Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Природные и технологические типы богатых железных руд Шемраевского месторождения КМА в связи с вопросами их скважинной гидродобычи

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Автореферат диссертации по теме "Природные и технологические типы богатых железных руд Шемраевского месторождения КМА в связи с вопросами их скважинной гидродобычи"

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ К5

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ С.ОРДЖОНИКИДЗЕ

. О V '.ч

На правах рукописи

1 3 ¡.¿11

ПИСЬМЕННАЯ ИРИНА НИКОЛАЕВНА

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД ШЕМРАЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КМА В СВЯЗИ С ВОПРОСАМИ ИХ СКВА2ИННОЙ ГВДРОДОБЫЧИ

Специальность 04.00.11 -

Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений; металлогения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-шнераяогических наук

Москва, 1997 г.

Работа выполнена на кафедре геологии полезных ископаемых Московской Государственной геологоразведочной академии им.С.Орджоникидзе (ЮТА).

Научный руководитель - кандидат геолого-шнералогических наук

Л.Д.Оникиенко

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических наук,

профессор Б.й.Пирогов (Криворожский горнорудный институт

- кандидат геолого-минералогическнх наук, старший научный сотрудник ВИМС Н.И.Голивкин

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт (ВИОГЕМ)(г.Белгород)

Защита состоится " "_ 1997 г. в_ час. на

заседании специализированного совета К.063.55.06 по защите диссертаций при Московской Государственной геологоразведочной академии им.С.Орджоникидзе (МГГА) (ул.Миклухо-Маклая, 23).

Отзывы на автореферат ( в двух заверенных экземплярах) просим направлять по адресу: 117873 ГСП-7 ул.Миклухо-Маклая,23, МГГА, геологоразведочный факультет, ученому секретари Егоровой Ирине Валентиновне .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГА. Автореферат разослан " 8 " аму&ЛЛ 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералогичес ких наук, доцент

/Я.&С/ад И.В.Егорова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В современных условиях важным фактором при выборе метода извлечения полезного ископаемого является экономическая эффективность, определяющая рентабельность месторождения, а также решение ряда экологических проблем, возникающих при отработке месторождения. Учитывая специфические особенности богатых железных руд Щеыраевского месторождения, а именно: значительные запасы (858,2 млн.т) при высоком содержании в богатой же-

лезной руде (в среднем 67,8$ Ре ); присутствие в большом количестве рыхлых, хорошо размываемых руд (около 80%); залегание рудной залежи на большой глубине (порядка 450м под осадочным чехлом) ; высокую обводненность (9 водоносных горизонтов); мелкозернистость руд, представленных в основном, рыхлыми, водонасы-щенныш разностями слабой устойчивости; изучаемое месторождение целесообразно отрабатывать методом скважинной гидродобычи (С1Д).

Цель работы

Детальное изучение вещественного состава, строения, текстурно-структурных особенностей, выявление зональности железных руд Шемраевского месторождения с целью определения поведения богатой железной руды в процессе скважинной гидродобычи. Выявление характера уплотнения руды для более точного выделения зон рыхлых (благоприятных для С12) руд и плотных (неблагоприятных для С1Ю руд для определения оптимального объема эксплуатационных камер при бурении, рационального распределения скважин, выбора необходимого оборудования, а значит, снижения себестоимости объекта, решения экологических проблем и значительного ускорения процесса отработки месторождения методом С1Д.

Основные задачи исследования

1. Установление природных типов богатых железных руд. Де -тальное исследование химического состава, проведение ряда специальных анализов для уточнения минерального состава руд и возможности выявления новых минералов; изучение элементов-примесей.

2. Изучение текстурно-структурных особенностей богатых железных руд на различных глубинах с целью выявления их вертикальной зональности.

3. Изучение влияния химического состава, а именно, кремнезема и глинозема на уплотнение руды. Определение с присутствием

каких минералов связано уплотнение руды. Определение соответствия природных типов богатых железных руд технологическим типам руд под СИ, т.е. установление влияния минерального и хишческо-го состава руды на распределение плотных (неблагоприятных для СОД) типов руд на Шемраевском месторождении.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлено шесть природных типов богатых железных руд, слагающих рудное тело Шемраевского месторождения;

- установлена вертикальная зональность в распределении природных типов железных руд;

- установлена зависимость технологических свойств руды от особенностей минерального и химического состава, а также строения различных природных типов; выделено два главных технологических типа руд: уплотненные (неблагоприятные для скважинной гидродобычи) и рыхлые (благоприятные для скважинной гидродобычи).

