлые руды составляют в рудных массивах до 50 % и более. Поэтому использовалось скважинное оборудование, рассчитанное на создание напорных градиентов, позволяющих обеспечить первоначальное сдвижение руд и стимулирование последующих процессов самообрушения. Гидромониторное вооружение в головной части снарядов состояло из забойного и боковых гидромониторов, которые использовались для пульпоприготовления.
Естественно, что такой процесс СГД был успешным только в рудах, относящихся к III группе. Само-обрушение и самотечное поступления рудной массы в форме дезагрегированного материала (рудного песка) происходили циклично, в соответствии с неоднородным строением продуктивного горизонта [8]. Гидродобыча во всех случаях завершалась обрушением
прочных руд и сланцев, перекрывающих горизонты и субраздельнозернистых руд, и разрушением забойного оборудования. Ни одна из попыток проникнуть в зону обрушения с помощью гидромониторов или осуществить гидродобычу обрушившегося материала не увенчались успехом.
Моделированием на эквивалентных материалах, выполненным в институтах МГРИ [5], НИИКМА и ВИОГЕМ, и опытами было определено, что сдвижение руд и их поступление в зону добычи происходит в пределах воронки выпуска, причем ее форма не зависит от угла падения рудного горизонта, а развитие зоны обрушения происходит, в основном, в вертикальном направлении вдоль оси скважины. Критический диаметр пролета потолочины из прочных руд и сланцев оценивается в пределах 16-20 метров. При вертикальной мощности горизонтов 16-22 м были получены следующие основные показатели: продуктивность1 горизонтов 5-8 тыс. т.; удельная продуктивность2 -249-351 т/м; рудоотдача3 - 380-890 т/месяц, удельная рудоотдача4 - 20-49 т/месяц. Средняя производительность процесса добычи составила 6,5-8,0 т/час.
При тех же технологических режимах в горизонтах слабо литифицированных руд процесс СГД протекал по иному. На начальных этапах в неразработанном стволе происходил отбор рудного материала из стенок скважины в форме рудного тонкозернистого материала, затем более крупнозернистого. Крупных обрушений не происходило, поэтому работа велась по всей мощности горизонтов. Постепенно процесс СГД затухал и прекращался. Обрушений сводов камер не происходило. Процесс СГД отличался низкой производительностью 1-4 т/час, удельная продуктивность составляла всего 34-64 т/метр, то есть область добычи ограничивалась средним радиусом 1,8-2,5м вокруг ствола скважины. Таким образом, эти руды достаточно легко дезагрегировали, однако их массового сдвижения не происходило. В них формировались открытые устойчивые полости. Проверки, сделанные, например, в скв. 3Т через четыре года после добычных работ, показали, что полость остается свободной, обрушений не происходило. Следовательно, такие руды могут эксплуатироваться только при их принудительном сдвижении.
Попытка осуществить СГД в пределах расположения сцементированных руд, не имели успеха. Отме-
чался лишь незначительный выход дресвянистого материала и рудной "мути", возникавшей, по-видимому, за счет вымывания рудного материала из трещин.
Руды с прочным поровым цементом все исследователи относят к неблагоприятным для СГД, считая возможным либо оставлять их в выработанном пространстве с извлечением позднее (во вторую очередь) по традиционной технологии подземным способом [9], либо отрабатывать с физико-химическим или иным разупрочнением обрушенной рудной массы [2]. Это связано с тем, что ограниченные размеры пульпоприемных каналов не дают оснований рассматривать в практическом плане возможность извлечения на поверхность кусковой руды.
Изложенное позволяет выделить три основных гео-технологических типа руд.
1. Самообрушающиеся и самоизмельчающиеся руды (СР) - это руды, сдвижение и дезагрегация которых происходит при их подработке без специальных воздействий или под влиянием гидродинамических процессов, возникающих при пульпоприготовлении, подъеме руд на поверхность и в процессе перемещения гидродобычных устройств вдоль оси скважин. Доставка руд в зону добычи самотечная. Она имеет циклический характер. Процесс сдвижения и гидродобычи завершается обрушением потолочин или приближением боковых образующих воронки выпуска к углу естественного откоса.
