Опробование горных выработок: методы, этапы и контроль качества

Опробование горных выработок нужно, чтобы получить данные о составе и распределении полезных компонентов в породах и рудах, которые вскрыла выработка. К отбору работа не сводится: она включает обоснование мест и способа отбора, геологическую документацию, подготовку проб, лабораторный анализ и оценку результатов, в том числе их качества.

Для проекта опробование уточняет границы минерализованных участков, даёт основу для геологической интерпретации, позволяет контролировать качество руды при добыче и планировать дальнейшие исследования. Единой методики нет: способ и параметры зависят от геологии объекта, типа выработки и того, какое решение должны обосновать данные.

Где и для каких задач проводят опробование

Поверхностные и подземные выработки

На поверхности опробуют канавы, траншеи, шурфы и доступные уступы карьеров. В канаве и траншее материал отбирают по полотну или нижней части стенки в коренных породах, по всей ширине выхода рудного тела; пробу привязывают к пикетажу и инструментальной съёмке выработки. В шурфе отбор ведут по стенке на заданных глубинах, что позволяет проследить изменение состава по вертикали, например в коре выветривания. На уступе карьера интервалы задают относительно маркшейдерской съёмки и геологической зарисовки откоса.

Под землёй опробуют забои и стенки штреков, квершлагов и штолен. Здесь важно положение рудного тела относительно выработки. Квершлаг пересекает тело вкрест простирания, и опробование его стенки даёт полное пересечение рудной зоны. Штрек, пройденный по простиранию, позволяет последовательно опробовать забои и проследить изменчивость вдоль тела, а его стенки показывают лишь часть мощности.

Разведочное и эксплуатационное опробование

Разведочное опробование изучает минерализацию — границы, содержания, изменчивость — и даёт данные для геологической модели. Эксплуатационное опробование служит оперативному контролю при добыче: уточнению контуров, качества руды и разубоживания. Пробы из обнажённого массива, керн скважин и отбитая горная масса получены в разных условиях. Обнажение показывает геометрию рудного тела, но его поверхность может быть загрязнена или выветрена. Керн характеризует породу по оси скважины, на удалении от выработки. Отбитая масса уже перемешана, и привязка к точке массива утрачена. Сопоставлять такие данные можно только с учётом этих ограничений.

Основные способы опробования горных выработок

Способ выбирают под геологию объекта и решение, для которого нужны данные. Ни один метод не подходит одинаково для всех руд, выработок и стадий работ.

Бороздовое опробование

Материал отбирают по борозде заданного сечения, которую вырубают или выпиливают на поверхности выработки. Борозду ориентируют по направлению наибольшей изменчивости оруденения, как правило вкрест простирания рудного тела. Принятые ширину и глубину выдерживают по всей длине, а всё вырубленное собирают полностью. Если в пробу чаще попадают мягкие участки, а твёрдые выкрашиваются за её пределы, состав пробы смещается. Метод хорошо работает на рудных телах с относительно выдержанным строением; на трещиноватых и разнопрочных породах выдержать сечение труднее, и ошибки отбора растут.

Секционирование борозды ведут по геологическим границам: контакты рудного тела, смену литологии и типа минерализации в одну пробу не объединяют. Длину интервала отбора и массу пробы назначают по задаче и характеру руды. Длина пробы по поверхности выработки не равна истинной мощности: если борозда пересекает тело под углом, для пересчёта учитывают элементы залегания и ориентировку борозды. Универсального сечения борозды или шага отбора нет — их задаёт программа работ.

Задирковое опробование

При задирковом способе материал снимают слоем заданной глубины со всей площади рудного тела в обнажении или с заданного участка. Задирка охватывает больший объём, чем борозда, и применяется прежде всего для маломощных жил и прожилков, где борозда может не дать представительного материала. Метод трудоёмок и требует контроля глубины снятия слоя. Автоматически более точным его не считают: на неровной поверхности и разнопрочных породах ошибки отбора сохраняются.

