способ оценки процента выхода блоков природного камня из массива

Формула изобретения

Способ оценки процента выхода блоков природного камня из массива, включающий выделение на исследуемой площади эталонного участка, проходку канав и проведение геологической документации, определение по данным геологической документации главных систем трещин и расстояний между ними и расчет процента выхода блоков из массива, отличающийся тем, что проходку канав осуществляют на эталонном участке, образуя сектора взаимно перпендикулярной системы канав, проводят геологическую документацию системы канав и естественных обнажении и/или керна скважин, полученного в результате колонкового бурения, рассчитывают процент выхода блоков по каждому сектору взаимно перпендикулярной системы канав, определяют кажущееся электрическое сопротивление на всю глубину подсчета запасов блочного камня посредством детальной электроразведочной съемки, проводимой по секторам взаимно перпендикулярной системы канав и по всей исследуемой площади, по данным электроразведочной съемки строят карту изолиний кажущихся сопротивлений по всей исследуемой площади, определяют для каждого сектора взаимно перпендикулярной системы канав среднюю величину кажущегося сопротивления, сопоставляют ее с процентами выхода блоков по всем секторам взаимно перпендикулярной системы канав, строят прямолинейный эталонировочный график зависимости между кажущимися сопротивлениями горных пород и процентами выхода блоков, используя который, для каждой изолинии кажущихся сопротивлений устанавливают соответствующий процент выхода блоков природного камня из массива, трансформируя карту изолиний кажущихся сопротивлений в карту процентов выходов блоков природного камня из массива по всей исследуемой площади на глубину подсчета запасов природного камня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к разделу определения промышленных свойств горных пород. Оно может быть использовано при геолого-разведочных и горно-эксплуатационных работах на месторождениях облицовочного камня.

Известен способ оценки процента выхода блоков природного камня из массива путем проходки опытного карьера. Сущность способа заключается в том, что на исследуемом участке проходят опытный карьер, на котором из массива горных пород отделяют монолит и из него изготавливают товарные блоки. Процент выхода блоков определяют как долю суммарного объема товарных блоков в объеме отделенного из массива монолита горных пород [1].

Недостатком известного способа является то, что на его осуществление требуются большое количество технических и денежных средств, а также значительные затраты времени (обычно несколько месяцев). Кроме того, процент выхода блоков на опытном карьере характеризует лишь небольшой участок самого карьера (площадь которого составляет менее 1% площади месторождения), а не все месторождение (на других его участках процент выхода блоков может быть существенно иным).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ оценки процента выхода блоков природного камня из массива, включающий выделение на исследуемой площади эталонного участка, проходку горных выработок (канав), колонковое бурение, проведение геологической документации, определение по данным геологической документации главных систем трещин и расстояний между ними и расчет процента выхода блоков из массива [2]. Этот способ может быть принят за прототип.

Недостатком прототипа является то, что определенный с его помощью процент выхода блоков характеризует лишь тот участок, на котором пройдены канавы, а в реальных условиях слабой и неравномерной обнаженности значительная часть месторождения остается неизученной. Кроме того, при применяемой в прототипе параллельной системе расположения канав большая часть трещин оказывается пропущенной, что резко снижает достоверность оценки выхода блоков. Глубинная часть месторождений оказывается почти не изученной, так как скважинами колонкового бурения не вскрывается основная часть крутопадающих трещин, составляющих как правило более 90% всех трещин на участках блочного камня. Еще один недостаток существующего способа заключается в том, что он обеспечивает определение лишь усредненного (единого для всего месторождения) процента выхода блоков, в то время как для планирования и осуществления горно-добычных работ необходимо иметь информацию о распределении процента выхода блоков на разных участках месторождения.

Вследствие указанных недостатков реальная достоверность оценки процента выхода блоков с использованием прототипа оказалась чрезвычайно низкой. Соответственно оказалась низкой и эффективность промышленной оценки изучаемых участков блочного (облицовочного) камня, так как при прочих равных условиях (декоративность камня, цена на него, производительность карьера и др.) рентабельность разработки карьера блочного камня определяется процентом выхода блоков. С учетом того, что, по статистике, за последние 20 лет только один карьер блочного камня из 3-5-ти рекомендованных к эксплуатации на основании разведки по известному способу, принятому в качестве прототипа, оказался рентабельным, можно сделать вывод, что фактическая достоверность оценки процента выхода блоков (и, соответственно, промышленной оценки участков блочного камня) составляет от 20% до 33% (в среднем 26,5%).

Технической задачей заявляемого способа является устранение указанных выше недостатков прототипа и создание такого способа, который обеспечивал бы повышение достоверности оценки процента выхода блоков и возможность осуществления этой оценки на закрытых наносами участках на всю глубину подсчета запасов блочного камня.