2. Принудительно сдвигаемые самоизмельчающиеся руды (ПР) - это руды, для самотечной доставки которых в зону добычи требуется либо их предварительное разуплотнение (тогда СГД продолжается по схеме для СР), или необходимо осуществлять отбойку руд одним из возможных способов, например, гидромониторами, механическими средствами и др. Дезагрегация таких руд происходит в процессе сдвижения, доставки в зону добычи и при пульпо-приготовлении. Отбойка руды может производиться в пределах критического диаметра потолочины, сложенной прочными рудами или сланцами.
3. Каменистые руды (КР) - это руды, которые при сдвижении образуют прочный кусковой материал, размеры которого не позволяют осуществлять его подъем через гидродобычные устройства. По-видимому, наиболее правильно считать эти руды, пригодными для отработки в перспективе традиционным
'Продуктивность горизонта (скважины) - количество руды добываемое из продуктивного горизонта (скважины) в результате полной отработки (т).
2Удельная продуктивность горизонта - количество руды, добываемое в среднем с одного метра вертикальной мощности продуктивного горизонта (т/м).
3Рудоотдача горизонта - количество руды поступающей на забой из продуктивного горизонта в процессе самообрушения за принятый отрезок времени (т/мес., т/час и др.).
4Удельная рудоотдача - средняя рудоотдача с одного метра продуктивного горизонта (т/м . мес., т/м . час и др.) в условиях применяемой технологии. Определяется опытным или расчетным путем; является важной характеристикой самообрушаю-щихся руд.
подземным способом, если не будут найдены другие более эффективные способы добычи. В настоящее время КР-это руды потолочин, которые ограничивают продуктивность отдельных горизонтов СР и ПР и представляют опасность для гидродобычных устройств при их обрушении. Последнее подтверждается как опытными работами, когда вследствие обрушений каменистых руд разрушалось гидродобычное оборудование, так и при моделировании на эквивалентных материалах. В частности установлено, что их сдвижение происходит не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскостях с образованием глыб и балок [5]. По-видимому, никакие мыслимые подземные снаряды и колонны труб не способны выдержать возникающих боковых нагрузок и ударов.
В связи с тем, что среди КР имеются две генетических разновидности, нередко разделенные в пространстве, выделяется два подтипа: карбонатизированные (КРК) и шамозитсодержащие (КРШ). На последние также может накладываться карбонатизация. Это разделение представляется целесообразным, так как потенциальные методы их разуплотнения могут существенно различаться.
Из генетических особенностей геотехнологических типов руд следует, что их положение внутри рудных массивов зависит от морфологии последних, состава субстрата и степени его окисления, путей движения и физико-химических свойств супергенных растворов. В конечном счете, все это тесно связано с палеотектони-ческим и палеогеографическим режимами, существовавшими до момента корообразования, в период формирования коры выветривания и в последующие этапы ее гипергенных преобразований. Эти критерии являются важными не только для выделения залежей руд различных типов, но и для прогнозной оценки месторождений богатых железных руд с позиции СГ Д.
Не углубляясь в характеристики условий формирования кварцитов субстрата, которые анализировались многочисленными исследователями, и придерживаясь гипотезы их метаморфогенного происхождения за счет продуктов древнего осадконакопления, (чем, в частности, объясняется их ритмичное строение), обратим внимание на следующее. Ритмичное строение кварцитов, от реликтовой полосчатости и до чередования в них пачек с различным содержанием алюмосиликатов, наследуется массивами остаточных руд коры выветривания. Это подтверждается поведениям различных элементов в корах выветривания КМА. В частности, происходило накопление полуторных окислов, в том числе А1203 без заметного перемещения их в пространстве [10], что типично для латеритного выветривания.
