Опробование и технологическое картирование железорудных
месторождений геофизическими методами
Портнов В.С., Маусымбаева А.Д., Турсунбаева А.К.
Экономическая эффективность горнодобывающих предприятий определяется полнотой извлечения запасов из недр, совершенствования технических схем рудоподготовки и обогащения минерального сырья.
Критерии оценки эффективности тех или иных технологических и организационных решений, влияющих на качество добытой руды, должны быть интегральные, объективно учитывающие интересы совокупности производств, участвующих в создании конечной продукции или промпродукта. Главными показателями качества руды, подлежащими извлечению при добыче, должны быть не только средние значения содержания железа за отчетные сроки, но и текущие, а также показатели стабильности состава добытой руды.
Методика геофизического опробования основана на изучении минералогических типов руд и зависимости магнитных, плотностных характеристик от содержания железа.
На железорудных месторождениях Тургайского прогиба: Соколовское, Сарбайское, Качарское, Куржункульское (магнетитовые руды), Лисаковское (оолитовые руды) для экспрессного определения общего железа (Fe0) и железа связанного с магнетитом используются геофизические исследования взрывных скважинах. По результатам измерений строятся планы качества руд во взрывом блоке горизонта или Соколовского подземного рудника, которые используются для определения среднего содержания железа.
Текущие же показатели качества на Качарском руднике определяют исходя из результатов опробования рудной массы в автосамосвалах с помощью рудоконтрольной станции (РКС). Следует отметить, что первые работы в этом направлении были сделаны на Костамукшкском ГОКе (Максимович Л.З.), а затем, на основании их опыта, на Качарском ГОКе (Портнов В.С., 1989 г.). Использование РКС создает условия для формирования рудной массы с определенным качеством для ее отгрузки на обогатительную фабрику. В целях обеспечения эффективного обогащения руд различных типов возникла необходимость их выделения при опробовании геофизическими методами, с целью обеспечения точности, оценки содержания железа, так и в целях стабилизации показателей обогащения. Для этой цели были поведены исследования по выделению технологических типов руд [1].
Внедрение геофизического опробования на магнетитовых месторождениях Тургая, Южного Урала, Азербайджана свидетельствует о том, что качественные показатели руд стабильность и однородность химического состава должны планироваться, начиная со стадии разведки до отгрузки рудной массы на обогатительную фабрику. Для этих целей нами были использованы метод магнитной восприимчивости (ММВ), для опробования в разведочных и взрывных скважинах, стенок горных выработок и отбитой рудной массы. Селективный гамма-гамма метод (ГГК-с) использовался для определения содержания общего железа в магнетитовых, гематитовых, окисленных и оолитовых рудах, а метод искусственного подмагничивания (МИП) и дипольное электромагнитное профилирование (ДЭМП) для построения планов качества и технологического картирования рудных блоков по рабочим площадкам карьеров.
Метод искусственного подмагничивания (МИП) позволяет оперативно и с высокой точностью оценивать качество, запасы рудных блоков, определять границы сортности магнетитовых руд и проводить технологическое картирование рабочих площадок карьеров [2]. Результаты среднего содержания железа в рудных блоках оказываются ближе к результатам опробования их в транспортных емкостях, что связано с большим осреднением измеряемого параметра. Метод позволяет сократить объём, эксплуатационной разведки при открытой разработке месторождений магнетитовых руд за счет разрежения сети скважин в неперспективных участках.
При проведении работ МИП необходимо обращать внимание на то, что факторами, снижающими точность и достоверность оценки качества магнетитовых руд, являются, во-первых, зоны их окисленных руд и, во-вторых, - наличие типов руд с различной магнитной восприимчивостью и содержанием немагнитного железа [3-5]. Поэтому перед выполнением работ по составлению погоризонтных планов качеств устанавливаются типы руд, изучается зависимость их магнитной восприимчивости от содержания железа, связанного с магнетитом (), а так же от содержания железа общего(Fe0).
Полевые работы по составлению качественных планов рудных горизонтов были начаты нами в 1985г. на Куржункульском, Кентобинском месторождениях. Некоторые варианты качественных планов показаны на рисунке 1. Планы строились с помощью статистических методов, при этом предполагалось, что измеряемая характеристика среды меняется по статистическому закону, а сеть измерений меньше линейного коэффициента вариации изменения этой характеристики.
