Особенности подземного выщелачивания

За последние годы специализированная разведка и доразведка проведена на ряде месторождений металлов эпигенетического и осадочно-эпигенетического происхождения. Задачи и методика разведки таких месторождений во многом аналогичны методике исследований для целей подземной выплавки серы.

Перечень факторов, подлежащих изучению. Как показано ранее, главными факторами, определяющими условия ПВ, служат: мощность рудной залежи, содержание полезного ископаемого, мощность покрывающих и подстилающих проницаемых пород, минеральный состав, напор подземных вод, глубина залегания, граничные геологические условия, водоупорные свойства покрывающих пород, окислительно-восстановительная обстановка и кислотно-щелочная характеристика пласта в естественных условиях.

Выбор критериев для установления границ геологических тел.

Целесообразно выделять следующие геологические тела: рудная залежь (по содержанию полезного ископаемого); рудовмещающий водоносный горизонт (по проницаемости), верхний и нижний водоупоры (по водоупорности), водоносные горизонты, связанные с рудовмещающим; прочие водоносные горизонты и водоупоры.

Пространственная изменчивость. Эпигенетические месторождения металлов приурочены, как правило, к комплексу терригенных отложений. Условия их образования освещены в ряде работ. Рудные тела формируются в песчаных водоносных горизонтах на выклинивании зоны пластового окисления. Они подчиняются строгому литологическому контролю и занимают закономерное положение в эпигенетической зональности. Эта зональность включает зоны окисления, оруденения и безрудных сероцветных пород. На размещение зон оруденения оказывает существенное влияние интенсивность водообмена и наличие органического вещества в породах. Таким образом, изменчивость свойств рудных залежей зависит от первоначального литологического состава рудовмещающей толщи и развития последующих эпигенетических изменений.

Система опробования. Условия образования эпигенетических месторождений предопределяют обычно весьма сложную форму рудных залежей и неоднородность их по мощности, содержанию и минеральному составу. Поэтому для детального изучения месторождений применяется густая сеть разведочных скважин. На стадии предварительной разведки, когда требуется оценить только масштабы месторождения и выяснить средние показатели свойств руд, разведочная сеть может быть разрежена. Поскольку месторождения часто приурочены к русловым фациям и имеют вытянутую форму, то обычно разведочные профили ориентируют перпендикулярно к длинной оси залежей.

Так, на одном из месторождений, приуроченном к аллювиальным отложениям четвертичного возраста, применялась сеть в виде профилей с шагом 100 м при расстоянии между профилями 600 м. При этом запасы были квалифицированы по категории C1. На участке, разведанном по категории В, расстояние между скважинами и профилями были уменьшены вдвое. Это вполне достаточно для составления технико-экономического обоснования промышленного освоения, поскольку целесообразность его в связи с небольшими капитальными затратами не вызывала сомнения.

Методы опробования. Опробование для подсчета запасов ведется по обычной методике. Основная особенность заключается в том, чтобы выяснить приуроченность полезного ископаемого к определенным литологическим разностям, детально изучить минеральный состав и проницаемость руд. Эти параметры определяют приемистость и дебит скважин, степень извлечения полезного ископаемого, затраты рабочих агентов.

Как и при других методах разработки, в первую очередь необходимо как можно полнее использовать общегеологические данные и косвенные методы определения фильтрационных свойств. Известно, что между гранулометрическим составом песчаных пород и их фильтрационными характеристиками существует зависимость, выражаемая эмпирическими формулами. Это позволяет по результатам гранулометрического анализа определить проницаемость, что не требует отбора образцов с ненарушенной структурой.

На месторождении, приуроченном к аллювиальным пескам, для определения гранулометрического состава отбирались бороздовые пробы из керна скважин. Длина интервала опробования составляла 1 м. Анализ проводился ситовым методом с ареометрическим окончанием. По результатам анализов рассчитаны коэффициенты фильтрации.

Для контроля было отобрано 25 проб с ненарушенной структурой, по которым коэффициент фильтрации определяли в фильтрационном приборе. По результатам опробования руды разделены на глинистые, суглинистые, супесчаные и песчаные. Первые два типа руд имеют ничтожную проницаемость и отнесены к забалансовым. В дальнейшем полученные результаты сопоставлялись с данными прямого определения фильтрационных свойств опытными откачками и показали удовлетворительную сходимость.

На месторождениях, приуроченных к более древним и глубокозалегающим отложениям, начальные фильтрационные свойства существенно изменяются в результате эпигенетических процессов; нередко такие породы цементируются и превращаются из рыхлых в скальные и полускальные.

