Введение к работе
Актуальность проблемы. При экпслуатацноннои разведке и )быче полезных ископаемых геологическое опробование руд зляется тем звеном, которое во многом определяет конечный ^зультат всей цепочки извлечения металла из недр. Десяти-гпіямії обкатанная система геологического обслуживания ірньїх работ, базирующаяся на отборе, истирании и хнмнчес-)М анализе лроб руд, устанавливает, — из-за малой опера-івностіі и достоверности, — предельный уровень эффектив-эстн всего процесса горного передела руд. Более того, под-ржание традиционной системы геологического обслуживания эриых работ в рабочем состоянии и в объемах, регламентн-эванных инструкциями,требует значительных материальных трудовых затрат, целесообразность которых представляется ^мнительной п условиях повсеместного перехода к рыночным пюшениям.
Опыт многих горнодобывающих предприятий цветной мс-зллургии бывшего СССР, а также зарубежных стран, евпде-:льствует однозначно: альтернативы методам ядерной гсофн-іки при опробовании руд в условиях действующего произвол-гва сейчас нет. С прогрессом этих методов связывают буду-іее горного дела.
Среди многочисленных методов ядерной геофизики нан-ольшими возможностями обладают флуоресцентный реитге-фадиометрическин метод (РРМ), использующий для возбуж-ёння характеристической люминисценцни атомов элементов, лагакшшх горные породы, радиоактивные изотопы.'Вслед-твне того, что энергия атомной флуоресценции для-каждого лемента строго фиксирована, а плотность потока. атомной ілуррєсцєнцин прШорциональна массовой доле элемента в орной породе, то РРМ следует отнести к ряду прямых мето-ов опробования руд, а среди Геофизических методов — к нслу наиболее эффективных.
РРМ, сам_по себе, не является универсальным методом, іавно одинаково применимым на любом месторождении. "1 ре-уется преодолеть довольно серьезные проблемы методпчес-:ого п технического характера, вызванные особенностями ве-дественного состава руд, технического состояния объектов
опробования (стенок забоев и скважин, гранулометрической состава истертой пробы), применяемых систем отработка месторождений, действующих кондиций на минерально; сырье. Вот почему разработка новых и совершенства известных методик и способов опробования руд с помощью РРМ при доразведке и эксплуатации месторождении цветных металлов остается по-прежнему актуальной научно-техническог проблемой, отвечающей современным запросам горнодобывающих предприятий. Прежде всего это относится к полиметаллическим месторождениям Центрального Казахстана, известных сложностью элементного состава руд.
Состояние вопроса. Впервые возможность использования РРМ в горном деле была указана с 1955 году Л. Рспфелом и Р. Хамфрмшем. Важные исследования по развитию РРМ выполнены, начиная с 1957 года в ВИМСс А. Л. Якубовичем с сотрудниками. Ими были не только развиты основные принципы практического РРМ, но также разработан ряд методик рентгенорадпометрпческого анализа (РРЛ), создана рациональная серийная аппаратура и положено начало широкому внедрению в промышленную практику. Важным расширением сферы применения РРМ явился