Место рудничной геологии в общем цикле геологоразведочных и горноэксплуатационных работ
Геологическое изучение и разведка месторождения являются длительными, непрерывными процессами, которые, начинаются с выявления месторождения и кончаются только при его полной отработке. Ход геологических, разведочных и эксплуатационных работ имеет определенную-последовательность, установленную соответствующими положениями и инструкциями. В начале этих работ производятся мелкомасштабные региональные геологические съемки, охватывающие значительные участки земной коры. Стандартными масштабами для таких съемок, осуществляемых последовательно, являются масштабы 1:1000000 (или 1:500000), 1:200000 и 1:50000.
При съемке в масштабе 1:1000000 должны быть намечены в процессе геологического изучения регионов в первом приближении наиболее благоприятные площади для поисков тех или иных полезных ископаемых; при съемках в более крупных масштабах должны быть выделены, кроме того, продуктивные свиты, интрузивные массивы, ореолы контактового метаморфизма и точно установлены площади для специальных поисковых работ.
Следующую стадию составляют поисковые работы на те или иные полезные ископаемые. Целью этих работ являются поиски месторождений полезных ископаемых и выделение среди них на основе общих теоретических предпосылок и наблюдений таких месторождений, на которых целесообразна постановка предварительных разведочных работ для выявления промышленных месторождений с предположительной прогнозной оценкой возможных их размеров.
При поисковых работах кроме обычных способов прослеживания обнажений, их расчисток, проходки шурфов или скважин часто применяются и геофизические методы, в том числе магнитные, гравитационные, электроразведочные и некоторые другие, а также геологические и структурно-геологические крупномасштабные съемки.
После обнаружения месторождения полезного ископаемого осуществляется предварительная его разведка для выяснения общих масштабов месторождения и приближенного установления формы, условий залегания и качественного состава полезного ископаемого, на основании чего производится предварительная оценка народнохозяйственного значения этого месторождения.
Предварительная разведка служит в основном для обоснования капиталовложений, нередко довольно значительных, в детальную разведку. При положительных результатах предварительной разведки на основе полученных материалов обычна проектируется и проводится детальная разведка месторождения.
Однако в ряде случаев, когда необходим быстрейший ввод месторождения особенно дефицитных видов сырья в эксплуатацию,материалы предварительной разведки и составленные в результате их технико-экономические доклады используются горнодобывающими организациями и проектными институтами также и для составления планового задания на проектирование его разработки. Для многих магматогенных месторождений хорошо проведенная предварительная разведка дает основание для первой стадии горного проектирования — составления проектного задания на разработку месторождения.
Детальная разведка преследует цель надежно установить как общие запасы полезного ископаемого в месторождении, так и отдельные технологические сорта его руды, уточнить структуру месторождения и выяснить горнотехнические условия его разработки.
Совокупность материалов, полученных при детальной разведке, должна дать полное основание для второй стадии горного проектирования — составления технического проекта, в соответствии с которым выделяются ассигнования на промышленное строительство горного предприятия или рудника.
С началом разработки сложных по составу и строению месторождений нередко возникает необходимость в дальнейшем продолжении разведочных работ для того, чтобы уточнить запасы в отдельных крупных блоках и участках, их состав и получить данные для текущего планирования горных работ и эксплуатационных расчетов.
Такую разведку называют эксплуатационной. Она не охватывает одновременно все участки и горизонты месторождения, а проводится лишь на тех, которые намечены к разработке в течение ближайших двух-трех лет. Поэтому эксплуатационная разведка в необходимых случаях ведется на протяжении всего или почти всего периода эксплуатации месторождения. Проведение эксплуатационной разведки одновременно на всем месторождении нецелесообразно, так как ведет к омертвлению средств, к выполнению работ, результаты которых часто нужны только через 10—20 лет и более.
В отличие от геологосъемочных, геофизических и поисковых работ, а также от работ по предварительной и детальной разведке месторождений, выполняемых специализированными геологосъемочными, геофизическими, поисковыми и разведочными партиями системы Министерства геологии СССР или других министерств и ведомств, работы по эксплуатационной разведке выполняются геологической службой, организуемой непосредственно на горнодобывающем предприятии или руднике — рудничной теологической службой.
Рудничная геологическая служба призвана осуществлять не только .эксплуатационную разведку, но и постоянное и детальное геологическое изучение месторождения на протяжении всего периода его эксплуатации.
Рудничные геологи теснее, чем геологи других специальностей, связаны со всесторонним изучением месторождений полезных ископаемых, наблюдая их на протяжении длительного периода эксплуатации и непрерывно от самых верхних до самых глубоких горизонтов. Работники рудничной геологической службы, документально оформляя результаты наблюдений, используют полученные данные как для непосредственного направления горноэксплуатационных работ, так и для последующих выводов в отношении тех или иных закономерностей, характеризующих месторождения, для прогнозов о его дальнейших перспективах и для характеристики горнотехнических, гидрогеологических и прочих условий дальнейшей их разработки.
