1. Előadás: A hasznosítható ásványanyagok felderítése, kutatása és feltárása

Átírás

1 1. előadás: A hasznosítható ásványanyagok felderítése, kutatása és feltárása 1. Előadás: A hasznosítható ásványanyagok felderítése, kutatása és feltárása A hasznosítható ásványok kitermelése kétféle módon történik: mély és külszíni műveléssel. Ha a hasznosítható ásványok viszonylag mélyebben helyezkednek el, aknákat mélyítünk, ritkábban közel szintes folyosókkal hatolunk a föld mélyébe, hogy az ásványkincsekhez hozzáférhessünk. Ha az ásvány-előfordulást takaró réteg viszonylag nem vastag, vagy egyáltalán nincs, a kitermelés külszíni műveléssel folyik, az ásványkincset a takaróréteg eltávolításával tesszük hozzáférhetővé. Az aknatelepítést megelőzi az ásványkincsek felderítése, felkutatása. Felderítéskor kijelölik azokat a területeket, ahol bizonyos hasznosítható ásványok előfordulása lehetséges. A kutatás feladata már szélesebb körű. Bizonyos fokig tisztázza a hasznosítható ásványok térbeli helyzetét, mennyiségét, minőségét, az ásvány előfordulásának, valamint a kísérő kőzeteknek fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonságait. Alapot ad az ásványelőfordulás felnyitásának, feltárásának, lefejtésének, dúsításának, nemesítésének megtervezésére. Megközelítően feletet ad arra, hogy a leművelést milyen körülmények kísérik. Feltárja az ásvány-előfordulás alatti fekükőzeteket, a takaró fedőkőzetek szilárdsági viszonyait, víztartalmát. Ezek alapján előre lehet következtetni a bányatérségek állékonyságára a vízbetörés veszélyére. A széntelepek kémiai vizsgálata előre jelezheti a telepek gázosságát, öngyulladásra való hajlamosságát. A kutatás mélyfúrással történik. A földtani, esetleg geofizikai munkálatok által felderített területekre telepített mélyfúrásokat felderítő mélyfúrásoknak hívjuk. Ha a felderítő fúrások a földtani feltételezés által kimutatott lehetőséget valószínűsítik, igazolják, a további fúrások már az előzetes és a részletes mélyfúrások kategóriájába esnek. Az előzetes fúrások nagy lépésekben tapogatják ki az ásvány-előfordulás tér és nagyságrendbeli kiterjedését. Ezek közötti területet töltik ki a részletes mélyfúrások. A fúrólyukak térbeli helyzetének meghatározása A mélyfúrásokból csak úgy kaphatunk képet az ásvány-előfordulások alakjára és térbeli helyzetére, ha nemcsak a fúrásoknak a külszíni vízszintes-vetületi helyét és magasságát, hanem az egyes rétegválasztó pontok térbeli helyét is meghatározzuk. A fúrólyuk-tengelyek azonban a geológiai technikai, technológiai, stb. tényezőktől függően általában elhajlanak a tervezett (függőleges ferde) iránytól. Az elhajlás elhanyagolása, a fúrólyuk tengely és kérdéses rétegelválasztó pont találkozásánál, vízszintes és magassági értelemben méteres nagyságrendű hibát is okozhat. Az elhajlás mértékének ismertében a fúrólyuk és a rétegfelszín találkozási pontjai természetesen megfelelő pontossággal meghatározhatók. Nagy jelentősége van az elhajlás meghatározásának irányított (ferde) fúrásnál. A fúrási költségeket és fúrási időt lényegesen lecsökkentő, egy fúrólyukból vagy egy helyből kiinduló ún. bokros fúrás különösen az olajbányászatban terjedt el. Az utóbbi időben szintes meredekdőlésű és függőleges terepeknél alkalmazzák. A fúrótengely térbeli helyzetének meghatározásakor ismerni kell a fúrólyuk F 0 szájától kiindulva a meghatározott l i szakaszokon a fúrótengelynek a függőlegesen bezárt α i zenitszögét és a szakaszhosszak vízszintes vetületének δ i irányszögét. (1. ábra) 1-1

