Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством минерального сырья

Геолого-маркшейдерское обеспечение горных работ является важной составной частью системы формирования качества полезных ископаемых на карьерах. Геолого-маркшейдерская документация служит основным источником информации на всех стадиях планирования горных работ с учетом обеспечения качества добытого полезного ископаемого. В процессе производства добычных работ геологомаркшейдерская служба осуществляет контроль за правильностью ведения горных работ и требуемым качеством добытого полезного ископаемого. Она производит учет добычи полезных ископаемых и движения их запасов, определяет величину потерь и разубоживания полезных ископаемых.

В результате текущего горно-маркшейдерского обслуживания добычных работ производится уточнение геологического строения месторождения и участков, подлежащих первоочередной разработке; выделяются и оконтуриваются участки по типам и сортам полезного ископаемого, некондиционные руды, контуры полезного ископаемого на вовлекаемых в эксплуатацию блоках; определяются качественные категории по типам и сортам полезного ископаемого в блоках и изменчивость качественных показателей.

Геолого-маркшейдерская служба осуществляет оперативный контроль за потерями и разубоживанием полезного ископаемого в процессе добычных работ. В основе всей работы лежит правильная организация работы по опробованию полезных ископаемых, составлению первичной геолого-маркшейдерской документации и сводных материалов. Значительное место в работе геолого-маркшейдерской службы занимает обслуживание буровзрывных и выемочно-погрузочных работ.

Исходными данными для планирования горных работ с учетом обеспечения качества полезного ископаемого являются данные детальной разведки (на этапе проектирования), которые в период разработки месторождения уточняются и дополняются данными эксплуатационной разведки. Основным графическим материалом, полученным на их основе, служат планы разведки полезного ископаемого, гипсометрии кровли и почвы пластов, изомощностей полезного ископаемого, погоризонтные качественные (сортовые) планы, геологические разрезы. В конкретных условиях возможно составление дополнительной документации. Объем и характер геолого-маркшейдерской документации в каждом конкретном случае определяется природными особенностями месторождения, требованиями к качеству продукции карьера, особенностями ведения горных работ.

При производстве буровзрывных работ к задачам геолого-маркшейдерской службы относится подготовка первичной документации для проектирования взрыва, вынос проекта в натуру, контроль исполнения проекта буровых работ, съемка результатов взрыва и расчет показателей. По каждому взрываемому блоку на основе погори-зонтных сортовых планов и разрезов устанавливается выход различных типов и сортов руд, содержание полезного компонента в них.

Разработка сложных забоев производится на основе сортовых планов разведки, на которых геолого-маркшейдерской службой устанавливаются объемы и контуры различных типов и сортов руд.

Каждое месторождение полезных ископаемых имеет присущие только ему особенности по содержанию полезных и вредных компонентов, их пространственному размещению в карьерном поле, количеству типов и сортов полезного ископаемого. Горно-геометрическая графика является основой для планирования и производства горных работ с учетом качества добываемого полезного ископаемого. На различных этапах планирования горных работ горно-геометрическая графика основывается на разных исходных данных.

При проектировании карьеров исходными материалами являются данные детальной разведки, на основе которых составляются качественные планы, позволяющие принять главные технологические решения по разработке месторождения. Форма представления материала определяется спецификой месторождения и может иметь разную графическую интерпретацию.

Важным документом, на основе которого производится оперативное планирование горных работ с учетом обеспечения качества полезного ископаемого, являются погоризонтные качественные (сортовые) планы. Исходным материалом для составления таких планов служат геологические планы и разрезы, а также данные детальной и эксплуатационной разведки в пределах горизонта. В необходимых случаях организуется опробование буровзрывных скважин. Качественные характеристики полезного ископаемого показывают на сортовых планах изолиниями средних содержаний показателей или выделяют блоки по сортам и типам полезного ископаемого, участки пустых пород, некондиционного полезного ископаемого. Этот документ позволяет установить закономерности изменения качественных показателей, производить расчет запасов полезного ископаемого по выемочным блокам и правильно планировать ведение горных работ с учетом усреднения.

При наличии на месторождении нескольких типов или сортов отдельно разрабатываемых полезных ископаемых на сортовые планы выносят границы распространения разных типов и сортов руд, а также безрудные участки. Пример такого плана приведен на рис. 14.2. На основе таких планов ведут планирование горных работ при обеспечении нужного соотношения добычи руды по типам и сортам. Однако вести планирование горных работ в режиме усреднения по таким планам затруднительно.

Вести планирование горных работ в режиме усреднения удобнее с использованием погоризонтных качественных планов, на которых нанесены изолинии содержания полезных компонентов. В качестве примера такого плана на рис. 14.3 приведен фрагмент плана горизонта железорудного карьера. В случае большого влияния вредных компонентов на качество полезных ископаемых на качественных планах уступов наносят изолинии этих показателей. Такой качественный план показан на рис. 14.4, на котором приведено распределение содержания пятиокиси фосфора на одном из участков железорудного месторождения. Штриховкой выделены участки некондиционных руд.

Для конкретных условий месторождения возможна и иная графическая интерпретация материалов о качестве руды. Ряд карьеров с успехом используют цветовое решение представления графической документации по качеству полезного ископаемого, когда различные типы руд окрашивают в разные цвета, а сорта руды различают по интенсивности окраски. В конечном итоге важно, чтобы качественные планы давали наглядную картину и позволяли выявить закономерности изменчивости состава полезного ископаемого и распределения типов и сортов руд.

