МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

панасюк андрій вікторович

УДК 622.1:679.85+622.27+679.8

оцінка просторового розміщення та продуктивності пегматитів з метою їх геометризації для обґрунтування параметрів їх розробки підземним способом

Спеціальність: 05.15.01 – Маркшейдерія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі геотехнологій та промислової екології гірничо-екологічного факультету в Житомирському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – | доктор технічних наук, професор Бакка Микола Терентійович, завідувач кафедри геотехнологій та промислової екології гірничо-екологічного факультету Житомирського державного технологічного університету Міністерства освіти і науки України

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, доцент Назаренко Валентин Олексійович, професор кафедри маркшейдерії Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

кандидат технічних наук, доцент Ларченко Віталій Григорович, завідувач кафедри маркшейдерії, геодезії і геології Донбаського державного технічного університету Міністерства освіти і науки України, м. Алчевськ

Провідна установа – | Український державний науково-дослідний, проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України, відділ гірничого тиску, м. Донецьк |

Захист дисертації відбудеться “_16_” _червня_ 2006 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 11.052.05 Донецького національного технічного університету, за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, І навч. корп. МАЗ.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького національного технічного університету (м. Донецьк, вул. Артема, 58, ІІ навч. корп.)

Автореферат розісланий “_6_” _травня_ 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д. т. н., проф. В.П. Кондрахін

ВСТУП

Актуальність теми. Україна володіє великим ресурсним потенціалом кольорового каміння, яке за сукупністю ознак поділяється на чотири групи: коштовне, напівкоштовне, виробне, декоративно-облицювальне. Загалом розробка ресурсів природного кольорового каміння та його переробка на продукцію належить до надзвичайно ефективних видів діяльності, але камені кожної з перерахованих груп мають свою вартість, технологію видобування і переробки, сферу використання та попит на внутрішньому та зовнішньому ринках. Найбільшу вартість мають камені коштовні та напівкоштовні. Вартісні показники залежать від ювелірних та декоративних властивостей каміння, можливостей їх широкого використання.

Вартість і попит на кольорове каміння в світовій практиці визначається не тільки якісними характеристиками, а й поширеністю. Найбільш поширеними і найдешевшими є декоративно-облицювальні камені, більшу вартість мають виробні камені, які менш поширені, і найбільшу вартість мають коштовні та напівкоштовні камені. В надрах України розміщені близько трьохсот родовищ декоративно-облицювального каменю, з яких половина розробляється. Родовищ та проявів виробного каменю в Україні нараховується близько тридцяти, а родовищ і проявів коштовного та напівкоштовного каміння всього шість, з них найбільшої уваги заслуговує Волинське родовище каменесамоцвітної і п’єзооптичної сировини, що є найунікальнішим і найбільшим на Євроазіатському континенті. В його надрах зосереджені великі запаси п’єзосировини (моріон, димчастий кварц, гірський кришталь), напівкоштовних каменів (берил, топаз, аметист, флюорит, цитрин), виробних каменів (молочний кварц, письмовий граніт, волиніт, пегматит та інші), які містяться в інтрузивних основних, рідше кислих породах, що частково слугують декоративно-облицювальною сировиною. Коштовні, напівкоштовні камені залягають в заноришевих камерах пегматитів, які характеризуються різною формою і розмірами, просторовим розміщенням, продуктивністю, обсягами кристалосировини в заноришах, що потребує запровадження спеціальних технологій розробки пегматитів підземним способом. Таким чином оцінка просторового розміщення та продуктивності пегматитів, що вміщують каменесамоцвітну сировину, з метою їх геометризації для обґрунтування параметрів їх розробки підземним способом складає актуальну науково-практичну задачу.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно з тематичним планом науково-дослідної роботи викладачів Житомирського державного технологічного університету за наказом ректора від 06.02.2001 року, тема № 2, а також у відповідності з темою “Вплив гірничо-промислового комплексу на навколишнє середовище, теоретичне обґрунтування заходів по поліпшенню екологічної і техногенної безпеки та розробка і впровадження екологічно чистих технологій видобування і переробки сировини”, 2002 р., реєстраційний номер 0102U001343; приоритетним напрямком розвитку науки і техніки України № 4 “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”, відповідно до постанови Верховної Ради України № 2705 від 16.10.1992 року з подальшими її доповненнями, у відповідності з координаційним планом Міністерства освіти і науки №39 за фундаментальним напрямком “Гірничі науки” в 1998–2000 рр.

Мета і задачі дослідження. Ідея роботи полягає в оцінці геометричних форм, просторового розміщення та геометризації пегматитових покладів з метою забезпечення послідуючої ефективної їх розробки підземним способом.

Виходячи із вище сказаного, метою даної роботи є встановлення закономірностей структури та просторового розміщення пегматитів, їх геометризації на цій основі для обґрунтування параметрів підземної розробки пегматитових покладів.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані і вирішені наступні задачі:

-

-

-

-

-

-

-

Об’єктом дослідження є структура та геометричні параметри пегматитових покладів Волинської кварцоносної провінції.

