Виды опробования, способы отбора проб

Прежде чем проводить опробование, необходимо выяснить его целевое назначение. В зависимости от задач различают виды опробования: химическое, минералогическое, геохимическое, геофизическое и ядерно-геофизическое, техническое, технологическое, товарное.Химическое опробование является основным и наиболее распространенным видом опробования. Оно проводится, главным образом, на рудных месторождениях для определения в исследуемой минеральной массе содержаний основных и попутных полезных компонентов и вредных примесей. Химические анализы характеризуются высокой точностью, при чувствительности вполне достаточной для решения практических задач, связанных с подсчетом запасов полезных ископаемых. Поэтому отбор проб на разведочных стадиях для химических анализов проводится систематически по всем рудным пересечениям и околорудным измененным породам. Как разновидность химического опробования следует считать пробирный анализ благородных металлов.Минералогическое опробование проводится систематически в основном при разведке россыпных месторождений для определения содержания ценных минералов. При разведке месторождений твердых полезных ископаемых в коренном залегании обычно осуществляются минералогические анализы штуфных или объединенных проб для изучения минерального и фазового составаруд. При этом отбираются монофракции минералов для определения их элементного состава прецизионными методами.Геохимическое опробование, являясь наиболее высокопроизводительными дешевым, дает возможность определять малые содержания элементов спектральным, атомно-абсорбционным и другими прецизионными аналитическими методами. Помимо решения чисто геохимических задач, изучения ореолов рассеяния, оно позволяет отбраковать пробы с низким содержанием полезных компонентов и тем самым избежать проведения дорогостоящих химическогоили пробирного анализа, а также выявить элементы-примеси, которые могут представлять практический интерес.Геофизическое опробование выделяется среди других видов тем, что минеральная масса исследуется геофизическими методами и не подвергается при этом ни механическому, ни химическому, ни температурному воздействию, оставаясь практически без изменения. Это дает возможность проведения повторных геофизических испытаний или других видов опробования. Геофизическоеопробование проводится с целью определения содержаний полезных компонентов непосредственно в горных выработках и скважинах без отбора материала. Оно также используется для экспресс-анализа буровой пыли, навесок измельченных проб или другой минеральной массы. Ядерно-физическое опробование, включающее гамма-гамма, нейтрон-нейтронный, рентгенорадиометрический и другие методы, широко применяется на заключительных стадиях разведки и при эксплуатации месторождений олова, вольфрама, свинца, цинка, меди, сурьмы, железа и других видов полезных ископаемых. Оно характеризуется высокой чувствительностью, экспрессностью, универсальностью, относительной простотой и легкостью проведения. Процесс опробования может осуществляться на любой технологической стадии разведки и переработки полезного ископаемого. При этом практическую ценность имеет опробование руд в естественном залегании. Для гамма-гамма и нейтрон-нейтронного опробования используется аппаратура СРП-68, РС-3, СГСЛ ''Филигрань'', ''Фреска'' и др.; при рентгенорадиометрическом опробовании –''Минерал'', РРША-1 и др. Техническое опробование позволяет изучить физико-технические свойства полезного ископаемого и вмещающих его пород. Практически по каждому месторождению твердых полезных ископаемых определяют их среднюю плотность и влажность, прочностные свойства руд и пород, кусковатость качества, влияющие на технологию разработки месторождения и переработки минерального сырья. На месторождениях многих видов неметаллического сырья, в том числе сырья для природных строительных материалов, техническое опробование выступает основным методом определения их промышленной ценности и проводится регулярно. Решаемые при этом задачи должны увязываться с нормативными требованиями промышленности, выраженными в соответствующих ГОСТах. Технологическое опробование позволяет выяснить технологические свойства минерального сырья, главным из которых являются способность к обогащению, т.е. гравитационные, флотационные, электромагнитные и другие свойства, и к химическому восстановлению, а также плавкость, спекаемость и т.