Качественные планы, используемые для перспективного планирования, выполняют по данным детальной разведки чаще всего в масштабе 1:5000 и 1:2000. При планировании на период года, квартала, месяца качественные планы уточняют по материалам эксплуатационной разведки. Для оперативного планирования дополнительно к приведенным исходным данным добавляют результаты опробования взрывных скважин, дополняющих сеть эксплуатационной разведки, материалы бороздового, задиркового и точечного опробования. Важным материалом при оперативном управлении могут явиться геологические зарисовки забоев. Используемый на этом этапе планирования графический материал выполняется в масштабе 1:2000, 1:1000, 1:500.

На разрезах объединения «Экибастузуголь» оперативное управление качеством отгружаемого угля из забоя осуществляется на основе карты забоя (геолого-технологическая карта отработки уступа). Карты забоев составляются ежесуточно участковым геологом по каждому забою по данным бороздового опробования и зарисовки забоя. На карту наносится технологическая схема выемки угля. Она устанавливает порядок и способы выемки угля, пород внутренней вскрыши и зольность товарного угля по сменам. Образец геолого-технологической карты приведен на рис. 14.5.

Геолого-технологическая карта является основным документом для машиниста экскаватора при разработке забоя и горного надзора при выдаче наряда и контроле за качеством отгружаемого угля.

Зольность угля в забое рассчитывается на основе геолого-технологической карты по формуле:

где Aic — зольность в i-той угольной или породной пачке, %;

Si — площадь поперечного сечения i-той угольной или породной пачки, м2;

yi — плотность i-той угольной или породной пачки, т/м3.

Расчетная зольность распространяется на все угольные подачи, загруженные в данном забое в период действия геолого-технологической карты.

Важной задачей маркшейдерской службы карьера является учет запасов полезного ископаемого и контроль за полнотой их выемки. При разработке месторождения часть кондиционных запасов полезного ископаемого остается в недрах, а к добытому кондиционному полезному ископаемому примешиваются пустые породы и некондиционное полезное ископаемое. В результате возникают количественные и качественные потери полезных ископаемых.

Количественные потери — часть запасов кондиционного полезного ископаемого, оставленная при разработке в недрах, потерянная в местах погрузки, перегрузки, складирования и на транспортных коммуникациях, а также вывезенная в отвалы. Качественные потери (разубоживание) — снижение содержания полезных компонентов в добытом полезном ископаемом по сравнению с содержанием их в массиве. Разубоживание происходит из-за засорения полезного ископаемого пустыми породами, попадания в промышленные сорта непромышленных его сортов, а также путем смешения денных сортов с менее ценными непромышленными сортами. Наряду со снижением содержания полезных компонентов в добытом полезном ископаемом разубоживание ведет и к ухудшению показателей извлечения на обогатительных фабриках и металлургических заводах в связи с неблагоприятными химическими и физическими свойствами примешиваемых пород и некондиционных полезных ископаемых.

Нормируемый уровень потерь устанавливается отраслевыми инструкциями с учетом существующей и проектируемой прогрессивной техники и технологии и опыта работы передовых горнодобывающих предприятий в аналогичных условиях. Рациональная величина качественных и количественных потерь устанавливается на основе сопоставления ценности конечной продукции, полученной из погашенных запасов полезного ископаемого, а также суммарных затрат на получение данной продукции. В качестве критерия оценки принимается максимальный экономический эффект, получаемый от реализации продукции.

Критериями полноты и качества извлечения полезного ископаемого являются:

• коэффициент извлечения полезного ископаемого (полезного компонента) из недр

• коэффициент изменения качества полезного ископаемого

где D — количество добытого полезного ископаемого, т (м3);

3 — количество погашенных запасов, т (м3);

ад и аз — среднее содержание полезных компонентов соответственно в добытом полезном ископаемом и погашенных при добыче запасах, % (кг/т; кг/м3);

В — количество разубоживающей породы (или некондиционных сортов) в добытом полезном ископаемом, т (м3);

Лд и Лз — зольность добытого угля и зольность его в погашенных запасах, доля единицы.

Количественные потери полезного ископаемого А = З — А, а коэффициент потерь Kп=А/З,

где А — количество полезного ископаемого, извлеченного из погашенных запасов, т (м ).

Коэффициент разубоживания полезного ископаемого

Основные эксплуатационные потери полезного ископаемого приурочены к контактам полезного ископаемого со вмещающими породами. Одним из основных горно-геологических факторов, определяющих величину потерь и разубоживания, является угол падения залежи. Наибольшая величина количественных и качественных потерь полезного ископаемого имеет место при малых углах падения залежи. Так, при уменьшении угла падения залежи от 30° до 10° потери полезного ископаемого возрастают в 2-2,5 раза. При угле падения залежи более 30° величина потерь уменьшается. Причиной этих потерь является несовпадение угла падения залежи и угла откоса уступа. При разработке залежей сложного строения, потери и разубоживание руды образуются из-за несоответствия линии фронта горных работ сложной конфигурации залежи в плане. При разработке угольных месторождений величина качественных и количественных потерь во многом определяется углом между фронтом горных работ и линией простирания пласта.

Определение величин качественных и количественных потерь может осуществляться прямым и косвенным методом. Прямой метод является основным. Величина потерь определяется путем натурных замеров объемов потерянного кондиционного полезного ископаемого и примешиваемых некондиционных сортов или пустых пород, а также их опробования. В отдельных случаях эти объемы могут устанавливаться на основе маркшейдерских планов и разрезов. При косвенном методе величина качественных и количественных потерь рассчитывается по разности между погашенными запасами и объемом добытого полезного ископаемого и содержанию полезных компонентов в них. Косвенный метод не позволяет установить время и место возникновения потерь, является менее точным и может приниматься как вспомогательный.