Геометризация форм и свойств залежи полезного ископаемого

Введение

Горнодобывающая промышленность как сырьевая база играет огромную роль в российской экономике. Её современный этап развития характеризуется последовательным увеличением глубины разработки и усложнением горно-геологических условий.
В соответствии с Законом Российской Федерации о недрах маркшейдерским и геологическим службам горнодобывающих компаний поручено выполнение комплекса наблюдений, «достаточных для обеспечения нормального технологического цикла работ и прогнозирования опасных ситуаций». Тем самым подтверждена важность разработки методов оценки и прогноза изменения горно-геологических условий освоения и эксплуатации месторождений, как основы повышения безопасности и эффективности технологических процессов добычи полезных ископаемых.
Обобщение геологоразведочной, инженерно-геологической и маркшейдерской информации для решения оценочно-прогнозных задач горного производства осуществляется обычно горно-геометрическими методами.
Обобщение геологоразведочной, маркшейдерской и геодезической информаций для решения предполагаемых и прогнозных задач добычи и освоения залежи полезных ископаемых обычно выполняется с использованием методов геометризации.
Геометризация форм и свойств залежи полезного ископаемого производится с целью обеспечения рационального планирования горных и разведочных работ, а также рационального использования и охраны недр.
Непременным условием научной обоснованности планирования и рационального ведения горных работ является использование достоверной горно-геометрической информации и составленных на ее основе прогнозов размещения количественных и качественных показателей при формировании горно-технологических планов. Прогнозные данные в значительной степени определяют экономическую перспективность разработки месторождений. Поэтому тема «Геометризация форм и свойств залежи полезного ископаемого» является актуальной.
Объектом исследования являются залежи полезного ископаемого.
Предметом исследования является геометризация форм и свойств залежи полезного ископаемого.
Целью работы является обоснование и использование теоретических положений и методов геометризации месторождений полезных ископаемых, обеспечивающих составление исходной и прогнозной горно-геометрической информации и повышающей эффективность планирования горных работ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Сформировать теоретические положения о месторождениях полезных ископаемых;
Определить сущность геометризации залежи месторождений полезных ископаемых;
Определить структурные и качественные показатели в недрах и их пространственное размещение;
Уметь выполнять геометризацию залежи месторождений по имеющейся геологоразведочной информации.
По своей структуре работа состоит из введения, основной части, заключения и списка использованной литературы.

Суть, задачи и методы геометризации

В процессе разведки месторождений накапливается большое количество данных, которые характеризуют условия залегания рудных тел и физико-химические свойства полезных ископаемых в отдельных точках. Сравнительная простота форм пластовых месторождений позволяет проводить все построения и расчеты по ограниченному количеству разведывательных точек. Геометрическая характеристика более сложных по форме и составу месторождений требует, конечно, гораздо большего числа разведывательных точек и изучения увеличенного числа показателей.
Геометрия недр (горная геометрия) — это научная дисциплина, изучающая формы залежей полезного ископаемого, условия их залегания, закономерности размещения полезных и вредных компонентов в пространстве недр, процессы изменения свойств во времени.
Производство геологоразведочных и маркшейдерских работ регламентировано в соответствии с требованиями Закона РФ от 21.02.1992 N 2395-1, Положения о геологическом и маркшейдерском обеспечении промышленной безопасности и охраны недр, Инструкции по производству маркшейдерских работ и других нормативных документов.
В качестве модели месторождения рассматривается геохимическое поле, представляющее собой совокупность форм, свойств и процессов, связанных единством геологического генезиса. Любое свойство недр может быть измерено и выражено числом. Любое физическое, химическое, геологическое, геометрическое и другое свойство месторождения, которое можно непосредственно или косвенно измерить, определить или выразить числом называют показателем или признаком недр. Например, мощность, объемный вес, элементы залегания, глубина, влажность, содержание трещин и тому подобное.
Все показатели условно делят на структурные и качественные. Первые характеризуют условия залегания и форму месторождений, другие - качество минерального сырья, условия ее переработки. Любой показатель получают во время разведки месторождений и уточняют во время эксплуатации. Данные разведки представляют в виде графиков и чертежей. Составление горно-геометрических графиков и чертежей по данным разведки называют геометризацией месторождений. Все горно-геометрические графики делят на структурные и качественные.
Геометризация месторождения — это изучение и графическое изображение форм залежей полезного ископаемого, структуры залежей и массива вмещающих пород, установление и графическое изображение закономерностей пространственного размещения свойств полезного ископаемого.
На рисунке 1.1 схематично представлены процессы геометризации месторождения полезных ископаемых.

Натурные съемки и опробования

Предварительная обработка данных
Рекомендации по методике Рекомендации по методике
маркшейдерских съемок геологических съемок
Построение математической
модели месторождения

Оценка точности моделирования

Разработка практических рекомендаций

Рисунок 1.1. Схема геометризации месторождения полезных ископаемых
В зависимости от этапа изучения месторождения конкретных задач и масштабов составления горно-геометрических чертежей различаются региональная, детально разведочная и эксплуатационная геометризацию месторождений.
Региональная – осуществляется в масштабах от 1:50000 до 1: 500000 по данным поисковых работ, космической, аэрофотографической, геологической и геофизической съемок

. Она позволяет делать широкие обобщения и общие прогнозы, определять районы, перспективные для дальнейшей разведки месторождений.
Детально-разбивочная - проводится в масштабах от 1:5000 до I: 50000 на основе данных детальной разведки, геологической, структурно-геологической и геофизической съемок. На этой стадии составляются различные горно-геометрические графики формы, условий залегания залежи, размещения в них компонентов… Позволяет оценивать месторождения, подсчитывать запасы, проектировать горные предприятия.
Эксплуатационная - составляется в масштабах I: 100- 1: 5000. Ее проводят на основе материалов детальной разведки и горно-геологической информации, получаемой при проходке подготовительных и очистных горных выработок. Позволяет вскрывать закономерности структурного и качественного характера, на основе которых становится возможным строить прогнозы на ближайшие участки недр и планировать рациональную их разработку.
Региональная, детально-разведочная и эксплуатационная геометризация - этапы последовательною изучения и познания месторождения от открытия и до полной отработки.
Различают общую методику геометризации месторождений полезных ископаемых и частные – конкретные.