Практическое значение

1. В богатых железных рудах Шемраевского месторождения выделено шеоть природных типов; установлено присутствие новых для данного месторождения алвмофосфатов групп флоренсита-гойяцита и крандаллита, нехарактерных для богатых остаточных железных руд КМА.. Таким образом, детальное исследование рудной залежи позволило уточнить минеральный и химический состав. Алшофосфаты содержат в своем составе стронций - элемент, обычно отсутствующий

в железной руде; выявлены повышенные количества для моношнераль-ных фракций алшофосфатов таких редкоземельных элементов, как церий, 'лантан, итрий, скандий; значительны содержания кадмия и бария. Доказано, что содержание германия в богатых железных рудах месторождения в 5-10 раз превышает его кларковые содержания в горных породах.

2. Обнаружена вертикальная зональность в распределении различных типов руд; неоднородность текстурно-структурных особенностей руды на различных глубинах. Выявлены нижняя, средняя и верхняя зоны в рудной залежи.

3. Подробное изучение минерального и химического состава позволило установить различный характер уплотнения руды - влияние повышенных содержаний кремнезема и глинозема на степень уплотненности руды. Это связано с присутствием следующих минералов: в верхних зонах, хде повышается содержание глинозема - с шамозитом, ги, каолинитом, бемитом; в нижней зоне при повышенном содержании

кремнезема о маршаллитом.

4. Выявлена закономерность в локализации различных природных типов руд в пределах месторождения. В связи с применением метода С1Д появляются новые технологические типа железных руд. Выявлено соответствие природных типов богатых железных руд и технологических типов руд под С1Д, т.е. установлено влияние минерального и химического состава руды на распределение плотных (неблагоприятных для СЩ) типов руд на месторождении.

5. Детальное изучение вещественного состава, строения,текстурно-структурных особенностей, выявление зональности богатых железных руд Шемраевского месторождения позволяет определить поведение руды в процессе скважинной гидродобычи. Выявленный характер уплотнения руды делает возможным более точно выделить зоны рыхлых (благоприятных для СЩ) руд и плотных (неблагоприятных для СЩ) руд для определения оптимального объема эксплуатационных камер при бурении, рационального распределения скважин, выбора оборудования. Это позволит значительно снизить себестоимость объекта, достигнув максимальной эффективности процесса, решить экологические проблемы, а значит, ускорить отработку месторождения методом СЩ.

Методы исследования

При изучении богатых железных руд Шемраевского месторождения применялись следующие методы исследований: минераграфичес-кий ; петрографический; химические анализы, выполненные в лаборатории ИМГРЭ и в химической лаборатории Белгородской ГРЭ, эмиссионный спектральный метод на всю гамму элементов на приборе ДФС-13 с решеткой 60±£ мм в лаборатории МГГА. Были сделаны такие анализы: термический на дериватографе 0-1500Д, затем на термоанализаторе "Термофлекс" (Япония); рентгеноструктурные анализы на установке ДРОН-3. Термический и реятгеноструктурный анализы образцов осуществлялись в кристаллохимической и спектральной лабораториях ВИМС.

Фактическим материалом, положенным в основу диссертации, явились данные, собранные автором при самостоятельной документации керна рада буровых скважин (Г'М", 2"М", 3"М", 4"М", б"М", 8"М", 12"М", 13"М", 21"М",22"М" и др.). Было отобрано и изучено несколько сот минералогических проб, изготовлены шлифы и аншлифы для минераграфических и петрографических исследований (50 шт.). Часть проб использована для ряда анализов: для термического ана-

лиза на дериватографе Q-I50QÍ - 18 проб; для анализа на термоанализаторе "Термофлекс" - 10 проб; для фазового рентгеноструктурного анализа на установке ДРОН-3 - 28 проб; для эмиссионного спектрального метода на все гамму элементов на приборе ДФС-13 - 32 пробы; для полуколичественного спектрального анализа - 50 проб; для химического анализа монофракций алюмофосфатов - 5 проб. В лаборатории Белгородской ГРЭ получены химические анализы 400 проб rio скважине Г'М", ко -торые были автором диссертации статистически обработаны.