д. Технологические испытания могут проходить в лабораторных условиях,на полупромышленных опытных установках или производственных линиях. Пробы для этих испытаний должны быть представительными отражать состав природных типов и промышленных сортов руд в их товарном виде, в котором они поступят на переработку. Особенно это важно при полупромышленных и заводских дорогостоящих и очень ответственных испытаниях, проводимых настадиях детальной разведки и доразведки, когда испытывают большеобъемные технологические пробы. По результатам технологического опробования разрабатывают рациональную схему и оптимальный режим переработки минерального сырья, обеспечивающих рентабельное комплексное извлечение полезных компонентов и утилизацию отходов. На эксплуатируемых месторождениях качество товарной руды обеспечивается с помощью геолого-технологического картирования. Оно проводится по результатам технологического опробования и служит также для разработки оптимальных технологических схем комплексного ее использования. Товарное опробование проводится с целью определения качества поступающей на переработку или временно складируемой товарной руды. При товарном опробовании устанавливается ряд технологических показателей: товарные массы отдельных поставок, допустимая погрешность отбора проб, классификация руд по вариантам качества, число и масса разовых проб в различных вариантах качества. Способы и параметры опробованияПробы, отбираемые при разведке месторождений твердых полезных ископаемых, называются геологическими. Геологическая проба представляет собой массу различных по составу и размерам минеральных частиц, отобранных по продуктивной залежи в естественном залегании или из технологических продуктов ее отработки. На месте отбора пробы образуется углубление объем,формы, размеры и ориентировка которого определяют понятие геометрия пробы. Геологические пробы в зависимости от их геометрии разделяют на три группы: 1) линейные, 2) большеобъемные, 3) дискретные (точечные). Их выбор обусловлен геолого-минералогическими и морфологическими особенностями рудной залежи, видом полезного ископаемого, характером и степенью его изменчивости, техническими средствами разведки. Линейные пробы отбираются бороздовым и шпуровым способами. Бороздовый способ опробования является наиболее распространенным, достаточно представительными и надежным. При этом способе проба отбирается так, чтобы на ее месте образовалась прямолинейная борозда геометрически правильной формы сечением (ширина х глубина): 2х2; 5х3; 10х3; 10х5 см. Борозды выбивают преимущественно в ненарушенной горной массе по направлению максимальной изменчивости, совпадающему обычно с мощностью продуктивной залежи. Необходимо добиваться того, чтобы весь материал из борозды поступил в пробу, не допуская засорения или обогащения ее за счет дополнительного выкрашивания минеральных частиц как из самой борозды,так и из смежных с нею участков. Расположение борозд в горных выработках необходимо подчинить разведочному принципу равной достоверности. Пробы в квершлагах, рассечках и ортах высекают в их стенках на высоте 1-1,2 м от почвы; в штреках борозды выбивают: при крутом залегании тел- в их забоях или кровле, а при пологом залегании - в стенках через определенные расстояния. В канавах пробы отбирают по дну, иногда по длинным стенкам, в шурфах, восстающих, уклонах по одной или двум противоположным узким стенкам, ориентированным вкрест простирания рудного тела. Опробование в забоях горных выработок должно проводиться циклично и синхронно с их проходкой и с соблюдением правил техники безопасности. Взятие бороздовых проб в породах и руде высокой крепости – процесс исключительно трудоемкий. Он осуществляется вручную при помощи зубила и молотка или механическим способом с использованием пробоотборников режущего или ударного действия. Пробоотборники могут быть с пневматическим приводом марки ППР-2 или электроприводом (ПЭР-1). В качестве режущего инструмента используют два параллельных алмазных дисковых пробоотборника с отрезными алмазными кругами АОК, вырезающие щелевые борозды шириной от 3 до 10 см и глубиной 5 см. Разновидностью бороздового опробования являются секционное и пунктирное (рис. 4.6). Секционное бороздовое опробование производится при наличии смежных разнотипных по минеральному составу руд и концентраций полезных компонентов, различных по характеру и интенсивности околорудных изменений пород. Длина секции не должна быть менее 0,3 м. Способ опробования пунктирной бороздой может рекомендован к применению на месторождениях с рудными телами большой мощности и равномерным распределением в них полезных компонентов. Шпуровой способ не имеет широкого распространения и применяется на заключительных стадиях разведки и при эксплуатации как вспомогательный для уточнения мощности рудопродуктивных залежей. В пробу отбирается буровая мука, шлам, возникающие при бурении шпуров перфораторами. Длина шпуров обычно составляет 1,5-3, реже до 4-6 м. Большеобъемные пробы могут отбираться валовым или задирковым способами. Валовый способ является самым достоверным и в то же время наиболее трудоемким. Его используют при взятии большеобъемных проб преимущественно для технологических