Взрывные работы при разведке полезных ископаемых

Взрывные работы при разведке полезных ископаемых thumbnail

Добыче полезных ископаемых предшествует колоссальный труд геологоразведочных экспедиций, исследующих недра в любой точке планеты, зачастую в труднодоступной местности и в условиях сурового климата. Принятию решений любой сырьевой компании об освоении месторождений предшествуют не столько расчёты экономистов или мнения акционеров, сколько окончательный вердикт геологов.

Цели и основные направления геологоразведки

Геологоразведочные работы — это мероприятия, направленные на выявление и подготовку к освоению в промышленных масштабах месторождений полезных ископаемых. В процессе выполнения таких работ в том числе изучается размещение пластов ископаемых, условия их образования и состав. Кроме того, изучаются компоненты, сопровождающие залежи полезных ископаемых, в том числе редкие металлы, попутный газ, сера и т. д., выясняется возможность их извлечения или же утилизации.

Геологоразведка сопряжена с анализом условий природы и климата в районах работ, социально-экономических предпосылок для реализации конкретных проектов. Она предусматривает изучение возможных способов добычи ископаемых при условии рациональной эксплуатации блоков и минимизации возможного вреда окружающей среде. Результатами осуществления работ по геологоразведке является расчёт и утверждение запасов полезных ископаемых, оценка их количественных ресурсов, в том числе прогнозная.

В случае, если залежи полезных ископаемых получают положительную оценку в результате поисково-оценочных мероприятий, проводится непосредственно разведка открытого месторождения. В её ходе выясняются геологическое строение участка, размеры, условия залегания и пространственное расположение залежей. Кроме того, вычисляются качество и количество ископаемых, технологические факторы, которые будут определять условия эксплуатации блока.

Сейсмическая, электрическая и гравитационная разведка

Одним из самых эффективных и популярных методов первичных геологических исследований месторождений, в основном залежей нефти и газа, является сейсморазведка. Её принцип базируется на регистрации сейсмических волн, которые создаются искусственным путём при помощи специального источника волн, в роли которого обычно выступает взрывчатка. Тротил размещается в неглубоких скважинах. Для инициирования как продолжительных, так и коротких импульсных колебаний могут применяться автомобильные вибраторы.

Вибрационная установка Nomad-65

С помощью источника в породе создаётся избыточное давление и распространяются колебания периодического типа. Эти волны наталкиваются на слои с разными показателями упругости, после чего меняют не только направление, но и амплитуду, а также создают новые колебания. По пути следования волн размещаются датчики-приёмники, которые фиксируют колебания и передают операторам полученные сигналы. Сейсмокомплексы представляют собой типовые системы, в состав которых входит один источник и до 300 приёмников, расположенных через 25–50 метров друг от друга. Если оператор правильно выбирает схему, это позволяет исследователям получать необходимую информацию без избыточных затрат.

Сейсмическая разведка: 1 — передающая система; 2 — приёмная система; 3 — сейсмоприёмники; 4 — сейсмическая волна; 5 — отражённая сейсмическая волна; 6 — нефтеносный пласт

В зависимости от того, как расположены друг относительно друга источники и приёмники колебаний, различают такие виды сейсморазведки:

  • совмещённые источник и приёмник — 1D;
  • расположение источника и приёмников на одной линии — 2D;
  • расстановка приёмников на параллельных линиях по площади участка — 3D;
  • периодическое повторение 3D-разведки при разработке месторождения — 4D.

После регистрации и записи колебаний проводится их анализ с целью определения особенностей распространения и свойств волн. В частности, извлекается геологическая информация о границах сейсмики. Полученные сейсмограммы требуют серьёзной обработки, поскольку они в условиях полевых работ обычно включают помехи. Что касается полезных волн, то они зачастую сложны для интерпретации. Для анализа данных применяется современная компьютерная техника.