После смены окислительного режима на восстановительный, происшедшей в след за изменением палеографической обстановки и формированием на по-
верхности озерно-болотистого и лагунного ландшафтов [11, 12], наступил новый этап минералообразова-ния. В процессе просачивания болотно-лагунных вод, богатых органикой, происходило шамозитообразова-ние, сидеритизация и пиритизация. Таким образом, гипергенный метасоматоз был важнейшим фактором литификации руд. Благодаря ему, в частности, сформировались горизонты руд подтипа КРШ. Поэтому ПР могли образоваться только за счет горизонтов кварцитов с резко подчиненным содержанием силикатов, сохраняясь в местах, не затронутых карбонатизацией.
Исследования позволили, кроме того, установить, что чаще всего руды типа КРШ сопровождаются относительно повышенной радиоактивностью. По-видимому, это можно объяснить особенностью поведения калия, в составе которого всегда присутствует радиоактивный К40. Содержание калия при корообразовании существенно не изменялось [10]. Его концентрация в шамозитизированных рудах, где обычно присутствуют в тех или иных количествах каолинит и гидрослюды, вполне объяснимо, так как известно, что он при выветривании остается в разрушающихся алюмосиликатах, а значительная его часть переходит в гидрослюды, адсорбируется глинистыми или коллоидными минералами [13]. Основываясь на этом и на других данных, в пределах рудного массива Шемраевского месторождения было выделено несколько опорных горизонтов шамозитсодержащих руд и сланцев, которые, как упоминалось выше, расчленяют, внутренние части блоков, формируя структуру "слоеного пирога", в результате чередования ПР и КРШ. Вверху и в зонах карбонатизации они замещаются на руды подтипа КРК.
Если процесс формирования сцементированных руд КР связывается с инфильтрацией вод с поверхностей заболоченных пенепленезированных плато, то процессы гидратации и, следовательно, образование геотехнологического типа СР происходило в иных условиях. Еще на ранних этапах изучения богатых железных руд КМА отмечалось, что гидратация сопровождалась разложением составляющих руды минералов: мартита, сидерита алюмосиликатов и др., с образованием по ним гидроокислов железа [11, 14] в виде колломорфных или метакол-лойдных масс. Следовательно, она затрагивала не только остаточные, но и инфильтрационные минералы. Значительная роль наложенных процессов гидратации в формировании руд Шемраевского месторождения подтверждается исследованиями, которые были выполнены Воронежским государственным университетом в 1990 году (И.Н. Щеголев, А.А. Чибряков и др.). Но при этом следует иметь в виду, что имеются обоснованные предположения о
принадлежности части гидроокислов железа (прежде всего гидрогематита и гётита) к остаточным минералам. В связи с тем, что гидратация возможна лишь в окислительнных условиях при свободном доступе кислорода, для образования мощных зон гидратированных руд требовалось новое существенное изменение палеогеографической обстановки. По-видимо-му, такие процессы проходили в условиях приподнятой расчлененной суши, когда возникала возможность для свободной инфильтрация вод поверхностных потоков и атмосферных осадков. Следовательно, зоны гидратации должны были отразиться в положении стратиграфических границ осадочной толщи и располагаться в активных гео-динамических зонах. Анализ не только подтвердил такие выводы, но удалось найти количественную связь между подвижностью блоков и положением руд, подвергшихся вторичному разуплотнению. За базу для анализа были приняты характеристики упоминавшегося выше межсланцевого горизонта, для которого с наибольшей достоверностью были определены физические характеристики руд. В его же пределах выполнялись основные объемы добычных работ и была установлена связь геотехнологи-ческих характеристик с содержанием гидроокислов железа [6].
Автором была разработана методика выделения зон развития СР. Ниже приводятся упрощенные эмпирические формулы, позволяющие оценивать количество таких руд для опытного участка Шемраев-ского месторождения в конкретной точке:
п = к • фи.п. - Н + 80); (1)
Dи.п.= h22 - ^ • h2 + Н • ^ - (Н-80>(Н + ^>), (2)
где п - процент руды типа СР; к - коэффициент, учитывающий общее погружение или поднятие в данной точке; Dи.п. - интегральный показатель подвижности; Н - абсолютная отметка базовой поверхности; ^ - абсолютная отметка почвы представительного горизонта; ^ - абсолютная отметка кровли представительного горизонта.
