Введение к работе
Актуальность проблемы.
Разработка месторождений полезных ископаемых характеризуется растущим объемом привлечения геофизических методов в рудничной геологии.* Эффективность использования геофизических методов в рудничной геологии обусловлена их более высокими объективностью, оперативностью и представительностью п сравнении с традиционными методами разведки и опробования в условиях действующих горнодобывающих предприятий.
Актуальность развития геофизических методов в направлении применения их в рудничной геологии в настоящее время еще более возрастает в связи с сокращением расходов на геологическую разведку и необходимостью увеличения сырьевых запасов и роста добычи полезных ископаемых преимущественно в экономически освоенных и промышленно развитых районах. Однако в большинстве случаев запасы рудного сырья, находившиеся вблизи поверхности Земли, не только разведаны, но и уже полностью выработаны.
Одним из существенных и реальных источников прироста запасов рудного сырья в этих условиях является обнаружение новых неизвестных ранее рудных объектов, залегающих в околовыработочном пространстве.
Поэтом)' в последнее время успешно развиваются методы подземной геофизики, применяемые в условиях действующих горнодобывающих предприятий. В подземных горных выработках могут быть использованы почти все существующие геофизические методы, разрабатываемые для геологической разведки с поверхности Земли. Однако из-за специфики условий производства геофизических работ в действующих рудниках и шахтах была поставлена задача разработки новой специальной аппаратуры, методики и техники работ и особых приемов интерпретации результатов наблюдений.
Цель работы - создание аппаратурных и методических средств оперативного осуществления магнитных измерений в подземных горных выработках и скважинах подземного бурения, установление закономерностей изменения магнитного ноля, позволяющих разработать практические критерии прогноза и поиска новых рудных тел или локализации известных залежей в околовыработочном пространстве.
Основная идея работы - расширение возможностей применения метода подземной векторной магнитометрии в геологии рудно-минералыюго сырья.
Задачи и направления исследований заключались в том, чтобы:
1) проанализировать возможности векторных магнитных измерений в решении задач рудничной геологии, показать необходимость создания методических и аппаратурных средств осуществления подземной зекторной магнитометрии в условиях действующих горнодобывающих предприятий;
* Термин "рудничная геология", применяемый здесь и далее в тексте, считается синонимом более точного понятия "геология рудно-минерального сырья". (См. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли /РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под. ред. К.И. Трубецкого. - М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. - 478 с)
-
предложить и научно обосновать совокупность устройств, с высокой точностью обеспечивающих выполнение оперативных и непрерывных измерений всех трех компонент вектора геомагнитного поля в вертикальной системе координат по линиям наблюдения независимо от их ориентации в пространстве;
-
разработать технологические приемы и способы измерения, обработки и интерпретации получаемых материалов с целью решения задач рудничной геологии;
-
испытать разработанный метод подземной векторной магнигометрии для решения задач рудничной геологии на месторождениях различного генезиса и внедрить метод в практику на геологоразведочных и горнодобывающих предприятиях;
-
оценить возможности применения разработанного метода подземной векторной магнитометрии в других направлениях и отраслях, например, для решения горнотехнических или иных задач.
Методы исследований. В работе применен комплекс методов исследований, включающий: научный анализ результатов патентно-информационного поиска и обобщение опыта; промышленные эксперименты по исследованию магнитных полей-помех и аномалий от известных рудных залежей; лабораторные научно-технические работы по разработке аппаратуры; теоретические исследования в области решения прямой и обратной задачи магниторазведки; опытно-промышленные испытания и внедрение разработанного метода подземной магнитометрии.
Личный вклад автора в получении результатов состоит:
-
В выборе и постановке задач исследований, выборе путей их решения и анализе результатов.
-
В разработке специальных аппаратурных, промышленных и ведомственных испытаний и экспериментов, непосредственном участий в полевых исследованиях, обработке опытных данных и их обобщении.
-
В постановке частных математических задач, их решении и анализе.
-
В разработке методики выполнения магнитометрических исследований в условиях действующих горнодобывающих предприятий на рудных месторождениях различного генезиса и внедрении метода.
-
В разработке методики интерпретации полученных результатов для решения задач рудничной геологии.
-
В организации, постановке и выполнении магнитных измерений в подре-акторной н реакторной шахтах атомного реактора БІЇ-600.
Вклад автора в разработку научных положений, выдвигаемых на защиту, является основным.
Основные научные положения, выносимые на защиту
-
Оригинальная совокупность устройств, размещаемых в одном и том же скважишюм приборе, придающих заданную ориентацию феррозопдовых датчиков в вертикальной системе координат и сохраняющих эту ориентацию в процессе перемещения прибора, обеспечивает с высокой оперативностью и надежностью в эксплуатации выполнение непрерывных комплексных магнитных измерений в скважинах подземного бурения и подземных горных выработках с любой их ориентацией в просгранстве.
