Оценка средних значений объемной массы п. и.
Плотность полезного ископаемого (объёмная масса) для подсчета запасов определяется для воздушно-сухого состояния горной массы.
Измерение плотности может быть осуществлено несколькими способами, как по отобранным образцам, так и на месте залегания.
Значительную часть массы полезных ископаемых обычно составляют породообразующие минералы и, соответственно, относительно легкие элементы. Наличие тяжелых компонентов (металлов) практически сказывается на увеличении плотности полезных ископаемых только при содержаниях порядка 10% и более. Однако, на величину плотности полезных ископаемых сильное влияние может оказывать агрегатное состояние горной массы в недрах, т.е. пористость, трещиноватость, наличие открытых полостей-каверн и пр.
Измерение плотности в образцах полезного ископаемого производится путем их взвешивания в воздухе и в воде. Величина плотности определяется при этом по формуле:
d = Ма / ( Mа-Мw)
где Мa - масса образца в воздухе;
Мw - масса образца в воде.
Образцы (штуфы) обычно берутся такого размера, чтобы их взвешивание можно было выполнить на лабораторных весах, обеспечивающих точность взвешивания не менее 0,0n г. Для надежного определения плотности количество взвешиваемых образцов должно составлять не менее 30-50. При наличии в недрах нескольких типов полезного ископаемого, отличающихся по агрегатному состоянию (пористости, трещиноватости), минеральному составу и т.п., серии образцов должны представительно характеризовать каждый тип.
Пористые образцы перед взвешиванием в воде покрывают парафином или лаком. При этом, каждый образец взвешивают трижды: в естественном состоянии, после парфинирования (лакировки) и, наконец, парафинированный (лакированный) образец в воде, а расчет плотности ведут по формуле:
d = Ма / (2Ма - Мw -Мр)
где Мр - масса образца после парафинирования (лакировки).
Существуют специальные приборы - денситометры, представляющие собой особым образом сконструированные весы, на которых при взвешивании образца в воде стрелка на шкале сразу показывает величину плотности в г/см3. К подсчету запасов принимаются средние значения плотности по сериям измерений.
Лабораторные определения плотности по сравнительно небольшим образцам могут несколько завышать истинное значение плотности в массиве полезного ископаемого в недрах, т.к. при измерении их плотности не может быть учтено влияние макротрещин, пустот и каверн, которые могут присутствовать в массиве. Поэтому, лабораторные определения плотности следует заверять измерениями в массиве на месте залегания. Существуют два способа таких измерений: геофизический и маркшейдерский.
При геофизическом способе используется способность пород (руд) ослаблять поток радиоактивного гамма-излучения пропорционально плотности. Для измерений в стенке горной выработки пробуривают группу параллельных шпуров, глубиной около 0,5 м, на расстоянии около 0,3 м один от другого. Это расстояние и параллельность шпуров в каждой группе должны быть выдержаны как можно точнее. Обычно, пять таких шпуров располагают “конвертом”. В центральный шпур помещают эталонный источник гамма-излучения с известной интенсивностью (на воздухе), а в периферические шпуры последовательно вводят датчик радиометра, измеряя фактическую интенсивность излучения при данной толщине слоя породы (руды). Для дальнейших расчетов принимают среднее из произведенных замеров по четырем шпурам “конверта”.
Для расчета плотности используется зависимость:
I/I0 = F ( rd, Z, E)
где I и I0 - интенсивность гамма-излучения от источника на расстоянии d соответвтсенно в среде плотностью r и в воздухе;
Z - эффективный атомный номер среды (средний атомный номер слагающих среду элементов);
Е - энергия излучения источника.
При геофизических определениях измерения соответствуют горной массе с естественной влажностью. Поэтому, полученные значения плотности следует пересчитывать на воздушно-сухое состояние вещества, вводя поправку на влажность. Для определения такой поправки выполняют специальное опробование, со взвешиванием отобранной горной массы непосредственно при отборе (в забое) и после просушки. Величина влажности определяется по формуле:
W = (Рw - Pd ) / Pd 100%
где Pw - масса (вес) влажного вещества;
Pd - масса (вес) вещества после просушки.
В тех случаях, когда в полезном ископаемом содержится некоторый тяжелый компонент, плотность может в значительной степени определяться содержанием этого компонента, а последнее колебаться в достаточно широких пределах. В таких случаях целесообразно вывести зависимость между содержанием тяжелого компонента и плотностью, используя ее в дальнейшем для оценки плотности по содержанию компонента. Для вывода зависимости образцы, по которым производилось измерение плотности, направляют затем на анализ для определения содержания тяжелого компонента. Полученные результаты обрабатывают методами статистического регрессионного анализа, получая расчетные уравнения для оценки плотности по величине содержания компонента. Так, например, на Комсомольском железорудном месторождении для зависимости плотности руд от содержания железа было получено следующее уравнение:
d = 2,671+ 0,023 СFe т/м3
гдеCFe - содержание общего железа в %.