Для опытного Шемраевского месторождения, например, при
Dи.п. > 222, п>80 %, а при Dи.п. < 134, п< 35 %
Ошибка в определении на опытном участке не
превышали для пробуренных скважин 20 % относительных, что может вполне удовлетворять потребностям прогнозирования.
Однако определение благоприятной площади для образования руд типа СР становится недостаточным, когда речь идет о выделении их в разрезе продуктивного горизонта. Уже обращалось внимание на то, что физические характеристики, в том числе прочность на одноосное сжатие, определенные по керну и в скважинах геофизическими методами, не дают однозначной оценки их геотехнологических свойств. Для восполнения, в какой-то мере, этого недостатка, в институте НИИКМА и в Воронежском государственном университете (ВГУ) выполнялись работы с целью корреляции вещественного (минералогического) состава и прочности руд. Эти полезные и важные исследования, к сожалению, во-первых, базировались на изучении каменного материала, отобранного из столбиков керна и обломков, а весь дезинтегрированный материал, включая дресвяный и мелкообломочный, относился к рыхлым разновидностям; во-вторых, в корреляционном анализе участвовали лабораторные определения по образцам (в НИИКМА - по штуфам), не только ослабленным при бурении, но и измененным длительным временем пребывания на открытом воздухе. Поэтому основной материал был получен для сцементированных руд, а руды, относимые к СР и ПР оказались или за пределами исследований, или в незначительном количестве оценивались в общем объеме. И все-таки при корреляционно-регрессионном анализе удалось установить (НИИКМА) зависимость коэффициента крепости руд в сцементированных разновидностях от весового содержания в них цементирующих минералов: шамозит + бемит + гиббсит + кальций + сидерит. Коэффициент их корреляции для различных участков составлял от +0,6875 до +0,7870. Тот же показатель для мартита + железной слюдки - от -0,3835 до -0,7380; для гидроокислов железа (гетит + гидроге-тит) от -0,0605 до -0,2740, для пористости от -0,5700 до -0,7780. Обращает внимание большой разброс в значениях коэффициентов для главных рудных минералов (иногда он так мал, что вызывает сомнение в возможности им пользоваться) и низкая коррелируе-мость с содержаниями гидроокислов железа. Последнее вполне объяснимо, так как исследователи объеди-
Таблица 1
СООТНОШЕНИЕ СОДЕРЖАНИЙ ШАМОЗИТА И ГИДРООКИСЛОВ ЖЕЛЕЗА В МЕЖСЛАНЦЕВОМ ГОРИЗОНТЕ
Количество скважин в подсчете Пределы, содержаний гидроокислов железа, %% Средние содержания %% Отношение гидроокислов железа к шамозиту
гидрокислов железа шамозита весовое объемное
7 4-8 6,1 2,80 2,2 1,8
7 8-10 9,4 2,12 4,4 3,6
10 >10 12,2 1,71 7,2 5,8
нили при анализе гетит и гидрогетит, хотя сами же обратили внимание на то, что хорошо раскристализо-ванный гетит упрочняет руды, а землистый аморфный гидрогетит - ослабляет их. Руды гидрогетит-мартитового состава вообще не были изучены.
Если в НИИКМА минеральный состав руд определялся нормативным пересчетом результатов химических анализов, то в ВГУ определение содержания тех же компонентов производилось в шлифах и аншли-фах, а для оценки статистических связей между прочностью и минеральным составом использовались объемные соотношения последних, что с нашей точки зрения более обосновано. Эта работа не была завершена, хотя уже на промежуточной стадии с уверенностью выявлялась зависимость между прочностью руд, составом цементирующих минералов и пористостью. Не было, кроме того рассмотрено влияние на прочность руд гидроокислов железа, кварца и др., а гетит, например, был учтен вместе с мартитом.
