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
Способы отбора проб в эксплуатационных выработках
Все применяемые способы взятия проб делятся на:
К первой группе относятся – штуфной, точечный и способ вычерпываний. Ко второй – бороздовый, шпуровой и все виды опробования керна и шлама скважин. К третьей – задирковый, валовый и способ монолитов. Наиболее легко выполнимы способы первой группы и наиболее трудоёмки способы третьей группы
Точечные методы:
Штуфной способ – его смысл состоит в отбойке отдельных кусков (штуфов) полезного ископаемого. Масса отдельных штуфных проб от 0,2 до 2-х кг. Чаще всего используются для изучения минерального состава, структур и текстур руд. Реже подвергаются химическому анализу (на стадии поисков).
Точечный способ. Суть способа – на поверхности тела полезного ископаемого намечается сетка, в узлах которой отбиваются кусочки полезного ископаемого приблизительно одинаковой величины (от 30 до 200 гр.). Сумма всех этих кусочков и составляет пробу. Рекомендуется применять для опробования мощных тел крепких и очень крепких полезных ископаемых. Благоприятные текстуры: массивная, вкрапленная, пятнистая, тонкополосчатая. Разновидностью является горстевой способ(способ вычерпываний), который применяется для опробования рыхлых масс минерального сырья – отбитой руды, песков, отвалов и т.п.
Линейные методы:
Бороздовый способ. Наиболее распространенный способ на всех стадиях разведки. Суть способа заключается в отбойке узкой полоски (борозды) полезного ископаемого в естественных и искусственных обнажениях. Линия борозды ориентируется в направлении наибольшей изменчивости качества полезного ископаемого (т.е., чаще всего по линии мощности). Если тело полезного ископаемого имеет полосчатое строение, обусловленное чередованием различных по составу слоёв, нечёткие контакты (прожилково-вкрапленное оруденение, россыпи) или большую мощность, бороздовая проба расчленяется на секции, из которых приготавливаются отдельные пробы. В этих случаях устанавливается некоторая средняя длина секций. В целом, длина бороздовой пробы определяется мощностью опробуемого тела полезного ископаемого или его части (при секционном опробовании). На практике длина бороздовых проб составляет от 0,2 до 2-х м (реже 3-5 м). Более длинные борозды применяются при опробовании мощных и однородных залежей. Наиболее распространены прямоугольные сечения борозд: 5х10 – 10х20 см.
Бороздовые пробы могут отбираться как вручную (с помощью молотка и зубила), так и механическим способом (с помощью отбойного молотка или специальных пробоотборников).
Шпуровой способ. Пробы отбираются из шлама полученного при бурении шпуров в горных выработках. Достоинства этого способа: пробы отбираются попутно с бурением шпуров для проходки горных выработок и не требуют дополнительных специальных затрат труда и времени; полученный материал изначально измельчен и дальнейшая его подготовка к анализам существенно упрощается. Недостатки – неизбежная присечка вмещающих пород, невозможность отбора секционных проб при полосчатом строении рудных тел.
Применение шпурового опробования наиболее эффективно при пересечении залежей полезных ископаемых ортами, квершлагами и другими аналогичными выработками, когда шпуры ориентируются по линии максимальной изменчивости полезного ископаемого (т.е. в крест его простирания).
Шпуровая проба составляется из материала серии шпуров, пробуренных в забое выработки, и характеризует качество полезного ископаемого на интервале уходки выработки. Глубина шпуров, при обычном перфораторном бурении составляет 2-5 м. Для оконтуривания залежи бурение шпуров может проводиться секционно (длина секции 1-2 м).
Отбор проб в буровых скважинах. В скважинах возможен отбор исключительно линейных проб, при этом количество материала, поступающего в пробу, всегда ограничено. Способы отбора, зависят от применяемой техники и технологии бурения.