предложенный п исследованный В. А. Мепером в 1962 году радиоизотопнын флуоресцентный метод элементного опробования руд в скважинах наземного бурения (РРЮ- Многочисленные интересные исследования были выполнены в ВИРГе А. П. Очкуром и Е. П. Леманом'. В частности, были выявлены перспективы применения РРМ о геологической и горно-рудной промышленности для опробования руд по стенкам горных выработок (РРО). В последующие годы РРМ быстро развивался. Принципиальное значение пмелн исследования ученых BMMGa (С. М. Пржиялговский, Е. И. Зайцев), Ленинградского государственного университета (В. А. Мейер, Ю. И, Кудрявцев, В. С. Нахабцев, Г. А. Пшеничный, Г. А. Иванюкович,- А. В. Бахтпаров), Ленинградского горного института (В. А. Арцы-бащев, А. А. Волков), Казахского государственного университета.(Л. П. Шмонин, М. Б. Энкер), ВИРГа (А. П."Очкур, Е. П. Леман, Е. И. Краппвский, Н. Г. Болотова, И. В. Томский, Ю. С. Медведев, В. Н. Орлов, Ю. А. Большаков, В. А. Золотницкип, Н. А. Мац), Казахского 'филиала ВИРГа (В. А. Красноперов, Ю. А. Гринштейн, А. П. Бурменский),
карагандинского политехнического института (Ю. Н. Пак; Э. В. Боченпн), ВНИИЯГГа (Р. М. Ратников, С. И. Саво-нн), МНТК «Механобр» (Е. П. Леман, Е. И. Крашшскіш, .. А. Волков), «Средазнипроцветмет» (X. Н. Фатхутдинов),-)1\Б Министерства геологии СССР (Г. С. Крнцук, iO. П. Лю-авші, Л. В. Кобылянцев, В. И. Згардовскпп, В. Э. Герлннг), ЩИИолово (В. Б. Юшко, Н. И. Котлер), Госкомитета СССР о мирному использованию атомной энергии (Е. Д. Кохов, '.. А. Балдин, В. П. Варварица, 1-І. А. Лучи;-!, Б. Г. Егнлзлров, '.. В. Мамнконян), Министерства приборостроения СССР Д. А. Гоганов, К. В. Аинсовнч, Р. И. Плотников, В. II. Апш-эк), Уральского филиала АН СССР и Свердловского горно--> института (Г. С. Возженнпков, В. И. Угклн, 10. Б. Даьы-ов). организаций Министерства цветной металлургии СССР Г. Г. Козлов, Л. Д. Козлова, Е. А. Кирьянов) и АН СССР А. А. Тамразян и другие).
Параллельно с развитием теории РРМ развивалась и ап-аратувнлн база метода. Если па начальном этапе стачовлс-пя РРМ использовалась, как правило, аппаратура несернн-эго производства, то сейчас — многоцелевая серпііная апаратура, оснащенная обрабатывающими вычислительными 'эмплсксамп с ПЭВМ. Все шире на практике применяются олупроводниковые детекторы излучений. Интенсивно разан-іетсн новое направление в РРМ, ориентированное на сортн-).чку товарных руд по технологическим сортам, на контроль і качеством рудного сырья в транспортных емкостях п на :нте транспортера. В результате технической резолющ.н РРМ тедует рассматривать в качестве основного звена автоматп-ірованньїх систем управлении качества горнодобывающих ісднрнятпп цветной металлургии.
Цель работы. Диссертация посвящена разработке РРМ ж средства совершенствования системы геологического об-іужпвання горных работ на стадии доразведкп п отработки )лимсталлнческпх месторождении Центрального Казахсга-1. Диссертация представляет собой совокупность теоретичних, экспериментальных, технических, опытно-методичес-!х и геологических исследовании, выполненных автором с )72 но 1992 годы.