На магнетитовых месторождениях Тургайского прогиба было установлено, что изолинии концентраций, полученных МИП, совпадают с границами, определенными по измерениям магнитной восприимчивости во взрывных скважинах (ММВ).
Повышение точности определения содержания железа в рудных блоках еще до бурения скважины достигается анализом особенностей и закономерностей изменения зависимости æ (), æ (Fe0) для руд различных природных типов и последующем выделением их в технологические типы.
по ММВ
по МИП
Рисунок 1 - Планы качества руд по данным ММВ и МИП.
Точность определения контуров сортов и технологических типов руд в блоках может быть повышена методикой измерений, или шагом измерений.
Опыт работы на Куржункульском, Качарском, Кентобинском месторождениях показал, что применение МИП дает возможность определить содержание железа с погрешностью (±1,81 %) и запасы руды (±5,7%). Аномальное значение вертикальной составляющей магнитного поля, измеренное в центре квадратной рамки, не зависит от (Jп).По результатам измерения МИП по рабочим площадкам горизонтов карьера с шагом 5-10 м строятся планы качества руд с учетом их технологических разновидностей. Удаётся выявить пропущенные детальной разведкой тела (штокверковое Куржункульское месторождение), оценить запасы и границы рудных блоков с учетом технологических свойств руд, уменьшить потери руды в недрах и ее засорение.
Для целей технологического картирования и оценки качественных показателей руд ещё до бурения взрывных и разведочных скважин рудных блоков магнетитовых месторождений, также как и МИП, применяется дипольное электромагнитное профилирование (ДЭМП) и дипольное индуктивное профилирование (ДИП).
Результаты измерений (ДИП) были использованы для расчленения рудной толщи по технологическим свойствам руд и изучения ее морфологии, а в некоторых случаях и для оценки содержания железа. Из теории гармонического магнитного поля, задаваемого генератором, расположенным на поверхности, следует, что напряженность электромагнитного поля зависит от удельной электропроводности, магнитной и диэлектрической проницаемости среды. Использование низкочастотных гармонических полей (0,5 кГц) обеспечивает зависимость вторичного магнитного поля только от индуцированной намагниченности, что позволяет разделять руды по µ(æ) и определять Fем, Fe0. Исследования в НПО «Рудгеофизика», а также проведенные нами работы на Куржункульском, Качарском, Кентобинском месторождениях подтвердили эффективность использования ДИП для этих целей. Однако выполнение работ на рабочих площадках уступов карьеров сдерживается ограниченностью их размеров, наличием помех от линий электроснабжения, буровых станков, авто- и железных дорог.
Наличие корреляционных связей между содержанием общего железа в магнетитовых, гематитовых рудах и их проводимостями послужило основой использования дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМП) на месторождении Кентобе с целью построения планов качества, для магнетитовых и гематитовых разновидностей руд и построения разрезов качества на высоту уступа карьера. При их построении использовалось соотношение сигналов вертикальной (НZ) и горизонтальной (НR) составляющих. Так, например, при величине разносов 10 м это отношение для пород составляет 2-1,35. (0-20% Fe0), убогих руд 1,35-1,1 (20-30% Fe0), бедных - 1,10-0,75 (30-50% Fe0) и богатых - менее 0,75. Для измерений использовалась аппаратура ДЭМП-С4 при частоте генератора 20-129- кГц и разносы 10 и 20 м. Установлено, что при разносе 10 м средняя квадратическая погрешность определения Fe0 составляет 5,10% абс, а при разносе 20 м – 5,02% абс. Точность построения границ технологических, сортовых типов определялась по воспроизводимости результатов измерений полученных в разные периоды времени, и составила для разноса 10 и 20 м, соответственно, составила 6,9 и 7,4% отн.
Эффективность обогащения обуславливается подачей руды заданного состава и стабильностью ее качества, что возможно при достоверном и оперативном технологическом картировании геофизическими методами, позволяющими оптимизировать сортность руд, оперативно контролировать их качество по всему технологическому циклу от забоя до обогатительной фабрики. Применение методов геофизики для технологического картирования магнетитовых руд рассмотрим на примере Качарского месторождения [1].
Пироксен-скаполит-магнетитовые руды месторождения имеют наибольшее распространение в карьере и составляют 82,7%. Наибольшим распространением в карьере пользуются тонко - и сплошные мелкозернистые и вкрапленные руды, менее распространены средне-, крупнозернистые руды. Их опробования в буровзрывных скважинах на Fe0 и выполняется ММВ с погрешностью ±1,21% абс. Немагнитная часть общего железа (~ 3,8%) в основном связана с силикатными и сульфидными минералами.