испытаний, а также для контроля за другими способами опробования. В пробу может поступать вся отбитая горная масса или ее часть с определенных интервалов проходки горных выработок или очистных забоев. При этом в зависимости от необходимой массы пробы регулируют кратность (периодичность) поступления в нее технологических порций материала. Масса валовой пробы может достигать нескольких сотен и даже тысяч килограммов. Задирковый способ является площадным и длительное время использовался при химическом опробовании маломощных (менее 0,3-0,4 м) тел с крайне неравномерным распределением полезных компонентов. Отработку таких тел, как правило ведут селективно. В настоящее время в связи с применением высокопроизводительных систем и технологии разработки нецелесообразно оконтуривать маломощные тела. Кроме того, этот способ требует больших затрат ручного труда, поскольку по всей мощности тела в определенном интервале по его падению (или ширине) должен сниматься ровный слой мощностью 1-3 см, минеральная масса которого поступает в пробу. Поэтому задирковый способ, утратив свое значение для химического опробования, может использоваться при взятии механическим способом большеобъемных проб для технологических испытаний. В этом случае глубина задирки достигает 5-10 см и более, а масса пробы - несколько сот килограммов. Дискретные пробы отбирают точечным, горстьевым и штуфным способами. Точечный способ заключается в отбойке в горной выработке с опробуемой поверхности по определенной сетке кусочков горной массы, составляющих пробу. Сетка разбивается мысленно или применяется трафарет. Она может быть, как и разведочная сеть, квадратной, прямоугольной или ромбической (рис 4.7). Точки отбора располагаются в узлах сетки. Расстояния между ними составляют n∗10 см. Отбойка кусочков ведется с помощью зубила и молотка. Масса пробы составляет несколько килограммов. Горстьевой способ применяется при опробовании технологической (отбитой) горной массы (рис. 4.8). Он практически не отличается от точечного способа. Оба способа связаны с химическим опробованием. Штуфной способ используют при техническом и минералогическом видах опробования. Он заключается в отборе монолитных кусков руды и вмещающих пород массой 1-2 кг, а также их сколов для изготовления прозрачных и полированных шлифов с целью микроскопического их изучения. Опробование скважин осуществляется способами, близкими к линейным. Отбор проб при колонковом бурении производится из керна, а при его отсутствии или низком выходе- из шлама. Керн, представляющий собой столбик породы или руды, раскалывается на гидравлическом или механическом ударном керноколе вдоль оси пополам. При небольших объемах опробования раскалывание керна может выполняться вручную с помощью зубила и молотка. Одна половина столбика керна поступает в пробу, другая хранится в качестве дубликата. Пробы могут отбираться также способами распиливания и высверливания. При распиливании керна вдоль его продольной оси срезается сегмент, подлежащий хранению. Материал распила используется в качестве химической пробы, а оставшаяся часть керна может быть предназначена для других видов опробования. Способом высверливания опробуется керн, полученный при бурении соленосных толщ. Поскольку скважины ориентируются вкрест простирания рудных тел и так, чтобы угол их встречи был не менее 30°, то опробованию подлежит весь керн по всем рудным интервалам. От их мощности и внутреннего строения рудных тел и особенностей изменчивости качественного состава зависит длина проб. При значительной мощности рудных тел она составляет от 2 до 5 м. При разведке месторождений скважинами ударно-канатного бурения опробуют шлам. При эксплуатационной разведке месторождений, отрабатываемых открытым способом, когда основным ее средством являются взрывные скважины шарошечного или пневмоударного бурения, отбор проб осуществляется из шлама или буровой мелочи. При очистке скважин воздушно- водяной смесью опробование производится специальными шламоуловителями. При ручном или механическом ударно-вращательном бурении взятие проб осуществляется с помощью желонки, ложки, змеевика, пробоотборников и грунтоносов. К параметрам проботобора относятся геометрия и масса проб, расстояние между ними и общее число сквозных проб. Вопросы геометрии и массы проббыли рассмотрены раньше. Здесь коснемся остальных параметров. Расстояния между точками отбора проб зависят от степени изменчивости оруденения. Чем больше величина коэффициента вариации содержаний полезного компонента Vс, тем меньше эти расстояния. Обычно расстояние между пробами определяется по линейному подсечению, ориентированному по простиранию рудного тела. В случае, когда рудное тело по своей мощности вписывается в сечение выработки, опробование ведут через расстояние, кратное величине продвижения его забоя. При крайне неравномерном распределении полезного компонента опробуют забой после каждой отпалки, т.