Подземная векторная магнитометрия эффективный метод рудничной геологии

ВТОРЫЕ ЕРШОВСКИЕ ЧТЕНИЯ ПО ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ГЕОЛОГИИ К 60-летию со дня рождения профессора В.В. Ершова

А.М. Мухаметшин, к. г.-м. н.,

ИГД УрО РАН

ПОДЗЕМНАЯ ВЕКТОРНАЯ МАГНИТОМЕТРИЯ -ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД РУДНИЧНОЙ ГЕОЛОГИИ

Научно-технические исследования, теоретические решения и опытно-конструкторские разработки, завершившиеся созданием и широким применением на горнодобывающих предприятиях принципиально новой аппаратуры и методики производства подземных векторных измерений и интерпретации их результатов, в конечном итоге получили название подземная векторная магнитометрия [1].

Как известно, перспективность и актуальность развития методов подземной геофизики для изучения геолого-физических моделей и постановки геофизического мониторинга на действующих горнодобывающих предприятиях обусловлены, как известно, с одной стороны, их более высокими оперативностью и объективностью, а по сравнению с буровыми работами еще и гораздо меньшей себестоимостью. С другой стороны, одним из главных источников прироста запасов, которые очень быстро и с небольшими затратами могут быть включены в процесс добычи, являются новые рудные тела, находящиеся в околоскважинном и околовыработочном пространствах в пределах горного отвода действующих рудников. Обнаружение таких рудных тел возможно и наиболее вероятно по результатам геофизических измерений в скважинах подземного бурения и горных выработках. Поэтому шахтные геофизические методы поисков и разведки все более широко входят в комплекс методов эксплуатационной разведки для определения морфологии элементов залегания, уточнения контуров и опробования известных рудных тел, а

также поиска и обнаружения новых рудных тел.

Кроме того, хорошо известны результативность, экспрессность и перспективы оценки или контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) горных массивов на основе методов подземной геофизики, среди которых векторная магнитометрия также получает свое развитие.

Для подземных условий автором разработан, изготовлен и внедрен специальный комплексный шахтно-скважинный магнитометр КШСМ-38, который позволяет выполнять непрерывные измерения трех составляющих геомагнитного поля в вертикальной системе координат, а также магнитной восприимчивости горных пород, вскрытых скважинами.

Г лавным отличием нового магнитометра от других, подобных ему, является оригинальная конструкция подвески магнитомодуляционных датчиков. Благодаря принципиально новому решению конструкции, защищенному авторскими свидетельствами, в приборе осуществлена так называемая вертикальная система подвески феррозондовых датчиков, с помощью которых производятся измерения всех трех компонент вектора геомагнитного поля в широком диапазоне углов наклона линии наблюдения. Измерения двух горизонтальных составляющих вектора геомагнитного поля могут выполняться во всем диапазоне зенитных углов от ± 5° и до ± 175° без дополнительных юстировок, а вертикальная составляющая геомагнитного поля и магнитная восприимчивость горных пород могут измеряться в диапазоне этих же углов от 0° до ± 180°, т.е. в скважинах с любым углом наклона.

Разработанная автором методика измерений позволяет реализовать возможности разработанной аппаратуры в условиях действующих горнодобывающих предприятий без остановки основного технологического процесса.

При выполнении магнитных измерений в скважинах подземного бурения учитываются их особенности: небольшая длина (до 100 м) и расположение веером, от вертикально восходящих до вертикально нисходящих с переходом через горизонтальное положение.

Для перемещения скважинного прибора в восстающих и близких к горизонтальным скважинах, т.е. там, где прибор не может двигаться под действием собственного веса, предложено пакерующее устройство неоднократного использования, защищенное авторским свидетельством.

При измерениях в подземных горных выработках установлено, что результаты магнитных измерений в значительной степени искажены влиянием стационарных помех, обусловленных полями различного рода технологического оборудования (рельсы, контактная и кабельная электрическая сеть, трубопроводы, рудоперепуски и т.д.) размещенного в выработке (рис.1).

На приведенных планах изо-динам Z!,^ в поперечном сечении выработок с электровозной (а) и с автомобильной, т.е. безрельсовой откаткой (б) хорошо выделяются области с минимальными градиентами магнитного поля (отмечены пунктиром).

Непрерывные измерения всех трех компонент вектора геомагнитного поля вдоль выработки оперативно выполняются с помощью подземной магнитометриче-

ской станции, которая содержит транспортное устройство, магнитометр КШСМ-38, каротажный

блок питания и вспомогательное оборудование. Скважинный прибор аппаратуры закрепляется на транспортном устройстве с помощью опор таким образом, что датчики поля находятся в области поперечного сечения выработки с минимальным градиентом поля, после чего, перемещая станцию вдоль выработки, выполняются измерения. Результаты таких непрерывных измерений выгодно отличаются своей оперативностью и абсолютной детальностью по сравнению с точечными, которые проводились в подземных горных выработках до наших исследований.

