основн.дисциплины / поиск и разв.мест.п.и-Высоцкий / Курс лекций

Обычно в результате трещиноватости или рыхлости горной породы значительная часть керна истирается и выносится промывочной жидкостью на поверхность в виде мути. Последняя вследствие смешанного состава и запоздалого выхода из скважины не может достаточно надежно характеризовать интервал, с которого она вынесена. Бурение с выходом керна менее 50% в большинстве случаев надо считать браком.

Вычисляя процент выхода керна, надо измерять длину последнего не по разложенному мастером в ящике столбику породы, а по его наиболее плотной упаковке. Для этого надо отдельные куски керна сложить так, чтобы они вплотную смыкались друг с другом, а мелочь поместить в зазоры между ними.

Для увеличения выхода керна (главным образом по полезному ископаемому) осуществляются следующие мероприятия:

1)бурение большим диаметром по полезному ископаемому;

2)уменьшение напора промывной струи до минимума;

3)бурение короткими уходками (0,5—0,8 м);

4)затирка рыхлого полезного ископаемого всухую;

5) переход с дробового бурения на твердосплавное или алмазное;

6)применение двойных колонковых труб;

7)безнасосное бурение.

Ударно-канатное бурение в некоторых случаях весьма успешно применяется в процессе геологоразведочных работ. Сущность этого вида бурения сводится к измельчению горной породы в скважине падающим снарядом большого веса, оснащенным внизу долотом, которое после каждого удара поворачивается на небольшой угол. После углубки скважины на 20— 50 см бурение прерывается и скважина очищается от раздробленного материала (шлама).

Преимущества ударно-канатного бурения заключаются в возможности более надежного опробования, больших скоростях проходки скважин, особенно при глубинах до 150 м, по сравнению с колонковым бурением, И в возможности бурить скважины без промывки. Однако ударно-канатное бурение может осуществляться только в вертикальном направлении и сплошным забоем, т. е. керна при этом бурении не получается. Поэтому описываемый вид бурения с большим эффектом применяется только при разведках крупных штокверков, массивов, некоторых полого залегающих месторождений и россыпей. Кроме того, ударно-канатное бурение успешно применяется при разведке жидких полезных ископаемых.

Материал, характеризующий пробуриваемую горную породу или полезное ископаемое, поднимается желонкой из скважины в виде шлама. Поэтому после каждой уходки скважина должна тщательно очищаться во избежание смешения шлама с разных интервалов проходки скважины.

Наиболее употребительными в СНГ тяжелыми станками ударно-канат- ного бурения являются: УКС-22, УКС-20с, БУ-20-2, позволяющие проходить глубокие скважины большого диаметра. Легкие станки УА-75 и УА-150

251

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

рассчитаны на бурение неглубоких скважин. Среди зарубежных моделей типичными разведочными ударно-канатными агрегатами являются станки Кийстон, обычно используемый на разведке россыпных месторождений, и Армстронг, применяемый главным образом при бурении в крепких породах.

Диаметры скважин при ударно-канатном бурении колеблются от. 100 до 600 мм. Глубина скважин большей частью не превышает 1000 м. Наиболее Эффективна работа ударно-канатных станков при глубине до 200 м; глубже производительность бурения значительно снижается и работы удорожаются. Хотя ударно-канатным способом можно бурить скважины в любых породах, однако наибольший технико-экономический эффект он дает в крепких породах при глубинах скважин 100—150 м.

Другие виды механического бурения — роторное и турбинное — широко применяются при разведке нефтяных и газовых месторождений. Роторное бурение обычно используется при проходке буровых скважин на нефть. Эти скважины в ряде случаев имеют не только эксплуатационное значение, но и разведочное. Турбинное бурение — наиболее производительное; с его помощью в СНГ проходится более 85% скважин на нефть и газ. Главное техническое преимущество турбобура состоит в том, что вращающаяся часть бурового снаряда находится на нижнем его конце, у забоя. Скорость проходки буровых скважин турбобуром в 3—4 раза превышает скорость проходки роторным способом.

Сравнительно широко в разведочном деле используются простейшие комплекты бурового инструмента, предназначенные для ударно-враща- тельного бурения. Многие объекты разведки (россыпи, торф, вода и т. п.), не требующие больших объемов буровых работ и глубоких скважин, в труднодоступных местах (болота, отдаленные районы золотой промышленности и т. п.) эффективно изучаются при помощи ручного бурения. Этот вид бурения применим в рыхлых породах при глубине скважин преимущественно 10—15 м (и не более 30 м), когда механическую буровую установку использовать нецелесообразно.