Апробация работы и публикации

Основные положения работы докладывались автором на научной конференции MITA на кафедре геологии полезных ископаемых. Тезисы доклада включены в сборник научных выступлений на весенней конференции в академии. Было депонировано две статьи в журнале "Известия высших учебных заведений" в разделе "Геология и разведка": "Германий в богатых железных рудах Шемраевского месторождения КМА" (в соавторстве с Л.Д.Оникиенко); "Алхшофосфаты в богатых железных рудах Шемраевского месторождения ЮЛА" (в соавторстве с Л.Д.Оникиенко). В журнале "Геология и разведка" опубликована статья "Закономерности распределения основных минералов и химических компонентов в богатых железных рудах Шемраевского месторождения Ш»!А". Во втором № IS97 г. журнала "Геология и разведка" опубликована статья "Текстурно-структурные особенности, зональность и природные типы богатых железных руд Шемраевского месторождения КМА".

Объем и структура работы

Текст диссертации изложен на 00 машинописных страницах, содержит 23 рисунка и 7 таблиц. Состоит из введения, 8 глав, заключения и списка использованной литературы из 60 наименований, общий объем ра -боты 8© страниц;.':

Во введении обосновывается необходимость и актуальность работы. Глава I. Геологическое строение района Шемраевского месторождения.

1.1. Положение района в региональной тектонической структуре.

1.2. Стратиграфия района. 1.3. Магматические комплексы. Глава 2.Вещественный состав богатых железных руд. 2.1. Химический состав руд. 2.2. Минеральный состав. 2.3. Элементы-примеси. Глава 3. Текстурно-структурные особенности богатых железных руд. Глава 4. Природные типы богатых железных руд. Вертикальная зональность. Глава 5. Представление о генезисе богатых железных руд. Глава 6. Физико-механические свойства вмещающих пород и руд. Глава 7. Основные технологические ти-

пы руд. Благоприятные и неблагоприятные типы богатых железных руд для ИД и их размещение в пределах Шемраевского месторождения. Глава 8. Показатели экономической эффективности ИД. Заключение.

Автор выражает глубокую признательность своему руководителю кандидату геолого-минералогическюс наук, доценту Л.Д.Оникиенко за постоянны! интерес к работе, советы и практическую помощь при выполнении работы.

Автор искренне благодарит за постоянные консультации доктора геолого-минералогических наук, профессора В.М.Григорьева, других сотрудников кафедры геологии полезных ископаемых за ценные советы и помощь в работе.

Автор выражает благодарность профессору Н.И.Бабичеву и другим сотрудникам организации "Внешпромтехобмен" за предоставленные материалы и консультации для ознакомления с методом скважинной гидродобычи.

В сборе материала большую помощь оказали геологи Белгород -ской ГРЗ, особенно признателен автор кандидату геолого-минералогических наук А.А.Романщаку за содействие в работе.

Геологическое отроение района

Курская металлогеническая провинция (ШЛА) делится в структурном отношении на ряд металлогенических зон и областей.

Михайловско-Белгородская металлогеническая зона приурочена к одноименной синклинорной зоне субмеридионального северо-западного простирания, занимающей центральное положение в общей структуре. Сложена она преимущественно протерозойскими толщами курской и оскольской серии, в меньшей мере - вулканогенно-осадочными образованиями Михайловской серии позднего архея. Шемраевское месторождение (бывший участок Большетроицкого месторождения) входит в состав Большетроицкого рудного узла.

Белгородский рудный район расположен в южной части КМ. Протяженность его 105 км, а ширина 30-60 км. В структурном отношении район расположен в пределах южной части Белгородско-Михайловского синклинория.

Большетроицкий рудный узел расположен на самом юго-востоке Белгородского района. Он приурочен к участку сопряжения Корочан-ской и Мухинской синклиналей; в его пределах размещено одноименное крупное железорудное месторождение. Структура в плане пред -ставляет собой открытую трехосную синклиналь с пологими (15-40°) крыльями и размахом крыльев по подошве железистых кварцитов

1-1,5 км. Восточный фланг месторождения представляет собой обособленный тектонический блок шириной 3,6 км с рудной зоной в виде нормальной более глубокой синклинали с размахом крыльев до 2,5 км. Сложена синклиналь нижней и верхней железорудными подсвиташ курской серии мощностью 125-200 и до 300 м и промежуточной сланцевой лодсвиток мощностью около 150 м. В плане железорудные образования представляют собой четыре пологопадающие залежи железистых кварцитов и богатых руд субмеридионального простирания шириной от 250 до 800 м, разделенные двумя сланцевыми зонами шириной 200-300 м.