е. через 1,5-2 м; при неравномерном оруденении - через 4-6 м, равномерном - 6-15 м, и весьма равномерном - 15-50 м. При значительной мощности, больших размеров сечения штрека плотность сети опробования и разведочной сети становится одинаковой, так как полные (сквозные) пересечения рудного тела по его мощности, подлежащие опробованию, совпадают с разведочными подсечениями. Это относится также к опробованию выработок, пройденных по падению (ширине)продуктивной залежи. В восстающих, пройденных по маломощным телам, по мере проходки опробуются стенки через 5-10 м. Общее число сквозных проб зависит от расстояния между ними и определяется с учетом размеров опробуемой продуктивной залежи, вероятностного закона распределения содержаний полезных компонентов и критерия предельно допустимой погрешности оценки среднего содержания. Его можно определить по формуле (1), внося поправки в величину коэффициента вариации Vс на смещенность его оценки, исходя из расстояний между опробуемыми сечениями. Обработка проб Обработка проб осуществляется с целью получения в определенном физико-механическом состоянии необходимой массы минерального вещества, пригодного для лабораторных и технологических испытаний. При химическом и геохимическом видах опробования в процессе обработки проб получают навеску для анализа, представляющую собой тонко измельченный порошок (с диамет ром частиц < 0,1 мм) массой от первых граммов (для спектрального анализа) доn*100 г. Начальная масса пробы обычно в несколько раз превосходит массу навески, а размер слагающих ее частиц на 2-3 порядка выше. Поэтому процесс обработки включает последовательные операции дробления и измельчения, грохочения и просеивания, перемешивания и сокращения, составляющие стадию. Содержание в навеске компонентов, подлежащих аналитическому определению, должно соответствовать их содержанию в исходной пробе и в ее сокращенной массе на любой стадии обработки. Обработка проб ведется преимущественно в три стадии (рис 4.9). На первой стадии материал пробы подвергается крупному дроблению (до 10 мм). Для этого используют лабораторные щековые дробилки типов 58-ДР и 40-ДР. На второй стадии проводят мелкое измельчение. В завершающую стадию осуществляют тонкое измельчение (истирание) до 0,07мм (в случае большой массы пробы - на дисковом истирателе типа 60-ДР, а пробы до 50г- на вибрационном истирателе типа 75-БДР-4). Для истирания проб используют также стержневые или шаровые мельницы и механический истиратель СМБ. При грохочении и просеивании происходит разделение частиц пробы по классам крупности. Перед дроблением и измельчением, чтобы не дробить лишнего, проводят вспомогательное грохочение: отделяют более мелкие классы, используя для этого соответствующие грохоты и сита. После этих операций производят контрольное грохочение и просеивание. Частицы, не прошедшие через контрольное сито, возвращаются на повторную операцию. Разделение частиц по крупности осуществляется на ручных или лабораторных механических грохотах, например, типа 138-Гр, и ситовых анализаторах типа 71б-Гр. Истертый материал пробы грохочению и просеиванию не подлежит, так как наличие значительной доли пылеватых частиц делает этот процесс в воз душной среде практически неосуществимым. Конструкции щековых и валковых дробилок, истирателей, грохотов и ситовых анализаторов разработаны в институте Механбор. Оптимальные соотношения массы пробы (Q), до которой она может быть сокращена, и размеров ее наиболее крупных частиц (d) на начало каждой стадии рассчитывают по формуле Ричардса-Чечотта Q=kd2, где коэффициент k зависит от характера распределения полезного компонента в массе пробы. Он принимается по аналогии или определяется экспериментальным путем. Его значения при равномерном распределении - 0,1-0,2, неравномерном - 0,3-0,4 весьма неравномерном -0,5-1,0. Определив надежную массу пробы по этой формуле, проводим ее сокращение, предварительно подвергнув пробу перемешиванию. Перемешиваниебольшеобъемной пробы осуществляют путем перелопачивания ее материала на твердой и гладкой горизонтальной площадке. Смешивание пробы небольшой массы выполняют способом кольца и конуса. Сокращение пробы производят квартованием или на желобковом (струйчатом) делителе. При последнем квартовании две противоположные доли пробы объединяют в пробу для анализа,остальные две образуют дубликат, подлежащий хранению. Из дубликатов индивидуальных (рядовых) проб, входящих в контур отдельных тел природных типов промышленных сортов минерального сырья, составляются групповые пробы. Массы отбираемого материала должны бытьпропорциональны длинам проб. Сокращенная минеральная масса пробы может быть использована для формирования технологической пробы.