Ручное бурение подразделяется на два вида: ударное и вращательное. Часто эти два вида комбинируются, и скважина в зависимости от изменчивости геологического разреза проходится то долотом, то змеевиком (шнеком). Скорость проходки скважин ручного бурения в рыхлых и мягких породах колеблется от 0,25 до 6,5 м в час чистого бурения.

Одной из проблем буровой техники является механизация ручного бурения, т. е. внедрение таких приспособлений и малых вспомогательных механизмов, которые бы облегчили тяжелый труд рабочих и одновременно повысили производительность этого вида бурения. В качестве приспособлений для механизации ручного бурения могут служить вибромашины -(табл. 9), с помощью которых бурятся скважины глубиной до 20—25 м с отбором образцов с ненарушенной структурой. Скорость бурения скважин с помощью вибромашин достигает 1—2 м в минуту.

252

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

С целью механизации ручного бурения применяется шнек с приводом от автомашины (шнековое бурение). Для этого в СНГ сконструированы несколько станков, среди которых станки УГБ-50 и УШБ-15 хорошо оправдали себя на практике, особенно при работе в безводных местностях.

Общими проблемами для всех видов разведочного бурения являются:

1.Получение наиболее достоверных данных о полезном ископаемом, а также об условиях его залегания и, следовательно, о геологическом разрезе в пункте бурения скважины. Для этого применяются различные приемы и средства, способствующие увеличению выхода керна и препятствующие загрязнению бурового шлама.

2.Крепление стенок скважины в процессе бурения, необходимое для безаварийной проходки разведочной скважины. С этой целью осуществляются обсадка скважины трубами, глинизация и цементация скважин.

3.Выяснение характера кривизны буровой скважины, особенно необходимое для больших глубин, и управление искривлением скважин.

4.Повышение темпов проходки буровых скважин и производительности буровых агрегатов.

Первая проблема, касающаяся получения наиболее достоверных результатов разведочного бурения, затронута выше в связи с вопросом о выходе керна и соблюдении чистоты шлама. (Глубокое разведочное бурение выполняет две методические задачи: 1) геологопоисковую и 2) разведочного опробования. Практически только в последнем случае нужен высокий процент выхода керна и сбор шлама.)

Второй важной проблемой бурения, не поддающейся стандартному решению, является крепление стенок скважины. Уже укоренилось в практике бурение скважин с промывкой глинистым раствором. Это прекрасное профилактическое средство против потерь промывочной жидкости в трещинах и порах пород и против мелких вывалов разрушенных горных пород из стенок скважин. В сильно нарушенных породах, когда над скважиной нависает угроза аварий из-за крупных вывалов, применяется глинизация или цементация. Первая представляет собой ту же промывку глинистым раствором, но уже более вязким. Вторая осуществляется путем заливки В скважину цемента и последующего его разбуривания, обычно тем же диаметром, в результате чего внутри скважины образуется как бы цементная тонкостенная трубка, закрепляющая стенки скважины в опасном интервале. Наконец, наиболее надежным средством является крепление скважины обсадными трубами. Однако последнее средство дорогое и приводит к значительным Потерям металла (труб) в скважинах.

Большинство скважин, особенно при колонковом бурении, в большей или меньшей степени отклоняется от заданного направления, или «искривляется». Причинами искривления скважин являются, с одной стороны, геологические условия (неоднородность горных пород, их трещиноватость, слоистость и сланцеватость), с другой—технические (перекос направляющей

253

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

трубы, неправильная забурка скважины, неправильно составленный буровой снаряд, чрезмерное давление на забой и т. п.).

Искривление скважин имеет две составляющие: вертикальную (зенитное искривление) и горизонтальную (азимутальное искривление). Обычно не семо искривление скважины наносит ущерб точности и достоверности разведочных разрезов и построений, а недостаточно точный учет этого искривления, особенно в глубоких скважинах. Таким образом, первая часть проблемы, связанной с искривлением скважин, состоит в наиболее точном измерении кривизны скважины как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. Вторая часть проблемы названа «управлением кривизной скважины», под которым понимается принудительное изменение ее направления на различных интервалах проходки с определенными разведочными целями. Это достигается путем различного рода отклонений бурового снаряда от прежнего направления. Следует отметить, что на практике не всегда удается точно выяснить характер кривизны скважины или искривить ее в строго заданном направлении.