Кристаллический фундамент представлен архейскими и раннепроте-розойскиш толщами.

К архею отнесены глубокоыетаморфизованные породы обоянской (биотит-плагиоклазовые, граяат-биотит-плагиоклазовые, амфибол-пла-гиоклазовые гнейсы, в различной степени гранитизированные) и Михайловской (амфиболиты, амфиболовые сланцы, кварц-биотитовые, биотит-хлоритовые, серицит-бкотитовые, гранат-кварц-биотитовые сланцы) серий. Архейские породы образуют раму Шемраевской синклинали.

Породы раннего протерозоя сложены курской серией (PRi), которая представлена стойленской (PRJS£ ) и коробковской (PRj.nz ) свитами.

Сгойленская свита состоит из двух пачек пород, рассматриваемых в качестве подсвит. Мощность ее составляет 250-350 и. Нижняя подсвита (Р Ri ) сложена серицит-кварцевыми и полевошпат-кварце-выми ме талес чашками, с прослоями мусковит-кварцевых и серицит-кварцевых сланцев. Породы верхней подсвиты ( PRist2) залегают на метапесчаниках нижней подсвиты и разделяется на два горизонта. Нижний горизонт сложен кварц-серицит-биотитовыш и кварц-серицитовыми сланцами с маломощными прослоями метаалевролитов. Верхний горизонт сложен углисто-кварц-биотитовыш и филлитовидными сланцами, залегающими под железистыми кварцитами коробковской свиты.

Коробковская свита ( PRmz ) слагает ядра синклинальных структур. В ее составе резко преобладают железистые кварциты. Прослои сланцев имеют подчиненное значение. В соответствии с 'принятой стра -тиграфической схемой докембрия КМА коробковскую свиту подразделяют на три подсвиты: две железорудных и разделяющую их сланцевую. Среди железистых кварцитов выделяют два основных типа: тонко-среднеполос-чатый магнетитовый, часто с железной слюдкой и грубополосчатый,маг-нетитовый и алюмосиликат-магнетитовый. Сланцевая подсвита представлена амфибол-биотит-хлсритовыж и биотит-хлоритовыми сланцами с резко

подчиненным количеством кварц-сершштовых сланцев.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

I. Рудное тело Шемраевского месторождения слагают шесть природных типов богатых железных руд: мартитовые; мартитовые с повшеннын содержанием юршаллита; мартитовые с карбонатами;мартитовые с небольшим содержанием железной сладки и с гидроксида-ми железа; железнослюдково-мартитовые с гидроксидами железа; же-лезнослюдково-мартитовые с гиббситом.

Природные типы богатых железных руд выявлены на основе детального исследования минерального и химического состава руд.

Главными минералами богатых железных руд являются: мартит, железная сладка, гетит, гидрогематит; второстепенными - магнетит, сидерит, кальцит, кварц (маршаллит), каолинит, шамозит, бемит, гиббсит, гидрослюда /2/. Впервые в богатых железных рудах Шемраевского месторождения КМА установлено присутствие трудно диагностируемых минералов алюмофоссратов, относящихся к подгруппам сульфат-фосфатов и фосфатов алюминия /2/. По результатам анализов в богатых железных рудах месторождения установлены содержания германия в 5-10 раз превышающе его кларковые содержания в горных породах /I/.

П. 3 распределении природных типов железных руд установлена вертикальная зональность (рис.1). На полуокисленных железистых кварцитах (снизу вверх) в рудной залежи выделены следующие зоны: мартитовых руд с маршаллитом; чередование собственно мар-титовых руд с рудаш, содержащими в небольшом количестве железную слвдку и гидроксиды железа; железнослвдково-иартитовой руды о гидроксидами железа; жедезносдюдково-мартитовых руд с гиббси-том; мартитовые руды с карбонатами.

Природные типы выделены на основании минералогического изучения руд. с привлечением текстурно-структурного анализа.

Текстурные особенности руд неоднородны на различных глубинах Шемраевского месторождения. Снизу вверх наблюдается следующая смена минеральных и текстурных разновидностей руд.