Сигналы усиливаются, фильтруются, очищаются от нежелательных колебаний и конвертируются в цифровой формат, после чего поступают на сейсмостанцию для наблюдений. По результатам обработки геологи получают материал для дальнейшего толкования. Если на полученных геологических разрезах идентифицируются аномальные зоны распространения волн, то, как правило, это является свидетельством наличия залежей полезных ископаемых.

При наличии значительного преимущества — высокой точности измерений, сейсморазведка обладает рядом существенных недостатков. В частности, геологи не в состоянии определить качество залежей полезных ископаемых, не могут применять сейсморазведку на сложном рельефе местности. Кроме того, при наличии солевых горизонтов такая разведка неэффективна. Применение взрывчатки, в свою очередь, может негативно влиять на экосистему исследуемого района.

Закладка взрывного источника сейсмических колебаний

Ещё одним популярным видом геологоразведки является разведка электрическая. Данное направление включает способы исследования недр, которые применяются для изучения как верхних слоёв породы, так и для глубинной разведки. В свою очередь, они делятся на две большие группы.

Методы электрической разведки:

  • Индукционные методы.
  • Методы сопротивлений.

Исследование недр индукционными методами предусматривает создание электромагнитного поля за счёт эффекта магнитной индукции под влиянием переменного электрического поля или же магнитного поля. При обладании информацией о параметрах источника поля оператор может свободно измерить магнитные и электрические составляющие индуцированного поля и, следовательно, восстановить параметры среды их возникновения.

Магниторазведка

В свою очередь, методы сопротивлений основываются на пропускании через грунт электродов с постоянным током. Измеряется напряжение, которое вызвано данным током, поступающее от первой ко второй группе электродов. При наличии информации о напряжении и силе тока можно вычислить показатель сопротивления среды, через которую пропускается электричество. Благодаря конфигурации электродов точно устанавливается участок пространства, в которой меняется сопротивление.

Принципиальная схема электроразведки методами сопротивлений: 1 — питающая линия; 2 — измерительная линия; 3 — измерительные заземления; 4 — питающие заземления; 5 — область исследования; 6 — линии тока

Электроразведочная станция для вертикального электрического зондирования

Поиск возможных залежей полезных ископаемых производится в том числе способом гравитационной разведки. Он основан на принципе измерения показателя ускорения свободного падения. Последнее зависит не только от параметров планеты в целом, но и от аномальной плотности пород в районах поисков. Таким образом, неоднородность плотности подземных горизонтов легко вычисляется в гравитационном поле.

Читайте также:  Полезное печенье из овсяных хлопьев и муки

Гравиразведка

Поиск залежей твёрдых ископаемых

Хотя конкретные способы разведки месторождений зависят от возможности применения определённых технических средств в конкретных условиях, для выявления залежей твёрдых полезных ископаемых (руд, минералов и т. д.) соответствующие мероприятия, как правило, проводятся в шесть типовых стадий:

1. Геофизические и геолого-съёмочные работы. Данный этап включает исследование крупных геологических структур, в которых, вероятно, присутствуют полезные ископаемые. Перспективные площадки по завершению данной стадии передаются на специализированные поисковые работы.

2. Поиск месторождений. Геологи работают над обнаружением запасов определённых видов полезных ископаемых. Работы осуществляются в несколько промежуточных этапов. Вначале проводится поиск общего характера с целью выявления границ зоны потенциального размещения ископаемых. После этого обустраиваются горные выработки или скважины для выполнения структурно-геологических исследований. По результатам оценивается потенциальное промышленное значение месторождений. Если исследования оказались продуктивными, в этом случае осуществляется подсчёт ресурсов в категории C2. Составляются прогнозы добычи в количественном плане, а также разрабатывается технико-экономическое обоснование (ТЭО) продолжения геологоразведки.

