Способы отбора проб
В зависимости от целевого назначения проводимых исследований условно выделяются несколько видов опробования.
Минералогическое опробование проводится с целью определения качественного и количественного состава полезных ископаемых, изучения их структурно-текстурных особенностей, распределения минералов в природных и промышленных типах руд. Этот вид опробования является основным методом исследования при разведке индустриального сырья, в которых ценность представляют сами минералы, а не химические элементы (пьезооптическое сырье, слюды, асбест, драгоценные и поделочные камни).
Физико-механические и технологические свойства полезных ископаемых зависят от их состава, поэтому проведение минералогических анализов должно предшествовать техническим испытаниям.
Химическое опробование проводится для оценки химического состава минерального сырья, качество которого и возможности практического использования определяются содержанием основных и попутных полезных компонентов комплексных руд, а также вредных примесей.
Техническое опробование выполняется для испытания физических и механических свойств полезных ископаемых (удельного веса и объемной массы, твердости, крепости, влажности, магнитной восприимчивости, электропроводимости и др.). Эти данные необходимы для установления пригодности нерудного сырья в стройиндустрии, они также используются при подсчете запасов, при изучении инженерно-геологических условий разработки месторождений.
Технологическое опробование проводится для испытаний обогатимости руд в лабораторном или опытно-промышленном масштабе с целью выбора оптимальной схемы обогащения и последующего передела с учетом комплексного использования.
Товарное опробование проводится с целью оценки качества добытой руды (минерального сырья) и продуктов ее переработки (минеральных концентратов). Объектом этого способа опробования являются рудная масса или товарный концентрат, находящиеся в перемешанном виде и, как правило, загруженные в транспортные емкости.
Разделение видов опробования по целевому назначению достаточно условно, т.к. качество полезного ископаемого оценивается не только минеральным или химическом составом, но и физико-механическими и технологическими свойствами. Технологические и физико-механическими испытания сопровождаются изучением минерального и химического состава для установления корреляционных зависимостей между свойствами и составом руд — pppa.ru. Для оценки балансов распределения химических элементов между минералами (фазово-минералогического состава руд) необходимо выполнение химических анализов минералов.
В геологоразведочной практике используются различные способы отбора проб: точечный (штуфной, горстевой), линейный (бороздовый, керновый, шпуровой), плоскостной (задирковый) и объемный (валовый).
Выбор наиболее оптимального (для конкретных условий) способа взятия пробы из целика недр зависит от многих факторов:
— характера обнаженной поверхности (коренной выход, забой горной выработки, керн скважин, отвалы добытой руды или отходов обогащения);
— применения имеющихся технических средств, обеспечивающих представительность отобранной пробы, т.е. соответствия состава и свойств изучаемому природному объекту (горной породе, руде);
— производительности процесса опробования и его экономичности.
Последний фактор не должен приниматься во внимание в ущерб достоверности и качества пробоотбора.
При выборе рационального способа отбора проб учитываются размеры рудных тел, особенности внутреннего строения, характер геологических границ, текстурные особенности руд, степень изменчивости оруденения, вещественного состава и распределения природных и промышленных (технологических) типов и сортов руд.
Рекомендуемые способы отбора проб
Примечание: символы (+) и (-) означают возможность или невозможность применения данного способа отбора проб.
При выборе методов и способов опробования и оценки достоверности его результатов следует руководствоваться специальными инструкциями, разработанными применительно к отдельным видам минерального сырья.
На ранних стадиях геологического изучения, в процессе геолого-съемочных работ, совмещенных с поисками полезных ископаемых, обычно применяется штуфное опробование, которое заключается в отборе образцов горных пород, руд (штуфов).
Точечное опробование заключается в отборе мелких осколков (образцов) полезного ископаемого с обнаженной поверхности или забоя выработки. Опробуемая поверхность накрывается специальной квадратной сеткой, из центров ячеек которой отбираются сколки, составляющие пробу. Для повышения достоверности опробования необходимо соблюдать равномерность размещения сколков, соизмеримость их размеров и необходимую плотность отбора на единицу площади обнажения (забоя выработки). Густота размещения сколков находится в прямой зависимости от изменчивости состава исследуемого полезного ископаемого. Этот способ отбора проб отличается высокой производительностью, экономичностью и рекомендуется к применению при исследовании состава массивных, вкрапленных руд с относительно равномерным распределением минералов.
Горстевое опробование (или способ вычерпывания) заключается в отборе добытой руды по квадратной сетке. Число пунктов отбора в зависимости от изменчивости опробуемой массы определяется опытным путем и может варьировать от 3-5 до 25 и более. При отборе необходимо соблюдать соотношение материала по крупности частиц (гравий, песок, пыль). Этот способ применяется при оценке качества товарной руды или минеральных концентратов при загрузке в транспортные ёмкости.