Предметом дослідження є оцінка форм, продуктивності, просторового розміщення та геометризації пегматитів Волинського родовища каменесамоцвітної та п’єзооптичної сировини.

Методи досліджень. Для здійснення загальної методики досліджень та узагальнення одержаних результатів застосовувались наступні методи: аналіз літературних даних та існуючого досвіду розвідки і розробки покладів кварцової сировини; техніко-економічний аналіз; методи прикладної та математичної статистики з використанням обчислювальної техніки; аналітичні та графоаналітичні методи; математичне моделювання; методи оптимального планування чисельних експериментів, а також гірничо-геометричний аналіз та геометризація просторових і якісних показників пегматитів.

Наукові положення, які захищаються в дисертації:

1. Геометризація кількісних і якісних показників пегматитів з застосуванням комп’ютерних і ГІС-технологій та встановлених аналітичних залежностей забезпечує побудову моделі в ізолініях і слугує підставою обґрунтування параметрів розробки пегматитових покладів підземним способом.

2. Пегматити, приурочені до зони контакту кислих і основних порід, характеризуються зональною будовою, мають ізометричні стиснуті по вертикалі форми, які геометрично описуються еліпсоїдом обертання навколо поздовжньої вісі. Об’єми пегматитів та їх кварцових ядер залежать від географічного розташування і змінюються з півночі на південь і з заходу на схід, описуючись параболічними функціями.

3. Родовище являє собою сукупність різних за розмірами та продуктивністю пегматитів з нерівномірним їх розміщенням, які концентруються в пегматитові зони і підпорядковуються наступним закономірностям їх будови та просторового розміщення: пегматитові зони приурочені до ендоконтактових частин гранітоїдів, прилеглих до масивів основних порід; скупчення пегматитів приурочені до різних гранітів дрібнозернистої структури з добре вираженою дрібнопорфировидною будовою; найбільші пегматити залягають в роговообманкових гранітах з переважаючими темнокольоровими мінералами.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1. Встановлено, що пегматитові зони приурочені до ендоконтактових зон гранітоїдів, які прилягають до масивів основних порід, а скупчення пегматитів приурочені до гранітів дрібнозернистої структури з добре вираженою дрібнопорфировидною будовою. Найбільші пегматити залягають в роговообманкових гранітах з переважаючими темнокольоровими мінералами.

2. Встановлено, що пегматити характеризуються зональною будовою, вони мають ізометричні вертикально стиснені форми, які геометрично можна описати еліпсоїдом обертання навколо поздовжньої вісі. Об’єми пегматитів, розміри кварцових ядер і міарол мінералоутворення залежать від географічного розташування і змінюються з півночі на південь та з заходу на схід, описуючись параболічними залежностями.

3. Встановлено вперше, що продуктивність пегматитових тіл залежить від їх структури, потужності тіла та кольору польових шпатів. Залежність продуктивності пегматитового тіла від його потужності описується параболічною функцією, а залежності потужностей пегматитових зон від потужності самого пегматиту апроксимуються функціями лінійного виду.

4. Вперше встановлено, що побудова моделі пегматиту в ізолініях забезпечується шляхом геометризації кількісних показників якісних характеристик на основі комп’ютерних і ГІС-технологій та математичного опису закономірностей будови і просторового розташування пегматитових покладів, що слугує підґрунтям обґрунтування параметрів підземної розробки пегматитових покладів.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій дисертації підтверджується наступними чинниками: застосуванням апробованих методів планування експериментів і математичної обробки даних; задовільною розбіжністю експеримен-тальних і аналітичних даних в межах 2–6при вивченні впливу потужності пегматитового тіла на потужність окремих зон та 4–14при визначенні впливу критеріїв перспективності пегматиту на кількість корисної копалини, видобутої з цього тіла; підтвердженням положень і закономірностей практикою.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей будови та просторового розташування пегматитів в надрах, в обґрунтуванні методики геометризації пегматитових покладів та оцінки їх продуктивності.

Практичне значення отриманих результатів:

Встановлений географічний розподіл пегматитів в межах родовища, розроблена методика оцінки продуктивності пегматитових покладів, запропонований поділ родовища на шахтні поля та обґрунтовані місця закладення головних розкривних виробок.

Реалізація роботи. Результати дисертаційних досліджень пройшли виробниче випробування і впровадження на ВАТ “Кварцсамоцвіти” (смт. Володарськ-Волинський, Житомирська область).

Результати дисертаційних досліджень використовуються також в навчальному процесі Житомирським державним технологічним університетом.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовані ціль і задачі досліджень, ідея роботи, основні наукові положення, висновки та рекомендації, виконана постановка розрахункових та лабораторних експериментів; проведена перевірка результатів дисертаційної роботи.