3. Предварительная разведка. Геологи определяют промышленное значение участка, параметры месторождения, технологические свойства и размеры формаций полезных ископаемых, условия залегания. Составляется предварительная характеристика условий освоения блока. Результатами этой работы являются расчёт запасов не только в категории C2, но и C1, а также ТЭО на проведение детальной разведки. На этапе предварительной разведки применяется бурение (глубокое, колонковое или ударно-канатное). При изучении месторождений цветных металлов обустраиваются штольни, небольшие шахты, шурфы с целью отбора проб.

4. Детальная разведка. Данный этап работ проводится исключительно на участках с доказанной промышленной ценностью запасов. Осуществляется дополнительный подсчёт запасов в категориях A и B. По завершению этого этапа должны быть собраны данные, достаточные для начала промышленной эксплуатации месторождения согласно требованиям к изученности исследуемой зоны, в соответствии с классификацией запасов и прогнозными ресурсами.

5. Доразведка. Проводится на участках, которые были в недостаточной степени изучены на предыдущих этапах работы. Кроме того, она осуществляется в пределах флангов, обособленных участков, в глубоких горизонтах горных отводов. На этой стадии проводится последовательный перевод ресурсов из категорий C1 и C2 в более высокие классы, подсчитываются новые выявленные запасы. На ряде объектов при этом строятся глубокие шахты как разведочного, так и эксплуатационно-разведочного назначения.

6. Эксплуатационная разведка. Такой вид разведки проводится одновременно с проходческой работой, направленной на подготовку выработок. Мероприятия по разведке реализуются до момента начала очистных работ с целью обеспечения добычи на текущем этапе, а именно для уточнения информации о залежах, полученной на стадиях детальной разведки. Речь идёт о данных относительно качества, условий залегания, строения и морфологии пластов. На этапе эксплуатационной разведки проходка вертикальных, горизонтальных и наклонных выработок является основным методом работ. Кроме того, возможно обустройство перфораторных — безкерновых — или же колонковых скважин для получения керна.

Особенности разведки нефтегазовых месторождений

Специфика геологоразведки нефтегазовых месторождений обусловлена особенностями залегания и природными свойствами этих полезных ископаемых. Отличительной чертой нефти и газа является то, что их залежи находятся обычно в одних и тех же районах. Газ может быть как растворён в нефти, так и образовывать газовые шапки в верхней части пространства, занимаемого «чёрным золотом».

Накопление углеводородного сырья происходит в осадочных оболочках планеты. В общей сложности в мире выявлено порядка шести сотен нефтегазоносных бассейнов. Нефть и газ находятся на глубинах от одного до нескольких километров и распределены по микроскопическим пустотам. Около 85% запасов сконцентрированы в алевритовых песчаных породах с глиняной прослойкой, остальные ресурсы — в породах карбонатного типа. Огромны запасы шельфовых месторождений, однако степень их изученности крайне мала. Пронедра писали ранее, что, по данным Минприроды, более 90% площади арктического шельфа не разведаны.

Геологические экспедиции, которые занимаются изучением нефтегазовых месторождений, выполняют комплекс работ по исследованию структуры блоков, выделению продуктивных пластов, вычислению предполагаемых дебитов нефти, газа и конденсата, давления в залежах. Все эти данные используются для составления проектов эксплуатационных работ, а также для расчётных обоснований промышленной разработки участков.

Стартует геологоразведка по стандартной схеме — со съёмки и составления геологических карт. В дальнейшем применяется гравитационная разведка. Выявление запасов по данной методике обусловлено отличительной особенность пород, насыщенных нефтью и газом — их плотность меньше, соответственно, и меньшим будет ускорение свободного падения. Нефтегазовые ресурсы выявляются в том числе с применением специфической аэромагнитной разведки, направленной на выявление антиклиналей — геологических ловушек для углеводородов мигрирующего характера на глубинах до семи километров.