Изучены нестационарные помехи в условиях действующих горнодобывающих предприятий. Исклю-

чить влияние этих помех на результаты измерений предложено соответствующей методикой магнитных

Разработанная методика интерпретации получаемых материалов решает ряд геологических задач эксплуатационной разведки. Предварительный качественный анализ материалов позволяет определять пространственное положение рудных тел по теоретически рассчитанным полям 2а и ~[\

Имеется целый набор таких векторных диаграмм при самых различных взаимных ориентациях рудных тел и линий наблюдения.

Г еологическая эффективность применения подземной векторной магнитометрии доказана на примере контактово-метасомати-ческого месторождения - Абаканский железный рудник. Здесь был

выполнен основной объем опытнометодических работ по разработке подземной векторной магнитометрии с применением аппаратуры КШСМ-38. Полученные при этом материалы служат основой для определения возможностей разработанной аппаратуры и метода в целом по решению геологических задач эксплуатационной разведки на железорудных месторождениях подобного типа. Показано, что подземная магниторазведка на Абаканском руднике решает следующие задачи рудничной геологии:

а) подтверждение и уточнение контуров рудных тел в пространстве, определение элементов их залегания. Примеры решения этих задач получены по многим разрезам месторождения, как по главной залежи, так и по третьему рудному телу;

б) опробование вскрытых рудных интервалов. При этом как в обычной, скважинной магниторазведке, с достаточной для целей эксплуатационной разведки точностью выделяются границы интервалов, уточняются мощности рудных под-сечений, а по скважине определяется процентное содержание железа;

в) обнаружение новых рудных тел в околоскважинном и около-выработочном пространствах.

На рис.2 представлены материалы исследований, выполненных автором векторных магнитных измерений по скважинам №№ 1052 и 1053 в плане горизонта +425 м. Совместная интерпретация результатов этих измерений -кривых Ъа и векторов Н позволили предположить наличие относительно небольшого намагниченного объекта (контур показан пунктиром). По данной рекомендации бурением скважины № 1160 была вскрыта новая, неизвестная ранее рудная залежь.

Наиболее ярким примером открытия нового мощного рудного тела является обнаружение неизвестного ранее так называемого шестого рудного тела. В процессе испытаний разработанной аппаратуры и методики работ новый метод использовался автором при

регистратор, механический привод,

измерений.

измерениях во всех скважинах подземного бурения, в т.ч. и в технологических. Поэтому в дре-

из проектируемого на гор. 345 м склада взрывчатых материалов (ВМ) также были проведены векторные магнитные измерения. Как известно, в соответствии с правилами ТБ и технологией добычи склады ВМ оборудуются за пределами рудного поля, т.е. вне области отработки, где оруденения уже не ожидается (см. например, склад ВМ на гор. 425 м). И вот на этом участке, вдали от рудных залежей, нами с помощью КШСМ-38 в скв.1437 была обнаружена небольшая по амплитуде (менее трех тысяч нТл), но протяженная аномалия Ъа. Векторы Та были также небольшой величины. Полученная картина магнитного поля позволила нам предполагать в этом, считавшемся неперспективным, районе присутствие нового рудного объекта. Для выяснения природы выявленной аномалии была рекомендована проходка дополнительной скважины № 1439. Прой-

денная до глубины 95 м эта скважина хотя и не вскрыла ни руды ни даже скарнов, но поле Ъа уве-

личилась в ней до 8000 нТл и был зафиксирован четкий сходящийся

веер векторов Та .

Анализ результатов по обеим скважинам позволил однозначно утверждать о присутствии здесь нового мощного рудного тела и дать заключение о направлении последующей разведки. Заданная затем по результатам интерпретации полученных магнитных измерений скв. № 1446 вскрыла на глубине 92 м богатую по содержанию железа верхнюю кромку совершенно неожидаемого здесь нового рудного тела. Пробуренная вслед за этой скважина № 1447 позволила оконтурить верхнюю в данном разрезе часть вскрытой залежи, которая была принята в качестве шестого рудного тела. Причем из результатов анализа

\у ——

проекций векторов т на горизонтальную плоскость было высказано предположение о том, что

вскрытое в данном разрезе сечение нового рудного тела является боковым и что центральное сече-

ние располагается северней (т.е. за плоскостью рис.3), а его верхняя кромка располагается выше, т.е. рудное тело испытывает подъем к северу. Это подтвердилось последующим геологоразведочным бурением (скв. № 48 глубиной 932 м, рис.3) и проходкой разведочных выработок (см. рис. 4, штреки 1 и 2, орты 1-8).

В настоящее время это рудное тело уже вовлечено в процесс добычи и, таким образом, на основе результатов подземной векторной магнитометрии была существенным образом уточнена геология месторождения. Благодаря этому положительно решен вопрос об отработке глубокозалегающих участков месторождения, что в данное время имеет большое социально-экономическое значение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

нажной скважине № 1437

Мухаметшин А.М. Подземная векторная магнитометрия в руднич-

ной геологии. Екатеринбург : ИГД УрО РАН, 1997г.-214 с.

© А.М. Мухаметшин