Апробація результатів дисертаційних досліджень. Основні положення дисертаційної роботи та окремі її результати обговорювались на науково-технічних конференціях, семінарах та нарадах, а саме: на міжнародній науково-практичній конференції “Форум гірників” (м. Дніпропетровськ, 2002 рік); на міжнародній науково-практичній конференції “Довкілля – ХХІ” (м. Дніпропет-ровськ, 2002 рік); на міжнародній науково-практичній конференції “Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання, рекультивація, охорона” (м. Дніпропетровськ, 2003 рік); на міжнародній науково-технічній конференції “Геоінформатика, геодезія, маркшейдерія” (м. Донецьк, 2003 рік); на VІ, VІІ і VІІІ Міжнародних конференціях студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство” (м. Київ, 2003, 2004 і 2005 рік); на IV міжнародній науково-технічній конференції “Теория и практика добычи, обработки и применения природного камня” (м. Магнітогорськ, 2004 рік); на всеукраїнській конференції молодих вчених “Сучасні проблеми екології” (м. Запоріжжя, 2004 рік); .

Публікації. За результатами виконаних дисертаційних досліджень здобувачем опубліковано 11 друкованих робіт; в тому числі – 4 в наукових спеціалізованих виданнях, затверджених ВАК України, 7 – матеріали конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 142 сторінках, складається із вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 108 найменувань на 10 сторінках, 6 додатків на 34 сторінках, містить 41 рисунок, 3 таблиці. Загальний обсяг роботи становить 176 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації і необхідність проведення досліджень, сформульовані мета і задачі досліджень, визначена наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, наведені наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації і публікації досліджень.

У першому розділі “Стан сировинної бази, мета і задачі дослідження” проведено аналіз стану мінерально-сировинної бази пегматитової сировини, способів розкриття, способів підготовки та відпрацювання родовищ підземним способом. Аналіз літературних джерел дозволив зробити висновок, що декоративне, виробне, напівкоштовне і коштовне каміння можна вважати надзвичайно перспективною сировиною в економічному відношенні для створення нових і реконструкції існуючих підприємств.

Внаслідок проведеного аналізу літературних джерел, геологічних звітів та узагальнення практичного досвіду розробки Волинського та інших родовищ каменесамоцвітної сировини встановлено, що надра України характеризуються наявністю значних покладів декоративних, виробних, самоцвітних і коштовних каменів різних генетичних типів, які характеризуються високими декоративними та фізико-механічними властивостями, що дозволяє збільшувати обсяг видобування цієї цінної сировини в десятки разів і розвивати вітчизняну ювелірну та радіоелектронну промисловості. Однак, на жаль, підприємства, які здійснюють розробку родовищ п’єзооптичної сировини не вносять значного вкладу в економіку країни, незважаючи на значні запаси самоцвітної сировини. До основних причин, які призвели до цього, слід віднести: неврахування особливостей будови і розміщення пегматитових тіл, недосконалість існуючих систем розробки стосовно родовищ пегматитової сировини. Практично всі існуючі методи видобування п’єзооптичної, ювелірної та декоративної сировини не забезпечують необхідної ефективності процесу, що призводить до збільшення витрат і не дозволяє збільшувати обсяги виробництва. На сучасному етапі одним із перспективних напрямків підвищення продуктивності видобувних процесів, а також їх ефективності, є розробка комплексних моделей технології видобування сировини на основі встановлення закономірностей розміщення та будови покладів і їх геометризації, які дозволяють забезпечити обґрунтування параметрів їх розробки підземним способом.

На підставі проведеного аналізу стану мінерально-сировинної бази запропоновано поділ Української кварцоносної провінції на шість полів, для кожного з яких характерні свої особливості будови, залягання та скупчення пегматитових тіл в окремі групи, з подальшим виділенням найбільш перспективних ділянок в межах кожного з полів.

Окрім перерахованих вище напівкоштовних і коштовних каменів пегматитові тіла містять в собі польовошпатову сировину, яка використовується для потреб скляної, фарфоро-фаянсової, будівельно-керамічної, електротехнічної і електроізоляційної галузей промисловості. В меншій кількості його використовують в абразивній, хімічній, електронній промисловості, виробництві зварювальних електродів і деяких інших галузях виробництва. Високодекоративні види польовошпатової сировини використовуються як виробний камінь та для виготовлення декоративних облицювальних плиток і архітектурно-будівельних виробів.

На підставі проведеного теоретичного аналізу наукової літератури були визначені предмет та об’єкт дослідження, а також сформульовані та поставлені мета, задачі досліджень і розроблена загальна методика дослідження.

У другому розділі “Дослідження закономірностей розвитку та будови пегматитових покладів Волинського родовища” виконані узагальнення особливостей геологічної будови району розвитку пегматитових тіл, встановлені закономірності їх розвитку та розміщення в межах Волинського родовища п’єзооптичної сировини, встановлені основні критерії перспективності та продуктивності пегматитових тіл і визначений їх зв'язок з особливостями технологічного процесу видобування кристалосировини підземним способом.