Для этого в способе оценки процента выхода блоков природного камня из массива, включающем выделение на исследуемой площади эталонного участка, проходку канав и проведение геологической документации, определение по данным геологической документации главных систем трещин и расстояний между ними и расчет процента выхода блоков из массива, проходку канав осуществляют на эталонном участке, образуя сектора взаимно перпендикулярной системы канав, проводят геологическую документацию системы канав и естественных обнажении и/или керна скважин, полученного в результате колонкового бурения, рассчитывают процент выхода блоков по каждому сектору взаимно перпендикулярной системы канав, определяют кажущееся электрическое сопротивление на всю глубину подсчета запасов блочного камня посредством детальной электроразведочной съемки, проводимой по секторам взаимно перпендикулярной системы канав и по всей исследуемой площади, по данным электроразведочной съемки строят карту изолиний кажущихся сопротивлений по всей исследуемой площади, определяют для каждого сектора взаимно перпендикулярной системы канав среднюю величину кажущегося сопротивления, сопоставляют ее с процентами выхода блоков по всем секторам взаимно перпендикулярной системы канав, строят прямолинейный эталонировочный график зависимости между кажущимися сопротивлениями горных пород и процентами выхода блоков, используя который, для каждой изолинии кажущихся сопротивлений устанавливают соответствующий процент выхода блоков природного камня из массива, трансформируя карту изолиний кажущихся сопротивлений в карту процентов выходов блоков природного камня из массива по всей исследуемой площади на глубину подсчета запасов природного камня.

Способ поясняется примером его выполнения, схематически изображенным на прилагаемых чертежах, на которых:

фиг. 1 - схематическое изображение изолиний кажущихся сопротивлений (Омм) и выхода блоков (проценты), на примере эталонного участка 3 сиенитов на месторождении Райвимяки-1 в Карелии, в масштабе 1:500;

фиг. 2 - Эталонировочный график соотношения между кажущимся сопротивлением (R-к) и процентом выхода блоков (Вол) на примере участка 3 месторождения сиенитов Райвимяки-1.

На фиг.1 показаны следующие условные обозначения:

1 - изолинии кажущихся сопротивлений (Омм) и выходов блоков сиенита (%) (например, 5800 Омм, 40%),

2, 3 и 4 - зоны со значениями кажущихся сопротивлений и расчетных процентов выходов блоков:

2 - менее 3800 Омм и 20%;

3 - от 3800 Омм и 20% до 5800 Омм и 40%;

4 - выше 5800 Омм и 40%;

5 - выходы габбро-диабазов;

6 - граница между сиенитами и габбро-диабазами;

7 - естественные обнажения (уступы);

8 - старый финский карьер;

9 - канавы и их номера;

10 - трещины.

Способ основывается на следующих предпосылках.

Из структурной геологии известна закономерность, заключающаяся в том, что трещины в массиве горных пород (в том числе интрузивных) образуют несколько разноориентированных систем (см, например, [2], стр. 371). В связи с чем для их фиксации и изучения необходимы горные выработки различных направлений, в частности взаимно перпендикулярных.

Из геофизики известно закономерное уменьшение электрического сопротивления трещиноватых (и как правило водонасыщенных) горных пород по сравнению с их сопротивлением в сухом состоянии. Так, по данным авторов, для интрузивных пород Карелии (граниты, габбро, сиениты и др.) характерны кажущиеся сопротивления порядка 10³-10⁴ Омм, а над трещиноватыми (обводненными) зонами тех же пород кажущиеся сопротивления снижаются до 10¹-10² Омм. Падение сопротивлений происходит в прямой зависимости от степени трещиноватости пород. В связи с тем, что от степени трещиноватости зависит процент выхода блоков, по величинам кажущихся сопротивлений (зависящим от степени трещиноватости) можно судить и о процентах выхода блоков горных пород из массива.

Способ осуществляется следующим образом.