Аэромагнитная съёмка выполняется с помощью магнитометров, расположенных в хвостовом коке самолёта

Особенностью же проведения сейсморазведки является то, что такой вид исследования при поиске нефтегазовых запасов осуществляется не только для выявления залежей, но и с целью определения оптимальных мест для бурения скважин разведочного назначения. Одним из эффективных методов обнаружения ресурсов «чёрного золота» и «голубого топлива» является низкочастотное сейсмическое зондирование. Данный способ основан на анализе аномального изменения спектра естественного сейсмического фона в районе размещения залежей на частотах до 10 герц.

Оборудование для сейсморазведки

Нефть и газ также выявляются при помощи методики геохимической разведки. Геологи анализируют состав подземных вод на предмет содержания органических компонентов и газов. Рост концентрации таких элементов в единице объёма пробы воды может указывать на близость пласта. Тем не менее, самым достоверным и эффективным способом разведки углеводородов в настоящее время является непосредственное бурение скважины для выявления степени достаточности их объёмов для промышленного освоения месторождения. В среднем только в трети случаев после бурения обнаруживаются такие запасы.

Читайте также:  Чем я могу быть полезен своему народу

Бурение разведочной скважины «Шахринав-1п», Таджикистан

В современной России геологоразведка нефтегазовых ресурсов производится не только с целью немедленной разработки конкретных блоков, но и для общего прироста количества углеводородов в соответствии с требованиями Энергетической стратегии, рассчитанной до 2020 года. Напомним, что, по мнению Владимира Путина, геологоразведка крайне важна для экономики России. Открытие и изучение новых месторождений — это работа на перспективу, поскольку выявленные ресурсы фактически являются сырьевым вкладом в будущее страны.

Источник

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 8 июня 2019;
проверки требует 1 правка.

Буровзрывные работы — совокупность производственных процессов по отделению скальных горных пород от массива с помощью взрыва. Термин буровзрывные работы возник с целью подчёркивания неразрывности, взаимосвязи и взаимозависимости процессов бурения, заряжания взрывчатых веществ и непосредственно взрыва. При проведении буровзрывных работ производится планирование буровых работ (виды скважин, их диаметр, расстояние между скважинами, глубина и т. д.), подготовка к взрыву (заряжание взрывчатых веществ, забойка скважин, монтирование взрывной сети и т. д.), инициирование и произведение взрыва[1].

Буровзрывные работы применяются в горном деле, а также при строительстве.

Буровзрывные работы в горном деле[править | править код]

Буровзрывные работы применяются в горном деле в различных технологических процессах подземной и открытой добычи полезных ископаемых. Качество буровзрывных работ определяется равномерностью дробления скальных пород, хорошей проработкой контура отбиваемой от массива части горной массы, низким процентом выхода негабарита, шириной развала горной массы.

Подземные горные работы[править | править код]

При подземных горных работах буровзрывные работы применяются как при проходке горных выработок, так и при добыче полезных ископаемых.

При проходке горных выработок буровзрывным способом вначале в забое бурятся шпуры с помощью буровых станков, затем заряжаются, и производится взрыв с отбивкой горных пород на выработанном пространстве. После отгрузки отбитой горной массы начинается новый цикл проходки: бурение, заряжание и взрыв. Дальше цикл повторяется.

При добыче полезных ископаемых с помощью буровзрывных работ технология зависит от системы разработки рудных месторождений.

Открытые горные работы[править | править код]

На открытых горных работах работы ведутся уступами. Поэтому буровзрывные работы ведутся путём поэтапного взрыва уступов карьера. На подготавливаемом к взрыву части уступа (блоке) вначале бурятся скважины в соответствии с паспортом ведения буровзрывных работ, затем заряжаются и готовятся к взрыву. На время взрыва все работы в карьере прекращаются. После массового взрыва производится погрузка отбитой горной массы в транспортные средства и затем вывозится либо на обогатительную фабрику (полезное ископаемое), либо в отвал (пустая порода).