В то же время еще на стадии первых экспериментальных работ отмечалось, что выход рудной составляющей в пульпе возрастал одновременно или вслед за увеличением содержания в пульпе бурых гидроокислов. К сожалению, систематическое опробование пульпы производилось только для скв.1Т. После обработки результатов химических анализов 253 рядовых и групповых проб было установлено, что производительность гидродобычного процесса для каждого горизонта имеет прямую зависимость от содержания гидроокислов железа, а также от объемных отношений гидроокислов железа и шамозита. Для наиболее детально изученного межсланцевого горизонта было установлено по 24 скважинам, что возрастание количества гидроокислов железа влечет за собой снижение содержания шамозита и одновременно быстро возрастает отношение гидроокислов железа к шамизиту (табл. 1).
Это свидетельствует о значительной изменчивости руд горизонта по составу и о различной интенсивности процессов гидратации, которые всегда приводят к снижению содержания шамозита - одного из основных цементирующих минералов, а следовательно к разупрочнению руд.
Исходя из изложенного предлагается рассматривать физико-технические особенности руд как функцию относительной цементации (С) и показателя вторичного разупрочнения ^)
ZMoi Gqt
С =-------, а R = ----, (3, 4)
ХМС СМ
где Moi и МС - объемные доли остаточных и цементирующих минералов; Gqt - объемная доля продуктов гидратации; СЫ: - объемная доля шамозита.
Кумулятивное влияние R и С является показателем дезагрегируемости руд (Д):
Gqt • ZMoi
D = С х R =........... (5)
СЫ: • Хмс
Сопоставление показателей с результатами опытных работ свидетельствуют, что руды типа СР контрастно выделяются на общем фоне со значениями D> 150 и R> 7,5, менее уверенно такие руды выделяются при D> 100 и R> 5 (здесь могут присутствовать и наиболее слабые разновидности ПР).
Для типа ПР определяющим является показатель относительной цементации. Как правило, для них С>17-20, а D может существенно меняться, хотя редко бывает менее 40-50. Все сцементированные руды имеют более низкие показатели.
Наиболее сложно определить точные границы руд различных геотехнологических типов, так как переходы между ними могут быть как резкие, так и постепенные. Вообще шкалы граничных значений для различных типов руд могут быть установлены только при опытной гидродобыче и путем специального геотехнологического опробования скважин, методика и технические средства для которого в настоящее время разрабатываются и будут испытываться на Шемраевском месторождении. Размещение типов руд выделенных по изложенной методике показано на рисунке.
Отмеченная выше неоднозначность интерпретации геофизических исследований, не позволяющая уверенно выделять в скважинах технологические типы руд, не означает отсутствие возможностей по совершенствованию комплекса исследований для решения этой задачи. Кроме того, уже сейчас геофизические материалы успешно используются для изучения внутренней структуры рудного массива. Некоторые физико-математические и физикогеологические модели, например, М.П. Семеновой и А.А. Голубевой [15], если и не позволяют оконту-ривать залежи определенных типов, то по крайней мере, помогают ориентироваться в положении зон
повышенной проницаемости, где можно, в свою очередь, ожидать руды типа СР и т.д. Безусловно, что зоны и участки рудного массива с пониженными скоростями продольных волн, пониженной радиоактивностью, низкой плотностью должны, прежде всего, привлечь внимание при прогнозировании и оценке перспектив участков. Важна геофизическая информация для определения нижней границы зоны окисления, так как уступы в кварцитовом ложе нередко подчеркивают положение разрывных нарушений, определявших особенности развития коры выветривания, а в более позднее время - пути фильтрации супергенных растворов.
В табл. 2, на основе изложенного в настоящей статье и в ранее опубликованных материалах, ссылки на которые имеются, даются критерии выделения различных геотехнологических типов руд и их залежей, а также критерии, прогнозной оценки рудных массив на руды, пригодные для технологии СГД.
Не исключено, что некоторые из характеристик типов руд в процессе дальнейших работ будут уточняться. Вполне вероятно также, что практика потребует разделить руды СР и ПР на подтипы с учетом развития технологии СГ Д.