На исследуемой площади выделяют эталонный участок, по размерам достаточный для размещения эталонировочных канав, которые проходят по взаимно перпендикулярной ("крестовидной", "решетчатой") системе (фиг.1). В необходимых условиях (отсутствие естественных обрывов и др.) бурят колонковые скважины (в описываемом ниже примере выполнения изобретения имеются естественные обнажения, поэтому колонковые скважины не бурились). На основе геологической документации канав и естественных обнажении (и/или керна скважин, когда это необходимо) выделяют основные системы трещин (см. усл. обозначения к фиг. 1), определяют расстояния между ними и по известной методике (см., например, [1]), рассчитывают проценты выхода блоков по каждому сектору канавной системы. Вдоль пройденных канав (то есть по секторам системы канав) (см. фиг. 1, усл. обозначение 9) и по всей исследуемой площади осуществляют детальную электроразведочную съемку (например, методом симметричного электрического профилирования) с определением кажущихся сопротивлений. Глубинность электроразведочной съемки определяют в соответствии с глубиной подсчета запасов блочного камня и обеспечивают необходимым размером электроразведочной установки известным способом (см., например, [3]). На основе площадной электроразведочной съемки изучаемого участка строят карту изолиний кажущихся сопротивлений (например, на фиг.1 показаны изолинии 3800 Омм и 5800 Омм). Для каждого сектора канавной системы определяют среднюю величину кажущегося сопротивления и на основе сопоставления кажущихся сопротивлений с расчетными процентами выходов блоков по всем секторам канавной системы строят прямолинейный эталонировочный график зависимости между кажущимися сопротивлениями горных пород и процентами выходов блоков (фиг.2). Используя этот эталонировочный график, проводят идентификацию изолиний кажущихся сопротивлений и расчетных процентов выходов блоков, то есть для каждой изолинии кажущихся сопротивлений устанавливают соответствующий процент выхода блоков (например, на фиг.1 сопротивлению 3800 Омм соответствует выход блоков 20%, а сопротивлению 5800 Омм - выход блоков 40%). На основании этого соответствия карту изолиний кажущихся сопротивлений трансформируют в карту процентов выходов блоков по всей исследуемой площади до глубины подсчета запасов блочного камня.

Повышение достоверности оценки процента выхода блоков (и, следовательно, эффективности геологоразведочных и горно-эксплуатационных работ) в заявляемом способе, по сравнению с известным способом-прототипом, обеспечивается за счет применения впервые разработанного авторами комплекса горных, геологических и геофизических работ:

1) горные выработки (канавы), с целью экономии времени и средств, проходят не на всей исследуемой площади, а только на ограниченном эталонном участке в объеме, необходимом и достаточном для надежного сопоставления расчетных процентов выходов блоков, определенных по данным геологической документации трещин, и кажущихся электрических сопротивлений, с целью построения эталонировочного графика зависимости между процентами выходов блоков и кажущимися сопротивлениями;

2) применение взаимно перпендикулярной системы канав в заявляемом способе позволяет зафиксировать в 2-3,5 раза больше трещин, чем при взаимно параллельной системе канав в способе-прототипе, соответственно увеличивается достоверность оценки процента выхода блоков в заявленном способе;

3) применение электроразведочной съемки в заявляемом способе позволяет определять процент выхода блоков природного камня на всю глубину подсчета запасов на всей исследуемой площади (что невозможно при использовании способа-прототипа).

Продемонстрируем применение заявляемого способа на примере оценки процента выхода блоков на месторождениях облицовочного камня (граниты, сиениты, габбро-диабазы) Райвимяки-1 и Лакеваара-1 в Лахденпохском районе Карелии (фиг. 1, 2). Повышение достоверности оценки процента выхода блоков в заявляемом способе достигается, прежде всего, за счет увеличения информативности геологической документации трещин по взаимно перпендикулярной системе канав, по сравнению с взаимно параллельной системой канав, применяемой в способе-прототипе. В таблице сопоставлены количества задокументированных трещин по обеим указанным системам канав. Как видно из приведенной таблицы, количество зафиксированных трещин при взаимно перпендикулярном расположении канав (заявляемый способ) в 2,10-3,26 раза (в среднем, в 2,7 раза) выше, чем при взаимно параллельном расположении канав (способ-прототип).

Использование электроразведочной съемки для повышения достоверности оценки процента выхода блоков показано на примере участка 3 (светлые сиениты) месторождения Райвимяки-1. На фиг.1 приведена схема расположения канав и изолиний кажущихся сопротивлений на этом участке. Построение эталонировочного графика на данном участке осуществляют следующим способом. Для сектора канавной сети, включающего канаву 1 С, канаву 2 С и отрезок канавы 5 между этими канавами, на основе геологической документации трещин по полотну канав рассчитывают процент выхода блоков известным способом (см, например, [2]). Для этого же сектора канав на основе детальной электроразведочной съемки рассчитывают среднее значение кажущегося сопротивления. По этим данным на эталонировочный график (фиг.2) наносят точку, которая отражает количественное соотношение между величиной расчетного процента выхода блоков и средним кажущимся сопротивлением для данного сектора канавной сети. Таким же способом наносят на эталонировочный график точку, соответствующую соотношению между процентом выхода блоков и средним кажущимся сопротивлением в секторе канав ПО, 2 Ю и отрезке канавы 5 между этими канавами, а также по всем другим секторам канавной сети и естественных обнажении. Общую зависимость между процентами выходов блоков и кажущимися сопротивлениями на участке канавной сети определяют в виде аппроксимирующей линии между вынесенными точками. Как видно на фиг. 2, эта аппроксимирующая линия представляет график прямой зависимости между процентами выходов блоков и кажущимися сопротивлениями. Этот график является эталонировочным для участка канавной сети и для всей площади распространения данной горной породы (в приведенном примере - светлого сиенита). Среднестатистическая ошибка в определении процента выхода блоков с использованием эталонировочного графика для приведенного примера составляет 9,7% (относительных), что свидетельствует о высокой степени корреляции двух указанных параметров.