На підставі проведеного узагальнення геологічних характеристик району розвитку пегматитових тіл встановлено, що більша його частина перекрита осадовими відкладеннями мезокайнозою, потужність яких збільшується до сходу і північного сходу від 5–10 до 300–400 м. Приблизно 25площі району займають габро-анортозитові масиви, які розміщуються переважно в центральній та східній частинах, а інші 75приходиться на граніти, які з усіх боків оточують масиви габро-анортозитів. Крім того встановлено, що камерні пегматити вміщуються переважно в гранітах ранньої підфази укорінення (порфіровидні граніти), в той час як граніти пізньої підфази (різноманітнозернисті біотитові граніти) є безперспективними, оскільки знаходяться за межами району розвитку камерних пегматитів Волинського масиву. Однак граніти ранньої підфази також можна розділити на пегматитоносні та непегматитоносні. До останніх відносять граніти центральних фацій інтрузиву (g6) та крайової фації біля зони контакту з породами гнейсо-мігматитової товщі (g5). Пегматитоносними вважаються дрібноовоїдні граніти, які являють собою крайову фацію, що розвинена на контакті з габро-анортозитовими масивами. В межах Володарськ-Волинського пегматитового району ці граніти розповсюджені досить широко.

Дослідженнями закономірностей розвитку та розміщення пегматитових тіл встановлено, що в межах пегматитовміщуючих зон пегматити розміщуються досить нерівномірно, утворюючи скупчення, які називаються групами пегматитових тіл. Розміри груп пегматитових тіл складають від 200 до 600 м в плані і до 100–200 м в перерізі (розрізі). Кількість продуктивних пегматитових тіл в групі сягає близько 30. Великопродуктивні пегматити виділені тільки в складі груп, як правило, в їх центральних частинах. В більшості груп пегматитові тіла розміщені без чіткої закономірності, але існують групи з лінійним ланцюговим розміщенням пегматитів. Орієнтування "ланцюгів", як правило, субширотне або субмеридіальне. Розміри пегматитів в плані змінюються від 0,1ґ1,7 м до 35ґ100 м. Форма пегматитових тіл різноманітна ізометрична, але, як правило, неправильно-подовжена, жилоподібна, неправильна штокоподібна. В їх будові приймають участь такі структурно-мінералогічні зони: аплітова зона; графічна зона ("письмовий граніт"); пегматоїдна зона; польовошпатова зона; блокова зона; зона сірого кварцу; зона вільного росту кристалів (занориш або жеода); зона вилужування.

В результаті проведених досліджень було запропоновано класифікувати пегматити по відношенню до вміщуючих порід, тим самим виділяючи дві генетичні групи: шлірові або залишкові, пегматити неправильної форми, які утворилися на місці першочергової локалізації пегматитоутворюючих компонентів магми; ін’єкційні, або вижаті, пегматити жильної форми, які утворювались при переміщенні розплавів. Перша група пегматитів поділяється на два типи та декілька підтипів. При цьому було визначено, що найбільш продуктивними є пегматитові тіла групи залишкових, зокрема другого типу (підтипи 2А і 2Б). В пегматитових тілах даних підтипів зосереджено більше корисних мінералів, оскільки розвинені практично всі зони.

У третьому розділі “Оцінка форм, розмірів та просторового розміщення пегматитів та розробка методики їх геометризації” проведена оцінка розмірів, форм та географічного розташування пегматитів, а також запропонована методика їх геометризації.

Пегматитові поклади Волинського родовища відносяться здебільшого до глибинної формації хрусталеносних пегматитів і лише незначна їх частина належить формації рідкометальних пегматитів середніх глибин. Головною структурною ознакою пегматитових покладів є наявність мінералізованих друзових порожнин (міарол), об’єм яких залежить від просторового розташування пегматитів відносно лінії контакту кислих і основних порід і змінюється від часток кубічного метра до сотень кубічних метрів.

Порівняльний аналіз форм та будови пегматитових покладів приводить до логічного висновку, що пегматитове ізометричне тіло можна уподобити вписаному в пегматит стиснутому еліпсоїду обертання. Узагальнена модель пегматитового тіла наведена на рис. 1.

Рис. 1. Узагальнена модель пегматитового покладу Волинського родовища

Для оцінки геометричних розмірів структурних зон пегматитів був виконаний їх порівняльний аналіз, окремо по найхарактернішим у геологічному відношенні ділянкам.

Для з’ясування зміни розмірних характеристик пегматитів в різних частинах і на різних ділянках родовища була першочергово розроблена каркасна модель родовища, яка наведена на рис. 2. ЇЇ головною віссю (остовом) слугувала усереднена лінія контакту кислих і основних порід, а потім перпендикулярно до неї будувались геологічні профілі: на Дашенсько-Писарівсько-Краєвщинській площі профілі 1–1, 2–2, 3–3, 4–4, 5–5; центральна частина родовища була розділена на Вишняківську площу, на якій побудовані профілі 6–6, 7–7, 8–8, 9–9, та Дворищанську площу з профілями 10–10, 11–11, 12–12; на Південній частині родовища (Паромівська площа) було опрацьовано профілі 13–13,14–14, 15–15, 16–16.

По кожному профілю узагальнювалась, аналізу-валась і оцінювалась інформація площадного розташування і розмірних параметрів пегматитів, що найближче розміщені до профільної лінії. Були складені окремо такі каталоги вихідної інфор-мації: каталог умовних координат точок перетину профільних ліній каркас-ної моделі з усередненою лінією контакту кислих і основних порід та коор-динат умовних центрів і розмірних параметрів пегматитів, віднесених до відповідних профільних ліній.