Бороздовое опробование широко применяется при проходке открытых и подземных горных выработок и при обследовании обнажений коренных пород. Оно заключается в отборе исследуемого материала из специально вырубленной в забое или коренном выходе борозды. Поперечное сечение может быть прямоугольным, квадратным или треугольным; размеры в ширину 5-10 см, в глубину 3-5 см; длина борозды выбирается в зависимости от мощности опробуемого рудного тела. Площадь сечения определяется в зависимости от степени изменчивости состава руд в пределах 5-10 см по ширине и 1-5 см по глубине. Достоверность опробования обеспечивается постоянством поперечного сечения борозды, которое определяется опытным путём.
При большой мощности производится непрерывное поинтервальное опробование с длиной секций 1-5 м. Борозды длинной стороной должны располагаться поперек наибольшей изменчивости оруденения — вкрест простирания жильных тел, полосчатости, слоистости. Отбойка борозд производится вручную или с помощью специальных приспособлений — резцов, алмазных дисковых пил. Опробование бороздой является наиболее универсальным способом, обеспечивает большую надёжность для большинства полезных ископаемых, однако этот способ опробования отличается малой производительностью.
Керновое опробование возможно только при разведочном бурении. В скважинах пробы отбираются раскалыванием вдоль оси вручную, гидравлическим керноколом или распиловкой алмазной пилой. Одна часть разделенного таким образом керна поступает в пробу, другая сохраняется как дубликат. Обычно в пробу отбирается половина керна, разделенного вдоль оси, или весь керн малого диаметра. Образовавшаяся в результате выкрашивания мелкая фракция разделяется на две равные части, одна из которых также поступает в пробу. Не допускается включение в пробу интервалов с резко различным выходом керна, а также керна разного диаметра. Такие интервалы опробуются раздельно. Отбор проб производится секциями длиной 1-3 м.
В отдельных случаях для изучения состава вмещающих пород или руд с весьма равномерным распределением полезных компонентов допускается секционный отбор пунктирных (точечных) проб из борозды или керна. При отборе пунктирной борозды или керна необходимо соблюдать соизмеримость массы частных проб и интервалов между ними. Такой способ взятия проб характеризуется высокой производительностью и экономичностью, но меньшей достоверностью по сравнению с непрерывным опробованием, поэтому его применение возможно только после проведения контрольных проверок.
Шпуровое опробование проводится в процессе продвижения забоев горных выработок и заключается в отборе бурового шлама из шпуров, задаваемых для закладки взрывных зарядов. Глубина шпуров при бурении перфораторами обычно не превышает 2-3 м.
Преимущества шпурового способа: экономичность процесса пробоотбора, сопряженного с проходкой выработки, минимальные затраты на обработку пробы, состоящей из бурового шлама. Кроме этого, появляется возможность отбора проб за пределами забоев горных выработок. Основной недостаток состоит в том, что объект опробования скрыт от исследователя за пределами забоя и недоступен для предварительного изучения и документации. Не всегда удается восстановить обстановку и после отпалки.
Задирковое опробование заключается в снятии путем отбойки ровного слоя полезного ископаемого («задирки») из забоя горной выработки или коренного рудного выхода (обнажения). Толщина отбиваемого слоя или глубина «задирки» принимается равной 3-5 см, реже до 10 см. Масса пробы зависит от мощности опробуемого рудного тела и глубины отбойки. Для обеспечения достоверности необходимо строгое соблюдение за постоянством глубины отбойки на опробуемом участке — pppa.ru. Опробуемая поверхность забоя перед отбойкой и после ее завершения должна быть тщательно выровнена и зачищена. Нарушение этого условия при опробовании оруденения с неравномерным распределением минерального состава неизбежно приводит к искаженной оценке результата в большую или в меньшую сторону, что в обоих случаях неприемлемо.
Способ «задирки» трудоемкий и малопроизводительный, поэтому его применение ограничено условиями, когда другие методы не обеспечивают надежности результатов. Обычно он используется при разведке жильных маломощных месторождений с неравномерным распределением полезных компонентов в рудном теле и наличием самородков благородных металлов. Кроме того, задирковый способ рекомендуется применять в качестве контрольного при отборе шпуровых, точечных или бороздовых проб.
Валовое опробование применяется в редких случаях для отбора крупнотоннажных проб с целью технологических испытаний обогатимости руд в опытно-промышленном и промышленном масштабе, определения объемной массы полезного ископаемого, необходимой для подсчета запасов, а также для заверки других, менее достоверных способов опробования. Материалом валовой пробы служит добытая рудная масса, отходы обогатительных фабрик. В отдельных случаях при невозможности вскрытия рудного тела горными выработками для формирования валовой пробы организуется проходка специальных скважин большого диаметра или используется керн разведочных скважин. Отбор валовых проб связан со значительными затратами времени и средств, что сдерживает его применение в практике геологоразведочных работ.
