Пробы из скважин и шпуров

Пробы из керна и шлама скважин колонкового бурения. Это наиболее распространенный способ взятия проб при разведке месторождений. Материалом пробы служит чаще керн, реже шлам. Кроме того, с помощью специальных приспособлений можно опробовать стенки скважин. Наиболее достоверные результаты получают при взятии проб из керна. Шлам используется в случае низкого выхода керна или при его избирательном истирании.

Достоверность опробования по керну зависит от его выхода и от избирательного истирания, когда более мягкие или хрупкие минералы, особенно в прожилках или в цементе брекчий, разрушаются и выносятся в виде буровой мути. Избирательное истирание особенно сильно проявлено на месторождениях молибдена, ртути, угля и некоторых других полезных ископаемых, что вызывает систематическую погрешность опробования.

Для повышения полноты выхода керна и уменьшения избирательного истирания керна применяются специальные технологические приемы бурения: увеличение диаметра бурения, использование двойных колонковых труб, сокращение длины рейсов, бурение всухую и пр. При разведке растворимых в воде полезных ископаемых, например калийных солей, в качестве промывочной жидкости используются растворы, насыщенные солями того же типа.

Полнота выхода керна (или просто выход керна) В_к измеряется чаще всего в процессе геологической документации линейным способом  как отношение длины извлеченного керна М к длине пробуренного интервала L:

и выражается в процентах.

В сильно разрушенных и трещиноватых рудах линейный способ дает большую погрешность, в этих случаях более надежно определять выход керна как отношение объема вынутого керна, что можно измерить в сосуде с водой, к расчетному объему интервала бурения, так как диаметр керна известен. Эффективен также контроль выхода керна путем сравнения массы взятых из него проб (которые, как правило, взвешиваются) и расчетной массы керна.

На большинстве полезных ископаемых опробование считается достоверным при выходе керна по руде более 70 %. При опробовании мягких полезных ископаемых (молибдена, ртути и др.) выход керна должен быть выше 80 %. В противном случае вместе с керном опробуется шлам.

Из керна берут линейные (секционные) и точечные (штуфные) пробы. Обычно после геологической документации керна, в процессе которой осуществляется разметка интервалов опробования, берут линейные секционные пробы путем раскалывания или распиливания керна вдоль оси. Длина секции определяется так же, как и при бороздовом способе, с учетом строения рудного тела и границ природных типов руд. Половинка керна часто делится на две четвертинки. Одна из них идет на технологические пробы, из другой берут штуфные пробы на минералогическое и техническое опробование. Оставшаяся часть керна хранится как первичный геологический документ.

Иногда в секционные пробы идет весь керн, например, при малом диаметре бурения или при эксплуатационной разведке, когда отпадает необходимость проводить систематические минералогические или технологические испытания. В редких случаях вторая половинка керна используется для контроля опробования.

Раскалывание керна вдоль оси осуществляется на керноколе. Мелочь, образующуюся при раскалывании керна, делят пополам вручную. Распиливание керна производится на камнерезных станках, причем в пробу можно направлять не только половинку, но и сегмент керна. Распиливание керна обеспечивает более качественный отбор проб и, кроме того, способствует повышению качества геологической документации. На месторождениях ископаемых солей при избирательном растворении поверхности керна практикуется высверливание материала пробы вдоль оси керна.

При низком выходе или потере керна опробуется шлам, при этом принимаются меры к полному его улавливанию: тампонируют трещины в породах, крепят вышележащие породы обсадными трубами, после каждого рейса промывают скважину до осветления воды и др. Следует стремиться к совпадению интервалов опробования по керну и по шламу. В пределах интервала керн и шлам собирают в отдельные пробы. Среднее содержание по керну и шламу рассчитывают по формуле К.Л.Пожарицкого

,

где C, С_к и С_ш содержание компонента соответственно в интервале опробования, в керне и в шламе; D  диаметр скважины, мм; d  диаметр керна, мм; L  длина интервала, м; М  длина керна, м.

При бескерновом бурении или при низком выходе керна можно брать пробу со стенки скважины с помощью специальных пробоотборников. Так, вибрационный пробоотборник И.Б.Булнаева скалывает на стенках скважины вертикальную борозду шириной 30 мм и глубиной 10-40 мм. Материал пробы собирается в пробоулавливающем устройстве.

Для повышения достоверности опробования керна применяют геофизические методы исследования скважин (ГИС), в частности каротаж скважин, которые позволяют уточнить положение и контакты рудного тела, а иногда и состав руд.

