УДК 548.736.5

Пузеева М.П.¹, Токушева Ж.Т.¹Портнов В.С.¹, Юров В.М.²,

Тунгышбаева А.Т.¹, Турсунбаева А.К.¹

¹Карагандинский государственный технический университет

²Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ИСКУССТВЕННОГО

ПОДМАГНИЧИВАНИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА

МАГНЕТИТОВЫХ РУД

Метод искусственного подмагничивания горных пород, разработанный В.Д.Стадухиным [1], позволяет определять магнитную восприимчивость горных пород и руд в естественном залегании и в сравнительно большом объеме пород (десятки и сотни тысяч кубических метров). Измеренное значение магнитной восприимчивости используют для оценки природы магнитных аномалий и содержания ферромагнитных компонентов в рудах отдельных месторождений, в первую очередь, железорудных (магнетитовых).

Геофизические методы опробования магнетитовых руд в той или иной степени внедрены на всех эксплуатируемых месторождениях Казахстана. Они позволяют оперативно получать достоверную и объективную информацию о качестве руд, которая используется для управления качеством руд при их отработке. На существенно магнетитовых рудах для определения общего и магнетитового железа используется метод магнитной восприимчивости (ММВ). Опыт работ по использованию ММВ на месторождениях Казахстана показал, что при точности определения общего железа по взрывной скважине 1,8% абс. представляется возможным определять содержание железа с погрешностью не более 0,5% абс. Необходимо отметить, что погрешность определения общего железа обусловлена изменчивостью немагнитной его части, связанной с вхождением железа в силикатные минералы, сульфиды, окислы. Единство закономерности изменения магнитной восприимчивости руд от содержания магнетита упрощает использование ММВ для оценки качества руд, но в тех случаях, когда магнитная восприимчивость магнетита различных типов руд значимо отличается, то в этом случае корреляционные связи показаний прибора от содержания железа следует устанавливать для каждого типа руд.

Эффективность работы рудника определяется достоверностью и оперативностыю прогноза качества руд, положения рудных тел в пространстве. Применение для этих целей метода искусственного подмагничивания (МИП) дает возможность оценивать качество руд на глубину исследований, а по их результатам строить погоризонтные карты качества руд на глубину уступа карьера.

Эти карты используются при планировании массы руд и их качества, что позволяет в сочетании с использованием рудоконтрольной геофизической станцией управлять качественными показателями складируемой руды и планировать поступление на обогатительную фабрику руд с заданными показателями.

Сущность метода искусственного подмагничивания пород состоит в том, что с помощью расположенного на поверхности земли незаземленного контура с постоянным или пульсирующим током малой частоты (около 0,7 Гц) возбуждается магнитное поле. Породы, подмагниченные этим полем, создают дополнительный (вторичный) эффект, величина которого зависит от магнитной восприимчивости, глубины до поверхности руд и их формы. Определению подлежит вторичное магнитное поле, создаваемое подмагниченными рудами. Для этого непосредственно измеряют магнитное поле на исследуемом участке при отсутствии в контуре тока, при прохождении в контуре тока, а также нормальное поле контура над немагнитными породами (на контрольном участке). По вычисленному вторичному магнитному полю определяют магнитную восприимчивость пород или руд участка. Измерения производят с использованием постоянного тока полевыми DZ-магнитометрами наиболее высокой чувствительности.

Полевые работы проводят в следующих модификациях – магнитное профилирование и магнитное зондирование. Методика полевых работ сходна с методикой работ методами незаземленной петли и переходных процессов в электроразведке, отличаясь рядом особенностей, в первую очередь тем, что измеряют стационарные магнитные поля. Аномальный эффект, составляющий 1-8%, измеряют путем компенсации первичного намагничивающего поля контура.

В карьерном варианте МИП [2] исследуемой средой является нижнее магнитное полупространство. Аномальное значение вертикальной составляющей поля над однородным магнитным полупространством определяется выражением

Z_a=KZ₀, (1)

где K=2πæ´- коэффициент отображения, æ´- магнитная восприимчивость тела, Z₀ - первичное намагничивающее поле.