-
Подземная векторная магнитометрия, снабженная разработанными методическими и аппаратурными средствами по измерениям и интерпретации материа-
лов, полученных п условиях присутствия сильных полей-помех на действующих горнодобывающих предприятиях, является эффективным средством решения задач горнопромышленной геологии и обнаружения в околовыработочном пространстве новых, ранее неизвестных рудных залежей на железорудных и иных месторождениях.
3. Разработанный метод целесообразно применять для контроля технологических процессов как в горном деле, так и в иодреакторпых шахтах атомных реакторов па быстрых нейтронах при контроле скорости течения теплоносителя в первом контуре в качестве одного из средств прогноза аварийных ситуаций.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена:
лабораторными, производственными и ведомственными испытаниями разработанной аппаратуры;
теоретическими расчетами и обобщением выявленных закономерностей, результаты которых проверены в процессе внедрения разработанного метода на рудниках различных месторождений;
опытно-промышленной и производственной проверкой возможностей разработанного метода подземной векторной магнитометрии по решению задач рудничной геологии.
Научная новизна диссертации:
-
Обоснован и разработан метод подземной векторной магнитометрии.
-
Впервые в скважинной магниторазведке научно обоснована возможность обеспечения ориентирования феррозондовых датчиков в вертикальной системе координат с помощью физического маятника, параметры которого обусловлены заданной погрешностью ориентирования, и предложена совокупность технических устройств, реализующих эту возможность независимо от пространственной ориентации линии наблюдения.
-
Предложена наиболее эффективная технология выполнения магнитных измерений, учитывающая влияние стационарных и нестационарных помех в условиях действующих горнодобывающих предприятий.
-
Разработан теоретически обоснованный методический аппарат качественной и количественной интерпретации результатов измерений, содержащий способы и приемы, которые позволяют в условиях конкретного месторождения предложить критерии локализации извесгаых рудных залежей или прогноза и поиска новых рудных объектов в околовыработочном пространстве.
-
Доказаны возможности разработанного метода по решению наиболее важного ряда задач рудничной геологин па рудных месторождениях железа, меди и золота.
-
Показаны конкретные горно-геологические и горнотехнические задачи, решаемые векторной магнитометрией на подземных рудниках.
-
Впервые в мировой практике в подреакторной шахте ядерного реактора на быстрых нейтронах БН-600 были обнаружены изменения магнитного поля, связанные с процессом циркуляции жидкометаллического теплоносителя в нервом контуре.
Новизна предложенных способов и аппаратных средств подтверждена 9 авторскими свидетельствами и одним патентом на изобретение.
Практическое значение диссертации.
В процессе выполнения работы, в результате теоретических, аппаратурных и методических исследований определены конкретные параметры первичных преобразователей магнитного поля и магнитной восприимчивости, определены парамет-ры основных элементов и конструкций скважинного прибора, защищенные авторскими свидетельствами, определены приемы выполнения и последовательность операций проведения измерений, обработки и представления материалов, благодаря чему разработаны:
1. Комплексный шахтно-скважинный магнитометр, позволяющий выполнять
магнитометрические исследования в скважинах с любым углом наклона и в под
земных горных выработках без перенастроек и других дополнительных операций.
-
Технологій проведения магнитометрических работ в условиях действующих горнодобывающих предприятий.
-
Технолопія интерпретации, качественная и количественная, доведена до уровня применения ЭВМ, благодаря чему повышается оперативность и уменьшается субъективизм решения задачи интерпретации.
-
Технология решения задач рудничной геологии изложена в методическом руководстве по шахтно-скважинной (подземной векторной) мапштометрии, переданном вместе с макетами аппаратуры КШСМ-38 службам рудничной геологии на ряде рудных месторождений. Проверка метода в различных условиях показала его высокую эффективность.
Реализации работы.
Результаты научных исследований автора используются геологической службой на местах, что подтверждается многими актами и протоколами производственных или промышленных испытаний. Например, актом производственных испытаний от 26.06.1973 г., подписанным нач. геофизической партии Уральской геологоразведочной экспедиции МЦМ СССР Степановым В.М.; актом и протоколом работы Ведомственной комиссии МЧМ СССР от 04.08.1973 г., утвержденным нач. Геологического управления Минчермета СССР Бейгуленко И.Л.; актом производственных испытаний от 26.06.1981 г., подписанным гл. геофизиком тр. "Забайкал-цветметразведка" Локотко В.В.; протоколом № 33 ог 25.03.1994 г., подписанным директором Сосьвинского государственного геологоразведочного предприятия "Сосьвагсология" Епревым А.А.