Увеличение темпов бурения и производительности каждого агрегата Всегда желательно с технико-экономической точки зрения. Этой идее и подчинено ускорение вращения шпинделя станка при колонковом бурении до 600—700 об/мин и даже до 1500 об/мин с мелкоалмазной коронкой. Этой идее подчинено и конструирование новых типов станков и т. п. Однако не следует забывать, что повышение темпов бурения допустимо только при сохранении качественных показателей, к которым в условиях разведки, помимо безаварийной работы, относится высокий выход керна и выполнение всех необходимых измерений и исследований на скважине. В противном случае, как это не раз бывало на практике, скважины могут оказаться пробуренными быстро, но бесполезно и, следовательно, будут впустую затрачены немалые средства.

Основные положения, которые нужно иметь в виду при проектировании разведочных скважин, состоят в следующем:

1.Скважина должна достигать тела полезного ископаемого по кратчайшему расстоянию.

2.Угол встречи скважины с контактом (с линией простирания и с линией падения) не должен быть очень малым (желательно не меньше 30°, в крайнем случае 20°).

3.Отправной точкой для проектирования скважины должна быть заданная глубина пересечения ею рудного тела, откуда с учетом возможного Искривления в данных условиях скважина должна быть «вынесена» на поверхность. Подобный подход к проектированию наклонных колонковых скважин особенно важен в условиях сложного рельефа и при необходимости пересечения рудного тела под большим углом (что характерно для крутопадающих тел).

254

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

Буровые скважины проходятся в 2—3 раза быстрее и стоят в 3—4 раза дешевле подземных горных выработок. Однако по геологическим результатам бурение уступает первенство проходке горных выработок. Разумное сочетание этих двух важнейших средств разведки дает наилучший технико-экономический эффект и обеспечивает высокое качество разведочных работ.

5. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Геофизические методы как способы разведки месторождений по-| лезных ископаемых получили широкое развитие в современном разведочном деле. Результаты геофизических исследований весьма важны |для составления разведочных разрезов и для оконтуривания пло-^щади распространения полезного ископаемого, особенно в началь-^ ный период разведки, до проходки выработок.

Для прослеживания и оконтуривания отдельных тел полезных ископаемых или продуктивных площадей как в плане, так и в раз-• резах используются различные геофизические методы. Сущность этих методов и подробности их применения, а также соответствующая аппаратура описаны в специальных курсах прикладной геофизики. Здесь излагаются только краткие сведения о применении методов геофизики для решения некоторых разведочных задач и о полученных результатах.

Гравиметрические работы крупных масштабов на земной поверхности дают возможность очерчивать рудные поля и отдельные крупные залежи полезных ископаемых по контурам аномалий силы тяжести. Четко оконтуриваются образования с повышенной избыточной плотностью, такие, как железорудные месторождения Кривого Рога, залежи хромита, медноколчеданные тела, богатые свинцо во -цинковые залежи, как, например, подводное Горевское месторождение, оконтуренное гравиметрической съемкой на льду р. Ангары.

В подземных горных выработках используются гравиметр и гравитационный вариометр для выявления тел полезных ископаемых между горными выработками. При этом, если центр тяжести массивного рудного тела расположен ниже горизонта наблюдений, то оно отмечается положительной гравитационной аномалией, если выше — аномалия получается отрицательная.

Магнитометрические работы позволяют окон-туривать рудоносные зоны и отдельные тела с высокой точностью, если магнитные их свойства резко отличаются от свойств окружающих горных пород. Комплексные магнитометрические и гравиметрические исследования, проведенные в 1933—1934 гг. на площадях Курской магнитной аномалии (КМА), позволили подсчитать запасы железных руд одного из участков в количестве 145 млн. т, а запасы более бедных железистых кварцитов Лебединского узла по данным геофизики были определены в сумме 8,5 млрд. т. Первая же буровая скважина в районе Старого Оскола подтвердила наличие рудного тела

255

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

большой мощности. Так впервые в СНГ были применены геофизические средства для разведки железорудных месторождений, давшие практический результат.

Магнитометрические работы позволяют оконтуривать крупные залежи медно-никелевых руд, обладающие повышенной магнитностью благодаря присутствию в них пирротина. Хорошие результаты дает магнитометрия для оконтуривания алмазоносных кимберлитовых трубок в Якутии. Ряд выходов этих трубок, отмеченных аэромагнитной съемкой, затем был детально очерчен наземными крупномасштабными магнитометрическими работами.

Сейсмометрические работы в процессе разведки хотя и играют вспомогательную роль, но имеют большое значение для выявления и оконтуривания залежей нефти и солей в сложных структурных условиях. Многие залежи нефти были оконтурены сейсмометрическим методом. Соляные купольные образования успешно очерчиваются сейсмометрией — методом регулируемого направленного приема (РНП) с последующей проверкой единичными буровыми скважинами, что предохраняет залежи солей от порчи, неизбежной при бурении многочисленных скважин.