Известно, что показатели обогащения руд определяются их минеральным составом, магнитными характеристиками магнетита [5]. Нами установлено, что магнитная восприимчивость промышленных руд колеблется от 1,96 до 7,92 ед.СИ. Наиболее характерные значения факторов Кенигсбергера (Q) находятся в пределах от 0,05 до 0,48 при среднем 0,27. При этом установлена обратная зависимость Q от крупности зерен магнетита в руде, что связано с большей магнитной жесткостью тонкозернистых руд, по сравнению со средне- и крупнозернистыми. Это также характерно для магнетитовых руд Кентобинского, Куржункульского, Соколовского, Сарбайского месторождений. Исследования технологических свойств качарских руд показали, что природными факторами, влияющими на их обогатимость при мокрой магнитной сепарации, являются: содержание железа в руде, определяющее выход концентрата γ и его извлечение; диаметр зерен магнетита, определяющий содержание железа в концентрате β и хвостах; количество фосфора в прожилково-вкрапленных, средне- и крупнозернистых апатит-магнетитовых рудах, определяющее его содержание в концентрате.
При технологическом картировании на месторождении выделяются руды по содержанию железа и крупности зерен магнетита. Опробование буровзрывных скважин ММВ с использованием зависимости n(æ)=f( или Fe0), дает возможность экспрессно с высокой точностью (±0,52% абс.) оценивать качество руды во взрывном блоке. Определяя фактор Q по образцам на астатическом магнитометре или по измерениям магнитометром МПП-303 напряженности магнитного поля Ти (НМП) над устьем буровзрывной скважины, оценивается выход концентрата с погрешностью ±2,23% абс, содержание в нем железа 0,31% абс. (рисунки 2, 3) [5].
Значение Q по Ти определяется из формулы Q=Ти(Т0æ)-1-1, где æ - магнитная восприимчивость рудной массы, по данным ММВ, пересеченной взрывной скважиной. Фактор Q, как уже отмечалось, не зависит от концентрации ферромагнетика и определяет его состав и крупность зерен (d). Оценки достоверности и погрешности определения γ, β, по установленным зависимостям выполнены по анализам 27 технологических проб из 17 взрывных блоков (~2,5 млн. т.). Отмечается увеличение времени измельчения проб для мелкозернистых руд.
Рисунок 2 – Определение выхода Рисунок 3 – Определение содержания
концентрата железа в концентрате
Так как измеренное магнитное поле в центре рамки, питающейся низкочастотным током (метод незаземленной петли) зависит от Ji и удельного электрического сопротивления (проводимости), то на планах качества выделялись не только промышленные сорта, но и технологические типы руд, различающиеся по Jn или Q, что важно при планировании показателей извлечения металла.
Достоверность магнитной, геологической моделей месторождения железных руд на этапе разведки определяется: точностью выявления рудопересечений по скважинам; изученностью их внутреннего строения; определением магнитных свойств руд в естественном залегании и их зависимостью от содержания железа; приема геометризации рудных тел; способами расчета магнитного поля.
По данным ММВ, ГГК-С в скважинах оценивается глубина, мощность пересечения и раздельно качество магентитовых, окисленных и гаматитовых руд.
Вывод зависимостей содержания железа в рудах от их магнитной восприимчивости, интенсивности рассеянного гамма-излучения осуществляется по интервалам скважин с относительно выдержанными значениями измеряемых величин и выходом керна по рудной зоне более 90 %. Для этих интервалов определяется средне взвешенные значения Fe0, Fем, dс. Кроме этого, обращается внимание на сохранение характера кривой ММВ, ГГК-С, в соответствии с содержанием Fe по данным геологического опробования интервалов скважины.
С целью повышения точности определения геофизическими методами содержания железа руды и оруденелые породы разбиваются на структурно-текстурные и минералогические группы, для которых устанавливается отдельные зависимости физических свойств (измеряемых параметров) от содержания Fe0, Fем. Значимость их различия оценивается по абсолютному систематическому расхождению и условию tP
Прочитать публикацию в формате PDF
используются геофизические исследования взрывных скважинах. По результатам измерений строятся планы качества руд во взрывом блоке горизонта или Соколовского подземного рудника, которые используются для определения среднего содержания железа. 
), а так же от содержания железа общего(Fe0).
по ММВ