Для встановлення ана-літичної залежності зміни об’ємів пегматитів стосовно їх площадного розміщення в системі плоских координат X, Y для досліджень були взяті значення геометричних характеристик пегматитових тіл, для кожного з яких був обчислений об’єм.

Дослідження зміни об’єму пегматитового покладу в залежності від географічного розташування (рис. 3, рис. 4, рис. 5) свідчать про те, що пегматитові тіла, які мають найбільші за обсягами і потужністю кварцові ядра зосереджені в центральній частині родовища. Пегматити Вишняківської і Дворищанської площ ймовірніше всього мають відповідно і найбільш високу продуктивність пегматитових покладів. На північ і на південь від центральної частини родовища об’єми кварцових ядер і їх продуктивність зменшуються.

Рис. 2. Каркасна модель для оцінки площадного розміщення пегматитів Волинського родовища. М 1:100000. Система координат – умовна

Об’єми пегматитових тіл (Vпег) залежать від їх потужності та географічного розташування і змінюються з півночі на південь та з заходу на схід описуючись в плоских геодезичних координатах (X, Y) відповідно виразами (1) (2):

, м3, | (1) | , м3. | (2) | Рис. 3. Цифрова об’ємна модель зміни об’єму пегматиту в залежності від його географічного розташування

Рис. 4. Графік залежності зміни об’ємів пегматитів (Vпег) з півночі на південь

Рис. 5. Графік залежності зміни об’ємів пегматитів (Vпег) із заходу на схід

В даному розділі наведено методику геометризації основних кількісних параметрів родовищ пегматитових тіл з використанням комп’ютерних і ГІС технологій, що забезпечує побудову об’ємних моделей в ізолініях (рис. 6), що слугує підґрунтям оптимального розв’язку гірничо-технічних задач з урахуванням геологічних, технологічних і економічних факторів.

Рис. 6. Моделі зміни об’єму кварцового ядра
(а – в ізолініях; б – цифрова модель)

В четвертому розділі “Обґрунтування технологічних параметрів підземної розробки пегматитів” наведені методика та результати дослідження впливу структури пегматитового тіла та його параметрів на продуктивність і перспективність пегматиту, а також їх вплив на процес проектування системи гірничих виробок при видобуванні кристалосировини підземним способом.

При вивчені можливості створення моделі родовища було виявлено, що велика кількість геологічних чинників впливають на якість і швидкість процесу видобування корисної копалини і мають велике значення при проектуванні гірничих підприємств. Для інтенсифікації процесу добувних робіт великого значення набуває потужність пегматитового тіла, наявність і потужність зон пегматиту, які приймають участь в його будові, колір польових шпатів, а також багато інших чинників.

Для встановлення залежності умовної продуктивності пегматит-ового тіла від його потужності проводились дослідження на вже відпрацьованих тілах. В процесі експериментальних досліджень вимірювалась умовна маса корисних компонентів вилучених з даного тіла Мум, яка визначалась за допомогою виразу (3):

, ум. кг, | (3) | де, ті – потужність і-тої зони пегматитового тіла, м;

Сі – вміст корисних мінералів в і-тій зоні пегматитового тіла.

Дослідження продуктивності пегматитового тіла (рис. 7) свідчать про те, що потужність пегматитового тіла безпосередньо вказує на його перспективність і є кількісним показником, а сама залежність описується виразом (4):

, ум. кг, (4)

Рис. 7. Графік залежності продуктивності тіла від його потужності

На підставі аналітичних досліджень було виявлено і оцінено об’єднаний критерій перспективності пегматитового тіла. Для його визначення був використаний вираз (5):

, %, | (5) | де D – об’єднаний критерій перспективності пегматитового тіла;

тзі – потужність і-тої зони, м;

тТ – потужність пегматитового тіла, м;

Сі – коефіцієнт вартості корисних компонентів в і-тій зоні;

kц – коефіцієнт кольору польових шпатів пегматитового тіла.

За запропонованою методикою визначення перспективності пегматитового тіла були проведенні розрахунки залежності потужності зон пегматиту від потужності самого тіла. Потужність графічної зони, пегматоїдно-графічної зони, пегматоїдної зони, польовошпатової зони, блокової зони, зони сірого кварцу, зони вилужування, заноришу залежно від потужності пегматитового тіла визначаються відповідно з виразів (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12), (13):

, м, | (6) | , м, | (7) | , м, | (8) | , м, | (9) | , м, | (10) | , м, | (11) | , м, | (12) | , м. | (13) | За результатами виконаного дослідження залежності потужності зон від потужності пегматитового тіла об’єднаний критерій перспективності можна визначити з виразу (14):

, %. | (14) | Також в даному розділі наведена методика поділу родовища п’єзооптичної сировини на окремі шахтні поля та викладені результати визначення оптимальних напрямків проведення підземних гірничих виробок при підготовці нових горизонтів.