Всестороннее геологическое изучение месторождений в процессе их эксплуатации и вытекающие из этого изучения практические рекомендации по максимально возможному извлечению его запасов составляют основные задачи геологического обслуживания рудника или горного цеха. Этим определяются распространенные у нас в стране понятия «рудничная геология» и «рудничная геологическая служба».
Основные задачи и методы рудничной геологической службы
Основной задачей рудничной геологической службы, как указано выше, является всестороннее геологическое изучение эксплуатируемого месторождения и отдельных его частей и блоков для правильного решения всех горно-геологических вопросов, связанных с технически правильной и целесообразной разработкой месторождения при наиболее полном и комплексном использовании полезного ископаемого и для продления срока работы горных предприятий за счет прироста дополнительных запасов.
Полезным ископаемым называют всякое минеральное вещество, находящееся в земной коре, которое может быть использовано для народного хозяйства в естественном состоянии или после соответствующей переработки.
Общая задача всесторонней помощи горному предприятию в вопросах технически правильной разработки месторождения также распадается на ряд частных задач:
- а) подготовка геологических материалов для планирования работы торного предприятия на основе всей совокупности разведочных материалов и систематической геологической документации горноэксплуатационных выработок, а также участие в планировании, обеспечивающем непрерывную добычу полезного ископаемого в необходимых размерах;
- б) наблюдение на основе систематического опробования за качественным составом подготавливаемого к добыче и добываемого полезного ископаемого;
- в) участие в нормировании горных и буровых работ на основе материалов по изучению физических свойств полезного ископаемого, сопутствующих ему и вмещающих пород;
- г) учет совместно с работниками маркшейдерской службы геологических, балансовых, забалансовых и промышленных (подготовленных к выемке) запасов полезного ископаемого;
- д) изучение гидрогеологических условий эксплуатации месторождения путем систематических наблюдений за притоками воды в горные выработки и изучения некоторых физических свойств полезного ископаемого и пород, слагающих месторождение;
- е) изучение ряда физических свойств полезного ископаемого и вмещающих и сопутствующих пород в отношении их устойчивости, крепости,объемных весов, коэффициентов разрыхления и т. п.;
- ж) консультация работников горного цеха по всем геологическим вопросам.
Кроме того, в задачи рудничной геологической службы входит: помощь строительным и другим цехам предприятия в определении несущей способности грунтов и в обнаружении и разведке строительных материалов; надзор за охраной площадей, где находятся полезные ископаемые, от застройки, а при неглубоком залегании — от размещения на этих площадях отвалов пустых пород; своевременное представление проектирующим организациям всех необходимых геологических материалов, отчетов и справок геологического характера, необходимых для проектирования, составление заключений по геологической и горной частям проектов разработки месторождений, разработка инструкций по всем видам геологической службы и т. п.
Среди технических приемов рудничной геологической службы, направленных на расширение перечисленных выше задач, первостепенное значение имеет геологическая документация, особенно зарисовки рудных тел, всех эксплуатационных и разведочно-эксплуатационных выработок. В основе этой документации лежит графическое изображение всех заслуживающих внимания геологических элементов и фактов с необходимыми текстовыми и цифровыми примечаниями или с краткими описаниями зафиксированных объектов.
Значение геологической документации при разработке месторождений полезных ископаемых состоит в том, что на основе ее систематически уточняются все элементы геологической характеристики эксплуатируемого месторождения, первоначально установленные по разведочным материалам.
Рудничные геологи имеют возможность наблюдать подземные горные выработки или забои в карьерах в процессе их ежедневного и систематического продвижения и изучать по ним многочисленные детали геологического строения и структуры месторождения: формы рудных тел и скоплений (концентраций) руды или других полезных компонентов в составе этих телр вещественный состав и текстуры полезного ископаемого, вмещающих и сопутствующих пород. Это в свою очередь позволяет геологам рудников и карьеров не только решать практические вопросы эксплуатации и давать необходимую детальную геологическую характеристику отдельных участков и блоков месторождения, но и более глубоко изучать условия формирования месторождения и закономерности локализации оруденения.
При систематической геологической документации горных выработок рудничный геолог имеет возможность постоянно проверять правильность прежних, полученных при разведке данных и вновь разработанных геологических гипотез.
Рудник или шахта является, таким образом, огромной исследовательской лабораторией, в которой геолог ежедневно проводит исследования, наблюдая все новые и новые факты. Эксплуатационные работы исторически играют исключительную роль в развитии теоретической и прикладной геологии.