Точечное и штуфное опробование

Точечное опробование — систематический отбор небольших порций материала по заданной сети на поверхности выработки с объединением их в пробу. Штуфное — отбор отдельного образца для изучения минерального состава, физических свойств или геохимических особенностей. Слабое место обоих способов — представительность: небольшая масса и выбор места «на глаз» создают риск отобрать преимущественно визуально богатый материал. Точечные пробы помогают оперативно оценить характер минерализации, штуфы — изучить вещество, но для количественных выводов о среднем содержании полезного компонента по интервалу таких данных, как правило, недостаточно.

Валовое опробование

Валовая проба — большой объём материала, вплоть до всей горной массы, отбитой при проходке участка выработки. Её отбирают для технологических исследований и при крайне неравномерном распределении полезного компонента. В отличие от рядовой пробы, валовая требует обоснования участка и массы: участок должен представлять изучаемый тип руды. На объектах с крупным золотом увеличение массы снижает ошибку, связанную с редкими крупными частицами. Однако больший объём не устраняет всех ошибок: если материал взят не из того контура или при сокращении отобрана слишком малая навеска, смещение сохраняется.

Как выбирают метод и параметры пробы

Выбор опирается на форму и мощность рудного тела, размер минеральных зёрен и частиц полезного компонента, изменчивость содержаний, прочность и трещиноватость пород, доступность поверхности и цель анализа. Шпуровое опробование и другие способы применяют при обоснованной необходимости. Сечение, длину интервалов и массу пробы подтверждают программой работ, а при возможности — опытными работами на объекте.

Как проводится опробование горных выработок

Работы идут от постановки задачи до передачи проб в лабораторию, и у каждого этапа есть свой результат. Инструменты и параметры определяет методика конкретного проекта.

Геологическая документация и подготовка участка

Исходные сведения — план выработки с маркшейдерской привязкой, описание пород, контакты, проявления минерализации и положение рудного тела. До отбора геолог выполняет зарисовку стенки или забоя, фиксирует контакты, структуры и зоны изменений, делает фотографии с масштабом и привязкой. По этим данным выбирают места и направление опробования.

Поверхность готовят к отбору: там, где загрязнённый или выветрелый слой искажает состав, его удаляют, а в программе заранее указывают, когда это делают и как фиксируют. Доступ в выработку организуют по процедурам безопасности объекта и с допуском его ответственных лиц.

Разметка интервалов и мест отбора

Направление, границы и номера проб задаёт геолог, ведущий документацию, по программе работ. Границы ставят по литологическим контактам и смене минерализации; разные геологические разности без обоснования в одну пробу не объединяют. Ниже — условная схема разметки борозды по стенке квершлага, пересекающего кварцевую жилу.

Значения условные. В рудной части интервалы короче, потому что их границы определяют контакты, а не шаг; крайние пробы во вмещающих породах показывают, где минерализация затухает.

Отбор материала и полевой контроль

При отборе выдерживают выбранную геометрию борозды или площадки и собирают материал полностью, не допуская потерь разлетающихся осколков и попадания посторонней породы. Отдельный риск — преимущественный отбор мягких или визуально богатых участков, который искажает содержания. Массу пробы контролируют взвешиванием и сравнивают с ожидаемой по геометрии, а отклонения от программы — недобор, изменение направления, вывал участка стенки — фиксируют в журнале опробования.

Маркировка и передача проб

Маркировка проб начинается с уникального номера; материал помещают в прочный мешок с этикеткой. Минимум привязки — выработка или горизонт, положение и границы интервала, дата, способ отбора и ответственный. Пробы передают по ведомости с подписями на каждом этапе, от выработки до лаборатории. Номера до отправки сверяют с журналом и лабораторным заказом: на этой стадии расхождение исправить проще всего.

Пробоподготовка и лабораторный анализ

В лаборатории пробу сушат, дробят, сокращают и истирают по принятой схеме до аналитической навески, затем выполняют анализ и выдают протоколы. Схему пробоподготовки и метод анализа выбирают под материал и определяемые компоненты. Пробоподготовку и анализ выполняют аккредитованные лаборатории; Minerals Operating формирует лабораторный заказ, включает в поток контрольные материалы и проверяет результаты.