В нижней глубокой зоне, где залегают окисленные железистые кварциты, а на них мартитовые руды с маршаллитом, отмечена реликтовая унаследованная плойчатополосчатая текстура (733-821 м). Указанные глубины соответствуют скважине 1М, пробуренной в центральной части главной залежи (Рис.2). М/•

Рис. I. Схема распределения основных природных типов руд Шемраевского

месторождения НМА.

Условные обозначения:

мартитовые руды с карбонатами / •5" ЩЩ^ железнослюдково-мартитовые руда с гиббситом

/0 железнослюдково-мартитовые руды с гидроксидами железа

т г/ххлл чередование мартитовых руд с мартитовыми рудами, о содержащими в небольшом количестве железную слюдку

2 1

-¿-А

и гидроксиды железа мартитовые руда с маршаллитом полуокисленные железистые кварциты

¡о о 50 т„

Рис.2. Схема расположения сквагшн на Щемраевском участке Большетроицкого месторождения КМА со снятым осадочным чехлом.

50 0 50 100п

Выше залегают руды, представляющие собой чередование собственно мартитового материала с мартитовым, в состав которого входит небольшое количество железной слюдки к гидроксдцов железа. В этой зоне преобладают хорошо выраженные слоистые текстуры. Присутствует слоистая мартитовая руда с послойным скоплением шамозита, а также чередование силикатных, алюмосиликатных и карбонатных слойков со слойками мартитового и железнослшдково-мартитового состава. Для этой зоны характерно чередование рудных и силикатных или рудных и алюмосиликатных слойков (глубины 550-733 м).

Еще выше встречены железноелюдково-мартитовые руды с пщрокси-даш железа. 3 этой зоне установлено присутствие в различных участках рудной залежи алюмофосфатов группы флоренсита-гойяцита и группы крандаллита /2/ (глубины 450-550 м). Для этих минералов типичны гнездовые скопления в желваковой железнослюдаово-мартитовой руде. Наб -людается гнездовая и прожилковидная текстуры. В виде прожилков и гнезд присутствует также кальцит, самый молодой из минеральных образований. Установленное желваковое строение в этой зоне обусловлено присутствием обломков руды, содержащей хорошо сохранившиеся крупные кристаллы гематита в цементирующей массе и подвергшейся активному последующему изменению.

Над этим типом руд залегают железнослюдково-мартитовые руды с гиббектом. Для них характерна тонко-слоистая текстура; мощные про -слои силикатных пород переслаиваются с тонкими (от нескольких см до долей мм) слойками нерудных минералов. Часто встречаются зеленова -тые слойки шамозита, присутствуют карбонатные, преимущественно си -деритовые слоечки с заключенным в них мартитоы (глубины 449-450 м).

В верхней зоне рудной залежи, где присутствуют мартитовые руды с карбонатами, отмечена оолитовая текстура (глубины 437,5-449 м).

Структурныособенности руд также неоднородны на различных глубинах месторождения. В нижней зоне, там где проявлены мартитовые руды, преобладают мелкозернистые, тонкообломочные структуры, при этом в отдельных обломках хорошо видны реликты мартитизированяых кристаллов магнетита разнообразной формы. Мартитизация в этих случаях проявлена неравномерно, она образует каемки, тончайшие прожилки гематита и иноцца сплошные выделения с редкими реликтами магнетита. В этих рудах в подчиненном количестве присутствуют реликтовые, унаследованные от железистых кварцитов парфиробласты гематита (железная сладка). Также в небольшом количестве проявлены гидроксиды железа с ко-лоидной и метаколоидной структурой.

Выше по разрезу в зоне чередования слойков дартитового,карбонатного и алкмосиликатного состава наблюдаются также мелкообломочные структуры с присутствием зернистых длн карбонатных слойков и листовато-чешуйчатых для алюмосиликатных. На различных глубинах установлено присутствие своеобразных крупнокристаллических образований гематита (до 1,5 мм по длинной оси), заключенных в желваковых скоплениях руды. Для железнослвд-ково-мартитовых руд, содержащих включения бемита и гиббсита, характерно очень тонкое, почти порошковатое строение (сотые доли мм).

Таким образом, сопоставляя данные о минеральном составе и строении руд, можно наметить существующую зональность в распределении природных типов этих образований.