В процессе длительной работы у рудничных геологов вырабатываются: навыки в области тщательного и детального наблюдения, графического фиксирования наблюдаемых геологических элементов с количественной оценкой тех из них, которые необходимы для установления различных эксплуатационных и обогатительных коэффициентов и решения других задач эксплуатации, связанных с выполнением плана добычи, полезных ископаемых.
Дать достоверное заключение и целесообразные указания можно только после тщательных и длительных наблюдений, научного обобщения: и соответствующего изложения всех доступных для наблюдений фактов. В этом заключается исключительно большая роль рудничной геологии, в общем цикле геологоразведочных и горноэксплуатационных работ.
Организация и функции рудничной геологической службы на горном предприятии
Геологическая служба должна быть создана на руднике с первых дней его организации и строительства. В первый период строительства рудника закладывают вблизи от него карьеры строительных материалов, исследуют грунты на площадках строительства промышленных и жилищно-бытовых сооружений и зданий, начинают вести работы но вскрытию месторождения.
Изыскание необходимых строительных материалов в новых промышленных районах возлагается на работников геологоразведочной партии, разведывающей месторождения основного полезного ископаемого. Однако при начале строительства рудника часто проводятся на эти материалы дополнительные разведочные работы, которые приходится осуществлять работникам геологической службы рудника. Они должны вести наблюдения и геологическую документацию работ в карьерах строительных материалов; это повышает общую степень геологической изученности района месторождения.
Исследование грунтов на строительных площадках имеет чрезвычайно большое значение и является весьма ответственной стадией работ. Обычно такие работы выполняют специализированные организации, но в отдельных случаях их приходится проводить также и работникам геологической службы горнорудного предприятия. Определение допустимых статических нагрузок на различные типы грунтов, встречающихся на строительных площадках, а также гранулометрического состава рыхлых грунтов, степени их пористости, влагоемкости и других свойств требует от работников рудничной геологической службы соответствующей подготовки.
При проходке выработок для вскрытия рудного месторождения правильная и детальная геологическая их документация является особенно важной. Как правило, в пунктах заложения стволов шахт предварительно проходят разведочные скважины, устанавливающие характер пород, по которым будет проводиться ствол шахты (их крепость, устойчивость от обрушения, водоносность и др.).
В зависимости от показателей характеристики пород составляются сметы на проходку стволов шахт и календарные планы строительства шахты.
Однако буровые скважины не всегда могут дать полноценный и достоверный материал. Нередко приток воды в шахтах оказывается значительно больше, чем он был предусмотрен в проектах по данным опытных откачек из скважин. Известны, например, случаи, когда при проходке ствола шахты сталкивались с наличием плывунов, которые, по данным буровых скважин, не были определены. При этом возникает необходимость кардинальной перестройки всего процесса проходки ствола шахты, иногда перехода на специальные методы проходки с замораживанием окружающих ствол шахты пород, с предварительным понижением уровня вод при помощи глубинных скважинных насосов и т. п.
Такая перестройка работы и изменение смет должны базироваться на данных, получаемых в процессе геологических и гидрогеологических наблюдений в этих шахтах при их проходке.
Известны случаи, когда из-за отсутствия надлежащей геологической документации при проходке стволов шахт неправильно была запроектирована глубина заложения так называемого воротника шахты, поддерживающего копер и несущего динамические нагрузки при работе подъемных машин, вследствие чего такие стволы шахты или выходили из строя, или требовали дорогостоящих работ по. исправлению допущенных ошибок.
При проходке вскрывающих месторождение въездных траншеи: в карьер геологическая документация горных пород и проходимых в них взрывных скважин позволяет, во-первых, уточнить характер пород и соответствие или несоответствие их породам, предусмотренным в проектах и сметах, во-вторых, дает основание для правильной разработки норм выработки буровыми бригадами и правильного, расчета с ними за выполненную работу.
По мере дальнейшего развитии работ перед геологической службой возникает ряд новых задач по уточнению естественной и промышленной классификации руд, физико-химических свойств руд и вмещающих пород,, качества и запасов руд в отдельных блоках и основных эксплуатационных коэффициентов, а также по проведению эксплуатационной разведки и др.
Стационарная геологическая служба на большинстве рудников и горнорудных предприятий СССР была организована еще в 20-х и частично 30-х годах текущего столетия, однако до настоящего времени для нее не найдены окончательные, наиболее рациональные формы. Объясняется это тем, что такая форма зависит от ряда непостоянных факторов: характера эксплуатируемых месторождений, состава и характера горнорудных предприятий, системы применяемых горных работ и требований работников горного дела, к геологической службе.
Обычно геологическая служба горнорудного предприятия состоит из геологического отдела или бюро в составе управления этим предприятием, рудничных, шахтных или участковых геологов (с младшим техническим персоналом при них) и специальной группы или цеха, ведущего эксплуатационную разведку, а также из камеральной группы по обработке и обобщению большого количества фактического материала. Возглавляется эта служба главным геологом предприятия, непосредственно подчиненным руководству горнодобывающего предприятия. Иногда на наиболее крупных, рудниках главный геолог является заместителем директора (начальника) предприятия или главного инженера.