Основные задачи, которые решались в рамках реализации вставленной цели работы, заключались в:
-
разработке помехоустойчивых вариантов РРЛ1 и сгк собов его реализации для РРО стенок горных вьіработої РРК эксплуатационно-разведочных скважин и РРА проб н полиметаллических месторождениях Центрального Каза; стана;
-
широкой апробации методик, способов реализации РР/ и аппаратуры в условиях доразведки и эксплуатации вьібраї пых месторождении для решения следующих практически горпо-геологичесі<пх задач;
а) повышение достоверности и надежности текущего пл;
иирования добычи руд и металлов как по отдельным вые.мо1
иым единицам (камера, забои, уступ, блок, панель), так
по крупным добычным единицам (участок, шахта, карне
рудник);
б) составление карт сортности руд в границах отдельнс
выемочной единицы для организации добычи руд по текпол<
гпческнм сортам; ,
в) организация эффективного и оперативного контро/
за процессом исполнения месячных планов-графиков добыч
руд н металлов из недр;
г) организация оптимальной схемы откатки отбитой го]
ной массы к рудоспускам шахт, которая практически пекли
чает возможность смешивания в рудоспусках разных техік
логических сортов руды, а также попадание породы в руді
спуски; (
д) управление процессом буровзрывных работ в камера
буровых ортах и блоках для снижения разубоживания руд
породой, уменьшения потерь металла и недрах п отбойки, -
если это технически осуществимо, — отдельных техиологичс
ких сортов руд;
е) обеспечение доразведки отдельных элементов залег
Лия рудных тел между подэтажами и этажами шахт, а та:
же в границах камер, отрезных щелей, блоков, для оптпм
зацнн процесса буровзрывных работ;
ж) подсчета геологической п товарной массовой доли м
талла в добытой руде.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Разработаны новые подходы к теории РРМ, вырлзнв-иеся в: повышении чувствительности метода к предельным ассовым долям бария за счет использования геометрии пз-;рений в ненасыщенном слое при РРК подземных экеплуа-щпонно-разведочных скважин; исследовании границ прпмс-.чшя способа Долби при опробовании многокомпонентных )лиметаллически.х руд, разработке двух модификации мсто-ік РРО забоев на три элемента ц РРК скважин на четыре ісмента, в основу которых положен способ Дол б і г, рлзра-)тке способа разделения флуоресцентных излучении зледенів с соседними атомными номерами; разработке способа абплпзации значении аналитического параметра при РРЇ\ шажпн с использованием аппаратуры без схемы автоматикой регулировки усиления за счет использования текстурах особенностей руд месторождении, и частности, редкоме-ільньїх; разработке способа учета эффекта матрицы при РЛ проб руд за счет компенсации поглощения потока одно->атно рассеянного излучения радионуклида атомами эле-ептов в зависимости от значении величин спектральных раз-)степ элементов, измеренных с помощью дпфферешдпаль-лх фильтров Росса; разработке методики выбора оптимальні поверхностной плотности пробы при РРА в условно тон-IX слоях, позволяющей рассчитать, — зависимости от вашого состава руд конкретного полиметаллического место-)жденпя, величину оптимальной поверхстносгноп плотности зобы при РРА на тот пли иной элемент, а также перейти к иксации в процессе РРА в условно тонких слоях толшппы зобы, а не ее поверхностной плотности; разработке способа іста влияния основных промышленных элементов, а также їда мешающих элементов при РРА руд на сопутствующие іеребро, кадмий, рений) промышленные элементы с пеполь-шанием полупроводникового детектора излучений за счет іедснпя поправок как на плотности потоков рентгеновских луоресценцнй одних элементов, так и на массовые доли дру-IX элементов.
2. Разработана оригинальная схема доразведкн мощных /дных залежей в зонах флексурных перегибов для ведения шетных работ по системе «камера-целнк», целиком бази-тгощаяси на широком использовании данных РРК веерных гбойных скважин.
3. Установлено наличие в рудах месторождения Жезкг ган промышленных массовых долей иттрия, что- измени представление о промышленной ценности этих руд Н О Ш торождении в целом, как объекте комплексного минералы го сырья*
Практическая ценность работы определяется тем, чі во-первых, доказана возможность перевода круинепшс предприятия цветной металлургии Казахастана, каким явл ется НПО «Жезказганцветмет» целиком на РРМ онробон ипя руд;
во-вторых, показана высокая эффективность РРМ при рсіи шш ряда горно-геологических задач, связанных с доразве кой и эксплуатацией месторождений полиметаллических р; Центрального Казахстана, таких как: Акчатау, Карагапл Майкаин-В, Кантаги, Саяк, Текели;
в-третьих, подготовлена и утверждена Научио-методичесш советом по ядерно-физическим методам опробования поле ных ископаемых в естественном залегании методического р ководства по РРО руд на медь на рудниках подземной добі чи НПО «Жезказганцветмет», которое оказалось первым м тодическнм руководством в цветной металлургии Казахстан утвержденным НМС;
в-четвертых, достигнут значительный экономический ЫрфС! от практического использования методик, разработанных внедренных автором на горнодобывающих предприятиях К захстана.