Существует несколько точек зрения на образование богатых железных руд КМА. и Шемраевского месторождения в частности. Анализируя особенности минерального состава и строения руд можно сделать вывод, что четырехсотметровая толща этих руд слагается двумя резко различными типами минеральных образований. Эта точка зрения высказана Л.Д.Оникиенко /I, 2/. Один из типов представляет собой типичные остаточные продукты древней коры выветривания, залегающие на большой глубине на полуокисленных железистых кварцитах, а другой - осадочные образования, перекрывающие первый тип руд и возникшие за счет перемыва и переотложения продуктов выветривания. При этом мощность руд второго типа превосходит мощность руд первого типа и составляет примерно две трети мощности всей залежи. Руды второго типа осадочные - преобразованы вместе с заключенными в них сланцами процессами повторного выветривания. Сформировавшиеся руды оказались погребенными под осадочными образованиями более молодого возраста. О том, что руды Шемраевского месторождения являются полигенными, свидетельствует ряд фактов, обнаруженных в процессе их изучения.

О правомерности разделения рудной толщи на два различных типа минеральных образований - остаточные продукты древней коры выветривания и переотложенно-осадочные образования свидетельствуют текстурно-структурные особенности и зональность руд. В нижней зоне рудной залежи, где залегает первый тип (остаточные руды) ха -рактерна унаследованная плойчато-полосчатая и вторичная пористая текстура; в центральной зоне преобладают разновидности слоистых

текстур. О переотложенно-осадочном генезисе железных руд Шемраев-ского месторождения говорит присутствие в рудах железистых хлоритов, послойно чередующихся в них о мартитовым, мартит-щцроокис-ным материалом, частое переслаивание железистого материала с карбонатным. В верхней зоне присутствуют слои, имеющие хорошо выраженное оолитовое строение.

Таким образом, все перечисленные выше особенности богатых железных руд Шемраевского месторождения говорят о полигенном происхождении этих руд.

Ш. Технологические свойства руды зависят от особенностей минерального и химического состава, а также строения различных природных типов. Выделено два главных технологических типа руд: - уплотненные (неблагоприятные для СПО, представленные мартитовы-ми рудами с повышенным содержанием маршаллита и с карбонатами, а также железнослвдково-мартитовыш рудами с гиббситом и с гидрокси-дами железа и рыхлые (благоприятные для С1Д), сложенные в основном мартитовыми рудами, содержащими небольшое количество железной слюд-ки и гидроксидов железа.

Инженерно-геологические условия эксплуатации месторождения определяются большой глубиной (450 м) залегания полезного ископаемого и разными физико-механическими и водно-физическими свойствами железной руды, кроющих и вмещающих пород.

Кроющая осадочная толща характеризуется наличием скальных и полускальных (песчаники, известняки, мергель), пластичных (глины), плывунных и сыпучих (обводненные и сухие пески) пород. Суммарная мощность неустойчивых плывунных пород доходит до 30^ от общей мощности осадочной толщи, это требует применения специальных методов добычи полезного ископаемого.

Кровлей рудной залежи являются карбонатно-терригенные породы карбона, представленные известнякам с прослоями глин и глинистых аргиллитов. В их нижней части спорадически встречаются переотложенные железные руды. Мощность отложений карбона - 58,73м (скв. 21 М). В верхней части разреза (средний карбон и серлуховский ярус нижнего карбона) залегают сильно трещиноватые, кавернозные, выщелоченные, стиллолитизированные известняки, обладающие сравнительно высокой (6-10$) пористостью и низкими прочностными характеристиками. С глубиной трещиноватоеть затухает, и в нижней части разреза (визейский ярус) преобладают массивные, перекристаллизованные гранулированные, участкам! окремнешше известняки, сменяющиеся к подошве яруса гли-

кистыми известняками. Прослои глин среди известняков, приуроченные преимущественно к нижней части разреза, аргиллитовидные,слабо известковистые, часто углистые, в воде размокают плохо и практически не набухают; после снятия нагрузки превращаются в рыхлую массу. Руды обводнены и величины напора достигают 60 и более атмосфер. Отмечено 9 водоносных горизонтов. На месторождении существует два горно-геологических яруса: рудно-кристаллический комплекс архей протерозойских пород и осадочная толща.

Богатые железные руды Шемраевского месторождения можно разделить на два принципиально различных технологических типа руд -I рыхлые - благоприятные для скважинкой гидродобычи; и П уплотненные руды - неблагоприятные для ОГД.