Обводненность скальных и полускальных пород определяется интенсивностью их трещиноватости и степенью раскрытости трещин. Поэтому изучение трещиноватости представляет собой необходимый элемент любых гидрогеологических исследований. Вопросам ее изучения посвящено огромное число научных работ, которые, в зависимости от целей изучения делятся на три группы: а) трещиноватость как характеристика геологической структуры; б) трещиноватость как фактор, определяющий устойчивость к деформации горных пород; в) трещиноватость как фактор, определяющий коллекторские свойства.

Методы изучения и количественная оценка степени трещиноватости детально разработаны и общеизвестны. Однако коллекторские свойства пород связаны не столько с густотой трещин, сколько с их раскрытостью, а степень раскрытости трудно поддается определению. Качественным показателем раскрытости трещин является характер вторичного минералообразования на их стенках. Наличие пленок, натеков, инкрустаций и корочек вторичных минералов, изъеденный, неровный характер поверхности указывают на движение подземных вод по трещинам. Наоборот, наличие зеркал скольжения, глинистых примазок свидетельствует о закрытости трещин.

Для полускальных пород возможность существования раскрытых трещин определяется их прочностью и глубиной залегания. Коллекторские свойства растворимых скальных пород (известняк, гипс, соль) определяются развитием карста, неразрывно связанного с трещиноватостью.

Раздельнозернистые породы под влиянием геостатического давления, времени и деятельности поровых флюидов претерпевают различные изменения. Так, кварцевые зерна в участках максимального напряжения (на контактах) растворяются, и кварц отлагается на этих же зернах, играющих роль стенок пор. Под давлением происходит переориентировка зерен. Огромную роль играют эпигенетические процессы, связанные с деятельностью подземных вод и микроорганизмов. Выщелачивание отдельных компонентов породы может вызвать ее разрыхление и деформацию покрывающих толщ. Все это требует комплексного подхода к изучению свойств массива пород, определяемых всей его геологической историей.

Использование геологических данных для расшифровки гидрогеологических условий позволяет уменьшить объем и рационально направить гидрогеологические исследования, а также получить представление о гидрогеологических условиях уже на ранних стадиях разведочных работ.

Как уже отмечалось, важное значение для подземного выщелачивания имеет минеральный состав руд и вмещающих пород. Лабораторные минералогические и химические анализы весьма трудоемки, поэтому для определения затрат рабочего агента применяется комплексная характеристика минерального состава — кислотоемкость. Для этого из керна скважин отбирают поинтервально бороздовые пробы, которые затем сокращают квартованием до 50 г. После высушивания пробы помещают в сосуд с рабочим агентом определенной концентрации при периодическом перемешивании выдерживают до достижения постоянной величины pH раствора. Прореагировавший раствор сливают и заливают свежую порцию; опыт повторяют. По разности pH до и после реакции определяют расход рабочего агента на единицу массы руды.

Как правило, основной расход кислоты приходится на реакцию с карбонатами. Поэтому целесообразно также определять карбонатность газометрическим способом, что одновременно позволяет судить и о количестве выделяющейся в результате реакции углекислоты. Методика проведения полевых опытнофильтрационных работ в целом аналогична описанной для месторождения серы.

Обработка результатов. По результатам изучения литологии выделяют руды существенно песчаные и существенно глинистые. Запасы в песчаных рудах относятся к извлекаемым и подсчитываются отдельно. Подсчет запасов в глинистых рудах производится в том случае, если разработка месторождений возможна также обычными методами. Распределение руд в залежи по литологическим типам отражается на литологической карте.

Руды могут быть разделены на сорта также по степени карбонатности или по кислотоемкости, что также отражается соответствующими картами.

Интенсивность процесса выщелачивания в значительной мере определяется проницаемостью руд, а также другими факторами, от которых зависят приемистость и дебит эксплуатационных скважин. Для расчета этих параметров строят карты водопроводимости рудовмещающего водоносного горизонта, глубин залегания подземных вод и кровли рудного тела.

Характер оруденения изображают на картах изомощностей или метропроцентов. Полезно также составлять специальные карты, на которых показывают соотношение между мощностями руд и безрудных проницаемых пород. Для расчетов затрат рабочих агентов могут быть использованы карты метропроцента кислотоемкости рудовмещающего водоносного горизонта.

На разрезах изображают литологический состав руд, а также в виде графиков распределение проницаемости и кислотоемкости в разрезе.