Подземная векторная магнитометрия, разработанная автором, внедрена им:
-
На рудниках Горной Шории, что подтверждается актом-заключением и расчетом эффективности от использования КШСМ-38, утвержденным начальником Центральной геофизической экспедиции ЗСГУ Мингео СССР Душиным Н.Н. Экспедиции передано два комплекта аппаратуры КШСМ-38.
-
На Соколовском подземной руднике, что подтверждается расчетом эффективности от внедрения КШСМ-38, подписанным гл. геологом ССГОКа Минчермета СССР Киреем В.Г. Руднику передан один комплект КШСМ-38.
-
На рудниках Криворожского железорудного бассейна, что подтверждается расчетом эффективности от внедрения КШСМ-38, утвержденным нач. партии РШГ "Укрчерметгсология" Коньковым А.А. Партии РШГ' передано два комплекта аппаратуры.
-
В Богословском рудоуправлении, что подтверждается расчетом эффективности применения КШСМ-38, подписанным гл. инженером БРУ Уралруда Дер-гачевым Ю.А. Рудоуправленшо передано два комплекта аппаратуры.
-
Па Абаканском железном руднике, что подтверждается актом, утвержденный директором Абаканского рудоуправления Малмыгиным Г.И. Благодаря применению шахтно-скважинной магниторазведки получен прирост запасов в количестве свыше 766 тыс. тонн. Руднику передано два комплекта аппаратуры.
-
В Южной геофизической экспедиции Красноярского геологического управления МГ СССР, что подтверждается расчетом эффективности от использования КШСМ-38, утвержденным начальником экспедиции Печерским А. Экспедиции передан один комплект аппаратуры КШСМ-38.
7. В Дарасунской геологоразведочной экспедиции треста "Забайкалцвет-метразведка" МЦМ СССР, что подтверждается актом испытаний и протоколом НТС экспедиции о принятии отчета по хоздоговору, подписанным начальником экспедиции Алферовым Ю.А.
8. В Сосьвинском государственном геологоразведочном предприятии "Сось-вагеология" концерна "Тюменьгеология" Комитета РФ по геологии и использованию недр, подписанным директором Енревым А.А.
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены на всесоюзных совещаниях: "Внедрение и направление развития геофизических методов на горных предприятиях" (Белгород, 1972 г.); по разработке, совершенствованию и комплекеиро-вашос методов подземной геофизики (Ленинакап, 1975 г.); по разработке и ком-плексированию геофизических методов при детальной и эксплуатационной разведке рудных месторождений (Ленинакан, 1982 г.); на Уральской конференции молодых геологов и геофизиков (II - Свердловск, VIII - Свердловск, 1983 г.); на Всесоюзных школах: "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" (Фрунзе, 1989 г.): "Пути повышения эффективности геофизических методов" (Свердловск, 1979 г.); на Всесоюзных семинарах "Горная геофизика" (Телави, 1988 г.; Пермь 1993 г.); на Всесоюзном семинаре по измерению напряжений в массиве горных пород (Новосибирск, 1987 г.); на IV Международном семинаре "Напряженное состояние горных пород" (Санкт-Петербург, 1994 г.); на Международной геофизической конференции и выставке (Санкт-Петербург, 1995 г.); на Международной конференции "Высокогорные исследования: изменения и перспективы в XXI веке" (Бишкек, 1996 г.); на Всероссийской конференции "Новые информационные технологии в исследовании дискретных структур" (Екатеринбург, 1996 г.); на X Межотраслевом координационном совещании по проблемам геодннамической безопасности (Екатеринбург, 1997 г.) и па Международной конференции "Горные науки на рубеже XXI века (Мельниковские чтения)" (Москва-Пермь, 1997 г.).
Публикации.
Основное содержание работы опубликовано в монографии и методических рекомендациях (в 2-х частях), 51 статье и докладах. По теме диссертации получено 9 азторских свидетельств (СССР) и один патент (Россия) на изобретение.
В основу диссертационной работы положены результаты исследований автора, выполненные на железорудных месторождениях Урала, Сибири, Казахстана и Украины, на меднорудных месторождениях Урала и золоторудных месторожде-
ниях Забайкалья при разработке и совершенствовании комплексного шахтно-скважинного магнитометра, разработке метода подземной векторной магнитометрии и выявлении возможностей метода по решению задач рудничной геологии на действующих горнодобывающих предприятиях. В представленной диссертации автор обобщил свои исследований, проведенные им с І969 года по настоящее время.
Автор искренне благодарит профессора, доктора геолого-минералогических наук Пономарева В.Н. за постоянное внимание и оказанные консультации в процессе выполнения работы. Автор также глубоко признателен сотрудникам лаборатории скважинной магнитометрии ИГ УрО РАН, лаборатории горного давления ИГД УрО РАН, а также работникам горных и геологоразведочных предприятий, содействовавших проведению лабораторных, полевых и промышленных экспериментов, во многом способствовавших успешному завершению данной работы.