Суть методики поділу родовища на окремі шахтні поля полягає в можливості визначення в межах ділянки наявності груп і окремих пегматитів з підрахованими запасами за категорією С2; наявності пегматитів, які за даними пошукового буріння віднесені до продуктивних, але за певних умов отримати дані, які необхідні для підрахунку перспективності запасів в них, неможливо; наявності сприятливих геологічних критеріїв для виявлення на ній нових пегматитів, тобто наявності прогнозних запасів.

Принципова схема розкриття кожного шахтного поля, з урахуванням вимог безпечного ведення робіт, мінімального підземного транспортування, провітрювання виробок і місцевих умов (рівнинна місцевість і розрізненість об’єктів експлуатації) містить в собі наступні основні виробки: два–три вертикальних шахтних ствола глибиною 150–200 м; систему горизонтальних головних відкотних штреків, які з’єднують шахтні стволи на горизонтах і які проходять вздовж пегматитоносної зони.

При проведенні аналізу перспективності пегматитових тіл родовища з створенням його моделі був проведений розрахунок запасів ділянки за допомогою умов (15), (16), (17) і визначені місця розташування виробок та раціональні напрямки ведення гірничих робіт.

Для визначення напрямків по вісі координат Х:

;

. | (15) | Для визначення напрямків по вісі координат Y:

;

. | (16) | Для визначення напрямків по вісі координат Z:

;

. | (17) | При визначенні раціональних напрямків проведення виробок були отримані наступні значення дирекційних кутів відповідно для північного і південного штреків:

·

·

Таким чином, можна зробити висновок, що використання комплексного критерію залежності пегматитового тіла дає можливість визначати не тільки його перспективність і продуктивність, але й може бути взяте за основу при проектуванні системи гірничих виробок на родовищах пегматитових тіл

У п’ятому розділі “Визначення ефективності розробки Волинського родовища на основі екологічності та економічності” встановлена економічна і екологічна ефективність видобування пегматитів на Волинському родовищі п’єзооптичної сировини на основі врахування уперше встановлених закономірностей визначення продуктивності і перспективності ділянок родовища і раціональних напрямків проведення гірничих виробок.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій дано нове рішення актуальної науково-практичної задачі оцінки просторового розташування та продуктивності пегматитів на основі вивчення закономірностей розміщення пегматитових покладів в надрах з метою їх геометризації для обґрунтування параметрів їх розробки підземним способом.

Найбільш важливі наукові та практичні результати досліджень, висновки і рекомендації полягають в наступному:

1. Україна володіє великим ресурсним потенціалом коштовного, напівкоштовного, виробного та декоративно-облицювального каміння. Коштовне і напівкоштовне каміння приурочене до шести кварцоносних провінцій, з яких найбільшою і найперспективнішою є провінція Коростенського плутону, в надрах якого на Волинському родовищі зосереджені великі запаси п’єзосировини (моріон, димчастий кварц, гірський кришталь), коштовних і напівкоштовних каменів (берил, топаз, аметист, цитрин, флюорит), виробних каменів (молочний кварц, волиніт, пегматит, письмовий граніт).

2. Пегматити Волинського родовища, що вміщують п’єзооптичну і каменесамоцвітну сировину, поділяється на два класи: гранітні пегматити, лужні (сієнітові) пегматити. Пегматитова польовошпатова сировина використовується як виробний та декоративний камінь, для потреб скляної, фарфоро-фаянсової, будівельно-керамічної, електротехнічної, електро-ізоляційної, електронної, абразивної та хімічної промисловості.

3. Враховуючи, що пегматити Волинського родовища мають різні форми, розміри, просторове розміщення, різну продуктивність та перспективність, їх ефективна розробка підземним способом може забезпечуватись лише на основі вивчення закономірностей просторового розташування, оцінки продуктивності та ретельної геометризації пегматитових покладів.

4. В межах Волинського родовища пегматитові зони приурочені до ендоконтактових частин гранітоїдів, які прилягають до масивів основних порід. Групи пегматоїдних тіл спостерігаються в гранітах, які мають дрібнозернисту структуру з добре вираженою дрібнопорфировидною будовою. Найбільші за розмірами пегматитові тіла залягають в гранітах, у складі яких рогова обманка переважає над іншими темнокольоровими мінералами.

5. Аналізом внутрішньої будови пегматитів встановлено, що найбільш продуктивними є камерні пегматити, які містять велику камеру та інтенсивно проявлене гідротермальне мінералоутворення, серед яких виділяють декілька різновидів: ізометричні, ущільнені по вертикалі та штокоподібні. Навколо них пегматитові граніти характеризуються змінами метасоматичного походження, які утворюють своєрідні зони: зона гранітів, збагачених темнокольоровими мінералами; зона вилужування; зона сієнітизації; зона зміни забарвлення; зона тріщинуватості; зона характерної акцесорної мінералізації; зона геохімічної та геофізичної аномалій. Зміни вмісних гранітів можуть слугувати важливим пошуковим критерієм при розвідці на пегматити.

6. Найбільша концентрація пегматитових тіл приурочена до зони розлому, по якому укорінювалась гранітна магма.