2 Óravázlat a Földalatti mérések előadásaihoz 1. ábra Természetesen a mérésekkel meghatározott fúrólyuktengely annál jobban megközelíti a valóságos térbeli fúrólyuktengelyt, minél pontosabban mérjük az α i és δ i szögeket, az l i távolságokat és minél kisebb a görbület a mérési pontok között. Az α i, szögeket a fúrólyuk szájától 10, 20, m-ként speciális műszerekkel ún. inklinométerekkel mérik. Az irányszög meghatározásához az azimut mérése már bonyolultabb. Meghatározásuk célszerűen közvetlen úton történik. A közvetlen módszernél, béléscsövezetlen fúrólyukba mágneses műszereket, béléscső alkalmazásakor giroszkópos műszereket használnak. A műszerekben két inga van. Az egyik lengési síkja a csillagászati vagy mágneses észak irányban, a másik sík ezekre merőlegesen fekszik. A különböző módszerek és alkalmazott műszerek pontossága lényegesen eltérő. Újabban az α i zenitszögek ± 15, a δ i irányszögek pedig ± 3 º - ± 8 º pontossággal telemetrikusan határozhatók meg. A fúrólyukban az egyes rétegelválasztó pontok helyzetét a következőképpen határozzuk meg, Függőleges fúrólyuknál a kérdéses rétegelválasztó pont vízszintfelületi koordinátája a fúrólyuk külszíni koordinátájával egyezik meg, magassági adatként a fúrólyukmélységgel csökkentjük a külszíni fúrólyukszáj magassági koordinátáját. 1-2

3 1. előadás: A hasznosítható ásványanyagok felderítése, kutatása és feltárása 2. ábra Irányított ferde-fúrásnál (2. ábra) a fúrótengely α zenitszögének és a fúrólyuk l hosszának ismeretében először számítjuk az ábrabeli h és s értéket: H = l cos α, s = l sin α Ezután a külszíni F 0 pontból a fúrótengely irányszögével és az s vízszintes távolsággal a fúrólyuktengely és a kérdéses rétegelválasztó pont F találkozási helye számítással vagy szerkesztéssel meghatározható. Számításkor először a y és x értékeket határozzuk meg: y = s sin δ = l sin α sin δ, x = s cos δ = l sin α cos δ Ezek ismeretében az F pont koordinátáit a külszíni F 0 fúrólyukszáj y 0, x 0 és z 0 koordinátáinak ismeretében az Y = y0 + y, x = x 0 + x, z = z0 - h összefüggések adják. Amint mondottuk a gyakorlatban a fúrólyukak a kijelölt függőleges vagy ferde iránytól általában elhajlanak. Az elhajlás mértékének ismeretében a ferde fúrólyuk és a rétegfelszín találkozási pontjainak koordinátái szintén számítással vagy szerkesztéssel határozhatók meg. (4. ábra). Számítás esetén az F találkozási pont koordinátái az y F = y 0 + l i sin α i sin δ i x F = x 0 + l i sin α i sin δ i z F = z 0 - l i cos α i összefüggésekkel számíthatók. 1-3

4 Óravázlat a Földalatti mérések előadásaihoz 3. ábra A szerkesztéskor az egyes mért szakaszok l i hossza, és a szakaszok α i zenitszöge alapján először megszerkesztjük a fúrólyuktengely profilját (3. ábra a képe). Ezután az egyes l i szakaszhosszak δ i irányszögei, valamint s i vízszintes vetületei ismeretében szerkeszthetjük meg az F rétegelválasztó pontot (3. ábra b képe). Az ásványtelepülések geometriai paraméterei és meghatározásuk fúrólyukak adatai alapján Az ásvány-előfordulások alakjának, méreteinek és térbeli elhelyezkedéseinek megállapításához szükséges paraméterek a település geometriai paraméterei. Ezek: - a telep kiterjedése (szélessége, hosszúsága), - a telep δ csapásszöge, - a telep γ T hajlásszöge, - a telep m t vastagsága (a fedő és a fekü közötti merőleges távolság), - a telep H mélysége( a külszín és a fedő függőleges távolsága). Egy telep fekü- vagy fedősíkjának valamely tetszőlegesen felvett magasságában elhelyezkedő csapásvonalán a fekü- vagy fedősík és az ugyanezen magasságban felvett vízszintes sík metszésvonalát értjük (4. ábra). A csapásvonalak tehát egy telep (réteg) feküvagy fedősíkjának különböző magasságú vízszintes alkotói. 1-4