Валовые пробы, отобранные для технологических испытаний, в обязательном порядке предварительно исследуются на содержание минералов, химических компонентов, изучаются физико-механические свойства и другие характеристики, влияющие на выбор рациональной схемы и оптимального режима обогащения.
Документация и оформление отбора проб
Опробованию предшествует детальная геологическая документация обнажения, горной выработки, буровой скважины; документация сопровождается зарисовками забоев и стенок выработок в масштабе 1:10-1:100, для скважин составляются геологические колонки в масштабе 1:100-1:200. На зарисовках и колонках отмечаются места отбора проб. По результатам документации намечаются способы и интервалы отбора проб. Процесс опробования выполняется опытным специалистом под наблюдением геолога, ведущего документацию.
Результаты опробования заносятся в первичную документацию и увязываются с геологическим описанием. В журнал опробования вносятся следующие сведения: номер геологоразведочной выработки, дата и интервал отбора пробы (по скважинам — глубина, диаметр и выход керна), номер пробы, краткое определение состава пробы, перечень необходимых анализов и исследований. Каждой пробе присваивается порядковый номер. Во избежание дублирования номеров проб рекомендуется использовать сквозную порядковую нумерацию.
В геологоразведочной практике для упрощения работы рядовым пробам присваивается двойной номер, состоящий из номера выработки и порядкового для данной выработки номера пробы, что облегчает их обработку. Эти же данные заносятся в журнал геологической документации и в заявку в лабораторию для выполнения анализов. В заявке для каждой пробы указывается коэффициент неравномерности оруденения (К), необходимый для подготовки к анализу по схеме Ричардса-Чечотта. Каждая рядовая пробы упаковывается в отдельную тару и сопровождается биркой и этикеткой.
Хвосты обработки проб сохраняются в качестве дубликатов.
Источник
Вопрос 14
Приборы для взятия проб взвешенных наносов. Лабораторная обработка проб взвешенных наносов
Приборы для измерения концентрации взвешенных наносов (наносы — мелкие минеральные частицы (продукты водной и ветровой эрозии водосборов и русел, а также абразии берегов водоёмов), переносимые водным потоком во взвешенном состоянии) называют батометрами. Бато́метр (греч. bathos — глубина и metron — мера) — гидрологический прибор для взятия проб воды с различных глубин водоёма. Они представляют собой емкости, которые опускают в заданную точку потока, наполняют там водой со взвешенными частицами и извлекают.
Батометр-бутылка на штанге Г Р-1 6 — простейший прибор для взятия проб взвешенных наносов при скоростях течения до 1,5— 2,0 м/с как точечным, так и интеграционным способом. Точечным способом прибор позволяет брать пробы при глубинах от 0,5 до 2,5 м, а интеграционным— при глубинах не менее 1 м. Наибольшая глубина взятия проб интеграционным способом определяется длиной штанги.
Батометр-бутылку в грузе ГР-15 применяют для взятия проб с наносами интеграционным способом на глубинах от 1 до 15 м и точечным способом — от 0,5 до 2,5 м при скорости течения не более 2,5 м/с. Он состоит из полого груза рыбовидной формы и литровой широкогорлой бутылки. В полость груза вкладывается бутылка в собранном виде и укрепляется с помощью скобы. Груз крепится к тросу и опускается с лебедки.
Вакуумный батометр ГР-61 основан на принципе засасывания пробы воды за счет разрежения воздуха, создаваемого насосом в вакуумной камере. Применяют для взятия проб точечным и интеграционным способами в потоках с глубиной до 20 м, при скоростях течения от 0,2 до 3,5 м/с. Наконечник вакуумного батометра при креплении его к штанге позволяет брать пробу мутности в непосредственной близости к дну.
Батометры для взвешивания наносов, имея некоторые недостатки (непортативность, сложность в эксплуатации), являются тем не менее надежными приборами и дают достоверные сведения о концентрации наносов в отдельных точках потока.
Обработка проб воды со взвешенными наносами заключается в отделении частиц наносов от воды, определении массы наносов в пробе и в определении их гранулометрического состава. Первую из этих операций выполняют в полевой лаборатории, последующие — в стационарной.
Способы: автоматическое фильтрование; фильтрованием с предварительным отстоем; ускоренное фильтрование под давлением.
Автоматическое фильтрование применяют тогда, когда объем пробы не превышает 1 л, оно заключается в том, что воду с наносами пропускают через фильтр. Для фильтрования используют специально изготовленные среднефильтрующие беззольные чистые фильтры диаметром 11—13 см.
С предварительным отстоем применяют при малой мутности, когда взятые отдельно пробы сливают в одну общую бутыль и объем их составляет более 1 л.