При ручном, ударно-вращательном бурении отбор проб производится специальной желонкой или со змеевика. При ударно-канатном бурении – путём вычерпывания измельченного материала с забоя скважины специальной желонкой. Вес отдельной пробы в зависимости от диаметра и длины интервала составляет от 40 до 200 кг. Но основной объём буровых работ и соответственно отбираемых проб приходится на вращательное колонковое бурение. При этом основным объектом для опробования выступает поднятый при бурении керн (в некоторых случаях опробованию подлежит и буровой шлам). Соответственно большое значение имеет количество поднятого керна или выходом керна. Выход керна определяется в процентах, как отношение длины поднятого столбика (или суммы длин отдельных столбиков) керна к длине пробуренного интервала. При весовом способе определения выхода керна (в случае если поднятый керн сильно разрушен) – этот показатель определяется как отношение веса поднятого керна к его расчётному весу на длину проходки.
Отбор проб из керна всегда секционный. Длина секции определяется длиной проходки и мощностью отдельных частей залежи, сложенных различными типами полезного ископаемого. Минимальная длина секции – 0,3-0,5 м. При относительно выдержанных по качеству полезных ископаемых длины отдельных секций могут составлять от 2-3-х до 5 м. Более неравномерные залежи опробуются секциями по 1-1,5 м.
Керновые пробы обычно отбираются по следующей методике. Поднятый керн, после очистки и геологической документации, поступает на разделку. Обычно он делится на 2 половинки по длинной оси. Одна половинка направляется на различные анализы, а вторая на кернохранилище, где она хранится в качестве фактического каменного материала. Мелочь, образующаяся при делении керна по каждому интервалу, смешивается, делится пропорционально частям керна и присоединяется к ним. Раскалывается керн на специальных керноколах, либо разрезается камнерезными станками.
Из соляного керна берётся проба в центральной части столбика, путём высверливания полости вдоль оси керна (Æ 8-10 мм.).
Опробование шлама производится при выходе керн меньше 80-60%. Для руд, минералы которых подвержены вследствие хрупкости, избирательному истиранию, шлам опробуется и при 100% выходе керна. Для этого используются специальные шламовые трубы.
Объемные методы:
Задирковый способ. Суть способа заключается в отбойке («задирке») ровного слоя полезного ископаемого по всей обнаженной поверхности тела полезного ископаемого. Основное требование при задирковом опробовании – соблюдение при отбойке материала пробы одинаковой глубины задирки по всей площади. Для крепких полезных ископаемых глубина задиркового слоя составляет 5-10 см, для более мягких – до15-20 см. Обычно объём задирковой пробы в несколько раз превосходит объём бороздовой или точечной пробы. Соответственно масса пробы может составлять десятки и сотни кг. Задирковые пробы отбираются через определённые интервалы.
Применение задиркового способа, ввиду его большой трудоёмкости, целесообразно лишь в том случае, когда более простые и менее трудоёмкие способы не обеспечивают надёжного определения качества полезного ископаемого. Довольно часто применяется при разведке жильных месторождений с весьма неравномерным распределением полезных компонентов.
Валовый способ – заключается в сплошном отборе минеральной массы, полученной при проходке горной выработки. Эти пробы наиболее представительны и предназначены для различных испытаний: с целью определения качества полезного ископаемого, для определения его физических свойств, определяющих условия его добычи и переработки. Для технологических испытаний валовые пробы отбираются по различным сортам полезного ископаемого. В валовую пробу может отбираться как вся минеральная масса, так и её часть – лопата, бадья, вагонетка. Вес пробы зависит от характера испытаний. Лабораторные испытания проводятся при материале массой 100-200 кг, реже до 1000. Для полузаводских испытаний отбираются пробы массой 10-15 т.
Отбор проб при открытой разработке месторождений полезных ископаемых может осуществляться как перечисленными выше, так и другими способами.
При открытой разработке крепких руд (железных, медных, молибденовых) пробы отбирают из буровзрывных скважин, что при надлежащей документации отбираемого шлама дает ценный и детальный материал для установления контактов, выделения различных типов и состав руды, изучения химического состава руд для текущего планирования качества добываемых руд.
Геофизические способы опробования очистных забоев в последние годы находят все более широкое применение. Они позволяют уточнять качество руды в разрабатываемых блоках. Общие запасы руды при детальной разведке. Например, на железорудных карьерах широко применяется определение содержания железа в буровзрывных скважинах с помощью магнитного каротажа. На месторождениях свинца применяют гамма-гамма каротаж. На шеелитовых рудниках применяют люминисцентный способ опробования забоев с целью ориентировочного определения содержания вольфрама.
Источник