Подводя итоги, приходится отмечать следующее. Несмотря на то, что за последние годы был получен значительный материал о поведении руд в процессе СГД, до сих пор остаются много нерешенных вопросы. Прежде всего, нет полной ясности в определении границ между различными типами руд, а значит, нет возможности уверенно оконтуривать их залежи, разрабатывать обоснованные кондиции и подсчитывать запасы. Особенно сложно решается этот вопрос на границе СР и ПР. Вряд ли этот недостаток знаний может быть решен только путем расширения комплекса лабораторных исследований или геофизических методов. По-видимому, для того, чтобы надежно оценивать геотехнологические типы руд на стадии геологоразведочных работ и в процессе эксплуатации, требуется разработка специальных методов опробования руд в скважинах и определения их физико-технических характеристик опытным путем. Другой важнейшей задачей остается создание геолого-структурных основ для геотех-нологического картирования рудных массивов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Британ И.В., Мерзликин В.К., Романщак А.А. Месторождения богатых железных руд Курской магнитной аномалии - перспективные объекты для скважинной гидродобычи. Техни-
ческий прогресс в атомной промышленности, сер. Горно-металлургич. произв., вып.1, 1990, с.7-9.
2. Кирцов В.В., Кошколда К.Н., Чесноков Н.Н. Скважинные системы
разработки рудных месторождений большой мощности. Там же, с. 17-21.
3. Лейзерович С.Г., Лебедев О.Ф., Булгакова А.П., Горкунова О.В. Исследование размываемости рыхлых
руд Курской магнитной аномалии при скважинной гидродобыче. Там же, с. 13-17.
4. Шевырев И.А., Анищенко В.И., Татьянин В.Д. Геотехнологическая классификация железных руд КМА. В сб. "1-ый советско-югославский симпозиум по проблеме скважинной гидравлической технологии", Т.1, Внеш-торгиздат, М., 1991г., с. 16-19.
5. Абрамов Г.Ю., Вильмис А.Л. Скважинная гидродобыча глубоко залегающих богатых железных руд КМА. Там же, с.33-37.
6. Британ И.В., Лейзерович С.Г. Богатые железные руды КМА, как объкт скважинной гидродобычи. Горный информационно-аналитический бюллетень, №2, Изд-во МГГУ, М., 1999, с.120-126.
7. Британ И.В. Локальная геодинамика и неоднородности в рудных массивах. В сб."Вопросы проектирования эксплуатации технологических
систем в металлургии, машиностроении, строительстве", ч.1. Горнорудное производство. Ст. Оскол, с.43-45.
8. Аллилуев В.Н., Британ И.В., Лейзерович С.Г. О цикличности процессов самообрушения при скважинной гидродобыче богатых железных руд. Там же, с.43-45.
9. Колибаба В.Л. Технология скважинной гидродобычи с обрушением руды и налегающих пород. Г ор-ный журнал, №1, 1995, с.19-22.
10. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии, т.Ш. Изд-во "Недра", М., 1969, с.319.
11. Никитина А.П., Сиротин В.И. О шамозитизации в латеритной коре выветривания и бокситах Белгородского района КМА. В сб. "Древние продукты коры выветривания", вып. 8. Изд-во "Наука", М., с.29-49.
12. Никитина А.П. Древняя кора выветривания кристаллического фун-
дамента Воронежской антеклизы и ее бокситоносность. Изд-во "Научка" М., 1968, с.91.
13. Яншин А.Л., Жарков М.А. Фосфор и калий в природе. Изд-во "Наука", Сиб.отд., Новосибирск, 1986, с. 190.
14. Рахманов В.П. Богатые железные руды коры выветривания Курской магнитной аномалии. Изд-во АН СССР, М., 1962.
15. Семенова М.П., Голубева А.А. Система геофизического обеспечения гидроскважинной технологии добычи полезных ископаемых. Горный журнал, №1, 1995, с.32-35.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Британ И.В. - руководитель группы, кандидат геолого-минералогических наук, ООО «НИИКМА-Гидроруда».