Представительность проб и контроль качества QA/QC

Проба представительна, если её состав отражает опробуемый участок с точностью, достаточной для задачи исследования. Точный лабораторный анализ не исправит смещения, возникшего при полевом отборе: лаборатория правильно измерит то, что ей передали. Основные причины смещения — неверно заданные границы, неравномерное сечение борозды, неполный сбор материала, смешивание интервалов и ошибки привязки.

Контрольные материалы и проверка данных

У контрольных материалов разное назначение. Сертифицированные стандартные образцы проверяют правильность анализа, холостые пробы выявляют загрязнение при пробоподготовке и анализе, дубликаты оценивают прецизионность той стадии, на которой их отбирают. Полевой дубликат — повторная проба из того же интервала выработки — отражает изменчивость материала и ошибку отбора. Дубликаты после крупного дробления и дубликаты пульпы характеризуют пробоподготовку, внутренний лабораторный контроль — анализ; при необходимости часть проб направляют на арбитраж во вторую лабораторию. Кодекс JORC (редакция 2012 года) в таблице 1 относит способы опробования, пробоподготовку, качество анализов и сохранность проб к раскрываемым сведениям, но методику отбора для конкретного объекта не задаёт.

Результаты контроля оценивают по партиям по мере поступления. При отклонении — стандартный образец вне допустимых пределов, сигнал в холостой пробе, расхождение дубликатов — проверяют партию и документацию и выясняют причину: перепутанные номера, сбой в лаборатории или ошибку отбора. Затем по ситуации назначают повторный анализ, повторную пробоподготовку или переопробование. Частоту закладки контрольных проб, допуски и критерии приёмки задаёт программа проекта.

Какие результаты получает заказчик

Состав выдачи фиксирует договор. Обычно в него входят:

• журнал опробования и ведомости проб;
• схемы привязки интервалов и геологические зарисовки;
• фотографии опробованных поверхностей;
• лабораторные протоколы;
• результаты QA/QC с выводами;
• геологическая база данных опробования.

По номеру пробы в геологической базе данных можно восстановить выработку, интервал, дату, способ отбора и исполнителя. Эти данные используют для уточнения геологических границ, интерпретации содержаний, построения разрезов и моделей, решений о дальнейшей разведке. Данные разных методов сопоставляют с учётом их качества и условий получения. Само опробование горных выработок — не оценка ресурсов или запасов, а один из источников данных для неё.

Организация работ для заказчиков из Алматы

Minerals Operating ведёт геологоразведочные работы и технический консалтинг. В задачах опробования это может включать разработку программы, геологическую документацию выработок, организацию и контроль отбора, QA/QC, ведение базы данных и интерпретацию результатов; состав работ на объекте определяется договором. Анализ выполняют аккредитованные лаборатории, с которыми согласуют схему пробоподготовки, сроки и формат передачи данных. Офис заказчика может находиться в Алматы, а участок недр — в Алматинской области или другом регионе Казахстана: программа и интерпретация обсуждаются с офисом, полевые работы ведутся на объекте.

Стоимость и сроки зависят от доступности и состояния выработок, объёма и способа отбора, свойств пород, логистики, программы анализов и QA/QC. Для оценки работ сообщите расположение объекта, типы и протяжённость выработок, имеющиеся геологические материалы и цель опробования.

Частые вопросы

Чем опробование выработок отличается от опробования керна

В выработке пробу берут из обнажения массива и привязывают к стенке или забою по маркшейдерской съёмке, видя геометрию рудного тела. Керн привязан к оси скважины по данным инклинометрии, а его качество зависит от выхода керна и способа деления. Поэтому результаты автоматически не взаимозаменяемы: их сопоставимость проверяют, например, там, где выработка и скважина вскрыли одно и то же тело.

Можно ли назначить одинаковый шаг и массу всех проб

Параметры зависят от геологических границ, неоднородности материала и цели исследования. Единый шаг, пересекающий контакты, смешивает руду и вмещающие породы. Конкретные значения обоснованы только для описанных условий конкретного объекта.

Достаточно ли протокола лаборатории для оценки качества опробования

Нет. Протокол подтверждает результат анализа переданного материала, но не показывает, как её отбирали. Нужны полевая документация, прослеживаемость от выработки до протокола и результаты контроля по всей цепочке. По одному содержанию компонента нельзя судить о представительности пробы.