Вторичное поле (Z_в), измеренное в точках, расположенных в пределах рамки, представляет собой сумму Z_a и первичного намагничивающего поля рамки

Z_в - Z₀ = Z_а =КZ₀ (2)

Рудное тело, подмагниченное полем рамки, создает вторичное поле, которое и является источником информации о магнитной восприимчивости этого тела. Наиболее удобной величиной для установления корреляционной зависимости с содержанием железа в рудах является коэффициент отображения , не зависящий ни от силы тока в рамке, ни от ее размеров, ни от положения точки измерения внутри рамки. Коэффициент отображения представляет собой отношение вторичного поля к первичному полю рамки в точке измерения. Он пропорционален магнитной восприимчивости полупространства

(3)

Корреляционные связи между коэффициентом отображения K и содержанием общего и магнитного железа устанавливаются по измерениям на разбуренных скважинами блоках, в которых выполнен химический анализ и проведены измерения методом магнитной восприимчивости.

Предложен термодинамический подход к задачам магнитометрии и для коэффициента отображения получена формула, с хорошей точностью соответствующая экспериментальным данным [3]

, (4)

где А - const; N - число магнитных диполей в единице объекта вещества магнитного полупространства; G⁰ - энергия Гиббса этого вещества (горных пород и руд).

Поскольку G₀ = H – TS + PV (где Н - энтальпия, Т - температура,
S – энтропия, Р - давление, V – объем), то изменение состояния исследуемого полупространства за счет возникновения упругих напряжений приводит к изменению магнитной восприимчивости и, следовательно, К

. (5)

Поскольку, как известно, деформация горных пород пропорциональна приложенному давлению Р, то формула открывает перспективу исследования деформационных процессов, возникающих в сейсмоактивных зонах.

Метод искусственного подмагничивания позволяет оперативно и с высокой точностью оценивать качество, запасы рудных блоков, определять границы сортности руд. Результаты среднего содержания железа в рудных блоках оказываются ближе к результатам опробования их в транспортных емкостях, что связано с большим осреднением измеряемого параметра.

При проведении работ МИП необходимо обращать внимание на то, что факторами, снижающими точность и достоверность оценки качества руд, являются, во-первых, зоны окисленных магнетитовых руд и, во-вторых, - наличие типов руд с различной магнитной восприимчивостью и содержанием немагнитного железа [4-6].

Опыт работы на Куржункульском, Качарском, Кентобинском месторождениях показал, что применение МИП дает возможность определить содержание железа с погрешностью (±1,81%) и запасы руды (±5,7%) в объеме куба, размеры которого равны высоте уступа горизонта карьера. Аномальное значение вертикальной составляющей магнитного поля, измеренное в центре рамки, не зависит от остаточной намагниченности J_n. По результатам измерения МИП по рабочим площадкам горизонтов карьера с шагом 5-10 м строятся качественные планы, позволяющие выявить пропущенные детальной разведкой тела, оценить запасы и границы рудных блоков, уменьшить потери руды в недрах и ее засорение.

Список литературы

1Стадухин В.Д., Гуранов В.Н., Шабанова К.Н. и др. Метод искусственного подмагничивания при поисках магнетитовых месторождений (Методические рекомендации /Свердловск: УНЦ АН СССР, 1982, 106 с.

2Портнов В.С. Оценка качества магнетитовых руд в естественном залегании //Горный журнал. М.: Недра, 1986. № 6. С.36-37.

3Портнов В.С. Термодинамический подход к задачам геофизического опробования железорудных месторождений. Караганда: КарГТУ, 2003, 178 с.

4Портнов В.С., Фартучный В.Н., Борисенко Ю.Н. Изучение физических свойств пород и руд месторождения Каражал //Сб. научн. тр. КарПТИ /Технология разработки месторождений полезных ископаемых, Караганда, 1976. Вып.4. С.153-156.

5Портнов В.С., Пупялис О.В., Тян Л.Д. Физические характеристики пород и руд Куржункульского месторождения //Сб. научн. тр. КарПТИ: Повышение эффективности геолого-геофизических исследований месторождений полезных ископаемых, Караганда, 1988. С.71-73.

6Портнов В.С., Парафилова Р.У., Загоруйко В.Г. Влияние генетических особенностей железных руд на геофизические параметры опробования //Сб. научн. тр. УНЦ АН СССР /Петрофизические исследования на Урале. Свердловск, 1987. С.47-53.