Количество взвешенных наносов определяют путем взвешивания фильтров с наносами на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Массу наносов в пробе получают по разности массы фильтра с наносами и массы фильтра без них. Если масса наносов на фильтре превышает 1 г, то фильтр с наносами взвешивают с точностью до 0,001 г. Для разделения взвешенных наносов по фракциям применяют способы, основанные на определении гидравлической крупности частиц.
Вычисление расходов взвешенных наносов графическим способом производят на том же чертеже, на котором вычислялся и расход воды. Так же, как и при подсчете расхода воды, в вычислениях используют не только скоростные, но и промерные вертикали.
Вычисление расхода взвешенных наносов аналитическим способом выполняют по формулам, аналогичным соответствующим формулам для вычисления расхода воды. Сначала вычисляют- единичные расходы взвешенных наносов в отдельных точках вертикалей, затем средние единичные расходы. Последние вычисляют по формулам того же вида, что и формулы для подсчета, средних скоростей на вертикалях.
Вопрос № 15. Способы измерения расхода взвешенных наносов.
Измерение расходов взвешенных наносов, так же как и влекомых, обычно совмещают с измерением расхода воды. Оно заключается в отборе проб воды с последующим определением массы содержащихся в ней наносов и вычислением мутности — массовой концентрации наносов.
При измерении расхода взвешенных наносов на постоянных гидрометрических створах берут следующие пробы воды:
на мутность в различных точках на скоростных вертикалях для вычисления расхода наносов;
контрольные единичные на мутность, отбираемые при измерении расходов взвешенных наносов для установления связи между мутностью единичной пробы и средней мутностью воды в реке;
для определения крупности взвешенных наносов;
единичные на мутность, отбираемые на посту ежедневно в постоянном месте живого сечения реки.
Существуют точечный, суммарный и интеграционный способы измерения расхода взвешенных наносов.
Точечный способ применяют в трех разновидностях — как многоточечный (детальный), основной (двухточечный) и одноточечный.
Многоточечный способ дает наиболее точное значение взвешенных расходов и предусматривает отбор проб в пяти точках по глубине (у свободной поверхности, на глубине 0,2/г, 0,6h, 0,8h и у дна) на всех скоростных вертикалях. На стационарных гидростворах этот способ
При основном способе измерения расходов взвешенных наносов на больших и средних реках отбирают две пробы на вертикали (па глубине 0,2h и 0,8/г), а на малых реках — одну пробу на вертикали (на глубине 0,6/г). Этот способ применяют при мутности реки, превышающей 100 ^м3.
Суммарный способ взятия проб предусматривает взятие проб в тех же двух точках по глубине вертикали, что и при основном способе, но эти пробы сливают в один сосуд и определяют мутность их суммы. Этот способ применяют на больших и средних реках при средней мутности реки в пределах 20—100 г/м3.
Интеграционный способ заключается в том, что берут одну пробу воды по всей глубине вертикали путем плавного равномерного перемещения батометра от поверхности до дна потока и обратно.
На постоянных гидрологических станциях количество измерений расходов взвешенных наносов назначают в зависимости от режима реки и ее изученности. В среднем число измерений расходов наносов в первой и второй годы наблюдений на равнинных реках назначают не менее 15—20. В последующие годы число наблюдений может быть
Контрольные единичные пробы воды на мутность берут при каждом измерении расхода взвешенных наносов в том же постоянном месте, где берут ежедневные единичные пробы на мутность.
Пробы для определения крупности взвешенных наносов берут при измерении расходов взвешенных наносов только в характерные фазы гидрологического режима (половодье, межень и т. д.) на всех скоростных вертикалях отдельно от проб, которые отбирают для измерения расхода взвешенных наносов.
Пробы берут тем же прибором и тем же способом, что и пробы мутности, за ислючением детального способа, при котором пробы отбирают в двух точках на вертикали: на глубине 0,2h и 0,8h. Пробы, взятые в отдельных точках или интеграционно на вертикалях, объединяют в одну суммарную пробу. Она характеризует распределение взвешенных наносов по крупности среднее в живом сечении. Объем пробы зависит от мутности реки и метода последующего анализа. Этот объем, л, определяют по формуле
V = 1000 a/Sm> (128)
где а — величина требуемой навески, г;
Sm — мутность ВОДЫ, г/м3.
Ежедневные единичные пробы воды на мутность берут в гидрометрическом створе на одной постоянной вертикали, расположенной в стрежневой части русла, а при широкой реке и сложном профиле живого сечения — на двух стрежневых вертикалях.
Единичные пробы мутности берут ежедневно в сроки уровенных наблюдений один (в 08 ч), два раза (в 08 ч и 20 ч), иногда учащенно — несколько раз в сутки.
Единичные пробы мутности берутся суммарным (в двух точках — 0,2h и 0,8Л), одноточечным (0,6К) и интеграционным способами.
Источник