5 1. előadás: A hasznosítható ásványanyagok felderítése, kutatása és feltárása 4. ábra A csapásvonalra merőleges telepbeni egyenes a dőlésvonal (esésvonal). A dőlésvonal a lejtés irányában a telep dőlésirányát mutatja. A dőlésvonal tehát egy térbeli egyenes, amelyet a térképen a két adat, a ß és γ T határoz meg. A ß a dőlésvonal dőlésirányba mutató vízszintes vetületének irányszöge, azaz a + x tengelynek és a dőlésvonal dőlésirányú vízszintes vetületének az óramutató járásával megegyező irányban bezárt szöge. A γ T a telep dőlésszöge, vagyis az a szög, amelyet a dőlésvonal a vízszintessel magassági értelemben zár be. A csapásvonalnak két iránya van. Az ebből származó kétértelműség megszüntetésére elfogadjuk, hogy a csapásirányt a csapásvonalának az az ága mutatja, amelybe a dőlésvonal az óramutató járásának megfelelően beforgatható. A csapásszögön ennek az iránynak a +x tengellyel bezárt szögét értjük. Az említett adatokat méréssel, szerkesztéssel és számítással határozhatjuk meg. A gyakorlatban a rendelkezésre álló adatok korlátozott pontossága miatt általában csak a szerkesztést használjuk. A település geometriai paramétereit és a meghatározásukhoz szükséges adatokat a részletes geológiai kutatások, illetve a művelés során nyerjük. A geometriai paraméterek meghatározása a fúrólyuk adatai alapján grafikusan és numerikusan történhet. Mélyfúrásokkal megkutatott telepsík geometriai paraméterei meghatározhatók számítással, vagy szerkesztéssel. Egyes feladatok megoldásakor számítással, míg nagy területen tömeges meghatározás esetén szerkesztéssel juthatnak gyorsabban eredményhez. A feladat megoldása szerkesztéssel. (5. ábra) A geodéziai meghatározás és a fúrás adataiból ismertek az A, B és C fúrólyukak x és y vízszintes vetületei, valamint (a telep fedőjére vagy feküjére) vonatkoztatott m magassági koordinátái. A vízszintes vetületi koordináták alapján a fúrólyukak térképünkön, vagy valamilyen méretarányban szerkesztett vázlaton ábrázolhatók. 1-5

6 Óravázlat a Földalatti mérések előadásaihoz 5. ábra Ha a telepre vonatkozó magassági koordináták m A = -184,0 m, m B = -126,0 m és m C = -208,0 m akkor a szerkesztés további lépései a 6. ábrán követhetően a következők. A legmélyebben fekvő C és a legmagasabban fekvő B pontot összekötő egyenesen graduálással vagy arányos osztással megkeressük az A ponttal egyenlő magasságú ( a 184,0 m magasságú) A 1 pont helyét. Az A és az A 1 pontot összekötő egyenes a keresett csapásvonal egyenese. A csapásvonalra merőleges a dőlésvonal, s iránya a mélyebben fekvő pontok felé mutat. A telepsík γ-val jelölt dőlésszögeit pedig megkapjuk, ha a B ponton függőlegesen és a csapásvonalra merőlegesen felvett síkot egy vízszintes tengely körül szintén a vízszintes síkba forgatjuk, s ott megszerkesztjük a felvett sík és a telepsík metszésvonalát a következőképpen. A csapásvonalon megkeressük a B pont talpponját a D pontot, majd a D ponttól a csapásvonalon felmérjük a t 3 = m A - m B = 58 m távolságot a térképünk vagy a vázlatunk méretarányában. Az így kapott E pontot összekötve a B ponttal az EBD háromszög γ -val jelölt szöge megadja a telepsík keresett dőlésszögét. Felhasznált irodalom: - Ódor K.: Földalatti mérések. Tankönyvkiadó, Budapest, (S. 9-20) 1-6