К I технологическому типу следует отнести легко извлекаемые или среднеразмываемые, но извлекаемые при скважннной гидродобыче руды, - это рыхлые и полурыхлые образования очень низкой прочности (руды без скелета, руды с остаточным скелетом, руды с весьма слабым скелетом), а также полускальные породы весьма низкой прочности (руды слабо и неравномерно сцементированные, среднеразмываемые) .

К П технологическому типу (неблагоприятному для С1Д) отнесены трудно извлекаемые, а в основной массе неизвлекаемые, т.е. остающиеся в массиве, умеренно-сцементированные, трудноразмываемые руды; скальные породы низкой прочности существенно-сцементированные, неразмываемые, трудноразрушаемые и скальные породы средней прочности, сильно сцементированные, неразрушаедае.

Богатые железные руды Шемраевского месторождения КМА. делятся на два технологических типа в следующих соотношениях: рыхлые (около 80%) и уплотненные (около 20%). (Рис. 2,3).

Результаты химических анализов проб, выполненных в Белгородской ГРЭ, разделены автором по разновидностям руд: I. рыхлой; 2. а) уплотненной с повышенной концентрацией глинозема; 2.(6) уплотненной с повышенным содержанием кремнезема и выделены в самостоятельный тип подстилающие полуокислеяные железистые кварциты /3/.

В результате статистической обработки химических анализов проб каждой разновидности методом Стерджесса подтверждена неоднородность уплотненных руд и правомерность разделения 1« на подтипы с повышенным содержанием глинозема и с повышенной кокцент-

Рис.3. Схематический геологический разрез, характеризующий расположение основных технологических

типов богатых железных руд Шемраевского месторождения КМА. cS?30 21М ИМеМ2ПШЗМ7М i2M

Q = ~

Условные обозначения:

уплотненные руда

рыхлые руда

1 чередующиеся рыхлые и уплотненные руды Ж] сланпы

рацией кремнезема. Рыхлая богатая железная рула оказалась однородной по химическому составу. Для каждой разновидности руды, учитывая наличие либо глинозема либо кремнезема, построены вариационные кривые. Нормальное распределение у всех вариационных кривых может служить качественным критерием для подтверждения правильности выделения разновидностей руды.

На основании статистического анализа выявлена зависимость уплотнения руды от повышенного содержания в ней либо кремнезема либо глинозема. Показан различный характер уплотнения богатой железной руды: в верхних зонах за счет увеличенной концентрации глинозема, источником которого являются шамозит, каолинит, гибб-сит, бемит и алюмофосфаты (вместе эти минералы составляют около 20% всей массы руды); в нижней зоне - за счет количественного возрастания кремнезема, связанного с наличием в руде маршаллита (примерно 20%).

Установлена зависимость технологических свойств руды от особенностей минерального и химического состава.

Соотношение природных и основных технологических типов руд

Технологические типы

Рыхлые

Уплотненные

а) мартитовые

б) мартитовые с небольшим содержанием железной сладки и гид-роксидами железа

а) мартитовые с повышенным содержанием маршаллита

б) мартитовые с карбонатаг®

в) железнослюдкозо-мартито-вие с щцрокоидами железа

г) железнослюдково-мартито-вые с гиббеитом

05

Минеральный и химический состав влияет на распределение плотных (неблагоприятных для С1Д) типов руд на месторождении. Наиболее характерны для рыхлых руд - мартитовый тип руд и руды, содержащие в небольшом количестве железную слюдку и гидроксиды железа; для плотных руд характерны мартитовые руды с повышенным содержанием маршаллита, мартитовые руды с карбонатами, железно-елвдково-мартитовне с гидроксидами железа и железнослюдково-

мартитовые руды с гиббситом.

Уплотненность мартитовых руд с карбонатами, железнослюдково-мартитовых с гидроксидами железа и железнослюдково-мартитовых с гиббситом в верхних частях разреза обусловлена повышенным содержанием глинозема и связана с присутствием таких минералов как шамозит, бешт, гиббсит, каолинит. Мартитовые руды с повышенным содержанием маршаллита в нижних частях разреза может соответствовать уплотненной разновидности руды в связи с высокими содержаниями кремнезема, вызванного наличием кварца (маршаллита).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время разрабатывается нетрадиционная технология выемки богатых железных руд месторождений КМА. Способ С1Д рыхлых и слабосцементированных руд заключается во вскрытии рудной залежи скважинами, гидромониторном разрушении рудного массива на месте залегания и выдаче руды на поверхность в виде гидросмеси. Управление процессом скважинной гидродобычи заключается в перегруппировке вещества с целью получения подвижных продуктов.