Шламовые пробы из скважин ударно-канатного бурения. При ударно-канатном и бескерновом колонковом бурении пробы берут из шлама. Такое бурение применяется при разведке некоторых штокверковых и россыпных месторождений, а также для проходки буровзрывных скважин при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Шлам из скважин поднимают желонками и направляют в отстойники. Если бурение ведется с продувкой, то для улавливания шлама используются гидроциклоны.

Поскольку диаметр скважин ударно-канатного бурения большой, извлекается большое количество шлама (50-200 кг с 1 м углубки). Полученный шлам перемешивают и берут из него пробы необходимой массы способом вычерпывания. Наиболее крупные кусочки руды могут быть использованы для минералогических и петрографических исследований.

Достоверность опробования по шламу зависит от полноты извлечения шлама. Кроме того, возможно обрушение стенок скважины и засорение шлама вышележащими породами, а также потеря части шлама в трещинах. Для контроля потерь шлама и обрушения стенок скважины объем поднятого материала сравнивается с теоретически рассчитанным объемом. Для устранения обрушения стенок применяется крепление скважины обсадными трубами. В плывунах и вообще в рыхлых обводненных породах бурение ведется с опережением забоя обсадными трубами, а в устойчивых породах крепят только устье скважины.

При опробовании шлама наиболее трудной задачей является установление строения рудных тел и, соответственно, определение границ секционных проб. Для ее решения используют каротаж скважин, наблюдения за косвенными признаками (изменение скорости бурения, окраски шлама), а также химические и минералогические экспресс-анализы. Часто опробование все же не обеспечивает необходимой точности определения границ рудных тел, природных типов и промышленных сортов руд. В этих условиях длину секции принимают постоянной, исходя из предполагаемой мощности природных типов руд и точности установления границ рудных тел. На коренных месторождениях длина секций составляет 1-5 м, а в буровзрывных скважинах может достигать 10 м. На россыпных месторождениях золота длина секционных проб по пескам принимается 0,2-0,5 м, а в торфах увеличивается на несколько метров.

Опробование россыпей сопровождается заметными систематическими погрешностями, чаще всего занижением содержания полезных компонентов и уменьшением мощности рудного тела. Это обусловлено значительным различием в плотности рудных и нерудных минералов, перемещением тяжелых частиц вниз и неполным их извлечением. Происходит "оседание" вниз песков по сравнению с действительным их положением. Погрешности могут возникнуть также за счет выжимания части рудного материала в затрубное пространство и, наоборот, за счет перемещения рыхлого материала из затрубного пространства в скважину, особенно в плывунах. Для уменьшения влияния искажающих факторов следует использовать большие диаметры бурения, а также вести систематический контроль скважин путем опробования сопряженных с ними контрольных шпуров.

Пробы из скважин ударно-вращательного бурения. Для опробования строительных песков, суглинков и других сыпучих необводненных полезных ископаемых применяется буровая ложка. Поднятый ею материал, длина которого составляет 0,5-2 м, высыпается на деревянный щит размером 1-1,5 м. После просмотра и документации весь материал берется в пробу.

Для опробования мягких и пластичных полезных ископаемых, таких как глины, гипергенные никелевые руды и др., применяются змеевики и шнеки. Материал уходки удерживается на лопастях змеевика или шнека. При подъеме материал загрязняется вышележащими породами, поэтому его очищают от загрязнения, документируют и отбирают секционные пробы длиной 0,5-2 м.

Для опробования мягких полезных ископаемых используют стаканы-грунтоносы, забиваемые в полезное ископаемое на глубину 15-20 см, а также вибротрубки, которые позволяют углубиться в полезное ископаемое на несколько метров. Материал, поступающий в грунтоносы и вибротрубки, уплотняется в них и удерживается при подъеме. Если вынутый из вибротрубки материал сохраняет текстуру полезного ископаемого, то можно вести опробование секциями, учитывая петрографические особенности, в противном случае в пробу берется весь материал бурения.

Шпуровой способ взятия проб применяется в горных выработках. Если они ориентированы вкрест простирания рудных тел (квершлаги, рассечки), то для опробования пригодны шпуры, буримые в забое для проведения буровзрывных работ, что позволяет совместить проходку и опробование горных выработок. Если выработки идут по простиранию мощного рудного тела, контакты которого находятся за пределами выработок, то шпуры бурят в их стенках (рис.5, 6).

Погрешности при опробовании шпуров возникают за счет избирательных потерь материала либо в трещинах сильно разрушенных пород, либо вместе со шламом и буровой пылью. При бурении с промывкой чаще всего теряются тяжелые минералы, а при продувке шпуров, наоборот, легкие минералы, что может привести к систематической ошибке опробования. Поэтому необходимо стремиться к наиболее полному улавливанию измельченного материала шпуров.