Геометризация форм и свойств залежи полезного ископаемого
На практике наиболее широкое применение получили такие два метода геометризации месторождений:
Метод геологических разрезов;
Метод изолиний.
Каждый из этих методов в отдельности не позволяет изобразить все особенности месторождений, поэтому эти методы часто дополняются друг друга.
На структурных графиках изображают геометрические особенности залежей: форму его поверхности, мощность, глубину залегания и тому подобное. На качественных графиках изображают физико-химические качества полезного ископаемого, распределение полезных и вредных компонентов, объемного веса, влажности и прочее.

Метод геологических разрезов
Геологические разрезы - значимые горно-геометрические графики, поскольку дают наглядное представление о форме и величине рудных тел и о геологической обстановке, в которой залегают эти тела. Количество разрезов и их ориентирования каждый раз зависит от сложности формы рудных тел и от способа их разведки.
Структура любой сложности в первую очередь представляется системой вертикальных и горизонтальных геологических сечений (разрезов) по характерным направлениям. В зависимости от формы рудного тела, его размеров и методов разведки, выбираются направления, по которым необходимо построить геологические разрезы. Последние могут быть вертикальными, горизонтальными и в произвольном направлении. Чаще всего разрезы составляют по тем линиям, по которым выполнялась разведка. Масштабы разрезов (вертикальный и горизонтальный) принимают, как правило, одинаковыми.
Построение вертикального геологического разреза по данным разведки
Пусть разведка месторождения проводилось вертикальными буровыми скважинами, расположенными по линиям. В процессе разведки по каждой скважине определялись данные пробуренной породы. По результатам съемки определялись координаты X, Y, Z каждой скважины. По координатам X, Y устья скважин наносят на план соответствующего масштаба. На рисунке 2.1.1. представлена схема построения вертикального геологического разреза по данным разведки.

План разведки

Рисунок 2.1.1-а. Схема построения вертикального геологического разреза по данным разведки

Разрез по 5 – 8
Рисунок 2.1.1-б. Схема построения вертикального геологического разреза по данным разведки

Необходимо построить геологический разрез, например, по линии скважин 5-8 (рис. 2.1.1-а). Построение вертикального геологического разреза обычно начинают с построения профиля местности. Для этого на листе бумаги сначала вычерчивают линию условного горизонта (рис. 2.1.1-б), вдоль которой в выбранном горизонтальном масштабе замечают точки 5 ', 6', 7 ', 8', расстояние между которыми определяют по плану (рис. 2.1.1-а). От этих точек вверх в принятом вертикальном масштабе откладывают превышение устья каждой скважины над линией условного горизонта, соответствующее разнице отметок устьев скважин и линии условного горизонта. Так, например, если отметка устья скважины №5 равна 173,0, а отметка линии условного горизонта принята +150,0 м, то от точки 5 'вверх необходимо отложить отрезок длиной 23 м. Такую же операцию проводим и с другими скважинами. Соединив последовательно прямыми линиями устье смежных скважин, получим профиль местности по линии разреза. Затем от устья каждой скважины, вниз последовательно откладывают вертикальные мощности в, встреченных данной скважиной пород и полезных ископаемых, после чего точки, соответствующие одноименным контактам в смежных скважинах, соединяют прямыми или плавными кривыми линиями и условными знаками изображают горные породы и полезные ископаемые.

Построение вертикального геологического разреза по данным разведки
Горизонтальные разрезы обычно строят на уровне отметок эксплуатационных горизонтов горных работ при разработке свиты пластов или жил. Для построения горизонтальной геологического разреза необходимо, чтобы на данном горизонте были проведены соответствующие горные выработки (квершлаги, штреки, орты, буровые скважины). Построение такого разреза начинают с нанесения на план горных выработок. Пример такого плана представлен на рисунке 2.2.1.

Рисунок 2.2.1. Горизонтальный разрез каменноугольных залежей

В данном примере штрек, пройденный по пласту k1, а квершлагами обнаружено сообразно залегания пород. Поэтому для построения геологического разреза, в данном случае, достаточно от штрека вдоль каждого квершлаги последовательно отложить горизонтальные мощности г встреченных ими пород и соответственно с конфигурацией штрека провести плавные линии, которые соединяют одноименные контакты пород, зафиксированных в квершлагах.

Метод изолиний
В любом плоском сечении поля размещение свойства может быть выражено системой изолиний, представляющих собой плавные замкнутые кривые, не пересекающиеся и не раздваивающиеся. Системы изолиний названы в геометрии недр поверхностями топографического порядка (топоповерхностями).
Метод изучения месторождения с построением изолиний называется методом изолиний.
Геометризация месторождений методом изолиний основана на тех же принципах, что и изображения рельефа земной поверхности горизонталями