Буровзрывные работы в строительстве[править | править код]

В строительстве взрывные работы часто проводятся на выброс. В 1952—1953 гг. взрывами трех серий зарядов на выброс на Алтын-Топканском полиметаллическом месторождении было взорвано и выброшено более 1 млн м³ горной породы. За счет этого срок ввода карьера в строй сократился на 16 мес., а себестоимость вскрытия снижена на 40 %.

Широко используются взрывы на выброс и сброс для перемещения больших масс грунта при строительстве плотин, насыпей и т. п. В 1966 и 1967 гг. под Алма-Атой на р. Малая Алматинка в урочище Медео были проведены два взрыва серий зарядов для создания противоселевой плотины. В результате взрывов отбито и сброшено в тело плотины около 3 млн м³ скальных пород (1,6 млн м³ первым и 1,4 млн м³ вторым). Была образована плотина средней высотой 84 м, шириной поверху около 100 м и понизу около 500 м.

В 1968 году на реке Вахш взрывом на сброс серий зарядов общей величиной 2000 т образована каменно-набросная плотина. Объем плотины оказался около 1,5 млн м³.

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

  • Кутузов Б. Н. Взрывные работы М: Недра, 2008
  • Справочник по буровзрывным работам / М. Ф. Друкованный, Л. В. Дубнов, Э. О. Миндели и др. — М.: Недра, 1976. — 631 с.

Источник

Взрывное дело, без которого не обойтись при добыче нефти, газа и прочих полезных ископаемых, строительстве и других производственных процессах, сейчас переживает революцию, считают специалисты. Будущее горной промышленности за взрывчатыми веществами нового поколения и широким внедрением IT.

Горнодобывающие предприятия Урала переходят на передовые системы электронного инициирования взрывов, которые обеспечивают не только промышленную, но и экологическую безопасность — гарантируют минимальное воздействие на окружающую среду, а главное — позволяют работать в стесненных условиях. Такая система — это, по сути, сеть из связанных между собой электронных детонаторов, их состояние постоянно тестируется и каждому задается индивидуальное время замедления. Возможность программирования увеличивает управляемость взрыва и позволяет более эффективно использовать промышленные взрывчатые вещества (ПВВ). Раз меньше масса ВВ — уменьшаются сейсмические колебания и выброс пыли.

«Сегодня наступает эра электронных средств инициирования. Электронное взрывание — это прежде всего замена ручного труда на механический. Машина заменяет человека, улучшаются условия труда. И не только, — рассказывает Виктор Синицын, старший научный сотрудник института горного дела Уральского отделения РАН. — Компьютер моделирует взрыв, рассчитывает сейсмовоздействие взрывов на охраняемые объекты и на стены карьеров… В общем, сейчас прогресс взрывного дела направлен не столько на повышение эффективности взрывчатых веществ, сколько на минимизацию последствий от их применения».

Читайте также:  Судебная практика по патентам на полезную модель

Наступило время взрывов «ювелирной точности», признают специалисты. Только так, например, ведется разработка уникального месторождения известняка в городской черте — обводненного и к тому же окруженного с трех сторон жилыми постройками и промышленными объектами. Прокладывать новые линии метро без ущерба для зданий над проходческими тоннелями возможно только с помощью «прецизионных» взрывов. Использование традиционных взрывных технологий при проходке тоннеля в центре Екатеринбурга несколько лет назад едва не привело к катастрофе: через все пять этажей жилого дома прошли сквозные трещины. Здание пришлось укреплять, разрабатывать новый проект взрывных работ. Тоннель прошли, снизив в полтора-два раза массу зарядов и удлинив импульс взрыва.