Защищаемые положения. На защиту выносятся:
1. Совокупность методических приемов и способов, П031Т ливших адаптировать основные принципы реализации Р1\ при РРК, скважин, РРО горных выработок но стенкам заб> ев, РРА геологических и технологических проб применится но к полиметаллическим и редкометальным месторождения Центрального Казахстана для решения широкого круга гори геологических задач, а также их теоретическое н эксперпмс! тальное обоснование и внедрение в практику геолопіческої обслуживания горных работ на стадии доразведки и отрабо кн месторождении.
-
Создание иа основе РРМ единой системы оперативного контроля н управления качеством добываемых руд, включающем РРК эксплуатационно-разведочных скважин, РРО забоев, РРА геологпчески.х и технологических проб, оперативный подсчет запасов руд п металлов, составление карт сортности руд в плане и разрезе отдельных выемочных единиц,-распределение добытого металла между шахтами, карьерами и рудниками.
-
Усовершенствование системы теологического обслуживания горных работ па действующих, горнодобывающих іредприятиях цветной металлургии Казахстана на основе тайных РРК эксплуатационно-разведочных скважин, РРО за-Зосв, РРЛ геологических и технологических проб путем:
— уточнения контуров рудных тел в границах добычных
ідікшц (камера, отрезная щель, блок), разделения руд на
балансовые и забалансовые;
— гсолого-тсхнологического картирования руд с выдсле-шем различных технологических сортов но массовым долям хшовных н сопутствующих рудных компонентов;
т— составления месячных планов-графиков добычи руд и металла по камерам н панелям, участкам, шахтам и рудникам и эффективного, оперативного контроля за исполнением ,'твержденных планов-графиков с целью гарантированного зывода добычных участков, шахт и рудников к концу месяца іа плановые показатели;
разработки оптимальных схем откатки отбитой горной тассы к рудоспускам, полностью исключающей возможность :мешнвания в рудоспусках различных технологических сортов руд, а также попадания породы в рудоспуски;
управления процессом буровзрывных работ в камерах, презных щелях, блоках с целью ведения добычных работ с минимальными потерями металла в недрах, с минимальным тазубоживанием руд породой, с возможностью селективной >тработки различных технологических сортов руд;
удешевления геологоразведочных работ за счет перехода на бсскернопос бурение глубоких разведочных скважин : последующим расчленением разреза по данным РРК;
— повышения достоверности доразведки рудных залсжсіі в районах флексурных перегибов с применением системы отработки «камеры-целнк» за счет разбурки залежей веерными отбойными скважинами по определенной сегке с последующим РРК этих скважин п выходом на окончательные проекты отработки залежей.
-
Результаты внедрения системы оперативного рентгено-радпометрического опробования руд на горнодобывающих предприятиях Центрального Казахстана дали экономический эффект более 890 тысяч рублей в ценах 1990 года.
-
Установление РРМ в полиметаллических рудах месторождения Жезказган промышленных концентраций иттрия, что создаст базу для переосмысления ценности руд этого месторождения.
Апробация работы. Результаты исследовании и основные
положении диссертации докладьіваліісь на Всесоюзных и
Республиканских совещаниях, семинарах, школах передово
го опыта, в том числе в: Ташкенте, 1973 г., Алма-Ате, 1974 г.,
Кадамджае, 1976 г., Кавалерово, 1979 г., Кафане, 1981 г.,
Саяке, 1980 г., Алмалыке, 1982 г., Зыряновске, 1982 г., К,ен-
тау, 1979, 1984, 1986 г.г., Кайраккумах, 1935 г., Свердловске,
1990 г., Жезказгане, 1990 г., Ленинграде, 1991г., Алма-Ате,
1992 г. '
Публикации. По теме диссертации опубликована 31 науч
ная работа. Практические выводы и рекомендации приведе
ны .в 15 технических отчетах по опытно-методическим рабо
там. .'''""''
Объем работы. Диссертация состоит ид введения, пяти
глав, заключения и содержит 116 страниц текстовой части,-
16 таблиц, 34 рисунка, 27 приложений и синеок литературы
из 74 наименовании.' '