На основе эталонировочного графика на карте изолиний кажущихся сопротивлений рядом с величиной кажущегося сопротивления указывают процент выхода блоков. В приведенном примере на фиг.2 проведены две изолинии с процентами выхода блоков;

а) 20%, что соответствует, согласно технико-экономическим расчетам, уровню нулевой рентабельности производства блоков на данном участке (изолиния 20% выхода блоков соответствует, таким образом, границе промышленного тела блочного камня);

б) 40%, что соответствует границе между рядовыми выходами блоков (20-40%) и высокими выходами блоков (более 40%), в зоне, где наиболее рационально проходить промышленный карьер по добыче блоков.

Определение достоверности оценки выхода блоков по заявляемому способу.

Определение достоверности способа осуществлялось на участке опытного сиенитового карьера 1 месторождения Райвимяки-1. Фактический выход блоков по данным карьерной отработки (эталонный способ) составил на данном участке 42,5%, а расчетный выход блоков, определенный с использованием заявляемого способа, - 45,9%, то есть фактическая достоверность оценки процента выхода блоков (Дф) оказалась равной:

Дф=42,5:45,9100%=92,6%.

Таким образом, фактическая достоверность оценки процента выхода блоков в заявляемом способе (92,6%) существенно (в 3,5 раза) выше, чем при использовании способа-прототипа (26,5%).

Применение заявляемого способа позволяет решить следующие задачи:

1) ограничить объемы канавных работ только площадью эталонного участка комплексных геолого-геофизических работ, с возможностью использования полученных закономерностей на всей исследуемой площади распространения данной горной породы;

2) провести оценку процента выходов блоков на всю глубину подсчета запасов блочного камня;

3) существенно (в 3,5 раза, по сравнению со способом-прототипом) увеличить достоверность оценки процента выхода блоков;

4) определить границы промышленного тела блочного камня - эта граница проводится по изолинии процента выхода блоков, соответствующего нулевой рентабельности производства блоков (следует отметить, что эта задача в способе-прототипе не была решена и даже не ставилась);

5) определить границы зоны с наиболее высокими процентами выходов блоков, где наиболее рационально и рентабельно производить добычу блочного камня;

6) наиболее точно подсчитать запасы блочного камня, как по отдельным зонам изучаемого участка, так и по участку в целом;

7) выделить в пределах промышленного участка блочного камня зоны повышенной трещиноватости (с низким процентом выхода блоков), которые необходимо исключить при разработке карьера;

8) выделить на площади участка структурно-технологические зоны, для каждой из которых выбирают наиболее рациональный комплекс горно-эксплуатационного, транспортного и грузоподъемного оборудования (см, например, [2], стр. 380).

Повышение достоверности оценки процента выхода блоков горных пород и решение указанных выше задач с помощью заявляемого способа позволяет получить значительный экономический эффект, с учетом того, что капиталовложения для разработки одного карьера блочного камня составляют 1-2 млн долл. США (см. , например, [4]), отбраковка неперспективных карьерных участков и сосредоточение горно-эксплуатационных работ на действительно промышленных участках позволяют сэкономить значительные денежные и технические средства. При освоении в России ежегодно 10 карьеров облицовочного камня общий экономический эффект от применения заявляемого способа составит порядка 10-20 млн долл. в год.

Источники информации

1. Инструкция по применению классификации запасов к месторождениям строительного и облицовочного камня. ГКЗ СССР, 1984, стр. 16-17.

2. Карасев Ю.Г., Бакка Н.Т. "Природный камень. Добыча блочного и стенового камня". Санкт-Петербургский горный ин-т, С-Пб. 1997, стр. 371-376, 380.

3. "Электроразведка. Справочник геофизика", под ред. Тархова А.Г. - М.: Недра, 1980, стр. 115-119.

4. Синельников О.Б. "Особенности потребительского рынка камня в России". Камень вокруг нас, 1997, 1, стр. 38.