Затраты на буровзрывные работы составляют около трети общей стоимости единицы добываемого сырья

Именно такую точность и обеспечивает электроника. Качество взрывания прекрасное, единодушны специалисты, вот только «минус» системы — ее цена. Например, в Междуреченске «электронный» взрыв 50 тонн ПВВ обошелся в 438 тысяч рублей, а стоимость детонирующего шнура с пиротехническим реле для такого же взрыва составила бы 406 тысяч. Да, дешевле на восемь процентов, но «по старинке» никак не получилось бы осуществить взрыв так, чтобы не задеть подстанцию и железнодорожную станцию рядом с разрезом, и получить настолько хорошее качество дробления взорванной горной массы.

«Перспективы использования электронных детонаторов отличные, за ними однозначно будущее взрывного дела, — считает Александр Русских, директор предприятия «Промтехвзрыв». — Вспомните, сотовые телефоны когда-то были доступны лишь узкому кругу потребителей, но сегодня заполонили весь мир, и сейчас никто не может представить себя без этого девайса. То же самое будет и с электронными детонаторами. Просто их путь будет дольше из-за эксклюзивности и сложности допуска средств инициирования на рынок. Для этого необходимы длительные испытания на нескольких предприятиях и совсем другой уровень подготовки взрывперсонала — как ИТР, так и рабочих, что связано с программированием и модуляцией взрыва».

Современные взрывы гарантируют минимальное воздействие на окружающую среду

«Для нас эта тема насущная и животрепещущая, — продолжает он. — К сожалению, наши производители не отличаются гибкостью: они не раз предлагали нам свою продукцию по очень высокой цене, дескать, инженерная мысль и сложность конструкторских разработок недешевы. Но я им всегда отвечал, что мы, потребители, не должны оплачивать их трудности. Мы просили их снизить цену, скажем, в качестве демонстрационного рекламного хода, — они ни в какую. Пока эта ниша свободна, как бы не заняли ее иностранные компании… Возможно, ситуацию может исправить государственное дотирование разработок или стимуляция потребителей этой отечественной продукции. На заводах России есть технологии и разработки, но, повторюсь, отечественные разработчики не активны в продажах».

В целом затраты на буровзрывные работы составляют около трети общей стоимости единицы добываемой горной массы, причем основная статья расходов — взрывчатые вещества и материалы. Все крупные компании работают на собственной взрывчатке, например, завод в Качканаре выпускает 30 тысяч тонн в год, Асбестовский — около 15. Они же обеспечивают небольшие предприятия, в основном строительной отрасли, с объемами добычи в 200-300 тысяч тонн. Сейчас в целом по России, по данным Ростехнадзора, 85 процентов ПВВ производится на местах их использования.

«Предприятия приобретают импортные технологии, однако приспосабливают их к нашим условиям — переводят производство на отечественные компоненты. И переход этот проходит весьма успешно», — подчеркивает профессор Уральского горного университета Александр Ермолаев.

65 процентов промышленных взрывчатых веществ, применяемых сейчас в России, — это эмульсии

Он отмечает передовую и общемировую тенденцию — массовый отказ от тротилсодержащих ВВ в пользу эмульсий, взрывчатых веществ нового поколения — более качественных, экологичных и дешевых. По консистенции эмульсионная взрывчатка напоминает сметану, добавление нитрита натрия инициирует газификацию, пузырьки и являются инициатором взрыва. Если тонна тротила стоит 580-600 долларов, то эмульсионные ВВ — 280-380. К слову, первое производство эмульсионной взрывчатки на основе аммиачной селитры освоили на Урале, на Калиновском химзаводе почти четверть века назад.

По данным Ростехнадзора, сейчас 65 процентов ПВВ, применяемых в России, — это эмульсии. На Качканарском ГОКе и асбестовом карьере Свердловской области практически сто процентов обводненных руд разрабатываются с применением эмульсионных ВВ собственного приготовления. По данным Института горного дела УрО РАН, использование эмульсии позволило снизить затраты на взрывной передел на карьерах Урала в 2,5-3 раза (на Качканарских карьерах — в 3,6 раза), не говоря уже о соображениях экологической и промышленной безопасности.

Источник