7. Пегматитовий район характеризується зональною будовою. Зональність виражається в закономірному зменшенні кислотності гранітів з заходу на схід, а тому головним структурним елементом, який визначає форму, розміри і будову пегматитового району, слід вважати контакт між основними та кислими інтрузіями. В східній приконтактовій до основних порід зоні розміщені переважно великі багатокамерні пегматити, в осьовій зоні контакту – типові заноришеві, а в західній приконтактовій до кислих порід зоні розміщені дрібні тіла зі слабовираженими проявами гідротермальної переробки.

8. Пегматитові тіла Волинського родовища мають ізометричні форми, які можна в узагальненій моделі описати стисненим еліпсоїдом обертання, що характеризується наступною зональною будовою: метасоматичний граніт; зони – графічна, апографічна, пегматоїдна, блокова, заміщення і вилужування; кварцове ядро; мінералізована порожнина.

9. Дослідження закономірностей зміни розмірних характеристик і продуктивності пегматитів від їх географічного розташування доцільно виконувати на основі розробки каркасної моделі родовища, головною віссю якої слугує лінія контакту кислих і основних порід та перпендикулярно побудовані до неї розрізи.

10. Зміна об’ємних показників пегматитів від їх географічного положення з півночі на південь в плоских геодезичних координатах описується параболічною залежністю виду
у = 0,0008х2 – 37,169х + 398497, а зміна цих показників із заходу на схід апроксимується функцією виду у = 0,0044х2 76,578х + 334548. Параболічними залежностями описуються зміни потужності кварцових ядер з півночі на південь та з заходу на схід.

11. Ефективна геометризація кількісних показників пегматитових покладів забезпечується комп’ютерними та ГІС технологіями, що дозволяє виконати побудову об’ємних моделей в ізолініях і слугує підґрунтям оптимального розв’язку гірничо-технічних задач з урахуванням геологічних, технологічних і економічних факторів.

12. Продуктивність пегматитових тіл залежить від потужності тіла, його будови та кольору польових шпатів, перші два чинники відіграють визначальну роль. Встановлена залежність продуктивності пегматитового тіла від його потужності, яка описується параболічною функцією виду: у = 0,0005х2 – 0,0128х + 0,1229. Залежності потужностей зон пегматитового тіла від потужності самого пегматиту описуються функціями лінійного виду.

13. Результати дисертаційних досліджень забезпечили: обґрунтування поділу родовища на шахтні поля; визначення місця закладення головної розкривної виробки та напрямки проведення головних підготовчих виробок.

14. Впровадження результатів дисертаційних досліджень забезпечує зменшення витрат на проведення підготовчих виробок та їх підтримання в процесі експлуатації, збільшення річного обсягу видобутку продукції .

Список опублікованих праць здобувача
за темою дисертації:

1. Панасюк А. В., Скиба Г. В. Геологічні особливості району розвитку пегматитових тіл на Волинському родовищі п’єзооптичної сировини // Вісник ЖІТІ: Житомир, 2003. – № (24). –
С. 254–258

2. Панасюк АВ. Розміщення і будова пегматитових тіл в межах Коростенського плутону // Вісник ЖІТІ. – №4 (23). – 2002. – С. 292–295

3. Панасюк А. В. Критерії перспективності та продуктивності камерних пегматитів // Збірка тез доповідей "Екологія. Людина. Суспільство". – К., 2003. – С. 172–173

4. Панасюк А. В. Декоративные камни Волынского месторождения пьезооптического сырья // Сборник научных трудов: Добыча, обработка и применение природного камня. – Магнитогорск, 2004. – С. 34–39.

5. Панасюк А. В. Моделювання родовища пегматитових тіл в межах Коростенського плутону // Вісник ЖДТУ / Технічні науки. – 2004. – № 1 (28). – С. 183–185.

6. Панасюк А. В. Вплив природи пегматитових тіл на ефективність процесу проектування системи гірничих виробок та видобування // Вісник ЖДТУ / Технічні науки. – 2004. – №(31). – Т. II. – С. 205–208.

7. Панасюк А. В. Вплив гірничих робіт на екологічний стан району // Збірка тез доповідей "Екологія. Людина. Суспільство". – Київ. – 2004. – С. 161

8. Панасюк А. В. Формування навколишнього середовища при підземній розробці родовищ // Збірка матеріалів всеукраїнської конференції молодих вчених "Сучасні проблеми екології". – Запоріжжя. – 2004. – С. 204–207.

9. Бакка М. Т., Панасюк А. В. Рекультивація земель та способи використання виробленого простору в умовах рудника "Волинський" // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції "Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання, рекультивація, охорона". – Дніпропетровськ. – 2003. – С. 136–137.

10. Панасюк А. В. Класифікація гранітних пегматитів Коростенського плутону. // Сборник докладов научно-технической конференции “Геоинформатика, геодезия, маркшейдерия”. – Донецьк. – 2003. – С. 123–125.