Электрометрические работы являются наиболее распространенным видом геофизических исследований в процессе-разведки разнообразных месторождений полезных ископаемых. Для изучения структуры месторождения успешно применяются детальные измерения методами электропрофилирования и естественного поля. Для выявления, оконтуривания, установления элементов залегания отдельных тел или их частей применяются методы заряженного, тела, вызванной поляризации и радиопросвечивания.

Применение других методов электрометрии в процессе разведки также иногда дает возможность составить представление о пространственном положении и размерах тел полезных ископаемых. Так, методом съемки срединного градиента прослеживались слюдоносные пегматитовые жилы в Восточной Сибири, длина которых при этом определялась с погрешностью

10—15%.

Все перечисленные способы разведки месторождений полезных ископаемых с применением геофизических технических средств имеют одну общую особенность, отличающую их от способов разведки при помощи горных разведочных выработок или буровых скважин.

Геофизические методы могут применяться для разведки глубинных частей месторождения, для прослеживания и оконтуривания залежей полезных ископаемых только в сочетании с проходкой хотя бы единичных буровых скважин или подземных горных выработок. Без последних, позволяющих установить качество полезного ископаемого и значение геофизической аномалии, геофизические способы не могут дать исчерпывающего решения задач разведки. Поэтому на практике они всегда комплексируются со способами разведки при помощи горных выработок или

256

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

буровых скважин, с минералого-петрографическими и химическими исследованиями тел полезных ископаемых и вмещающей среды.

257

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1. Разведочное вскрытие.

Рис. 2. Штрек с ортами, пересекающими параллельные рудные тела (по Ю. Г. Гершойгу)

1 — роговики; 2 — джеспилиты; 3—7 — различные сорта железных руд

Рис. 3. Восстающие и гезенки, пройденные из горизонтальной выработки для пересечения пологой рудной залежи

258

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

Рис. 4. Наклонный восстающий		по рудному телу (по А. К. Полякову)
1 — оруденелая	брекчия	промышленная;	2 — оруденелая брекчия

непромышленная; 3—сланцы; 4— известняки

259

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

ЛЕКЦИЯ 21

СИСТЕМЫ РАЗВЕДКИ

Под системой разведочных работ понимается такое пространственное размещение разведочных средств, которое дает возможность построить намеченные разрезы и провести необходимое опробование для подсчета промышленных запасов полезного ископаемого.

Из этого определения вытекают два важных обстоятельства: вопервых, системой разведки не могут быть названы беспорядочно расположенные разведочные выработки, которые не дают возможности с достаточной достоверностью выяснить формы, условия залегания и качество полезного ископаемого; во-вторых, только такая совокупность разведочных средств (горных, буровых и геофизических) может быть названа системой разведки, которая позволяет с достаточной достоверностью подсчитать запасы полезного ископаемого.

Выбор тех или иных средств разведки зависит от многих факторов и прежде всего от формы, условий залегания и степени изменчивости свойств полезного ископаемого. В соответствии с этим имеется довольно большое разнообразие систем разведочных работ, которые целесообразно рассматривать по группам:

1.Группа буровых систем.

2.Группа горных систем.

3.Группа горнобуровых систем.

ГРУППА БУРОВЫХ СИСТЕМ

Бурение скважин является основным средством разведки, но осуще-

ствление разведки исключительно буровыми скважинами возможно лишь на месторождениях, обладающих устойчивыми формами, большими размерами, непрерывностью тела полезного ископаемого и относительно равномерным его качеством. В противном случае, при неустойчивых формах и резкой прерывистости минерализации, свойственной многим месторождениям цветных, редких и драгоценных металлов, невозможна сколько-нибудь надежная интерполяция данных между двумя смежными разведочными скважинами.

Можно назвать четыре основных вида буровых систем, применяемых в зависимости от геологических особенностей объекта разведки:

I. Системы мелких вертикальных скважин.

II. Системы глубоких вертикальных скважин. III. Системы наклонных скважин.

IV. Системы глубоких скважин переменной кривизны. Различия в технических средствах разведки накладывают отпечаток и на системы разведочных работ. Поэтому целесообразно внутри каждого из названных видов различать буровые системы по типу применяемых буровых агрегатов, так как и производительность труда и эффективность разведки зависят от характера используемого оборудования. Следует также иметь в виду, что в

260

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»