При достаточно близком размещении рудников или шахт, входящих в состав предприятия, главный геолог имеет возможность непосредственно руководить всей работой подчиненных ему рудничных, шахтных, и участковых геологов. При разбросанности рудников на значительной территории, что нередко встречается на Урале и в Сибири, главный, геолог рудоуправления осуществляет лишь методическое руководство. Если в состав предприятия входит несколько крупных рудников, геологический персонал на отдельных рудниках возглавляется старшими геологами.
Обслуживая запросы горнорудного дела, все рудничные, шахтные и участковые геологи тесно соприкасаются в своей работе с начальниками и техническими руководителями рудников, шахт и участков, а также с работниками маркшейдерской службы, отдела технического контроля и др. и должны внимательно относиться ко всем требованиям названных работников и выполнять их, согласуя это с главным геологом предприятия. Разрешение спорных вопросов производится главным геологом или главным инженером предприятия.
В состав геологического отдела или бюро рудоуправления входит главный геолог, в необходимых случаях гидрогеолог и определенное количество технических работников (геологов по камеральной обработке материалов, техников по подсчету запасов, чертежников, копировщиков). Все работники этого отдела или бюро относятся к управленческому персоналу а рудничные, шахтные и участковые геологи и младший технический персонал при них — к цеховому персоналу.
Следует считать целесообразным, чтобы каждая эксплуатационная единица (участок, шахта, карьер) обслуживалась отдельным (участковым) геологом; однако при небольших объемах работ участковому геологу нередко приходится обслуживать две и даже три эксплуатационных единицы. В зависимости от общего объема работ в распоряжении участкового геолога находится определенное количество технического персонала: техников-геологов, коллекторов, пробщиков, чертежников и др.
При необходимости постоянного проведения и в сравнительно большом объеме эксплуатационной разведки на горнорудном предприятии организуется цех эксплуатационной разведки, В этом случае в распоряжении начальника цеха эксплуатационной разведки имеется необходимое горное и буровое оборудование и потребное количество рабочих и технического персонала; старших буровых мастеров, коллекторов, пробщиков и т. д. Цех эксплуатационной разведки по заданию главного геолога и в соответствии с общим планом работ проходит необходимые выработки на всех рудниках предприятия и ведет геологическую документацию и опробование этих выработок.
При небольших объемах эксплуатационной разведки и при проведении ее лишь в отдельные периоды наличие специального разведочного цеха или группы становится нерациональным. Необходимые разведочные выработки по указанию главного или участкового геолога проходят в этом случае бригады, выделяемые администрацией соответствующей эксплуатационной единицы и остающиеся в подчинении этой администрации. Геологическую документацию и опробование таких выработок проводит участковый геолог и подчиненный ему технический персонал.
В качестве примера ниже дается описание организации геологической службы на рудниках Криворожского железорудного бассейна.
В каждом шахтоуправлении имеется геологическое бюро (или ГРБ), возглавляемое главным или старшим геологом. Обычно в состав геологического бюро входит один-три участковых или шахтных геологов, два-пять коллекторов и один чертежник. При наличии в шахтоуправлении нескольких шахт участковые геологи и коллекторы административно подчинены начальникам шахт.
Проходка разведочных горных выработок и подземных скважин производится силами рудника попутно с проходкой подготовительных и капитальных выработок. В некоторых случаях при значительном объеме разведок выделяются специальные разведочные участки, начальники которых в административном отношении подчинены непосредственно начальнику шахты, но в методическом отношении работают под руководством главного (старшего) геолога. Геологические бюро не имеют здесь в своем непосредственном ведении ни рабочей силы, ни оборудования, а осуществляют лишь планирование разведочных работ и их геологическую документацию. Такая организация эксплуатационной разведки имеет свои положительные? стороны, однако начальники шахт должны при этом обязательно учитывать необходимость регулярного проведения разведочных работ и не допускать перевод бригад с разведок на эксплуатацию в ущерб выполнения плана разведочных работ.
Количество персонала рудничной геологической службы зависит от масштабов работ предприятия. В Северо-Карабашском рудоуправлении, например, эксплуатирующем уральские колчеданные месторождения к имеющем для этого три шахты, геологический персонал состоит из 18 человек: старшего геолога, гидрогеолога, трех шахтных геологов, трех техников-геологов, пяти коллекторов и пяти пробщиков. В соседнем Южно-Карабашском рудоуправлении, имеющем пять шахт, но с меньшим объемом подземных эксплуатационных выработок, геологический персонал состоит из 15 человек.