11. Панасюк А. В., Мяновська М. Б. Гідрологічна характеристика впливу видобутку п’єзооптичної сировини на район ведення гірничих робіт // Збірка тез доповідей "Екологія. Людина. Суспільство". – Київ. – 2005. – С. 118

Особистий внесок автора у роботи написані у співавторстві: у роботі [1] – визначені основні геологічні особливості району розвитку пегматитових тіл і зв'язок пегматитових тіл з вміщуючими породами; у роботі [9] – визначені способи раціонального використання виробленого простору після закінчення експлуатації Волинського родовища п’єзооптичної сировини; у роботі [11] – визначений обсяг негативного впливу на гідрологічний стан району при розробці Волинського родовища п’єзооптичної сировини.

АНОТАЦІЯ

Панасюк А. В. оцінка просторового розміщення та продуктивності пегматитів з метою їх геометризації для обґрунтування параметрів їх розробки підземним способом . – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.01 – “Маркшейдерія”. – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2006 р.

Дисертація присвячена питанням оцінки просторового розміщення та продуктивності пегматитів з метою їх геометризації для підвищення ефективності видобування кристалосировини підземним способом розробки. У результаті виконаних досліджень визначені основні закономірності впливу структури пегматитових тіл, на основі яких створена модель родовища каменесамоцвітної сировини і п’єзокварцу.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень встановлено і підтверджено аналітично, що використання об’єднаного критерію перспективності пегматитового тіла дає змогу визначити запаси ділянки розміщення пегматитів, що забезпечує визначення місцезакладення головних розкривних виробок та раціональні напрямки проведення підготовчих гірничих виробок. Створені методи оцінки продуктивності ділянок, на яких ведеться видобування, на основі врахування особливостей будови покладів пегматитів. Результати дисертаційної роботи дозволяють зменшити обсяги проведення підземних гірничих виробок, забезпечивши збільшення прибутків видобувних підприємств.

Ключові слова: геометризація, кристалосировина, перспективність пегматитових тіл, каркасна модель родовища.

АННОТАЦИЯ

Панасюк А. В. Оценка пространственного размещения и перспективностии пегматитов с целью их геометризации для обоснования параметров их разработки подземным способом . – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.01 – “Маркшейдерия”. – Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2006 г.

Диссертация посвящена вопросам оценки пространственного размещения и производительности пегматитов с целью их геометризации для повышения эффективности добычи кристаллосырья подземным способом. В результате выполненных исследований определены основные закономерности влияния структуры пегматитовых тел на их производительность. В работе проведена оценка форм и размеров пегматитов, на основе которых создана модель месторождения камнесамоцветного сырья и пьезокварца. Осуществлен анализ структурных элементов залежей с применением ГИС технологий.

На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено и подтверждено аналитически, что использование объединенного критерия перспективности пегматитового тела дает возможность определить запасы участка размещения пегматитов, что обеспечивает определение местозаложения главных вскрывающих выработок и рациональные направления проведения подготовительных горных выработок.

На основе теоретических и экспериментальных исследований впервые доказана возможность геометризации количественных показателей, которые характеризуют пегматитовое тело и определяют количество запасов в нем. Разработана методика определения запасов на основе качественных и количественных характеристик пегматитовой залежи. Предложенная методика дает возможность получать информацию о запасах определенного месторождения или какого-либо его участка. Полученные результаты могут быть использованы для геометризации, создания различных электронных геологических, маркшейдерских и горно-геометрических отчетов, планов, приложений и карт.

Определены основные закономерности изменения объемов пегматитового тела в зависимости от их географического расположения, разработаны методы геометризации количественных показателей пегматитовых залежей для месторождений пьезооптического и самоцветного сырья. Созданы методы оценки производительности участков, на которых ведется добыча, c учетом особенностей строения залежей пегматитов.

Результаты диссертационной работы дают возможность уменьшить объемы проведения подземных горных выработок, обеспечив увеличение прибылей добывающих предприятий.

Ключевые слова: геометризация, кристаллосырье, перспективность пегматитовых тел, каркасная модель месторождения.

ANNOTATION

Panasyuk A Estimation of spatial placing and productivity of pegmatites with the purpose of them geometrical analysis for the ground of parameters of their development by an underground method – Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of candidate of engineering sciences оn a speciality 05.15.01 is "Mine survey". Donetsk national technical university, Donetsk, 2006

Dissertation is devoted to the questions of estimation of the spatial placing and productivity of pegmatites with the purpose of them geometrical analysis for the increase of efficiency of booty by the crystal raw material underground method of development.. In the total executed researches certain basic conformities to the law of influencing of structure of pegmatite’s bodies, on the basis of which the created model of deposit of semiprecious stone raw material and pezoquartz.

On the basis of theoretical and experimental researches it is set and confirmed analytically, that the use of the incorporated criterion of perspective of pegmatite’s body enables to define the supplies of area of placing of pegmatites, that provides determination of the location of the dissection making and rational directions of conducting of the preparatory mountain making. Created methods of estimation of perspective on the supplies of areas which a booty is conducted on, on the basis of account of features of structure of beds of pegmatites. Dissertation job performances allowed to decrease the volumes of conducting of the underground mountain making, providing the increase of incomes of extractive enterprises.

Keywords: geometrical analysis , crystal raw material, perspective of pegmatites’ bodies, framework model of deposit.