Метод пригоден для разработки обводненных месторождений, залегающих в сложных горногеологических условиях. Технология добычи характеризуется малооперационностыо и поточностью, что позволяет автоматизировать процесс добычи, создать рудник нового типа, разрабатывать залежи без нахождения человека в очистном забое. Система разработки с применением скважин обеспечивает высокую безопасность работ, сохранность подземных вод.

При скважинной гидродобыче с поверхности через толщу покрывающих пород бурят скважины до нижней границы рыхлых руд с плотными рудами, находящимися в нижней части месторождения. Скважины бурят рядами по всему добычному полю. Гидроразмыв рудного массива осуществляется по зонам снизу вверх. Через часть эксплуатационных скважин нагнетают воду (воду со сжатым воздухом), а гидроразмыв с одновременным подъемом пульпы ведут через скважины, чередующиеся с радами: скважин, по которым производят нагнетание воды в рудный массив. После отработки первой зоны переходят к работе во второй зоне. В дальнейшем операции повторяют, разработка производится снизу вверх до полной отработки месторождения.

Разведанные запасы богатых железных руд центральной залежи Шемраевского месторождения составляют 858,2 млн. т, из них 8С$ рыхлых руд, извлекаемых методом СЩ. В качестве базовых данных в эко-

комических расчетах эффективности СЩ использованы материалы НПЦ "Геотехнологкя" по Шемраевскому руднику и института Центра гилроруда.

Технология СЩ позволит обеспечить следующие основные экономические показатели добычи железных руд центральной залежи:

- погашение начальных инвестиций в строительство рудника за 2 года,

- доход рудника после выхода на проектную мощность -40 млн.долл. в год.

Предполагается отработка месторождения в течение шести лет.

При извлечении богатой железной руды на Иемраевском месторождении методом СЩ очевидны преимущества этого способа в данных условиях. Только при СЩ обводненность месторождения и горное давление от выше лежащей массы пород и руд являются положительным фактором тоща, как при традиционной технологии они оказывают отрицательное воздействие. При СЩ себестоимость руды составляет 6-7 долларов за тонну. Подобные экспериментальные работы проводились на Яковлевском месторождении. При среднем содержании железа в руде 67-68/? руда вдет на получение стали. При СЩ идет естественное обогащение руды, т.к. сланцы остаются под землей. При СЩ сокращается объем бурения в 10 раз.

Таким образом, в современных условиях метод СЩ является для Шемраевского месторождения экономически выгодным. Следует учитывать, что данный способ экологически более чист. Вокруг месторождения уже имеется сеть асфальтированных дорог. При проведении гидродобычных работ на экспериментальном участке Шемра-евского месторождения из скважины 1М после добычи 30 тыс. тонн руды смещений и просадок поверхностных и глубинных реперов не отмечено, а, значит, сохраняются поля, представляющие огромную ценность для сельского хозяйства. В этом актуальность к перспективность СЩ.

Однако, применение СЩ возможно при определенных соотношениях рыхлых (благоприятных для СЩ) руд и плотных (неблагоприятных для СЩ) руд. Подробное изучение рудной залежи позволяет наиболее точно распределить скважины, определить объем эксплуатационных камер при бурении, правильно разработать и изготовить оборудование для СЩ.

Работы по теме диссертации (опубликованы автором под фамилией Камская):

1. Оникиенко Л.Д., Камская К.Н. и др. Германий в богатых железных рудах Шемраевского месторождения КМА. М., 1990. - Деп. в ВИЭМС 5.11.90. Л 933-МГ-90.

2. Оникиенко Л.Д., Камская И.Н. и др. Алюмофосфаты в богатых железных рудах Шемраевского месторождения КМ. М., 1991.

I - Деп. в ВКЗМС 28.03.91. № 568-МГ-91.

3. Камская И.Н. Закономерности распределения основных минералов и химических компонентов в богатых железных рудах Шемраевского месторождения КМА //Геология и разведка. 1995. 3.

4. Камская И.Н. Текстурно-структурные особенности, зональность и природные типы богатых железных руд Шемраевского месторождения ИЛА //Геология и разведка. 1997. К 2.